【《麦弗逊式独立悬架设计计算过程案例》4500字】

第页共33页麦弗逊式独立悬架设计计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u1746麦弗逊式独立悬架设计计算过程案例 1268071.1悬架机构形式确定 147641.2悬架的弹性特性和工作行程 2315861.3螺旋弹簧的设计 4116241.4减震器选择 71.1悬架机构形式确定此次完成整体设计的悬架结构是配备在新能源低速电动车车型之上的，已经初步确定了前悬架应用麦弗逊结构形式的悬架，后悬架应用扭力梁结构的悬架。配备的弹性元件包含了各种不同种类的弹簧。其中的板弹簧具备有较好的减震功能，所配备其它类型的弹性元件是对应的悬架结构中必须进行配备的减振元件，这些弹簧进行配合使用就能够使得已经发生了振动的车辆在短时间内静止。对应的钢板弹簧结构是汽车领域内最早使用的弹性元件，因为其自身存在有许多结构上的不足，因而慢慢的被其它的弹性元件所替代。综合之前所述，因为螺旋弹簧自身占用的空间相对小一些，质量也小一些，而且使用过程不需要润滑等优势，被广泛的应用在大多数的乘用车上。本次设计的弹性元件可以主要以螺旋弹簧为主。液力减震器的悬架结构中得到了非常广泛的应用。液力减震器其工作的原理是在车架结构以及车桥结构二者做出往复方向的相对运动过程中，对应减震器结构中的活塞处于缸筒结构内也做出往复的运动轨迹，减震器壳体结构中存在的油液就会反反复复的从一个内腔途径一部分形状较小的孔隙流到对应的另一个内腔之中。这样的流程会使得孔壁和油液间产生摩擦，液体分子也会发生内摩擦从而生成对于振动条件的阻尼作用，这就使得车身以及车架发生振动产生的能量进一步的转化成为热能，从而被油液以及减震器壳体结构吸收，与空气进行热交换。本次的设计进行选择双筒式结构的液力减震器结构。车轮结构相对于车架结构以及车身完成跳动运动时，车轮结构（特别对应的转向轮结构）其自身的运动轨迹需要满足一定条件的需求，若不能满足则会对于汽车的一些行驶性能（尤其是车辆整体的稳定性）产生不利的影响。因而悬架结构中对应的某些传力结构还具备了能够使得车轮依据所需的运动轨迹相对于车架以及车身发生跳动的功能，所以对应的传力构件还具备了一定的导向功能，因而被称为导向机构。绝大多数的轿车以及轿车之上，为了减少车身处于转向过程中可能出现的横向倾斜运动，还需要在悬架结构里进行设计起到辅助作用的弹性元件——横向稳定器元件。1.2悬架的弹性特性和工作行程1、悬架频率的选择相对于市场上绝大多数的汽车来讲，对应的悬挂质量分配系数需要满足公式ε=0.8～1.2，所以这里做出近似的处理ε=1.0，具体的含义是前后桥结构上方的车身部位具备的集中质量所产生的垂直振动间并不会产生干涉，是相互独立的，一般采用偏频来表示出各自不同的完成相应自由振动的震动频率，若是偏频数值越小，说明汽车具备有较好的平顺性。通常来讲，应用了钢制弹簧的轿车，其偏频的数值约为1～1.3Hz（60～80次/min），在数值上与人体步行时对应的自然频率相近。在本次的设计中确定出n=1.2HZ。2、悬架的工作行程汽车悬架结构对应的前后偏频数值的具体计算公式如下所示：（1.1）（1.2）这里的g代表了重力加速度，一般取其值为g=9.8,、则是前后悬架具备的刚度数值，QUOTEGs1、QUOTEGs2代表了前后悬架结构可以承担的簧载质量的大小。通常应用了钢制弹簧的轿车其对应的数值可以约等于、的数值可以约等为，0.85～0.95。先进行粗略的选取对应的，。对应的比值处于0.85～0.95的具体范围当中满足所需要求。（1.3）（1.4）通过计算就得到了悬架的动挠度具体数值如下：=（0.5—0.7）QUOTE可以取得=0.5QUOTE所谓悬架的动挠度含义是满载状态下从静平衡位置开始直到悬架被载荷压缩到结构所能发生的最大变形的变形数值，通常乘用车动挠度可以对应的取得70～90、轿车对应的动挠度可以取得50～80、货车对应的动挠度可以取得60～90。为了可以获得更好的平顺特性，因此能够应用结构较软的悬架结构来减低偏频的数值，对应软的悬架处于一定载荷的条件下对应发生变形量的具体数值也会变的更大一些，对于一般的轿车而言，具体的悬架结构以及其所对应的整体工作行程数值之和（即静挠度加上动挠度的数值）应当不小于160。设计对应的数值为=171.6+86.8=260.4>160因而此设计符合要求。3、悬架刚度计算已经得到数据：整车的装备质量数值：m=1521kg，取簧上质量的具体数值为1060kg；取簧下质量的具体数值为60kg，通过查阅轴荷结构对应的分配范围表可以得到：空载条件下前轴的单轮轴荷对应取得60%，因此可以得到：=456.3kg满载条件下前轴单轮轴荷对应取得50%，因此可以得到：QUOTE得到了悬架刚度数值：=。1.3螺旋弹簧的设计1.1.1螺旋弹簧的刚度1、螺旋弹簧类型的选择本次设计所选用的螺旋弹簧形式上将其两端进行碾细处理后进行并紧如图下图所示，采用的材质确定为淬火回火加工而成的硅锰合金弹簧钢丝。对应的试验载荷确定为，，。图1.3弹簧两端结构图因为在悬架系统中存在有导向机构的原因，悬架自身具备的刚度C和作为弹性元件的弹簧其对应的刚度并不相等，具体的区别是悬架刚度C指的是车轮结构处达到单位挠度需要施加的力；而对应的弹簧刚度单单指的是弹簧自身单位挠度需要施加的力的大小。比如麦弗逊独立悬架结构所对应的悬架刚度C的具体计算方式如下图所示。图1.4悬架几何关系示意图进行初步确定出摆臂长的具体数值大小为EH=491.62；对应半轮距的具体数值为B=785；对应减震器的具体布置角度满足β=9.1°，要求的高度对应数值为580。因此可以得到悬架自身的刚度和弹簧具备的刚度存在下列关系：由图可以计算得到：（1.5）

式中的C对应的表示悬架具备的刚度，这里的对应的表示弹簧具备的刚度已知对应数据U=2200P=2288.8δ=4.67°β=9.1°因此能够通过计算得到具体的数值如下31.79N/2、计算弹簧钢丝直径d通过下面相应的公式完成计算得到：式中这里的i对应表示弹簧工作过程中有效圈数，这里暂时取得其值为8;这里的G对应表示弹簧材料所具备的剪切弹性模量大小，具体的数值取Mpa;这里的对应表示弹簧中径的大小，对应的取得其值为110;进行代入计算能够得到：d=11.98确定出钢丝对应的相关直径数值d=12，确定出对应的弹簧外径具体数值D=122，确定出弹簧工作时有效圈数的具体数值n=8；3、弹簧校核（1）对于弹簧刚度完成的具体校核对于弹簧刚度需要满足的计算公式如下所示：对于得到的数据进行带入计算能够得到弹簧的具体刚度数值为：N/因此对于弹簧的选择满足对于刚度校核的需求。4、弹簧表面剪切应力校核弹簧处于压缩状态的情况下其对应的工作方式和扭杆结构相像，都是依据材料完成的剪切变形来起到吸收能量的作用，对应的弹簧钢丝表面位置具备的剪应力大小为：在这个式子中：这里的C对应表示了弹簧的指数（旋绕比），具体的数值可以取；这里的对应的表示了曲度系数大小，为了考虑到簧圈自身的曲率参数对于强度产生影响的具体系数；；这里的P对应表示弹簧具备的轴向载荷数值。

已经得到了具体数值=110，d=12，因此可以得到弹簧的指数C具体大小以及曲度系数的具体数值：=110/2=9.16P=N；对应弹簧表面需要满足的剪切应力大小如下：Mpa[τ]=0.63[σ]=0.63×1569Mpa，因为τ<[τ]，因此选取的弹簧符合所需要求。综上所述能够最终确定出弹簧满足的参数条件为：弹簧对应的钢丝直径数值满足d=12，对应的弹簧外径数值满足D=122，弹簧有效的工作圈数数值满足n=8。1.4减震器选择本次的设计应用了双筒式类型的减震器结构，其具体的结构组成由下图所示。减震器具体的特性能够应用图1.6的示意图以及对应的阻尼力-速度曲线来完成对应的过程描述。图1.6速度对减震器特性影响示意图图1.7代表了三种不同类别的减震器对应的特性曲线。首先的第一种是斜率不断递增类型的，第二种是等斜率类型的(其图形为线性)，第三种是斜率递减类型的。对应的第一种情况是低速过程中，对应的阻尼力相对较小一些，这样确保了汽车在平坦路面上行驶的平顺性，第三种类型在很宽的振动速度范围之内都能够提供足够大小的阻尼力，这样车轮结构的接地能力以及汽车行驶过程的各项性能都得到了很大的提升。依据汽车不同的的型式、行驶的道路条件以及相关的使用规定来选取合适的阻尼力特性。需要特别注意，对于大部分的汽车而言，减震器结构的安装并不是在完全垂直的方向上，如图1.8就是刚性桥非独立悬架的加工情况。1.5减震器参数设计1、阻尼系数ψ减震器参数中的相对阻尼系数ψ具体的物理意义表示：减震器结构起到的阻尼作用在和具备了不同类型的刚度C以及不同数值的簧上质量的悬架系统完成配对的过程中，可能会对应不同类型的阻尼效果。对应的ψ数值若是过大，则发生的振动就会迅速的进行衰减，这样就可以把较大的路面冲击力传导到车身的位置；ψ值若是过小则情况相反，在通常的条件下，把压缩行程过程时所对应的相对阻尼系数数值可以取的相对的小，在伸张行程过程中对应的相对阻尼系数需要相应的更大一些，对应的两者间最好可以保持=（0.25-0.50）的数值关系。图1.10减震器的阻力-位移特性与阻力-速度特性在完成设计的流程当中，应当首先确定出与存在的平均值ψ大小。相对于不存在摩擦的弹性元件悬架来讲，对应的选取数值ψ=0.25-0.35；对于存在了内摩擦的弹性元件类型的悬架结构，对于ψ的取值需要相应的小一些，目的是为了防止悬架结构和车架之间发生碰撞。在本次的设计中对应的选取ψ=0.3，则对应的可以确定出：，通过相关的计算能够得到具体数值：=0.4，=0.22.减震器阻尼系数的确定减震器结构对应的阻尼系数满足。因为悬架系统其自身的固有频率满足式子，因此理论上可以得到。实际上，需要依据减震器结构完成布置的特征来相应的确定出减震器结构对应的阻尼系数大小。确定出如下图所示的安装形式，对应的阻尼系数可以表示成：（1.6）图1.12减震器安装布置示意图参考相关的公式完成对应的计算得到，因此可以计算得到：在满载的条件下对于前悬的刚度计算为N/将得到的数据代入得到：=7.15HZ，这里对应的取得,依据满载的条件完成相应的计算得到：簧上质量满足数据kg，代入相关的数据就获得了减震器结构可以满足的阻尼系数具体数值为：3、减震器最大卸荷力的确定为了降低车身上所受到的冲击力数值，在减震器的活塞结构其完成振动的速度达到了一定的数值时，减震器结构就会自动将卸荷阀打开。对应此过程的活塞速度就被称做事卸荷速度，依据上图所示的安装形式得到下列式子：在这个式子中，代表了卸荷速度，通常情况下的取值为0.15～0.3/s，A代表了为车身此时的振幅，具体数值可以取得取；代表了悬架振动过程中存在的固有频率的大小。将对应的数据进行相关计算后可以求得对应卸荷速度的数值确定为：符合的处于0.15～0.3/s之间的区间之内。依据伸张行程过程中具备的最大数值的卸荷力公式：带入相关的数据进行运算即可得到最大的卸荷力。在这个式子中，c代表了相应的冲击载荷系数，具体的数值可以取c=1.5；进行相关数据的带入能够得到了最大数值的卸荷力确定为：4、减震器工作缸直径D的确定依据伸张行程对应的最大数值的卸荷力来计算工作缸结构对应的直径数值D为：（1.7）在这个式子中，这里的对应的表示了工作缸最大压力，一般取值在3Mpa～4Mpa之间,这里取=3Mpa；这里的对应的表示了连杆直径与工作缸直径