Z6懸架系統(tǒng)計算報告-2016330

1、懸架方案設計計算項目名稱：Z6前后雙橫臂獨立懸架編 希9: 校 對：審 查：會 審：標準化：審 核：批 準：1概述1.1計算目的通過計算，求得反映Z6輪邊驅動電動車前、后懸架系統(tǒng)方案及性能的基本特征，為零部件開發(fā)提供參考，計算內容主要包括懸架剛度、懸架側傾角剛度、剛度匹配、懸架偏頻、靜撓度和阻尼等。1.2懸架系統(tǒng)基本方案介紹Z6輪邊驅動純電動車前懸架系統(tǒng)采用雙橫臂獨立懸架帶橫向穩(wěn)定桿結構，后懸架系統(tǒng)采用雙橫臂獨立懸架前、后懸架系統(tǒng)的結構圖如圖1-1、圖1-2：圖1-1前懸架系統(tǒng)圖1-2后懸架系統(tǒng)1.3懸架系統(tǒng)設計的輸入條件懸架系統(tǒng)設計輸入?yún)?shù)如表1-1:項目開發(fā)目標車質心咼（mm）空載1000

2、、卄 +、， 滿載1150前輪距（mm）1840后輪距（mm）1840軸距（mm）4000整車整備質量（Kg）4050最大總質量（Kg）6400前軸何（Kg）空載2000、卄 +、， 滿載3100后軸荷（Kg）空載2050、卄 +、， 滿載3300前懸架非簧載質量（Kg）400后懸架非簧載質量（Kg）4002懸架系統(tǒng)的計算2.1彈簧剛度選定彈簧剛度：前懸架彈簧剛度為：Csf 49.2N / mm后懸架彈簧剛度為：csr 62.4N/mm2.2懸架偏頻的計算懸架系統(tǒng)將車身與車輪彈性的連接起來，由此彈性元件與它所支 承的質量組成的振動系統(tǒng)決定了車身的固有頻率， 這是影響汽車行駛 平順性的重要性能指

3、標。圖2-1前懸架剛度計算示意圖圖2-2后懸架系統(tǒng)剛度計算示意圖前懸架剛度計算前懸架剛度按式（2-1）計算:2P(2-1)式中：K懸架剛度，N/mmb前彈簧中心線與轉向瞬時運動中心距離，mmp 車輪中心面距轉向瞬時運動中心距離，mm根據(jù)圖2-1得出b 4334mm, p 4629mm代入式（2-1）得前懸架剛度為:2Kf 49.256.1N / mm43344629取擺臂襯套的剛度為懸架剛度的15%,所以前懸架總剛度為:Kf 56.11 15%64.5N/mm222前懸架偏頻計算前懸架偏頻按式（2-2）計算：1 J1000 Kfm 2 mf式中：nf前懸架偏頻Kf 前懸架剛度，N/mmmf 前

4、懸架簧載質量，Kgmf1前懸架滿載簧載質量，Kg mf2 前懸架空載簧載質量，Kg根據(jù)表 1-1 得 mfi 3100 400 /2 1350Kgmf2 2000 400 /2 800Kg并把Kf 64.5N /mm代入式（2-2）得出：前懸架偏頻：nf 1 . 1000 64.5 1.102 Y 1350后懸架剛度計算K r Csr COS(2-2)(2-3)0O。見圖式中：彈簧中心線與后軸垂線垂線間的夾角,2-2。Kr Csr cos 0°62.4N / mm考慮在懸架系統(tǒng)中橡膠塊的變形，其剛度約為懸架剛度的15%-20% 此處取15%,因此Kr 62.4 1 15%71.8N/

5、mm224后懸架偏頻計算后懸架偏頻按式（2-4）計算：111000 Krnr /-m式中：nr后懸架偏頻Kr后懸架剛度，N/mmmr后懸架簧載質量，KgmM 后懸架滿載簧載質量，Kgm2后懸架空載簧載質量，Kg根據(jù)表（1-1）得 mr13300 400 /2 1450Kgmr1 2050 400 /2 825Kg并把Kr 71.8N /mm代入式（4-4）得出：后懸架滿載偏頻：nr 1 . 1000 71.8 1.122 Y 14502.3懸架靜撓度的計算靜撓度也是表征懸架性能的參數(shù)，按式（2-5）計算:fc mg / K(2-4)(2-5)式中:f1 前懸架滿載靜撓度,mm ；f2 前懸架空

6、載靜撓度,mm ；r1后懸架滿載靜撓度,mm ；靜撓度，mm ；fr 2 后懸架空載靜撓度，mm ;m 簧載質量，Kgg 重力加速度，m/s2K 懸架剛度，N/mm所以按照（2-5）計算得出：前懸架滿載靜撓度：ff1 mf1g/Kf1350 9.8205.1mm64.5800 9.8前懸架空載靜撓度：f f 2mf2g/Kf121.6mm64.5后懸架滿載靜撓度：fr1 mMg/Kr -1450 9.8197.9mm71.8后懸架空載靜撓度：fr2 mr2g/Kr825 9.8112.6mm71.8滿載后前靜撓度比：f / f197.9r1 f1 205.10.96滿載后前靜撓度比：f /f1

7、126Tr2；Tf2 121.60.93后懸架靜撓度小于前懸架靜撓度，有利于防止車身產生較大的縱 向角振動。后前懸架偏頻比nr2/ nf2 1.12/1.11.02懸架剛度匹配結論：一般空氣懸架客車的空氣彈簧根據(jù)整車簧載 質量可自動調節(jié)內部氣壓，以獲得足夠的承載力并保持整車的高度， 為懸架剛度可變的非線性彈性特性懸架。前懸架偏頻在1.1： 1.2之間,后懸架偏頻在1.1： 1.4之間。開發(fā)目標車前后懸架的空、滿載靜撓度 和頻率值以及偏頻比較合理，適合空氣懸架客車。2.4側傾角剛度計算前懸架側傾角剛度前懸架的側傾角剛度由兩部分共同作用，即空氣彈簧引起的側傾角剛度與橫向穩(wěn)定桿引起的側傾角剛度。1）

8、空氣彈簧引起的側傾角剛度按式（2-6）計算：2C f 1 bB Cxf（ 2-6）2 p式中：C f前空氣彈簧引起的側傾角剛度，Ngmm/radb前彈簧中心線與轉向瞬時運動中心距離，mmp 車輪中心面距轉向瞬時運動中心距離，mmB前輪距，mmCxf前空氣彈簧剛度， N / mm根據(jù)圖2-1得出b 4334mm， p 4629mm，根據(jù)表（1-1）得，B 1840mm，并把Csf 49.2N/mm帶入式（2-6）得出空氣彈簧21bB Cxf的側傾角剛度為:27.3 107N cmm/ rad1 4334 184049.22 4629參考KC試驗數(shù)據(jù)襯套扭轉時的剛度約有15%的影響，貝S前懸架由螺

9、旋彈簧引起的側傾角剛度為C f 7.3 107 1.15 8.4 107 Ngmm/rad 2）橫向穩(wěn)定桿引起的角鋼度按式（7）計算:(2-7)3EIL2a3 齊川 4L22b c圖2-2前橫向穩(wěn)定桿結構示意圖式中各參數(shù)參見示意圖2-2:橫向穩(wěn)定桿引起的角剛度，Ngmm/radd穩(wěn)定桿直徑， mmI 穩(wěn)定桿的截面慣性矩， mmE 材料的彈性模量，N / mm前穩(wěn)定桿直徑d 30mm，因此Id46430464439760.8mm前懸架穩(wěn)定桿材料為:60si2MnA,所以 E2206000 N/mm3 206000 39760.8 1120* 25.87 107 Ngmm/rad0.5 Cb 2.

10、935 107 Ngmm/rad由于連接件是橡膠元件，故實際剛度值一般比理論值減小15%30,取 15%。貝卩 Cb 2.935 107 0.85 2.49 107Ngmm/rad所以前懸架總的側傾角剛度：Kf Cb C f 8.40 107 2.49 107 1.089 108Ngmm/rad后懸架側傾角剛度1 2K r - SF2Csr cos(2-8)式中：彈簧中心線與后軸垂線間的夾角，0oCsr彈簧剛度，Csr 62.4 N / mmSf 彈簧安裝間距， Sf 1225mm以上數(shù)據(jù)代入公式(2-8),得：K r 1 12252 62.4 cos0 4.68 107Ngmm/rad2考慮

11、到襯套扭轉時的剛度有約 20.%的影響：C r 1.2 4.68 1075.62 107Ngmm/rad一般要求前懸架側傾角剛度要大于后懸架側傾角剛度，以滿足 汽車稍有不足轉向特性的要求，并且前、后懸架側傾角剛度比 值一般在1.42.6之間。根據(jù)以上計算結果得出前、后懸架側 傾角剛度比值為1.94,滿足開發(fā)需求。2.5整車的側傾角計算車廂側傾角r是和汽車操縱穩(wěn)定性及平順性有關的一個重要參數(shù)。側傾角的數(shù)值影響到汽車的 橫擺角速度穩(wěn)態(tài)響應和橫擺角速度瞬 態(tài)響應。以下質心及側傾中心示意圖各參數(shù)是從懸架總布置圖上測定 的。圖 2-6 整車空載狀態(tài)下質心及側傾中心示意圖當汽車作穩(wěn)態(tài)圓周行駛時，車廂側傾角

12、決定于側傾力矩 M 與懸 架總的角剛度 K 。以下依據(jù)滿載狀態(tài)下穩(wěn)態(tài)回轉試驗要求的 0.4g m /s2 進行計算。懸架質量離心力引起的側傾力矩簧載質量離心力引起的側傾力矩 M r1 ：M r1 aMh（ 2-9）式中：ay 側向加速度： ay 0.4gM 黃在質量， M 4050 800 3250Kgh 整車質心到側傾軸線的距離為： h 812mm （見圖 2-6） 以上公式代入式（ 2-9），可得出側傾力矩 M r1 ：M r1 ayMh 0.4 9.8 3250 812 1.034 107Ngmm側傾后，懸架質量引起的側傾力矩車廂側傾后，懸架質量的質心偏出距離e,因此，其重力引起的側傾力

13、矩為：M r2 Gs*e Gs*h*（2-10）式中：Gs為簧載質量重力為31850Nh整車質心到側傾軸線的距離為：h 812mmr整車側傾角M r2 Gs*e Gs*h* r 31850 812 r 2.586 107 rNgmm總的側傾力矩M r M r1 M r2 2.586 r 1.034 107Ngmm懸架總的側傾角剛度C Cf Cr 1.089 108 5.62 107 1.651 108Ngmm/rad整車的側傾角2.586 r 1.0341.651 108©，得出4.25°汽車轉彎時，車身在0.4g的側向加速度作用下，車身側傾角不 大于35°，顯然

14、滿足要求。2.6縱傾角剛度在制動輕度Z 0.5時，當車輛發(fā)生縱傾時，前后懸架受力的變化量相當于軸荷轉移量 G 式中：Z制動強度：Z 0.5 ；Ms滿載簧載質量 Ms 6400 400 400 5600Kghg簧載質心高（滿載）hg 1150mmL軸距，L 4000mm通過上述計算出得到的軸荷轉移量是 7889N前后懸架變形由公式SG/2K可得出：式中：K懸架剛度，前懸架為64.5N / mm，后懸架剛度為71.8N / mm。計算得：前懸架Sf788961.2mm2 64.57889后懸架Sr54.9mm2 71.8整車縱傾角180 Sf Sr /L/180 61.2 54.9 /4000/1

15、.66°整車縱傾角剛度為 K G L/ 7889 4°°0 1.9 1o7Ngnm/deg1.66°32.7減振器參數(shù)汽車的懸架中安裝減振器裝置的作用是衰減車身的振動保證整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。下面僅考慮由減振器引起的振動衰 減，不考慮其他方面的影響，以方便對減振器參數(shù)的計算。汽車車身和車輪振動時，減振器內的液體在流經(jīng)阻尼孔時的摩擦 和液體的粘性摩擦形成振動阻尼，將振動能量轉變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到 周圍的空氣中去，達到迅速衰減振動的目的，汽車的懸架有了阻尼以后，簧載質量的振動時周期衰減振動，相對阻尼比 來評定振動衰減,相對阻尼比的物理意義是指減振器的阻

16、尼作用在不同剛度和不同質量的懸架匹配時，會產生不同的阻尼效果。減振器平均阻力系數(shù)的確定 減振器阻力系數(shù)的確定：(2-12)4 mn i22COS式中：減振器阻尼力系數(shù)相對阻尼比m懸架一側的簧載質量n 懸架偏頻i杠桿比，i旦b減振器安裝角，減振器軸線與 Z坐標軸的夾角根據(jù)前后懸減振器的布置形式，以下各參數(shù)取值如下：表2-1參數(shù)列表項目前懸架后懸架m800Kg825Kgn1.10Hz1.12Hzi1.301.0630°0°相對阻尼系數(shù)的選擇：對于無內摩擦的彈性元件（如螺旋彈簧）懸架，一般取0.25: 0.35。對于有內摩擦的懸架，相對阻尼系數(shù)取小些。因此空氣彈簧相對阻尼系數(shù)可取

17、0.2。取前、后懸架相對阻尼系數(shù)均為 f r 0.2。前減振器平均阻力系數(shù)為:4 f Efif22COS f24984N / m/s0.2 1.10 800 1.302cos30O42r rmrirr2COS f后懸架減振器平均阻力系數(shù)為:2322N / m/s40.2 1.12 825 122cos0O減振器平均阻力系數(shù)的確定通常狀況下，將壓縮行程時的相對阻尼比c取得小些，伸張行程時的相對阻尼比r ；這樣，既可以保證整車的平順性，又不降低 操縱穩(wěn)定性，兩者之間保持c 0.25: 0.5 r。為避免懸架碰撞車架， 一般把減振器拉伸和壓縮組力按8:2: 6:4的比例關系分配。根據(jù)常 規(guī)類車型，選

18、減振器拉伸和壓縮阻力按10:3的比例關系分配。因此根據(jù)前面計算得到:前減振器壓縮阻尼系數(shù)前減振器拉伸阻尼系數(shù)后減振器壓縮阻尼系數(shù)后減振器拉伸阻尼系數(shù)3懸架系統(tǒng)的計算結果10 3834N/(m/s)1349843 1150N /(m/s)13232210 1786N/(m/s/(m/s)通過上面系統(tǒng)的計算得到 Z6車型懸架系統(tǒng)主要性能參數(shù)，通過分析對比，以此保證與懸架相關的主要指標符合設計要求表3-1懸架計算結果參數(shù)項目參數(shù)前懸架偏頻1.10后懸架偏頻1.12空載后前偏頻比1.02前懸架空載剛度64.5N/mm后懸架空載剛度71.8N/mm整車側傾角剛度o1.651 10 Nggmm/rad前后側傾角剛度比1.94縱傾角/0.51.66°縱傾角剛度1.9 107Ngmm/ deg4整車及懸架參數(shù)項目數(shù)值項目數(shù)值車長6101mm車咼/寬2160/2535mm前輪距1840mm后輪距1840mm軸距4000mm整備質量4050Kg取大總質里6400Kg最大功率96/4000-8000KW/r取大扭矩900N.m最咼車速69km/h輪胎規(guī)格205/65 R17.5輪輞規(guī)格17.5 ” *6.00 ”最小轉彎半徑15m最小離地間隙130mm整車空載質心咼度1000mm整車滿載質心高度1150mm前軸荷3100Kg后軸荷330