實例-懸架系統(tǒng)設(shè)計計算報告分解

1、編號：懸架系統(tǒng)設(shè)計計算報告項目名稱：國內(nèi)某車型項目代碼：007編制：日期：校對：日期：審核：日期：批準(zhǔn)：日期：汽車設(shè)計有限公司2011年11月目次1 概述21.1 任務(wù)來源21.2 懸架系統(tǒng)基本介紹21.2.1 前懸架的結(jié)構(gòu)形式21.2.2 后懸架的結(jié)構(gòu)形式21.3 計算的目的32 懸架系統(tǒng)設(shè)計的輸入條件33 懸架系統(tǒng)偏頻的選取及懸架剛度計算34 彈簧計算54.1 彈簧剛度的計算54.2 前螺旋彈簧鋼絲直徑的計算85 懸架系統(tǒng)靜撓度計算96 懸架側(cè)傾角剛度計算96.1 前懸架側(cè)傾角剛度計算96.2 后懸架側(cè)傾角剛度計算116.3 整車側(cè)傾角剛度計算126.4 整車的側(cè)傾力矩136.5 整車的縱

2、傾計算156.5.1 縱傾角的計算157 減振器參數(shù)的確定167.1 減振器阻尼系數(shù)的確定168 參數(shù)列表18參考文獻(xiàn)21懸架系統(tǒng)設(shè)計計算報告1概述1.1 任務(wù)來源根據(jù)新車設(shè)計開發(fā)項目協(xié)議書-007項目設(shè)計開發(fā)的規(guī)定，懸架系統(tǒng)參考樣車進(jìn)行逆向設(shè)計。1.2 懸架系統(tǒng)基本介紹該款車前懸架采用麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸架采用整體式驅(qū)動橋鋼板彈簧非獨(dú)立懸架。1.2.1 前懸架的結(jié)構(gòu)形式圖1前懸架結(jié)構(gòu)形式1.2.2 后懸架的結(jié)構(gòu)形式圖2后懸架結(jié)構(gòu)形式1.3 計算的目的通過計算，求得反映其懸架系統(tǒng)性能的基本特征量，為零部件開發(fā)提供參考。計算內(nèi)容主要包括懸架剛度、偏頻、靜撓度、動撓度、側(cè)傾剛度和減振器阻尼等。2

3、懸架系統(tǒng)設(shè)計的輸入條件表1懸架參數(shù)列表CA07標(biāo)桿車質(zhì)心高（mm空載695695半載743743750750前輪距（mm14151386后輪距（mm14301408軸距（mm26502700空載質(zhì)量（kg）11941180滿載質(zhì)量（kg）18641850前軸何（kg）空載550560半載628642669682后軸荷（kg）空載644620半載90687811951181前懸架非黃載質(zhì)里（kg）8080后懸架非簧載質(zhì)量（kg）1201203懸架系統(tǒng)偏頻的選取及懸架剛度計算前后懸架固有頻率的匹配應(yīng)合理，對乘用車，要求前懸架固有頻率略低于后懸架的固有頻率，還要不允許懸架撞擊車架（或車身）。由標(biāo)桿車

4、試驗數(shù)據(jù)得出（表2）:表2標(biāo)桿車懸架剛度試驗表試星試驗結(jié)果上修kf)前軸輪背上打輪ft敦輪后軸輪荷*后輪方后輪輪荷礴nm)AMtk1二度8TTTmJ輪荀-kgj嘮(nm)輪荷_t'ltg)砌1mm卜懸架m度如戟空裊117655627440062&2399.162031341S.8307422510012765弊2973955如3M86駕J43415.233541S0225140364，3233s89388.67583阱4DS,63744B330014793463S4.S5473S33736映4066通409940015so硼刈3SI.6M93S1.1£8544s397

5、.7437402.55251706M3381S3S171017S12386.85053兜360017S1716充3376.S湖376.21M55403S42525386.S725190674：372373.53721115S58337555753793in裁6001781715356377.0皆9376.S10665363S1.15303S6052517066923423S272503S1510U5103S505043SS.1400157S69：3463S19352379.7S80444395.043639S2300:1477砌5453S07250375,57S2雙401.73SS4065|2

6、2514026423193S7.3J233StS7603S3W?中40S410012765812SS395.5396695351409.6344414.0空城117455J273399.0：S239so619314416.53054195j由于左、右輪載做實驗時存在誤差，現(xiàn)取其平均值計算載荷，高度變化值。由上表取值：前軸荷為556kg,后軸荷為620kg。前軸荷為689kg,后軸荷為1017kg。分別取對應(yīng)載荷左右高度差平均值的差值得：前軸荷變化&689-556=133kg,位移為399.85-381.75=18.1mm;后軸根化&1017-620=397kg,位移為420.6

7、5-389.55=31.1mm;故前懸架剛度為：(133/2X9.81)/0.0181=3.61X104N/m后懸架剛度為：(397/2X9.81)/0.0311=62.5X104N/mn廬(H02%'m(1)代入樣車空、滿載前、后簧上質(zhì)量得：前懸空載偏頻小空=1.38Hz;后懸空載偏頻n2空=1.78Hz;前懸半載偏頻ni半=1.27Hz;后懸半載偏頻n2半=1.45Hz;前懸滿載偏頻n1滿=1.22Hz;后懸滿載偏頻n2滿=1.33Hz;標(biāo)桿車：空載時前后懸架的偏頻比為0.78,半載時前后懸架的偏頻比為0.88,滿載時前后懸架的偏頻比為0.92。以上可以看出，標(biāo)桿車的偏頻并不好，需

8、要優(yōu)化；選取CA07的前懸架半載偏頻m半=1.56Hz,后懸半載偏頻n2半=1.85Hz,滿載偏頻n2滿=1.70Hz；代入方程（1）,并除去非簧載質(zhì)量前懸80kg,后懸120kg,CA07W、后懸懸架剛度分別為：0=32.22X104N/m；G=83.66X104N/m；代入方程（1）,CA071、后懸空、半、滿載偏頻為：前懸空載偏頻門1空=1.32Hz;后懸空載偏頻n2空=1.97Hz;前懸半載偏頻n1半=1.22Hz;后懸半載偏頻n2半=1.64Hz;前懸滿載偏頻n1滿=1.18Hz;后懸滿載偏頻n2滿=1.40Hz;以上計算參數(shù)匯總見表3。表3計算參數(shù)匯總計算項目CA07計算結(jié)果標(biāo)桿車

9、前懸架偏頻（Hz）空載1.321.38半載1.221.271.181.22后懸架偏頻（Hz）空載1.971.78半載1.641.451.401.33空載偏頻比0.670.78半載偏頻比0.740.88滿載偏頻比0.840.92前懸架剛度（N/mm32.2236.01后懸架剛度（N/mm83.6662.554彈簧計算1.1 彈簧剛度的計算車輪與路面接觸點和懸架彈簧的安裝點不同，但在懸架桿系中具有一定的幾何關(guān)系，因此，懸架剛度和彈簧剛度存在一定得比例關(guān)系，也就是說，懸架剛度和彈簧剛度存在一定得傳遞比，如圖3所示：圖3傳遞比示意圖iy=Fw/Nv，h=b/a(2)ix=f/fF=b/a(3)式中：i

10、x行程傳遞比iy力傳遞比Fw彈簧力f車輪行程fF彈簧行程通過上述公式可以求得彈簧剛度（懸架剛度前面已計算得到）CF：Cf=Fw/fF=Nv,h*iy*ix/fCv,h=Nv,h/fCf=Cv,h.iy(5)式中:圖4麥弗遜懸架傳遞比示意圖經(jīng)過推導(dǎo)，麥弗遜懸架傳遞比為i=1/(cos(6。IX其中：&o=9,431a=3.678R。=21.813mmC+o=621754mmB:11.55二194.625mm6）、代入公式（2）計算得出前懸架彈簧剛度為:Cs=（Ci/2）XixXiy=32.2N/mm；圖5后懸架半載剛度計算示意圖參照圖5所示后懸架剛度計算示意圖，計算后鋼板彈簧的剛度根據(jù)C

11、A07車型需要，后懸架采用變剛度鋼板彈簧：CS2=C2/2Cs2=52.8N/mm（空、半載）59N/mm（滿載）77N/mm（副簧完全工作）4.2前螺旋彈簧鋼絲直徑的計算根據(jù)劉惟信主編的汽車設(shè)計，彈簧的剛度計算公式:Cs篇（8）式中：G彈簧材料的剪切彈性模量，7.9X104MPa；i彈簧工作圈數(shù)，8.5圈;Dm彈簧中徑，91mmd彈簧簧絲直徑將以上數(shù)值代入公式得：d=12mm5懸架系統(tǒng)靜撓度計算理論研究和使用經(jīng)驗證明：汽車前、后懸架與其簧載質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車平順性的主要參數(shù)之一?，F(xiàn)在汽車的質(zhì)量分配系數(shù)e=p2/ab=0.81.2,可以近似的認(rèn)為c=1。這樣，前、后軸上方

12、車身兩點的振動不存在聯(lián)系。此時，前、后部分車身的振動頻率(亦稱偏頻)可表示為：1Ci1c2ni=n2=2Vm1,271Tm2；(9)而懸架的靜撓度與簧載質(zhì)量和懸架剛度的關(guān)系為：fc=mg/C1,fc2=mg/C2；(10)(11)1三5/%；%,電三5/、fU(g取981cm/s2);式中：nbn2為前、后懸架的偏頻；fc1,fc2為前、后懸架在簧載質(zhì)量m、m作用下的靜撓度;C1,C2為前、后懸架的剛度。由式(11)計算靜撓度，見表4:表4靜撓度值匯總項目CA07標(biāo)桿車前懸空載/(mm)14.413.05前懸半載/(mm)16.7915.41前懸滿載/(mm)18.0416.69后懸空載/(m

13、m)6.427.89后懸半載/(mm)9.2711.96后懸滿載/(mm)12.6814.15空載前后撓度比值2.241.65半載前后撓度比值1.811.29滿載前后撓度比值1.421.186懸架側(cè)傾角剛度計算懸架的側(cè)傾角剛度是指簧載質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾時懸架給車身的彈性回復(fù)力矩，懸架側(cè)傾角剛度的大小對車身側(cè)傾角有很大影響，總體設(shè)計中要求在側(cè)傾慣性力等于0.4倍車重時，乘用車車身側(cè)傾角小于4°。6.1前懸架側(cè)傾角剛度計算前懸架的側(cè)傾角剛度C®由兩部分共同作用，即螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度與橫向穩(wěn)定桿引起的側(cè)傾角剛度：CfCCW+C®(12)式中：。，橫向穩(wěn)定桿引起的等效

14、側(cè)傾角剛度，N-mm/rad;C*f,螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度，N-mm/rad忽略襯套影響時，橫向穩(wěn)定桿的角剛度計算可根據(jù)下面的公式，具體參數(shù)見圖6:3EIL2C婀=-33l22i(13)2iLi-a3+(a+b)+4L2(b+c)一2206000N/mg（根據(jù)慣用材料代入）,冗d44I=mm6418mmE:材料的彈性模量，取:穩(wěn)定桿的截面慣性矩，d:穩(wěn)定桿的直徑，d=由圖6可得：L=1049mm；Li=155.6mm；L2=127.7mma=102mmb=39.4mmc=382.3mm圖6穩(wěn)定桿剛度計算示意圖根據(jù)式(13)計算得到穩(wěn)定桿的角剛度為4.31x107Nmm/rado橫向穩(wěn)定桿作

15、用的角剛度受擺臂的作用的杠桿比和連接處的橡膠變形兩個外界條件影響。由于連接處橡膠件的變形等，穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度會減小約15%30%取其中間值22.5%。因此，橫向穩(wěn)定桿作用的等效側(cè)傾角剛度C0f為:Co=C®*(122.5%)=3.34x107N-mm/rad前懸麥弗遜式懸架可以用圖7表示，其側(cè)傾角剛度可以用式(14)計算得到:(14)=3.08X107N-mm/rad其中：U=1602.421mmP=1716.157mmK=740.743mm圖7前懸架側(cè)傾角剛度示意圖6.2后懸架側(cè)傾角剛度計算后懸架為鋼板簧式非獨(dú)立懸架，如圖8示:圖8后懸架縱置鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架側(cè)傾剛度為:(15

16、)Cs2為單邊彈簧剛度為77N/mm,q為鋼板彈簧1/2中心距為547.3mm根據(jù)公式(8)計算得到后懸架的側(cè)傾角剛度C；rr為:cO=4.62x107N-mm/rad6.3整車側(cè)傾角剛度計算整車側(cè)傾角是和汽車操縱穩(wěn)定性及平順性有關(guān)的重要參數(shù)。在側(cè)傾角不大的條件下，車身側(cè)傾單位角度所必需的側(cè)傾力矩稱為側(cè)傾角剛度。整車側(cè)傾角剛度為前、后懸架側(cè)傾角剛度之和。整車側(cè)傾角剛度設(shè)為C:CC=CF+C：.：rr=6.42X107+4.62X1078-.=1.1x10Nmm/rad其中CG為前懸架側(cè)傾角剛度，CGf=6.42x107N-mm/radC<>為后懸架側(cè)傾角剛度，C<r=4.62

17、x107Nmm/rad當(dāng)CW>C6時，即前懸架側(cè)傾角剛度大于后懸架側(cè)傾角剛度，有利于汽車的不足轉(zhuǎn)向特性，符合設(shè)計要求。6.4整車的側(cè)傾力矩mshsmfhf=mhzs簧載質(zhì)量;s簧載質(zhì)量質(zhì)心高;mf非簧載質(zhì)量;非簧載質(zhì)量質(zhì)心高；前215.37mm后256.94mmhz整車質(zhì)心高；由公式（11）可以求得簧載質(zhì)量半載狀態(tài)下的質(zhì)心高度hs=817.47mm整車側(cè)傾力矩主要由下列三部分組成：1、簧載質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩MrI：M中I=aymshc(17)式中:ay側(cè)向加速度，為取4m/s2;ms簧載質(zhì)量,hc簧載質(zhì)量質(zhì)心至側(cè)傾軸線距離，半載狀態(tài)下hc=601.46mm如圖8作圖所示。由上式計算

18、得到MrI；6Mbn=3.25X10NJ-mm2、簧載質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩Mb川：Mn=GshcGr(18)式中：“'車廂的側(cè)傾角,Gs簧載質(zhì)量的重力;hc=601.46mm3、非簧載質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩Mbrill(19)式中:Fuy非簧載質(zhì)量所受的離心力;ho等效非簧載質(zhì)量側(cè)傾中心高;r車輪滾動半徑，取292mm下面分別對前后懸架分別計算：對于前懸架ho為215.37mm其結(jié)果可以在數(shù)模中幾何作圖求得。同理可計算得到后懸架ho為256.94mm圖9質(zhì)心距側(cè)傾軸線距離總的非簧載質(zhì)量引起的側(cè)傾力矩為3.89x104Nmm圖10前懸架等效非簧載質(zhì)量側(cè)傾中心高圖11后懸架等效非簧載

19、質(zhì)量側(cè)傾中心高汽車作穩(wěn)態(tài)圓周運(yùn)動時，其側(cè)傾力矩為MG=M6i+M6n+Mii(20)當(dāng)側(cè)向加速度為4m/s2車廂側(cè)傾角為r,它可以由下式(21)計算出：=蛆：匚5_匕山CGGshc(2計算得到的CA07在4m/s2側(cè)向加速度下車廂側(cè)傾角為1.84°,滿足要求6.5整車的縱傾計算6.5.1 縱傾角的計算縱傾示意圖如下圖12:圖12整車縱傾示意圖在制動強(qiáng)度z=0.5時，當(dāng)車輛發(fā)生縱傾時，前后懸架的受力的變化量相當(dāng)于軸荷轉(zhuǎn)移量Gmzghg(22)G二gL式中:m-hgL-制動強(qiáng)度,z=0.5;滿載簧載質(zhì)量，m=1664kg；-簧上質(zhì)心高，hg=743mm（滿載）；軸距，L=2850mm重力

20、加速度，取g=9.81m/s2;所以：G=2148.3NS-不前后懸架單邊變形由公式2C（C為單邊懸架剛度）可得出:前懸架Si=37.2mm后懸架G=13.9mm.SiS2u=整車縱傾角為L=1.037減振器參數(shù)的確定7.1減振器阻尼系數(shù)的確定汽車的懸架中安裝減振裝置的作用是衰減車身的振動保證整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。下面僅考慮由減振器引起的振動衰減，不考慮其他方面的影響，以方便對減振器參數(shù)的計算。汽車車身和車輪振動時，減振器內(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(dá)到迅速衰減振動的目的。汽車的懸架有了阻尼以后，簧載質(zhì)量的振

21、動是周期衰減振動，用相對阻尼比來評定振動衰減。減振器的性能常用阻力一位移特性和阻力一速度特性來表示。阻力一位移特性是表示減振器在壓縮和伸張行程中的阻力變化特性。阻力一速度特性用來反應(yīng)振動速度變化時減振器阻力的變化規(guī)律。阻力一位移特性如圖13a所示可以直接量出伸張或壓縮時的最大減振器阻力值以及減振器一個全行程所做的功（有封閉線以內(nèi)的面積測出），亦稱為減振器的示功圖。減振器中的阻力F和速度v之間的關(guān)系可以用下式表示：F=V(23)式中：6為減振器阻尼系數(shù)；1 是常數(shù)，常用減振器的i值在卸荷閥打開前等于1。F與v成線性關(guān)系，稱為線性阻尼特性。阻力一速度特性如圖13b所示可視為四根近似直線的線段組成。

22、在卸荷閥打開前那段線段的斜率就是阻尼系數(shù)。壓根據(jù)汽車?yán)碚摰慕榻B，帶線性阻尼減振器的質(zhì)量懸架系統(tǒng)作自由衰減振動時，評定振動衰減快慢程度的是一個稱為相對阻尼比的數(shù)值。相對阻尼比的物理意義是指出減振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，V會產(chǎn)生不同的阻尼效果。相對阻尼比的表達(dá)式為：巾=2標(biāo)(24)式中：Gm6分別為懸架系統(tǒng)的剛度、簧載質(zhì)量和阻力系數(shù)。當(dāng)減振器安裝在懸架中與垂直線成一夾角時，此時的相對阻尼可以用下式表4一mn'i2o=2.達(dá)：cosa(25)式中：n表小懸架系統(tǒng)的偏頻；m表示懸架系統(tǒng)的簧載質(zhì)量；i為常數(shù)，為減振器的杠桿比；«為減振器的空間安裝角，測取數(shù)模

23、數(shù)值得前減振器為7.10,后減振器為12.280;為減振器阻尼系數(shù)。根據(jù)公式(24)可計算樣車在半載狀態(tài)前、后懸架的阻尼。由于前、后懸架減振器的杠桿比i=1,標(biāo)桿車參數(shù)也前=0.3;巾后=0.3。將數(shù)值代入公式(25)可得懸架的單邊平均阻尼系數(shù)為6前=1794.75N/(m/s)6后=2974.75N/(m/s)通常情況下，將壓縮行程時的相對阻尼比取得小些，伸張行程時的相對阻尼比取得大些，一般把減振器拉伸和壓縮阻力按照8:26:4的比例分配，這樣，既可以保證整車的平順性又不降低操縱穩(wěn)定性。參考標(biāo)桿車數(shù)據(jù)，確定CA07設(shè)計車前后懸架壓縮過程與拉伸過程相對阻尼比的比值分別為：0.45和0.50。根據(jù)設(shè)定的壓縮拉伸阻尼系數(shù)比，進(jìn)一步得出對于前減振器壓縮與拉伸的阻力系數(shù)分別為：807.64N/(m/s)和98