实例-悬架系统设计计算报告分解

编号：悬架系统设计计算报告项目名称：国内某车型项目代码：007编制：日期：校对：日期：审核：日期：批准：日期：汽车设计有限公司2011年11月悬架系统计算报告I目次1概述................................................................21.1任务来源............................................................21.2悬架系统基本介绍.....................................................21.2.1前悬架的结构形式....................................................21.2.2后悬架的结构形式....................................................21.3计算的目的...........................................................32悬架系统设计的输入条件.................................................33悬架系统偏频的选取及悬架刚度计算........................................34弹簧计算.............................................................54.1弹簧刚度的计算.......................................................54.2前螺旋弹簧钢丝直径的计算..............................................85悬架系统静挠度计算....................................................96悬架侧倾角刚度计算....................................................96.1前悬架侧倾角刚度计算..................................................96.2后悬架侧倾角刚度计算.................................................116.3整车侧倾角刚度计算...................................................126.4整车的侧倾力矩......................................................136.5整车的纵倾计算......................................................156.5.1纵倾角的计算......................................................157减振器参数的确定.....................................................167.1减振器阻尼系数的确定.................................................168参数列表............................................................18参考文献...............................................................21悬架系统计算报告2悬架系统设计计算报告1概述1.1任务来源根据《新车设计开发项目协议书－007项目设计开发》的规定，悬架系统参考样车进行逆向设计。1.2悬架系统基本介绍该款车前悬架采用麦弗逊式独立悬架，后悬架采用整体式驱动桥钢板弹簧非独立悬架。1.2.1前悬架的结构形式图1前悬架结构形式1.2.2后悬架的结构形式悬架系统计算报告3图2后悬架结构形式1.3计算的目的通过计算，求得反映其悬架系统性能的基本特征量，为零部件开发提供参考。计算内容主要包括悬架刚度、偏频、静挠度、动挠度、侧倾刚度和减振器阻尼等。2悬架系统设计的输入条件表1悬架参数列表CA07标杆车质心高（mm）空载695695半载743743满载750750前轮距（mm）14151386后轮距（mm）14301408轴距（mm）26502700空载质量（kg）11941180满载质量（kg）18641850前轴荷（kg）空载550560半载628642满载669682后轴荷（kg）空载644620半载906878满载11951181前悬架非簧载质量（kg）8080后悬架非簧载质量（kg）1201203悬架系统偏频的选取及悬架刚度计算前后悬架固有频率的匹配应合理，对乘用车，要求前悬架固有频率略低于后悬架的固有频率，还要不允许悬架撞击车架（或车身）。由标杆车试验数据得出（表2）：表2标杆车悬架刚度试验表悬架系统计算报告4由于左、右轮载做实验时存在误差，现取其平均值计算载荷，高度变化值。由上表取值：前轴荷为556kg，后轴荷为620kg。前轴荷为689kg，后轴荷为1017kg。分别取对应载荷左右高度差平均值的差值得：前轴荷变化量为689-556=133kg，位移为399.85-381.75=18.1mm；后轴荷变化量为1017-620=397kg，位移为420.65-389.55=31.1mm；故前悬架刚度为：（133/2×9.81）/0.0181=3.61×104N/m后悬架刚度为：（397/2×9.81）/0.0311=62.5×104N/mmCnπ21（Hz）……………………………………………………………（1）代入样车空、满载前、后簧上质量得：前悬空载偏频n1空=1.38Hz；后悬空载偏频n2空=1.78Hz；前悬半载偏频n1半=1.27Hz；后悬半载偏频n2半=1.45Hz；前悬满载偏频n1满=1.22Hz；后悬满载偏频n2满=1.33Hz；标杆车：空载时前后悬架的偏频比为0.78，半载时前后悬架的偏频比为0.88，满载时前后悬架的偏频比为0.92。以上可以看出，标杆车的偏频并不好，需要优化；选取CA07的前悬架半载偏频n1半=1.56Hz，后悬半载偏频n2半=1.85Hz,满悬架系统计算报告5载偏频n2满=1.70Hz；代入方程（1），并除去非簧载质量前悬80kg，后悬120kg，CA07前、后悬悬架刚度分别为：C1=32.22×104N/m；C2=83.66×104N/m；代入方程（1），CA07前、后悬空、半、满载偏频为：前悬空载偏频n1空=1.32Hz；后悬空载偏频n2空=1.97Hz；前悬半载偏频n1半=1.22Hz；后悬半载偏频n2半=1.64Hz；前悬满载偏频n1满=1.18Hz；后悬满载偏频n2满=1.40Hz；以上计算参数汇总见表3。表3计算参数汇总计算项目CA07计算结果标杆车前悬架偏频（Hz）空载1.321.38半载1.221.27满载1.181.22后悬架偏频（Hz）空载1.971.78半载1.641.45满载1.401.33空载偏频比0.670.78半载偏频比0.740.88满载偏频比0.840.92前悬架刚度（N/mm）32.2236.01后悬架刚度（N/mm）83.6662.554弹簧计算4.1弹簧刚度的计算车轮与路面接触点和悬架弹簧的安装点不同，但在悬架杆系中具有一定的几何关系，因此，悬架刚度和弹簧刚度存在一定得比例关系，也就是说，悬架刚度和弹簧刚度存在一定得传递比，如图3所示：悬架系统计算报告6图3传递比示意图abNFihvwy//,……………………………………………………………（2）abffiFx//………………………………………………………………（3）式中：xi——行程传递比yi——力传递比wF——弹簧力hvN,——簧上质量f——车轮行程Ff——弹簧行程通过上述公式可以求得弹簧刚度（悬架刚度前面已计算得到）FC：fiiNfFCxyhvFwF//,fNChvhv/,,…………………………………………………………………（4）xyhvFiiCC,……………………………………………………………（5）式中：悬架系统计算报告7FC——弹簧刚度hvC,——悬架刚度图4麦弗逊悬架传递比示意图经过推导，麦弗逊悬架传递比为：)/(cos1）（oix…………………………………………………………（6）tctgococttgdRiy)()()sin()()cos()cos(000000………（7）其中：0=9.431°=3.678°R0=21.813mmC+o=621.754mm=11.55°d=194.625mm代入公式（6）、（7）中计算得出：ix=1.005iy=1.112悬架系统计算报告8代入公式（2）计算得出前悬架弹簧刚度为：Cs1=（C1/2）×ix×iy=32.2N/mm；图5后悬架半载刚度计算示意图参照图5所示后悬架刚度计算示意图，计算后钢板弹簧的刚度。根据CA07车型需要，后悬架采用变刚度钢板弹簧：2Cs=C2/22Cs=52.8N/mm（空、半载）59N/mm（满载）77N/mm（副簧完全工作）4.2前螺旋弹簧钢丝直径的计算根据刘惟信主编的《汽车设计》，弹簧的刚度计算公式：iDGdCms348……………………………………………………………………（8）式中：G——弹簧材料的剪切弹性模量，7.9×104MPa；i——弹簧工作圈数，8.5圈；mD——弹簧中径，91mm；d——弹簧簧丝直径将以上数值代入公式得：d=12mm。悬架系统计算报告95悬架系统静挠度计算理论研究和使用经验证明：汽车前、后悬架与其簧载质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车平顺性的主要参数之一。现在汽车的质量分配系数ε=ρ2/ab=0.8～1.2，可以近似的认为ε=1。这样，前、后轴上方车身两点的振动不存在联系。此时，前、后部分车身的振动频率（亦称偏频）可表示为：11121nmc，22221nmc；………………………………………（9）而悬架的静挠度与簧载质量和悬架刚度的关系为：fC1=m1g/C1，fc2=m2g/C2；…………………………………………………（10）11/5ncf，22/5ncf(g取981㎝/s2）；………………………（11）式中：n1，n2为前、后悬架的偏频；fC1，fC2为前、后悬架在簧载质量m1、m2作用下的静挠度；C1，C2为前、后悬架的刚度。由式（11）计算静挠度，见表4：表4静挠度值汇总项目CA07标杆车前悬空载/(mm)14.413.05前悬半载/(mm)16.7915.41前悬满载/(mm)18.0416.69后悬空载/(mm)6.427.89后悬半载/(mm)9.2711.96后悬满载/(mm)12.6814.15空载前后挠度比值2.241.65半载前后挠度比值1.811.29满载前后挠度比值1.421.186悬架侧倾角刚度计算悬架的侧倾角刚度是指簧载质量产生单位侧倾时悬架给车身的弹性回复力矩，悬架侧倾角刚度的大小对车身侧倾角有很大影响，总体设计中要求在侧倾惯性力等于0.4倍车重时，乘用车车身侧倾角小于4°。6.1前悬架侧倾角刚度计算悬架系统计算报告10前悬架的侧倾角刚度rfC由两部分共同作用，即螺旋弹簧引起的侧倾角刚度与横向稳定杆引起的侧倾角刚度：rfC＝bwC＋cfC…………………………………………………………（12）式中：bwC，横向稳定杆引起的等效侧倾角刚度，N·mm/rad；cfC，螺旋弹簧引起的侧倾角刚度，N·mm/rad。忽略衬套影响时，横向稳定杆的角刚度计算可根据下面的公式，具体参