实例悬架系统设计计算报告分解.docx

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实例悬架系统设计计算报告分解

编号:

悬架系统设计计算报告

项目名称:

国内某车型

项目弋码:

007

汽车设计有限公司

2011年11月

1概述1.1任务来源1.2悬架系统基本介绍1.2.1前悬架的结构形式

1.2.2后悬架的结构形式

1.3

计算的目的

悬架系统设计的输入条件

悬架系统偏频的选取及悬架刚度计算

弹簧计算

悬架系统静挠度计算

悬架侧倾角刚度计算

6.1

前悬架侧倾角刚度计算

6.2

后悬架侧倾角刚度计算

11

6.3

整车侧倾角刚度计算

12

6.4

整车的侧倾力矩

13

6.5

整车的纵倾计算

15

6.5.1纵倾角的计算

15

7减振器参数的确定

16

7.1减振器阻尼系数的确定

16

8参数列表

18

参考文献

21

悬架系统设计计算报告

1概述1.1任务来源

根据《新车设计开发项目协议书-007项目设计开发》的规定，悬架系统参考样车进行逆向设计。

后悬架采用整体式驱动桥钢板弹簧非

1.2悬架系统基本介绍该款车前悬架采用麦弗逊式独立悬架,独立悬架。

1.2.1前悬架的结构形式

图1前悬架结构形式

1.2.2后悬架的结构形式

■

图2后悬架结构形式

1.3计算的目的

通过计算，求得反映其悬架系统性能的基本特征量，为零部件开发提供参考。

计算内容主要包括悬架刚度、偏频、静挠度、动挠度、侧倾刚度和减振器阻尼等。

2悬架系统设计的输入条件

表1悬架参数列表

CA07

标杆车

质心高

（mm

空载

695

695

半载

743

743

满载

750

750

前轮距（mm

1415

1386

后轮距（mm

1430

1408

轴距（mm

2650

2700

空载质量（kg）

1194

1180

满载质量（kg）

1864

1850

前轴荷

（kg）

空载

550

560

半载

628

642

满载

669

682

后轴荷（kg）

空载

644

620

半载

906

878

满载

1195

1181

前悬架非簧载质量（kg）

80

80

后悬架非簧载质量（kg）

120

120

3悬架系统偏频的选取及悬架刚度计算

前后悬架固有频率的匹配应合理，对乘用车，要求前悬架固有频率略低于后悬架的固有频率，还要不允许悬架撞击车架（或车身）。

由标杆车试验数据得出（表2）：

表2标杆车悬架刚度试验表

试鑿

■:

轮背（kg）

后轴

<$

'kg）

tQxn}

■kg）

\TTTITl,

g

碾些（mm）

t切

113301》

Kd

to

空馥

1176

55S

274

4006

3?

9.1

620

313

41S.S.

307

422J

100

1276

5勢

29?

395J

3対滋

343

415.2

535

41SJ

225

1403

645

323

越9

■■■

3SS.6

75'S

3&4

网丹

374

4B3

300

1479

693

S46

3S4.S

⑷

3S3.3

7S6

3%

406,16

390

409.9

400

15S0

695

珈

JS1.6

JS11

&S5

44S'

3卯.71

4J?

402.5

525

1706

6S*

M3

3S1S

246

3S1J

1017

512

3S^.S

505

392J

600

rsi

716

376.S

3762

1065

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725

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74S

372

573.5

刃&

3721

115S

583

375.9

575

379.3

600

17S1

115

556

3110

259

376.S

low

536

3S1.1

530

3S60

525

69?

34?

JS2.7

廿0

3S15

1014

510

3S5J0

504

33S1

400

115時

69：

546

3S19

352

379.7

SSO

444

395.0

436

3962

300

1477

695

S45

250

379.5

732

妙

40L?

5SS

4065

225

1402

J19

3S7.J

223

3S6S

760

JS3

404.9

37?

40S4

100

1276

58：

2SS

395.5

:

<>3

3961

695

351

401曲

544

4140

亨馥

1174

27J

3990

:

S：

3甥0

619

314

4165

305

4193

由于左、右轮载做实验时存在误差，现取其平均值计算载荷，高度变化值。

由上表取值：

前轴荷为556kg，后轴荷为620kg。

前轴荷为689kg，后轴荷为1017kg。

分别取对应载荷左右高度差平均值的差值得：

前轴荷变化量为689-556=133kg，位移为399.85-381.75=18.1mm；

后轴荷变化量为1017-620=397kg，位移为420.65-389.55=31.1mm;

故前悬架刚度为：

（133/2X9.81）/0.0181=3.61X104N/m

后悬架刚度为：

（397/2X9.81）/0.0311=62.5X104N/m

n=丄J-C（Hz）

2冗Ym

以上可以看出，标杆车的偏频并不好，需要优化；

选取CA07的前悬架半载偏频n1半=1.56Hz，后悬半载偏频n2半=1.85Hz,满

载偏频n2满=1.70Hz;代入方程

（1），并除去非簧载质量前悬80kg，后悬120kg,CA07前、后悬悬架刚度分别为：

C=32.22X104N/m；

C2=83.66X104N/m；

代入方程

（1），CA07前、后悬空、半、满载偏频为：

n2空=1.97Hz;

n2半=1.64Hz;

n2满=1.40Hz;

前悬空载偏频m空=1.32Hz;后悬空载偏频

前悬半载偏频n1半=1.22Hz;后悬半载偏频

前悬满载偏频n1满=1.18Hz;后悬满载偏频

以上计算参数汇总见表3。

表3计算参数汇总

计算项目

CA07计算结果

标杆车

前悬架偏频（Hz）

空载

1.32

1.38

半载

1.22

1.27

满载

1.18

1.22

后悬架偏频（Hz）

空载

1.97

1.78

半载

1.64

1.45

满载

1.40

1.33

空载偏频比

0.67

0.78

半载偏频比

0.74

0.88

满载偏频比

0.84

0.92

前悬架刚度（N/mn）

32.22

36.01

后悬架刚度（N/mn）

83.66

62.55

4弹簧计算4.1弹簧刚度的计算

车轮与路面接触点和悬架弹簧的安装点不同，但在悬架杆系中具有一定的几何关系，因此，悬架刚度和弹簧刚度存在一定得比例关系，也就是说，悬架刚度和弹簧刚度存在一定得传递比，如图3所示：

（2）

图3传递比示意图

L*A—

iy=Fw/Nv,h=b/a

ix=f/fF=b/a

（3）

式中:

ix――行程传递比

iy――力传递比

Fw——弹簧力

Nv,h——簧上质量

f――车轮行程

F——弹簧行程

通过上述公式可以求得弹簧刚度（悬架刚度前面已计算得到）cf:

Cf=Fw/fF=Nv,h•iy•ix/f

（4）

Cv,h=Nv,h/f

CF=Cv,h•iy*ix

式中:

CF——弹簧刚度

Cv,h——悬架刚度

图4麦弗逊悬架传递比示意图

经过推导，麦弗逊悬架传递比为:

（6）

ix=1/（cos（§o—a））

（c+o）ctg（P+6-a）-t

i=cos（6"）+只0+dtgd+tcos（60-a）+（c+o）dn©—a）

其中:

6=9.431°

0=3.678°

Ro=21.813mm

C+o=621.754mm

3=11.55°

d=194.625mm

代入公式（6）、（7）中计算得出：

ix=1.005

iy=1.112

代入公式

（2）计算得出前悬架弹簧刚度为:

Cs=（Ci/2）xixXiy=32.2N/mm；

图5后悬架半载刚度计算示意图

参照图5所示后悬架刚度计算示意图，计算后钢板弹簧的刚度。

根据CA07车型需要，后悬架采用变刚度钢板弹簧：

Cs2=C22

Cs2=52.8N/mm（空、半载）59N/mm（满载）77N/mm（副簧完全工作）4.2前螺旋弹簧钢丝直径的计算

根据刘惟信主编的《汽车设计》，弹簧的刚度计算公式:

Cs*

8Dm・i

（8）

式中:

4

G――弹簧材料的剪切弹性模量，7.9X10MPa;

i――弹簧工作圈数，8.5圈;

Dm——弹簧中径，91mm

d――弹簧簧丝直径

将以上数值代入公式得:

d=12mm

5悬架系统静挠度计算

理论研究和使用经验证明：

汽车前、后悬架与其簧载质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车平顺性的主要参数之一。

现在汽车的质量分配系数8=

P7ab=0.8〜1.2,

不存在联系。

此时,

可以近似的认为8=1。

这样，前、后轴上方车身两点的振动前、后部分车身的振动频率（亦称偏频）可表示为：

而悬架的静挠度与簧载质量和悬架刚度的关系为:

（10）

……（11）

fci=mg/Ci，fc2=mg/C2；

n1出/Jf",n小5/Jfc2（g取981cm/s2）;

式中：

n1,n2为前、后悬架的偏频；

fc1,fc2为前、后悬架在簧载质量m、m2作用下的静挠度;

C,C2为前、后悬架的刚度。

由式（11）计算静挠度，见表4:

表4静挠度值汇总

项目

CA07

标杆车

前悬空载/（mm）

14.4

13.05

前悬半载/（mm）

16.79

15.41

前悬满载/（mm）

18.04

16.69

后悬空载/（mm）

6.42

7.89

后悬半载/（mm）

9.27

11.96

后悬满载/（mm）

12.68

14.15

空载前后挠度比值

2.24

1.65

半载前后挠度比值

1.81

1.29

满载前后挠度比值

1.42

1.18

6悬架侧倾角刚度计算

悬架的侧倾角刚度是指簧载质量产生单位侧倾时悬架给车身的弹性回复力

矩，悬架侧倾角刚度的大小对车身侧倾角有很大影响，总体设计中要求在侧倾惯

性力等于0.4倍车重时，乘用车车身侧倾角小于4°。

6.1前悬架侧倾角刚度计算

前悬架的侧倾角刚度由两部分共同作用，即螺旋弹簧引起的侧倾角刚度与横向稳定杆引起的侧倾角刚度:

（⑵

式中：

°帥，横向稳定杆引起的等效侧倾角刚度，N-mm/rad;

C®，螺旋弹簧引起的侧倾角刚度，N-mm/racO

忽略衬套影响时，横向稳定杆的角