115S前后悬架系统计算报告-20090618解析

1、编号：115S-PD-DP-006、八刖、后悬架系统计算报告项目名称：115S编制：日期：校对：日期：审核：日期：批准：日期：重庆迪科汽车研究有限公司2009 年 3 月目录一、概述 .1.二、悬架系统设计输入参数 .1.三、悬架偏频的计算 .2.1、前悬架偏频计算 .2.2、后悬架偏频计算 .2.3、前、后悬架偏频比 .3.四、悬架弹簧行程计算 .3.1、前悬架弹簧行程校核 .3.2、后悬架弹簧行程校核 .4.五、整车侧倾角计算 .5.1、前悬架的侧倾角刚度 .5.2、后悬架侧倾角刚度 .7.3、空载工况下侧倾角的计算 .8.六、整车的纵倾角刚度 .8.七、整车减震器的相对阻尼系数 .9.1

2、、减震器阻尼系数 .9.2、相对阻尼系数 . 1.0.参考文献 .1.2.前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第1页共 12 页一、概述115S 是在 B07 基础上缩短的新开发车型，由于轴距、整车质量、轴荷的变化，需对 前后悬架进行计算校核，以验证该车型的悬架是否满足基本性能要求。115S 前悬架采用麦弗逊独立悬架，后悬架采用纵置钢板弹簧非独立悬架。前后悬架见图 1、图 2。图 1 前悬架系统图 2 后悬架系统、悬架系统设计输入参数115S 悬架系统设计所需的输入参数见表 1。前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第2页共 12 页骨口. 序号参数名称值1轴距（mm）236

3、52前轮距（mr）i14103后轮距（mr）i14104质心咼空载7795整车整备质量（kg）10326最大总质量（kg）16327前轴何（kg）空载510、卄 +、， 满载7248后轴荷（kg）空载522、卄 +、， 满载9089前悬架非簧载质量（kg）6010后悬架非簧载质量（kg）110表 1 悬架系统设计输入参数三、悬架偏频的计算115S 悬架完全借用 B071架结构，轴荷发生了改变，所以悬架的频率也发生改变。 悬架系统将车身与车桥弹性的连接起来，由此弹性元件与它所支承的质量组成的振动系统决定了车身的固有频率，这是影响汽车行驶平顺性的重要性能指标之一。根据力学分析，如果将汽车看成一个在

4、弹性悬架上作单自由度振动的质量，则悬架系C 为悬架刚度（N/mm m 为簧载质量（Kg）1、前悬架偏频计算115S 前悬架为变线径弹簧，弹簧刚度呈非线性。空载到满载工况下，弹簧的刚度变化不大，因此可近似认为该螺旋弹簧为等刚度弹簧。前螺旋弹簧刚度为30.9N/mm 悬架的杠杆比 i=1.1 ，所以可近似计算出前悬架的刚度为28.1 N/mm。参数公式（1）代入，计算得到：空载偏频 n1k=1.78Hz;满载偏频 n1m=1.46Hz。统的固有频率为：式中 n 为偏频（Hz）(1)1 n =n前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第3页共 12 页2、后悬架偏频计算115S 借用 B07

5、钢板弹簧，其数据如表 2。115S 后悬架为变刚度钢板弹簧式非独立悬架， 完全借用 B07 后悬结构，由于后轴荷发 生变化，根据后悬簧上质量计算得空载状态后簧静挠度为 53.2mm ( B07 主簧刚度为 38N/mm 后簧静挠度为 54mm。与 B07 相差仅 0.8mm 对整车姿态影响很小，所以，115S 可以完全 借用 B07后悬架数据状态。满载时钢板弹簧处在刚度渐变区。主簧刚度:38 3(N/mm) 2300N 以下检测 复合刚度:76 5(N/mm) 6000N 以下检测负荷 P(N)弧高(mm)挠度(mm)0136 502070常用82 5544120、卄 +、，满载46 590验

6、证负荷9800(N)表 2 B07 钢板弹簧参数参数代入公式(1)，计算得到：空载偏频 n2k=1.77Hz;满载偏频为 n2m=1.70Hz。3、前、后悬架偏频比空载 nik/n2k=1；满载 nin/n2m=0.86。汽车设计上推荐客车满载时悬架偏频约为1.291.89 Hz，为减少汽车的角振动，一般汽车的前、后悬架的偏频之比约为 0.850.95。从我们计算结果可看出，前后悬架偏频率满足要求。四、悬架弹簧行程计算1、前悬架弹簧行程校核1)弹簧剩余行程校核空载状态缓冲块到减震器座面的距离为 39mm 前缓冲块可压缩部分长度为 45mm 以 缓冲块最大压缩量为 2/3 计算，减震器从空载到上

7、跳极限的最大压缩量为S=39+45X2/3=69mm根据汽车设计推荐，可大致按如下公式计算出螺旋弹簧完全并紧时的高度H=1.01d( n+1)前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第4页共 12 页其中：d- 弹簧钢丝直径,d=11.5mm n 弹簧总圈数，n=8.75因此，螺旋弹簧完全并紧时的高度为 113mm在前支柱总成中减振器与弹簧的夹角为 7，则有减震器压缩量 S 与弹簧压缩量 L 的 关系：S=LC0S6 =0.9926L根据以上数据得知：在车轮上跳极限位置时，减震器压缩量 S=69mm弹簧压缩量 L=69.5mm空载时弹簧高度为 198mm此时弹簧高度为 198-69.5=

8、128.5mm 113mm 说明悬架在上极限位置时弹簧不会并圈。2) 弹簧预紧行程校核减震器在最下端位置时，弹簧高度为 240mm 所以弹簧预紧行程为 280-240=40mm 在车轮为下跳极限时，弹簧不会脱出。3) 车轮跳动分布空载弹簧静挠度 f空=82mm满载弹簧静挠度 f满=117mm弹簧长度变化量乘于悬架杠杆比 1.1 即为车轮的跳动量，将弹簧的变形量换算到车 轮处，得出车轮的跳动分布见表 3。状态-项目上跳行程(mm)下跳行程(mm)总行程(mm)空载76.549125.5满载3887.5表 3 前车轮跳动行程2、后悬架弹簧行程校核根据空载后轴荷，可计算出空载板簧静挠度f空=54mm

9、由于满载时板簧处于变刚度区，据115S 满载后轴荷计算出满载板簧静挠度f满=87.5mm钢板弹簧自由状态下，板簧高 136mm 以缓冲块压缩 2/3 计算，缓冲块最大压缩量为45mm 在空车状态时缓冲块距离限位块支架 71.5mm 所以钢板弹簧最大挠度 f最大=170.5mm 后车轮跳动分布见表 4。项目参数上跳行程(mm)下跳行程(mm)总行程(mm)前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第5页共 12 页空载116.554170.5满载8387.5表 4 后车轮跳动行程五、整车侧倾角计算悬架的侧倾角刚度是指簧上质量产生单位侧倾角时悬架给车身的弹性恢复力偶矩。整 车的侧倾角刚度等于前

10、后悬架的侧倾角刚度之和。下面分别对前后悬架进行分析计算，对 前悬架仅考虑弹簧及横向稳定杆的作用。1、前悬架的侧倾角刚度前悬架的侧倾角刚度由两部分起作用：K7rf Cjbf+ Cjbf(2)式中：0 尚-横向稳定杆在车轮处的等效侧倾角刚度；C；cf螺旋弹簧作用的侧倾角刚度。当横向稳定杆用于独立悬架时，横向稳定杆的侧倾角刚度 Kbf与车轮处的等效角刚度C：.：bf之间的换算关系可如下求出：设汽车左右车轮接地点处分别作用大小相等，方向相反 的垂向力微量 dFw,在该二力作用下左右车轮处的垂向位移 dfw,相应的稳定杆端部受到的垂 向力和位移分别为 dFb和 dfb,由于此时要考察的是稳定杆在车轮处的

11、等效侧倾刚度，因而 不考虑悬架中弹簧的作用力，则必然有dFw dfw=dFb dfb而作用在稳定杆上的弯矩和转角分别为dMb= dFb Ldb= 2 dfb/L式中 L 横向稳定杆两端点间的距离由此可得稳定杆的角刚度 Kbf= dMb/ d b=- *-dFbL22 dfb同理，可得在车轮处的等效角刚度 C，bf=-*dFw*B22 dfw式中 B前轮距由以上公式可推导出：C：.：bf= Kbf()2(旦)2(3)fwL1)横向稳定杆在车轮处的等效侧倾角刚度横向稳定杆自身的角刚度计算可根据下面的公式(4)，具体参数可由图 3 得出：前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第6页共 12

12、页K -3EIL2K33L22（4）2L3- a3a b4L；b cd41:稳定杆的截面惯性矩，1=n6?mm4d:稳定杆的直径，d= 16mmL:由数模测得，L= 815mmL 仁 由数模测得，Li= 100.5mmL2：由数模测得，L2= 100.3mma：由数模测得，a= 7mmb:由数模测得，b = 53.4mmc:由数模测得，c = 347.1mm根据上式计算得到稳定杆的角刚度 Kbf=3.55x107N mm/rad。由于连接处橡胶件的变形，稳定杆的侧倾角刚度会减小约15%30%。取其中间值 22.5 %，因此，横向稳定杆作用的侧倾角刚度7Kbf=2.75x10 Nmm/rado当

13、给车轮 20mm 垂向位移时，相应的稳定杆端部位移为7.5mm 根据公式（3），可计算出等效侧倾角刚度C：.：bf=1.16x107N mm/rado2）螺旋弹簧作用的侧倾角刚度式中:前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第7页共 12 页麦弗逊式悬架尺寸如图 4 所示。前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第8页共 12 页侧倾角刚度 K：.；rr=S? xCs/2图 4 麦弗逊式悬架尺寸简图其侧倾角刚度可以用下式计算得到:(5)式中 Cs:前悬架螺旋弹簧的刚度，Cs= 30.9N/mm数模中可测得 a= 1630mm , b = 1344.7mm d= 767.2mm 计算

14、得到由螺旋弹簧引起的侧倾角刚度：C：.：f=2.41x107N - mm/rad根据公式（2）计算得到前悬架总的侧倾角刚度K:;rf=3.57x107N mm/rad2、后悬架侧倾角刚度钢板弹簧式非独立悬架尺寸见图 5:C：图 5 后悬架尺寸简图前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第9页共 12 页式中 SF：钢板弹簧中心距，S=1066mmCs：钢板弹簧刚度，空载 Cs=38N/mm计算得到后悬架侧倾角刚度如下：K: rr=2.15x107Nmm/rad。为了获得不足转向特性，一般汽车前悬架侧倾角刚度要比后悬架侧倾角刚度大(前后 比值一般为 1.42.6 )。空载状态下前后悬架侧倾

15、角刚度比为1.74，满足设计要求。3、空载工况下侧倾角的计算空载质心高度 hg=779mm前悬架侧倾中心高度 h 仁 265mm后悬架侧倾中心高度 h2=285mm轴距 L=2365mm空载质心至前轴距离 as=1197mm空载质心至后轴距离 bs=1168mm由此求得：悬架质量的质心至侧倾轴线的距离hhg-(h1xbs+h2xas)/L=504mm。总侧倾力矩：M=mxayXh式中：ay侧向加速度，取 0.5gm-空载簧载质量由此求得 M= 2130967N mm根据上面计算得到的前、后悬架侧倾角刚度，可算出空载工况下总侧倾角刚度 K=5.72x107N - mm/rad侧倾角9=Ms/Kx

16、(180n/)=2.13 。为保证汽车转弯行驶时车身侧倾角不致过大，通常在0.5g横向加速度下车身侧倾角小 于5,由此可见，该车满足侧倾角要求。六、整车的纵倾角刚度在制动强度 z 二 0.5 时，当车辆发生纵倾时，前后悬架的受力的变化量相当于轴荷转 移量G式中：z :制动强度m：满载簧载质量 1462KgG =zgm前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第10页共 12 页hg：簧上质心高 812mm(满载)L:轴距 2365mm通过上式计算得到的轴荷转移量 G=2462.1N前后悬架变形由公式 S=AG/C 可得出前悬架 S = 2462.1/ (25.5X2) =48.3mm后悬架

17、 2462.1/ (45.8X2) =26.9mm整车纵倾角为9 =垃鱼二 1.82L2n整车纵倾角刚度为 K 尸AG L= 3.2X106N - mm/dego9七、整车减震器的相对阻尼系数汽车悬架中必须安装减振装置，以便衰减车身的振动保证整车的行驶平顺性和操纵稳 定性。下面仅考虑由减震器引起的振动衰减，暂不考虑其他方面的影响，以方便对减震器 参数的校核计算。1、减震器阻尼系数减震器中的阻力 F 和速度 v 之间的关系可以用下式表示：F=vi(7)式中：S为减振器阻尼系数；i 是常数，通常减振器在卸荷阀打开前 i=1。1)前减震器阻尼系数前减震器复原、压缩过程速度与阻尼力关系见表5项目参数复

18、原阻尼力Pf(N)压缩阻尼力 Py(N)0.1m/s4504000.3m/s800152650 1440.6m/s1150900表 5 前减震器复原、压缩过程速度与阻尼力关系根据公式(7)计算得前减震器阻尼系数见表 6项目参数复原行程阻尼系数 N/ (m/s)压缩行程阻尼系数N/ (m/s)平均阻尼系数 N/(m/s)0.3m/s2666216624160.6m/s191715001708表 6 前减震器阻尼系数前、后悬架系统计算报告重庆迪科汽车研究有限公司第11页共 12 页2)后减震器阻尼系数后减震器复原、压缩过程速度与阻尼力关系见表7项目参数复原阻尼力Pf(N)压缩阻尼力 Py(N)0.

19、1m/s7421000.3m/s1307 222167 670.6m/s1800255表 7后减震器复原、压缩过程速度与阻尼力关系根据公式(7)计算得后减震器阻尼系数见表 8项目参数复原行程阻尼系数 N/(m/s)压缩行程阻尼系数 N/(m/s)平均阻尼系数 N/(m/s)0.3m/s435655624560.6m/s30004251712.5表 8 后减震器阻尼系数2、相对阻尼系数汽车车身和车轮振动时，减震器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦形成了振动阻尼，将振动能量转变为热能，并散发到周围的空气中去，达到迅速衰减振动的目的。汽车悬架有了阻尼以后，簧载质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数的大小来评定振动衰减的快慢程度。 相对阻尼系数的物理意义是指出减震器的阻尼作用在与不 同刚度和不同质量的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。相对阻尼系数大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击力传递到车身上；相 对阻尼比系数小，贝情况相反。1)前悬架的相对阻尼系数前悬架的杠杆比 i=1.1 ,且减震器与垂直线有一个 6.4。的空间安装角，见图 6。此时 的相对阻尼系数.由式(8)求得：= c / ms其中一减震器安装角s减震器阻尼系数C悬架系统垂直刚