K01H-PD-DP-006前后悬架系统计算报告要点

1、编号：K01H-PD-DP-006、八刖、后悬架系统计算报告项目名称：K01H编制：日期：校对：日期：审核：日期：批准：日期：东风小康汽车有限公司2012年6月目录1. 概述 11.1 任务来源 11.2 标杆车悬架系统结构 11.3 计算的目的 12. 悬架系统设计的输入条件 1.3. 悬架系统相关计算 1.3.1 悬架偏频计算 13.1.1前悬架偏频计算 23.1.2后悬架偏频计算 23.1.3前、后悬架偏频比 33.2 整车侧倾角计算 33.2.1 前悬架的侧倾角刚度 33.2.2横向稳定杆在车轮处的等效侧倾角刚度 43.2.3螺旋弹簧作用的侧倾角刚度 43.2.4 后悬架的侧倾角刚度

2、53.3 满载工况下侧倾角的计算 63.4 整车的纵倾角刚度 63.5 悬架的相对阻尼比 73.5.1 减震器阻尼系数 73.5.1.1前减震器阻尼系数 73.5.1.2后减振器阻尼系数 73.5.2 相对阻尼比 73.5.2.1空载状态下前悬架的相对阻尼比 83.5.2.2空载状态下后悬架的相对阻尼比 83.6 后减振器活塞杆行程校核 93.7 后悬架装车状态校核 10参考文献 1.1.K01H前后悬架系统计算报告东风小康汽车有限公司1. 概述1.1任务来源根据K01H车型设计开发协议书及相关输出要求，K01H项目要求对底盘相关系统进行 计算校核。1.2标杆车悬架系统结构前悬架采用麦弗逊式独

3、立悬架，后悬架采用纵置钢板弹簧式整体桥式非独立悬架。1.3计算的目的对新设计车的悬架系统基本性能参数进行计算，以求得反映其悬架性能的基本特征参 数，校核悬架匹配是否合理。2. 悬架系统设计的输入条件表1悬架参数列表项目名称单位数值前轮距mm1310后轮距mm1310轴距m2760整备质量kg930满载质量kg1655整备轴荷刖k510后kg420满载轴何刖k645后k1010质心高度整备m646满载m791前悬架非黄载质量k60 （试验值）后悬架非黄载质量k110 （试验值）3. 悬架系统相关计算 3.1悬架偏频计算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

4、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：1 n = n其中：n偏频，hz；(1)第1页共11页K01H前后悬架系统计算报告东风小康汽车有限公司C悬架刚度，N/mm； m簧载质量，kg。3.1.1前悬架偏频计算前悬架沿用。前悬架弹簧为圆锥形螺旋弹簧，在并圈前弹簧刚度呈线性。空载到满载 工况下前悬架行行程变化较小，弹簧未并圈（或并圈很少）按等刚度进行计算。根据项目 输入的文件可知弹簧刚度为29.4 N /mm由于弹簧与竖直方向成12.48°夹角，所以可近 似计算出前悬架的刚

5、度为28.7N/mm带入公式（1）得：空载偏频为1.80Hz ；满载偏频为1.58Hz。3.1.2后悬架偏频计算后悬架为变刚度钢板弹簧式非独立悬架，根据项目输入的文件可知主簧刚度为 51.2N/mm（ 2060N以下检测），复合刚度为121N/m（ 6000N以上检测）。夹紧弧高：125mm 负荷为1609N时弧高：93.5mm 4606N时弧高：51.7mm满载刚度约为103N/mm 带入公式（1）得：空载偏频为2.89Hz满载偏频为2.41Hz根据汽车设计上推荐，轿车悬架偏频约为0.91.6HZ，载货汽车悬架偏频约为1.52.2HZ。所以K01H的悬架偏频相对偏大，但考虑其载货能力建议保留

6、现有状态。3.1.3前、后悬架偏频比前后悬架偏频比为：空载：n 1/n2=0.62满载：n 1/n2=0.65一般前、后悬架的偏频之比约为 0.60.9。从计算结果可看出，前后悬架在空满载 时的偏频比，在推荐范围内，符合设计要求。3.2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，对前悬 架仅考虑弹簧及横向稳定杆的作用。3.2.1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：K.jf C.jbf + C睡cf (2)式中：C：.商一横向稳定杆在车轮处的等效侧倾角刚度；C；c

7、f 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K bf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=dF - dfb而作用在稳定杆上的弯矩和转角分别为：dMb= dFb - Ld © b= 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K

8、bf= dMb/ d © W煌I同理，可得在车轮处的等效角刚度 C.：bf=-*B2，2 df w式中：B前轮距。由以上公式可推导出:C：.：bf = K bf - (,)2 (旦)2T wL3.2.2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）,具体参数可由横向稳定杆简图 得出：K bf 二3EIL2(4)2式中：E材料的弹性模量，取206000N/mm d 4I 稳定杆的截面惯性矩，I ="mm4;64d稳定杆的直径，d= 16mmL由数模测得，L1 由数模测得，L2 由数模测得， a由数模测得， b由数模测得， c 由数模测得，

9、带入公式（4）得：L= 817.0mmLp 100.2mmL2= 100.5mm a= 7.8mm b= 54.2mm c = 346.6mm稳定杆的角刚度3.54 x 107 N 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为：'7K bf = 2.74 x 10 N mm/rad当给车轮30mm垂直向上位移时，相应的稳定杆端部位移为13.58mm根据公式（3），可计算出等效侧倾角刚度：C ：.：bf =1.44 x 107 N mm/rad3.2.3螺旋弹簧作用的侧倾角刚度麦弗逊式悬架可以用下图

10、表示:(3)第3页共11页K01H前后悬架系统计算报告东风小康汽车有限公司其侧倾角刚度可以用下式计算得到：Cicf = 2Cs I （5）la丿式中：Cs 前悬架螺旋弹簧的刚度，Cs = 29.4N/mm；a= 1787mm b= 1531.2mm d= 689.1mm计算得到由螺旋弹簧引起的侧倾角刚度：C：.：tf = 2.05 x 107 N mm/rad根据公式（2）计算得到前悬架总的侧倾角刚度：K ：f = 3.49 x 107 N mm/rad3.2.4后悬架的侧倾角刚度后悬架为钢板弹簧式非独立悬架：2侧倾角刚度K：rr = S CS/2式中：S板簧中心距，SF=980mmCs板簧刚

11、度，空载 Cs=51.2N/mm 满载 Cs=103 N/mm 计算得到后悬架侧倾角刚度:空载 K：，rr=2.46 X 10 N mm/rad满载 K：，rr=4.95 X 107N mm/rad3.3满载工况下侧倾角的计算满载质心高度hg=791mm前悬架侧倾中心高度h1=239 mm后悬架侧倾中心高度h2=364.7mm轴距 L=2760mm满载质心至前轴距离 as=1684.4 mm满载质心至后轴距离bs=1075.6 mm由此求得：悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离：h hg-(h1 bs+h2 as)/L=475.3mm 总侧倾力矩：M=m ay h式中：ay侧向加速度，取0.4g ;

12、m满载簧载质量。6由此求得M=2.77 X 10 N- m根据上面计算得到的前、后悬架侧倾角刚度，可算出满载工况下总侧倾角刚度为K=8.44 X 10 N m/rad，则:侧倾角 9 =Ms/K- 180/ n =1.84 °为保证汽车转弯行驶时车身侧倾角不致过大，通常在0.4g横向加速度下车身侧倾角 小于6°,由此可见，该车满足侧倾角要求。3.4整车的纵倾角刚度在制动强度z= 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: G = zgm式中：Z制动强度；m满载簧载质量1485Kg；hg簧上质心高791mmL轴距 2760mm通过上式计算得到的轴

13、荷转移量是 2087.5N。前、后悬架变形由公式S= G/C可得出：前悬架 S = 2100.2/ (28.7 X 2) =36.4 mm后悬架2100.2/ (103X 2) =10.1 mm整车纵倾角为9 = 士2竺二0.97 °L2n则：整车纵倾角刚度为K尸A G L = 5.97 x 106N - mm/dego 93.5悬架的相对阻尼比汽车的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。下面仅考虑由减振器引起的振动衰减，暂不考虑其他方面的影响，以方便对减振器参数的校核计算。3.5.1减震器阻尼系数减振器中的阻力F和速度v之间的关系可以用下式表

14、示：F 二 vi(7)式中：S 减振器阻尼系数；i是常数，通常减震器在卸荷阀打开前i=1。3.5.1.1前减震器阻尼系数根据提供的前减震器性能数据表：压缩阻力Py (N拉伸阻力Pf (N)0.1m/s0.3m/s0.6m/s0.1m/s0.3m/s0.6m/s400±110650±115900±185500± 1101500±2202200± 400当速度为0.6 m/s时：根据公式(7)计算出，前减震器的拉伸行程的阻尼系数为3578 N/ ( m/s)，压缩行程的阻尼系数为1028N/ (m/s)，平均阻尼系数为2303 N/ (m

15、/s)。3.5.1.2后减振器阻尼系数根据提供的后减震器性能数据表：压缩阻力Py (N拉伸阻力Pf (N)0.1m/s0.3m/s0.6m/s0.1m/s0.3m/s0.6m/s100167± 1252557421307±2221800当速度为0.6m/s时：根据公式(7)计算出，后减振器拉伸行程的阻尼系数为 2195N/ (m/s)，压缩行程的 阻尼系数为313N/ (m/s)，平均阻尼系数为1254N/ (m/s)。3.5.2相对阻尼比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，

16、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，用相对阻尼比的大小来评定振动衰减的快慢程度。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。相对阻尼比大，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；相对阻尼比小，则情况相反。3.521空载状态下前悬架的相对阻尼比前减振器安装结构简图如下：第13页共11页5.44。的空间安装 (8)前悬架中，减振器与车轮存在杠杆比，且减震器与垂直线有一个角,此时的相对阻尼可由下式表示,2 mi26 , 2 /cos a二 c / m s其中：_：i 减振器安装角

17、；S 减振器阻尼系数；c悬架系统刚度；i 杠杆比，i=1.13 ；m簧载质量。根据公式(8)得：前悬架的拉伸相对阻尼比为0.55，压缩相对阻尼比为0.16，平均相对阻尼比为0.3553.5.2.2空载状态下后悬架的相对阻尼比后减震器安装见图如下：后减震器在安装中存在杠杆比，相对阻尼比按下式求得:(9)式中:a=410mm n=491mm根据公式（9）得：后悬架的拉伸相对阻尼比为 0.15，压缩相对阻尼比为0.04，平均相对阻尼比为0.13.6后减振器活塞杆行程校核根据后悬架系统运动分析，减振器活塞杆行程变化与后车轮跳动的关系曲线如下图。后减振器活塞杆行程变化车轮升高量即，后减震器活塞杆行程为164.2mm后减振器总长度变化车轮升高量后减震器长度尺寸为（305.7470mm，后减震器实际长度为（287457mm。可以看 出后减振器下极限长度可以满足悬架设计要求且有18.7mm的余量，不会影响后悬架的上跳行程；后减振器的下极限长度比需要长度小13mm,即在车轮下跳过程中会起到限位作用，此时活塞杆受到的拉力为 13X 51.2 = 665.6N。根据后减震器图纸，其焊接拉脱力25KN所以后减振器可以满足其使用性能要求。 3.7后悬架装车状态校核根据输入条件整备质量时，车身姿态角为1.85 °