淺談汽車懸架設(shè)計與分析

孫曉剛 武云江

摘 要：人們把汽車比作移動的家，那么懸架就是移動家里面的床。汽車的平順性和穩(wěn)定性直接取決于懸架質(zhì)量的好壞。本文主要講述常見汽車前懸架類別、設(shè)計原則、工藝關(guān)聯(lián)性及材料選型等方面知識和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：汽車;懸架;設(shè)計;材料

0 概述

懸架是汽車的重要部件，它把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來，既要滿足汽車的舒適性的要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求。懸架設(shè)計質(zhì)量至關(guān)重要，需要懸架設(shè)計工程師在日常實(shí)踐工作過程中不斷積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

1 懸架構(gòu)成及分類

（1）汽車懸架一般是由彈性元件、減振器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等部分組成。它把車架和車軸彈性地連接起來，是車架（或承載式車身）和車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱。

（2）汽車懸架系統(tǒng)一般采用非獨(dú)立、全部獨(dú)立、抑或是將二者相結(jié)合的形式構(gòu)成，通常可分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。

1）非獨(dú)立懸架是兩側(cè)的車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架與車架連接，當(dāng)一側(cè)車輪因道路不平而發(fā)生跳動時，必然引起另一側(cè)車輪在汽車橫向平面內(nèi)發(fā)生擺動，如圖1所示。2）獨(dú)立懸架是車橋做成斷開的，每一側(cè)的車輪都可以單獨(dú)地通過彈性懸架與車架連接，兩側(cè)車輪可以單獨(dú)跳動，互不影響，如圖2所示。

2 懸架設(shè)計原則

（1）懸架系統(tǒng)設(shè)計首先要滿足整車性能和設(shè)計的要求，其次是懸架本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（2）零部件設(shè)計時首先考慮功能要求，其次是強(qiáng)度要求，再次是部件少的原則，最后才考慮經(jīng)濟(jì)性。

（3）選用零部件的服役條件和材料特點(diǎn)確定其技術(shù)要求，特別是焊接、熱處理等工藝性技術(shù)要求。

（4）以平臺化設(shè)計為理念，選用科學(xué)、合理的設(shè)計方案，不斷優(yōu)化并改進(jìn)設(shè)計，提高零件的可靠性和壽命。

（5）參考以往的懸架產(chǎn)品失效模式，運(yùn)用標(biāo)桿對比等方法，借鑒設(shè)計思路和方法，規(guī)避設(shè)計失誤。

（6）建立并完善材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用仿真等工具，合理選用原材料是控制和降低成本的有效手段。

（7）新材料的開發(fā)以及新工藝技術(shù)的應(yīng)用，是提高產(chǎn)品性能和市場競爭力的有效途徑，如：輕量化材料的應(yīng)用可降低油耗。

（8）有效實(shí)施設(shè)計驗(yàn)證工作，運(yùn)用理論分析與實(shí)踐驗(yàn)證相結(jié)合的方式，如：CAE分析、試制、型式試驗(yàn)、路試等，充分且有效的做好驗(yàn)證工作。

3 工藝關(guān)聯(lián)性

（1）懸架產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和精度設(shè)計、材料選型往往已經(jīng)決定了其工藝設(shè)計，進(jìn)而影響了產(chǎn)品的制造成本。美國福特公司增經(jīng)做過研究，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和精度設(shè)計影響產(chǎn)品成本的70%;材料選型占比20%，其它影響占比僅為10%。

（2）懸架產(chǎn)品設(shè)計方案確定后，工藝開始進(jìn)行工藝設(shè)計和裝備規(guī)劃，需要綜合考慮工藝布局、節(jié)拍、產(chǎn)能、人員、經(jīng)濟(jì)投入收益核算等因素，擬定幾種方案進(jìn)行對比驗(yàn)證，從而確定最佳工藝方案。

（3）懸架工藝開發(fā)過程是一個比較復(fù)雜的開發(fā)過程，涉及人機(jī)工程學(xué)、設(shè)備選型、物流規(guī)劃、信息化技術(shù)等多種學(xué)科，也是成本管控的重要一環(huán)。一個小的產(chǎn)品設(shè)計缺陷，往往會以數(shù)倍精力的工藝設(shè)計去彌補(bǔ)，所以不管是產(chǎn)品設(shè)計還是工藝設(shè)計，均需經(jīng)有經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜覅⑴c，在確保設(shè)計質(zhì)量的同時，提升產(chǎn)品、工藝人員的設(shè)計水平。

4 懸架材料選型

材料選型與生產(chǎn)成本息息相關(guān)，懸架材料選型工作貫穿于生產(chǎn)全過程，涉及供應(yīng)商開發(fā)、零部件價格商務(wù)談判、來料質(zhì)量控制、制程管控以及過程問題的分析與改進(jìn)等。材料性能數(shù)據(jù)是鑄造、焊接、加工等工藝過程模擬的基礎(chǔ)，也是模具設(shè)計的基礎(chǔ)，下面介紹幾種懸架零部件的常用材料的選型規(guī)格。

（1）車架材料選型。根據(jù)整車的定位，高端及豪華汽車強(qiáng)調(diào)舒適性和操控性，一般采用空氣懸架，但成本相對高些;一般汽車普遍使用鋼材，車架的材料主要為高強(qiáng)度鋼材，通過沖壓成型、沖壓片焊接而成，一般在中低級別汽車中應(yīng)用廣泛，由于乘用車的高級化和舒適化傾向，以鋁合金為主的有色金屬應(yīng)用增加較快，另外使用其它金屬材料的應(yīng)用也越來越多。

（2）擺臂材料選型。高端及豪華汽車強(qiáng)調(diào)輕量化和操控性，可采用鑄鋁合金或煅鋁合金，但成本相對高些;一般汽車普遍使用高擴(kuò)孔鋼，如：BR440/600/780等具有很高的擴(kuò)孔性能，同時不會明顯降低延伸率焊接性、抗疲勞性良好。

（3）減震器材料選型。汽車減振器需首先滿足升高要求，其次減振器中心伸縮桿直徑應(yīng)滿足強(qiáng)度要求，第三減振器上下連接套是否為高強(qiáng)度聚胺脂套，這也是能否保證長時間高強(qiáng)度使用的一個重要依據(jù)，因?yàn)槠胀ㄏ鹉z很難在高強(qiáng)度下長時間使用。減震器主要分為連桿、外缸筒、內(nèi)缸筒，連桿國內(nèi)一般都用45鋼，外缸筒為ST37-2，內(nèi)缸筒為ST37-2G。

（4）橫向穩(wěn)定器材料選型。橫向穩(wěn)定器由一根呈U形結(jié)構(gòu)的，由彈簧鋼制成的橫向穩(wěn)定桿與橡膠襯套及支承臂組成。橫向穩(wěn)定桿的兩端分別鉸接在支撐臂上，而支撐臂的下端與懸架的擺臂相連，橫向穩(wěn)定桿的中部經(jīng)橡膠襯套固定在車架上，橡膠襯套的外部包有套筒，套筒材料為無縫鋼管。

5 結(jié)束語

不管是傳統(tǒng)汽車還是新能源汽車，懸架的作用都是非常重要的，直接影響乘員的感受，隨著新技術(shù)、新材料的開發(fā)，懸架設(shè)計和分析將不斷深入。

參考文獻(xiàn)：

[1]王望予.汽車設(shè)計[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]余志生.汽車?yán)碚揫M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.