115S前后悬架系统计算报告-20090618

编号:115S-PD-DP-006前、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.....................................................................................................................21、前悬架偏频计算...................................................................................................................22、后悬架偏频计算...................................................................................................................23、前、后悬架偏频比...............................................................................................................3四、悬架弹簧行程计算.................................................................................................................31、前悬架弹簧行程校核...........................................................................................................32、后悬架弹簧行程校核...........................................................................................................4五、整车侧倾角计算.....................................................................................................................51、前悬架的侧倾角刚度...........................................................................................................52、后悬架侧倾角刚度...............................................................................................................73、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.................................................................................................91、减震器阻尼系数...................................................................................................................92、相对阻尼系数.....................................................................................................................10参考文献.......................................................................................................................................12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后悬架系统二、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页序号参数名称值1轴距(mm)23652前轮距（mm）14103后轮距（mm）14104质心高空载7795整车整备质量（kg）10326最大总质量（kg）16327前轴荷（kg）空载510满载7248后轴荷（kg）空载522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BO7悬架结构，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弹性悬架上作单自由度振动的质量，则悬架系统的固有频率为：mCnπ21（1）式中n为偏频（Hz）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28.1N/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。2、后悬架偏频计算前、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115S借用B07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满载46±590验证负荷9800(N)表2B07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n1k/n2k=1；满载n1m/n2m=0.86。《汽车设计》上推荐客车满载时悬架偏频约为1.29～1.89Hz，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0.85～0.95。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，减震器从空载到上跳极限的最大压缩量为S=39+45×2/3=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Hs=1.01d(n+1)其中：d——弹簧钢丝直径,d=11.5mm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=LCOS6°=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=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。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。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页项目参数上跳行程(mm)下跳行程(mm)总行程(mm)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:rfK＝bfC＋cfC（2）式中：bfC——横向稳定杆在车轮处的等效侧倾角刚度；cfC——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'bfK与车轮处的等效角刚度bfC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·Ldφb=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'bfK=dMb/dφb=221LdfdFbb同理，可得在车轮处的等效角