S前后懸架系統(tǒng)計算報告98

1、編號編號: : 115S-PD-DP-006115S-PD-DP-006前、后懸架系統(tǒng)計算報告項目名稱： 115S編制: 日期: 校對: 日期: 審核: 日期: 批準: 日期: 重慶迪科汽車研究有限公司2009 年 3 月目目 錄錄一、概述.1二、懸架系統(tǒng)設(shè)計輸入?yún)?shù).1三、懸架偏頻的計算.21、前懸架偏頻計算.22、后懸架偏頻計算.23、前、后懸架偏頻比.3四、懸架彈簧行程計算.31、前懸架彈簧行程校核.32、后懸架彈簧行程校核.4五、整車側(cè)傾角計算.51、前懸架的側(cè)傾角剛度.52、后懸架側(cè)傾角剛度.73、空載工況下側(cè)傾角的計算.8六、整車的縱傾角剛度.8七、整車減震器的相對阻尼系數(shù).91、

2、減震器阻尼系數(shù).92、相對阻尼系數(shù).10參考文獻.12前、后懸架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有限公司第 1 頁 共 12 頁一、概述一、概述115S 是在 B07 基礎(chǔ)上縮短的新開發(fā)車型，由于軸距、整車質(zhì)量、軸荷的變化，需對前后懸架進行計算校核，以驗證該車型的懸架是否滿足基本性能要求。115S 前懸架采用麥弗遜獨立懸架，后懸架采用縱置鋼板彈簧非獨立懸架。前后懸架見圖 1、圖 2。圖 1 前懸架系統(tǒng)圖 2 后懸架系統(tǒng)二、二、懸架系統(tǒng)設(shè)計輸入懸架系統(tǒng)設(shè)計輸入?yún)?shù)參數(shù)115S 懸架系統(tǒng)設(shè)計所需的輸入?yún)?shù)見表 1。前、后懸架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有限公司第 2 頁 共 12 頁序號參數(shù)名稱值

3、1軸距(mm)23652前輪距（mm）14103后輪距（mm）14104質(zhì)心高空載7795整車整備質(zhì)量（kg）10326最大總質(zhì)量（kg）1632空載5107前軸荷（kg）滿載724空載5228后軸荷（kg）滿載9089前懸架非簧載質(zhì)量（kg）6010后懸架非簧載質(zhì)量（kg）110表 1 懸架系統(tǒng)設(shè)計輸入?yún)?shù)三、懸架偏頻的計算三、懸架偏頻的計算115S 懸架完全借用 BO7 懸架結(jié)構(gòu)，軸荷發(fā)生了改變，所以懸架的頻率也發(fā)生改變。懸架系統(tǒng)將車身與車橋彈性的連接起來，由此彈性元件與它所支承的質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)決定了車身的固有頻率，這是影響汽車行駛平順性的重要性能指標之一。根據(jù)力學(xué)分析，如果將汽車看成

4、一個在彈性懸架上作單自由度振動的質(zhì)量，則懸架系統(tǒng)的固有頻率為：（1）mCn21式中 n 為偏頻（Hz）C 為懸架剛度（N/mm）m 為簧載質(zhì)量（Kg）1 1、前懸架偏頻計算、前懸架偏頻計算115S 前懸架為變線徑彈簧，彈簧剛度呈非線性?？蛰d到滿載工況下，彈簧的剛度變化不大，因此可近似認為該螺旋彈簧為等剛度彈簧。前螺旋彈簧剛度為 30.9N/mm，懸架的杠桿比 i=1.1，所以可近似計算出前懸架的剛度為 28.1 N/mm。參數(shù)公式（1）代入，計算得到：空載偏頻 n1k=1.78Hz；滿載偏頻 n1m=1.46Hz。2 2、后懸架偏頻計算、后懸架偏頻計算前、后懸架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有

5、限公司第 3 頁 共 12 頁115S 借用 B07 鋼板彈簧，其數(shù)據(jù)如表 2。115S 后懸架為變剛度鋼板彈簧式非獨立懸架，完全借用 B07 后懸結(jié)構(gòu)，由于后軸荷發(fā)生變化，根據(jù)后懸簧上質(zhì)量計算得空載狀態(tài)后簧靜撓度為 53.2mm， （B07 主簧剛度為38N/mm，后簧靜撓度為 54mm） 。與 B07 相差僅 0.8mm，對整車姿態(tài)影響很小，所以，115S可以完全借用 B07 后懸架數(shù)據(jù)狀態(tài)。滿載時鋼板彈簧處在剛度漸變區(qū)。主簧剛度:383(N/mm) 2300N 以下檢測復(fù)合剛度:765(N/mm) 6000N 以下檢測負荷 P(N)弧高(mm)撓度(mm)0136502070常用8255

6、44120滿載46590驗證負荷9800(N)表 2 B07 鋼板彈簧參數(shù)參數(shù)代入公式（1） ，計算得到：空載偏頻 n2k=1.77Hz；滿載偏頻為 n2m=1.70Hz。3 3、前、后懸架偏頻比、前、后懸架偏頻比空載 n1k/n2k=1；滿載 n1m/n2m=0.86。汽車設(shè)計上推薦客車滿載時懸架偏頻約為 1.291.89 Hz，為減少汽車的角振動，一般汽車的前、后懸架的偏頻之比約為 0.850.95。從我們計算結(jié)果可看出，前后懸架偏頻率滿足要求。四、懸架彈簧行程計算四、懸架彈簧行程計算1 1、前懸架彈簧行程校核、前懸架彈簧行程校核1）彈簧剩余行程校核空載狀態(tài)緩沖塊到減震器座面的距離為 39

7、mm，前緩沖塊可壓縮部分長度為 45mm，以緩沖塊最大壓縮量為 2/3 計算，減震器從空載到上跳極限的最大壓縮量為S=39+452/3=69mm；根據(jù)汽車設(shè)計推薦，可大致按如下公式計算出螺旋彈簧完全并緊時的高度Hs=1.01d(n+1)其中：d彈簧鋼絲直徑,d=11.5mm前、后懸架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有限公司第 4 頁 共 12 頁 n彈簧總?cè)?shù)，n=8.75因此，螺旋彈簧完全并緊時的高度為 113mm。在前支柱總成中減振器與彈簧的夾角為 7，則有減震器壓縮量 S 與彈簧壓縮量 L 的關(guān)系：S=LCOS6=0.9926L根據(jù)以上數(shù)據(jù)得知：在車輪上跳極限位置時，減震器壓縮量 S=69

8、mm；彈簧壓縮量 L=69.5mm；空載時彈簧高度為 198mm。此時彈簧高度為 198-69.5=128.5mm113mm，說明懸架在上極限位置時彈簧不會并圈。2）彈簧預(yù)緊行程校核減震器在最下端位置時，彈簧高度為 240mm，所以彈簧預(yù)緊行程為 280-240=40mm。在車輪為下跳極限時，彈簧不會脫出。3）車輪跳動分布空載彈簧靜撓度 f空=82mm；滿載彈簧靜撓度 f滿=117mm。彈簧長度變化量乘于懸架杠桿比 1.1 即為車輪的跳動量 ，將彈簧的變形量換算到車輪處,得出車輪的跳動分布見表 3。狀態(tài) 項目上跳行程(mm)下跳行程(mm)總行程(mm)空 載76.549滿 載3887.512

9、5.5表 3 前車輪跳動行程2 2、后懸架彈簧行程校核、后懸架彈簧行程校核根據(jù)空載后軸荷，可計算出空載板簧靜撓度 f空=54mm。由于滿載時板簧處于變剛度區(qū)，據(jù) 115S 滿載后軸荷計算出滿載板簧靜撓度 f滿=87.5mm。鋼板彈簧自由狀態(tài)下，板簧高 136mm。以緩沖塊壓縮 2/3 計算，緩沖塊最大壓縮量為45mm，在空車狀態(tài)時緩沖塊距離限位塊支架 71.5mm，所以鋼板彈簧最大撓度 f最大=170.5mm。前、后懸架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有限公司第 5 頁 共 12 頁后車輪跳動分布見表 4。項目 參數(shù)上跳行程(mm)下跳行程(mm)總行程(mm)空 載116.554滿 載8387

10、.5170.5表 4 后車輪跳動行程五、整車側(cè)傾角計算五、整車側(cè)傾角計算懸架的側(cè)傾角剛度是指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時懸架給車身的彈性恢復(fù)力偶矩。整車的側(cè)傾角剛度等于前后懸架的側(cè)傾角剛度之和。下面分別對前后懸架進行分析計算，對前懸架僅考慮彈簧及橫向穩(wěn)定桿的作用。1 1、前懸架的側(cè)傾角剛度、前懸架的側(cè)傾角剛度前懸架的側(cè)傾角剛度由兩部分起作用: （2）rfKbfCcfC式中：橫向穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾角剛度； bfC螺旋彈簧作用的側(cè)傾角剛度。cfC當橫向穩(wěn)定桿用于獨立懸架時，橫向穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度與車輪處的等效角剛bfK度之間的換算關(guān)系可如下求出：設(shè)汽車左右車輪接地點處分別作用大小相等，方向bfC

11、相反的垂向力微量 dFw,在該二力作用下左右車輪處的垂向位移 dfw,相應(yīng)的穩(wěn)定桿端部受到的垂向力和位移分別為 dFb和 dfb，由于此時要考察的是穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾剛度，因而不考慮懸架中彈簧的作用力，則必然有 dFwdfw=dFbdfb而作用在穩(wěn)定桿上的彎矩和轉(zhuǎn)角分別為dMb= dFbLdb= 2dfb/L式中 L橫向穩(wěn)定桿兩端點間的距離由此可得穩(wěn)定桿的角剛度= dMb/ db=bfK221LdfdFbb同理，可得在車輪處的等效角剛度=bfC221BdfdFww式中 B前輪距由以上公式可推導(dǎo)出：= （3）bfCbfK22wb)()ff(LB1）橫向穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾角剛度前、后懸

12、架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有限公司第 6 頁 共 12 頁橫向穩(wěn)定桿自身的角剛度計算可根據(jù)下面的公式（4） ，具體參數(shù)可由圖 3 得出： （4）cbLbaLaLEILKbf22233124223圖 3 穩(wěn)定桿尺寸簡圖式中：E：材料的彈性模量，取 206000N/mm2：穩(wěn)定桿的截面慣性矩， I4464mmdId：穩(wěn)定桿的直徑，d 16mmL：由數(shù)模測得，L 815mmL1：由數(shù)模測得，L1100.5mmL2：由數(shù)模測得，L2100.3mma：由數(shù)模測得，a7mmb：由數(shù)模測得，b53.4mmc：由數(shù)模測得，c347.1mm根據(jù)上式計算得到穩(wěn)定桿的角剛度=3.55107 Nmm/rad。b

13、fK由于連接處橡膠件的變形，穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度會減小約 1530。取其中間值 22.5，因此，橫向穩(wěn)定桿作用的側(cè)傾角剛度2.75107 Nmm/rad。bfK當給車輪 20mm 垂向位移時，相應(yīng)的穩(wěn)定桿端部位移為 7.5mm,根據(jù)公式（3） ，可計算出等效側(cè)傾角剛度=1.16107 Nmm/rad。bfC2）螺旋彈簧作用的側(cè)傾角剛度前、后懸架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有限公司第 7 頁 共 12 頁麥弗遜式懸架尺寸如圖 4 所示。圖 4 麥弗遜式懸架尺寸簡圖其側(cè)傾角剛度可以用下式計算得到： （5）22CabdCscf式中 ：前懸架螺旋彈簧的剛度， 30.9N/mm；sCsC數(shù)模中可測得 a

14、 1630mm ，b 1344.7mm，d767.2mm。計算得到由螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度：2.41107 Nmm/radtfC根據(jù)公式（2）計算得到前懸架總的側(cè)傾角剛度3.57107 Nmm/radrfK2 2、后懸架側(cè)傾角剛度、后懸架側(cè)傾角剛度鋼板彈簧式非獨立懸架尺寸見圖 5：圖 5 后懸架尺寸簡圖前、后懸架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有限公司第 8 頁 共 12 頁側(cè)傾角剛度SF2Cs/2rrK式中 SF：鋼板彈簧中心距，SF=1066mm；Cs：鋼板彈簧剛度，空載 Cs=38N/mm。計算得到后懸架側(cè)傾角剛度如下：=2.15107 Nmm/rad 。rrK為了獲得不足轉(zhuǎn)向特性，一般

15、汽車前懸架側(cè)傾角剛度要比后懸架側(cè)傾角剛度大（前后比值一般為 1.42.6） ?？蛰d狀態(tài)下前后懸架側(cè)傾角剛度比為 1.74，滿足設(shè)計要求。3 3、空載工況下側(cè)傾角的計算、空載工況下側(cè)傾角的計算空載質(zhì)心高度 hg=779mm；前懸架側(cè)傾中心高度 h1=265mm；后懸架側(cè)傾中心高度 h2=285mm；軸距 L=2365mm；空載質(zhì)心至前軸距離 as=1197mm；空載質(zhì)心至后軸距離 bs=1168mm；由此求得：懸架質(zhì)量的質(zhì)心至側(cè)傾軸線的距離h hg-(h1bs+h2as)/L=504mm?？倐?cè)傾力矩：Ms=msayh式中：ay側(cè)向加速度，取 0.5gms空載簧載質(zhì)量由此求得 Ms= 213096

16、7Nmm。根據(jù)上面計算得到的前、后懸架側(cè)傾角剛度，可算出空載工況下總側(cè)傾角剛度K=5.72107Nmm/rad側(cè)傾角 =Ms/K(180/)=2.13。為保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時車身側(cè)傾角不致過大,通常在 0.5g 橫向加速度下車身側(cè)傾角小于 5，由此可見，該車滿足側(cè)傾角要求。六、整車的縱傾角剛度六、整車的縱傾角剛度在制動強度 z0.5 時，當車輛發(fā)生縱傾時，前后懸架的受力的變化量相當于軸荷轉(zhuǎn)移量 G (6)LhzgmGgs式中：z：制動強度ms：滿載簧載質(zhì)量 1462Kghg：簧上質(zhì)心高 812mm（滿載）前、后懸架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有限公司第 9 頁 共 12 頁L：軸距 2365m

17、m通過上式計算得到的軸荷轉(zhuǎn)移量 G=2462.1N。前后懸架變形由公式 SG/C 可得出前懸架 S12462.1/（25.52）=48.3mm。后懸架 S22462.1/（45.82）=26.9mm。整車縱傾角為1.82 。2360LSS21整車縱傾角剛度為3.2106Nmm/deg。LGK七、整車減震器的相對阻尼系數(shù)七、整車減震器的相對阻尼系數(shù)汽車懸架中必須安裝減振裝置，以便衰減車身的振動保證整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。下面僅考慮由減震器引起的振動衰減，暫不考慮其他方面的影響，以方便對減震器參數(shù)的校核計算。1 1、減震器阻尼系數(shù)、減震器阻尼系數(shù)減震器中的阻力 F 和速度 v 之間的關(guān)系可以

18、用下式表示：（7）ivF式中： 為減振器阻尼系數(shù)；i 是常數(shù)，通常減振器在卸荷閥打開前 i=1。1）前減震器阻尼系數(shù)前減震器復(fù)原、壓縮過程速度與阻尼力關(guān)系見表 5。項目 參數(shù) 復(fù)原阻尼力Pf(N)壓縮阻尼力 Py(N)0.1m/s4504000.3m/s8001526501440.6m/s1150900表 5 前減震器復(fù)原、壓縮過程速度與阻尼力關(guān)系根據(jù)公式（7）計算得前減震器阻尼系數(shù)見表 6。項目 參數(shù) 復(fù)原行程阻尼系數(shù) N/（m/s）壓縮行程阻尼系數(shù)N/（m/s）平均阻尼系數(shù)N/（m/s）0.3m/s2666216624160.6m/s191715001708表 6 前減震器阻尼系數(shù)前、后懸

19、架系統(tǒng)計算報告 重慶迪科汽車研究有限公司第 10 頁 共 12 頁2）后減震器阻尼系數(shù)后減震器復(fù)原、壓縮過程速度與阻尼力關(guān)系見表 7。項目 參數(shù) 復(fù)原阻尼力Pf(N)壓縮阻尼力 Py(N)0.1m/s7421000.3m/s1307222167670.6m/s1800255表 7 后減震器復(fù)原、壓縮過程速度與阻尼力關(guān)系根據(jù)公式（7）計算得后減震器阻尼系數(shù)見表 8。項目 參數(shù) 復(fù)原行程阻尼系數(shù)N/（m/s）壓縮行程阻尼系數(shù)N/（m/s）平均阻尼系數(shù)N/（m/s）0.3m/s435655624560.6m/s30004251712.5表 8 后減震器阻尼系數(shù)2 2、相對阻尼系數(shù)、相對阻尼系數(shù)汽車車

20、身和車輪振動時，減震器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動阻尼，將振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達到迅速衰減振動的目的。汽車懸架有了阻尼以后，簧載質(zhì)量的振動是周期衰減振動，用相對阻尼系數(shù)的大小來評定振動衰減的快慢程度。相對阻尼系數(shù)的物理意義是指出減震器的阻尼作用在與不同剛度和不同質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時，會產(chǎn)生不同的阻尼效果。相對阻尼系數(shù)大，振動能迅速衰減，同時又能將較大的路面沖擊力傳遞到車身上；相對阻尼比系數(shù)小，則情況相反。1）前懸架的相對阻尼系數(shù)前懸架的杠桿比 i=1.1，且減震器與垂直線有一個 6.4的空間安裝角,見圖 6。此時的相對阻尼系數(shù)由式（8）求得: （8）22scos2im smc/其中減震器安裝角