悬架的设计计算

3.1弹簧刚度弹簧刚度计算公式为：前螺旋弹簧为近似圆柱螺旋弹簧：前n8DGd31411Cs……………（1）1后螺旋弹簧为圆柱螺旋弹簧：后n8DGd32422Cs………………（2）式中：G为弹性剪切模量79000N/mm2d为螺旋弹簧簧丝直径，前螺旋弹簧簧丝直径d1=11.5mm，后螺旋弹簧簧丝直径d2=12mm；1D为前螺旋弹簧中径，D1=133.5mm。D2为后螺旋弹簧中径，D2=118mm。n为弹簧有效圈数。根据《汽车设计》（刘惟信）介绍的方法，判断前螺旋弹簧有效圈数为4.25圈，即n前=4.25；后螺旋弹簧有效圈数为5.5圈，即n后=5.5。前螺旋弹簧刚度：=18.93N/mm后螺旋弹簧刚度：后n8DGd32422Cs=22.6N/mm螺旋弹簧刚度试验值：前螺旋弹簧刚度：18.8N/mm；1螺旋弹簧刚度计算公式，参考《汽车工程手册》设计篇3141116nGdDCs前后螺旋弹簧刚度：22.78N/mm。前螺旋弹簧刚度和后螺旋弹簧刚度计算值与试验值基本相符。G08设计车型轴荷与参考样车的前轴荷相差2.0%，后轴荷相差0.8%。设计车型直接选用参考样车的弹簧刚度,刚度为：1Cs=18.8N/mm；2Cs=22.6N/mm。3.5减震器参数的确定汽车的悬架中安装减振装置的作用是衰减车身的振动保证整车的行驶平顺性和操纵稳定性。下面仅考虑由减振器引起的振动衰减，不考虑其他方面的影响，以方便对减振器参数的计算。汽车车身和车轮振动时，减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦ARGδβ=M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。汽车的悬架有了阻尼以后，簧载质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼比来评定振动衰减，相对阻尼比的物理意义是指出减振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。减振器中的阻力F和速度v之间的关系可以用下式表示：ivF…………………………………………（10）式中：δ为减振器阻尼系数；i是常数，i=1。以下是前后减震器阻力－速度特性曲线：G08前悬阻力-速度特性曲线050010001500200025003000050010001500速度v(mm/s)阻力F(N)从上图曲线中得到，当前后减振器速度为0.524m/s时：下面以空载状态分别对前后悬架的相对阻尼比进行计算:阻力值F（N）阻尼系数δ（N/（m/s））压缩拉伸阻尼比前减震器压缩行程679.81297.30.54复原行程1250.52386.5平均965.21841.9后减震器压缩行程444.8848.90.620复原行程7181370平均5811109.6后减震器阻力-速度特性曲线050010001500050010001500速度V(mm/s)阻力F(N)前减震器阻力-速度特性曲线前悬架的减振器安装如图3－6所示：图3－6前减振器安装结构图在上图中，车轮处的阻尼力始终随减振器运动，因此此处不存在杠杆比。减振器有一个3.0°的空间安装角。计算得到前悬架的相对阻尼比为：α为减振器与垂直线所成夹角，单位rad；m为簧载质量，单位kg；n为偏频，单位Hz；i为常数，i=1。23.04cos22mni前后悬架的减振器安装如图3－7所示：图3－7后减振器安装侧视图后减振器在侧视图中存在杠杆比i=L1/L4=400.2/468.2=0.85，其与垂直线的空间夹角α是4.4°。计算得到后悬架的相对阻尼比为:81.04cos22mni后1.前后悬架螺旋弹簧长度校核悬架在运动过程中，必须验证螺旋弹簧在上下极限位置的长度是否满足使用要求，弹簧长度应该满足以下要求：1、上极限位置时螺旋弹簧应该不能并圈。2、下极限位置时螺旋弹簧长度应该小于弹簧自由长度，以防止弹簧脱落根据CAE分析的悬架跳动结果可以确定螺旋弹簧的长度，见表1：镖1螺旋弹簧长度列表悬架下极限长度(mm)半载长度(mm)上极限长度(mm)并圈长度(mm)自由长度(mm)前悬架26115710670365后悬架28619210784316400.2468.2341.4由上表可以看出，悬架处于上极限位置时，其长度大于并圈长度，故不会发生并圈；悬架处于下极限位置时，其长度小于自由长度，故弹簧处于被压缩状态，不会脱落。因此，螺旋弹簧长度符合整车设计要求。2.前、后减振器长度校核悬架运动过程中必须校核减振器的工作行程，以判断悬架在运动过程中减振器推杆是否顶死。5.1前减振器校核a）根据厂家提供前减振器图纸可得前减振器极限尺寸，如图19所示。图19前减振器极限尺寸b）前悬架在上极限位置时，前减振器的长度为344.5mm，如图20所示,大于减振器极限最短尺寸，故减振器推杆不会顶死。最长491mm，最短310mm图20上极限位置前减振器长度5.2后减振器校核a）根据厂家提供后减振器图纸可得减振器极限尺寸，如图21所示；图21后减振器行程范围b）悬架在上极限位置时，减振器的长度为454.3mm（大于440mm）,故满足后减振器行程要求，如图22所示。长度344.5mm最长686mm，最短440mm图22上极限位置后减振器长度长度454.3mm