K01H-PD-DP-006前后懸架系統(tǒng)計(jì)算報(bào)告

1、編號(hào)：K01H-PD-DP-006前、后懸架系統(tǒng)計(jì)算報(bào)告項(xiàng)目名稱：K01H編制：日期：校對(duì)：日期：審核：日期：批準(zhǔn)：日期：東風(fēng)小康汽車有限公司2012年6月1. 概述1.1.1 任務(wù)來源11.2 標(biāo)桿車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)11.3 計(jì)算的目的12. 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輸入條件.1.3. 懸架系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算1.3.1 懸架偏頻計(jì)算13.1.1 前懸架偏頻計(jì)算23.1.2 后懸架偏頻計(jì)算23.1.3 前、后懸架偏頻比33.2 整車側(cè)傾角計(jì)算33.2.1 前懸架的側(cè)傾角剛度33.2.2 橫向穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾角剛度43.2.3 螺旋彈簧作用的側(cè)傾角剛度43.2.4 后懸架的側(cè)傾角剛度53.3 滿載工況下側(cè)傾

2、角的計(jì)算63.4 整車的縱傾角剛度63.5 懸架的相對(duì)阻尼比73.5.1 減震器阻尼系數(shù)73.5.1.1 前減震器阻尼系數(shù)73.5.1.2 后減振器阻尼系數(shù)73.5.2 相對(duì)阻尼比73.5.2.1 空載狀態(tài)下前懸架的相對(duì)阻尼比83.5.2.2 空載狀態(tài)下后懸架的相對(duì)阻尼比83.6 后減振器活塞桿行程校核93.7 后懸架裝車狀態(tài)校核10參考文獻(xiàn)1.1.1 .概述1.1 任務(wù)來源根據(jù)K01H車型設(shè)計(jì)開發(fā)協(xié)議書及相關(guān)輸出要求，K01H項(xiàng)目要求對(duì)底盤相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算校核。1.2 標(biāo)桿車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)前懸架采用麥弗遜式獨(dú)立懸架，后懸架采用縱置鋼板彈簧式整體橋式非獨(dú)立懸架。1.3 計(jì)算的目的對(duì)新設(shè)計(jì)車的懸架

3、系統(tǒng)基本性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以求得反映其懸架性能的基本特征參數(shù)，校核懸架匹配是否合理。2 .懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輸入條件表1懸架參數(shù)列表項(xiàng)目名稱單位數(shù)值前輪距mm1310后輪距mm1310軸距mm2760整備質(zhì)里kg930滿載質(zhì)里kg1655整備軸荷刖kg510后kg420滿載軸荷刖kg645后kg1010質(zhì)心高度整備mm646mm791前懸架非簧載質(zhì)量kg60（試驗(yàn)值）后懸架非簧載質(zhì)量kg110（試驗(yàn)值）3 .懸架系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算3.1 懸架偏頻計(jì)算懸架系統(tǒng)將車身與車橋彈性的連接起來，由此彈性元件與它所支承的質(zhì)量組成的振動(dòng)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標(biāo)之一。根據(jù)力學(xué)分析，

4、如果將汽車看成一個(gè)在彈性懸架上作單自由度振動(dòng)的質(zhì)量，則懸架系統(tǒng)的固有頻率為：(1)JI2冗m其中：n偏頻，hz;C一懸架剛度，N/mm；m簧載質(zhì)量，kg。3.1.1 前懸架偏頻計(jì)算前懸架沿用。前懸架彈簧為圓錐形螺旋彈簧，在并圈前彈簧剛度呈線性?？蛰d到滿載工況下前懸架行行程變化較小，彈簧未并圈（或并圈很少）按等剛度進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)項(xiàng)目輸入的文件可知彈簧剛度為29.4N/mm由于彈簧與豎直方向成12.480夾角，所以可近似計(jì)算出前懸架的剛度為28.7N/mm帶入公式（1）得：空載偏頻為1.80Hz;滿載偏頻為1.58Hz。3.1.2 后懸架偏頻計(jì)算后懸架為變剛度鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架，根據(jù)項(xiàng)目輸入的文

5、件可知主簧剛度為51.2N/mm（2060N以下檢測(cè)），復(fù)合剛度為121N/mm（6000N以上檢測(cè)）。夾緊弧高：125mm負(fù)荷為1609N時(shí)弧高：93.5mm4606N時(shí)弧高：51.7mm滿載剛度約為103N/mm帶入公式（1）得：空載偏頻為2.89Hz滿載偏頻為2.41Hz根據(jù)汽車設(shè)計(jì)上推薦，轎車懸架偏頻約為0.91.6HZ,載貨汽車懸架偏頻約為1.52.2HZ。所以K01H的懸架偏頻相對(duì)偏大，但考慮其載貨能力建議保留現(xiàn)有狀態(tài)。3.1.3前、后懸架偏頻比前后懸架偏頻比為：空載：n1/n2=0.62滿載：n1/n2=0.65一般前、后懸架的偏頻之比約為0.60.9。從計(jì)算結(jié)果可看出，前后懸架

6、在空滿載時(shí)的偏頻比，在推薦范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。3.2整車側(cè)傾角計(jì)算懸架的側(cè)傾角剛度是指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時(shí)懸架給車身的彈性恢復(fù)力偶矩。整車的側(cè)傾角剛度等于前后懸架的側(cè)傾角剛度之和。下面分別對(duì)前后懸架進(jìn)行分析，對(duì)前懸架僅考慮彈簧及橫向穩(wěn)定桿的作用。3.2.1 前懸架的側(cè)傾角剛度前懸架的側(cè)傾角剛度由兩部分起作用：K=Cw+Cw(2)式中：C,；bf橫向穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾角剛度；C.；cf一螺旋彈簧作用的側(cè)傾角剛度。當(dāng)橫向穩(wěn)定桿用于獨(dú)立懸架時(shí)，橫向穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度K斷與車輪處的等效角剛度C斷之間的換算關(guān)系可如下求出：設(shè)汽車左右車輪接地點(diǎn)處分別作用大小相等，方向相反的垂向力微量dFw,在

7、該二力作用下左右車輪處的垂向位移dfw,相應(yīng)的穩(wěn)定桿端部受到的垂向力和位移分別為dFb和dfb,由于此時(shí)要考察的是穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾剛度，因而不考慮懸架中彈簧的作用力，則必然有：dFwdfw=dR-dfb而作用在穩(wěn)定桿上的彎矩和轉(zhuǎn)角分別為：dM=dFbLd小b=2-dfb/L式中：L橫向穩(wěn)定桿兩端點(diǎn)間的距離。由此可得穩(wěn)定桿的角剛度Kqbf=dMb/d(|)b=1咀*L2o2dfb同理，可得在車輪處的等效角剛度Cf=-也,B2,12dfw式中：B一前輪距。由以上公式可推導(dǎo)出：CGf=K0f,（42（旦）2fwL3.2.2 橫向穩(wěn)定桿在車輪處的等效側(cè)傾角剛度橫向穩(wěn)定桿自身的角剛度計(jì)算可根據(jù)下

8、面的公式（4）,具體參數(shù)可由橫向穩(wěn)定桿簡(jiǎn)圖得出：Kbf=3EIL2(4)2式中：E材料的彈Tt模量，取206000N/mrnd4I一穩(wěn)定桿的截面慣性矩，I=mm4;64d一穩(wěn)定桿的直徑，d=16mmL-由數(shù)模測(cè)得，L=817.0mmLi由數(shù)模測(cè)得,Li=100.2mmL2由數(shù)模測(cè)得，L2=100.5mma一由數(shù)模測(cè)得，a=7.8mmb一由數(shù)模測(cè)得，b=54.2mmc由數(shù)模測(cè)得，c=346.6mm帶入公式（4）得：穩(wěn)定桿的角剛度3.54X107N.mm/rad由于連接處橡膠件的變形，穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度會(huì)減小約15%30%。取其中間值22.5%。因此，橫向穩(wěn)定桿作用的側(cè)傾角剛度為：7K/f=2.7

9、4X10N-mm/rad當(dāng)給車輪30mm直向上位移時(shí)，相應(yīng)白穩(wěn)定桿端部位移為13.58mm根據(jù)公式（3）,可計(jì)算出等效側(cè)傾角剛度：C/f=1.44x107N-mm/rad3.2.3螺旋彈簧作用的側(cè)傾角剛度麥弗遜式懸架可以用下圖表示：其側(cè)傾角剛度可以用下式計(jì)算得到：cbdbd2/、Ccf=2csI(5)aJ式中：Cs前懸架螺旋彈簧的剛度，Cs=29.4N/mm；a=1787mmb=1531.2mmd=689.1mm計(jì)算得到由螺旋彈簧引起的側(cè)傾角剛度：C=2.05x107Nmm/rad根據(jù)公式(2)計(jì)算得到前懸架總的側(cè)傾角剛度：K=3.49X107Nmm/rad3.2.4后懸架的側(cè)傾角剛度后懸架為

10、鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架：側(cè)傾角剛度K：rr=S,Cs/2式中：S板簧中心距,SF=980mmCs-板簧剛度，空載Cs=51.2N/mm滿載Cs=103N/mm計(jì)算得到后懸架側(cè)傾角剛度：空載Kr=2.46x107N-mm/rad滿載K6r=4.95x107N-mm/rad3.3 滿載工況下側(cè)傾角的計(jì)算滿載質(zhì)心高度hg=791mm前懸架側(cè)傾中心高度h1=239mm后懸架側(cè)傾中心高度h2=364.7mm軸距L=2760mm滿載質(zhì)心至前軸距離as=1684.4mm滿載質(zhì)心至后軸距離bs=1075.6mm由此求得：懸掛質(zhì)量的質(zhì)心至側(cè)傾軸線的距離：h-hg-(h1-bs+h2as)/L=475.3mm總側(cè)傾

11、力矩：M=mayh式中：ay一側(cè)向加速度，取0.4g；m滿載簧載質(zhì)量。由此求得M=2.77X106Nm根據(jù)上面計(jì)算得到的前、后懸架側(cè)傾角剛度，可算出滿載工況下總側(cè)傾角剛度為K=8.44X107N-m/rad,則:側(cè)傾角9=Ms/K-180/兀=1.84為保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車身側(cè)傾角不致過大，通常在0.4g橫向加速度下車身側(cè)傾角小于6,由此可見，該車滿足側(cè)傾角要求。3.4 整車的縱傾角剛度在制動(dòng)強(qiáng)度z=0.5時(shí)，當(dāng)車輛發(fā)生縱傾時(shí)，前后懸架的受力的變化量相當(dāng)于軸荷轉(zhuǎn)移量AG:AG=zgmsh/(6)式中：Z制動(dòng)強(qiáng)度；m滿載簧載質(zhì)量1485Kg；hg一簧上質(zhì)心高791mmL一軸2760mm通過上式計(jì)

12、算得到的軸荷轉(zhuǎn)移量是2087.5N。前、后懸架變形由公式S=AG/C可得出：前懸架Si=2100.2/(28.7X2)=36.4mm后懸架5=2100.2/(103X2)=10.1mm整車縱傾角為9=Sl+S2,吧=0.97。L2冗則：整車縱傾角剛度為九=21=5.97X106N-mm/deg93.5懸架的相對(duì)阻尼比汽車的懸架中必須安裝減振裝置，以便衰減車身的振動(dòng)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(dòng)衰減，暫不考慮其他方面的影響，以方便對(duì)減振器參數(shù)的校核計(jì)算。3.5.1 減震器阻尼系數(shù)減振器中的阻力F和速度v之間的關(guān)系可以用下式表示：F=6V(7)式中：6一減振器阻尼系

13、數(shù)；i是常數(shù)，通常減震器在卸荷閥打開前i=1。3.5.1.1 前減震器阻尼系數(shù)根據(jù)提供的前減震器性能數(shù)據(jù)表：壓縮阻力Py(N)拉伸阻力Pf(N)0.1m/s0.3m/s0.6m/s0.1m/s0.3m/s0.6m/s400土11065011590018550011015002202200400當(dāng)速度為0.6m/s時(shí)：根據(jù)公式(7)計(jì)算出，前減震器的拉伸行程的阻尼系數(shù)為3578N/(m/s),壓縮行程的阻尼系數(shù)為1028N/(m/s),平均阻尼系數(shù)為2303N/(m/s)。3.5.1.2 后減振器阻尼系數(shù)根據(jù)提供的后減震器性能數(shù)據(jù)表：壓縮阻力Py(N)拉伸阻力Pf(N)0.1m/s0.3m/s0

14、.6m/s0.1m/s0.3m/s0.6m/s100167土12525574213072221800當(dāng)速度為0.6m/s時(shí)：根據(jù)公式(7)計(jì)算出，后減振器拉伸行程的阻尼系數(shù)為2195N/(m/s),壓縮行程的阻尼系數(shù)為313N/(m/s),平均阻尼系數(shù)為1254N/(m/s)。3.5.2相對(duì)阻尼比汽車車身和車輪振動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻尼，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍的空氣中去，達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。汽車的懸架有了阻尼以后，簧載質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng)，用相對(duì)阻尼比中的大小來評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢程度。相對(duì)阻尼比的物理意義是指出減振器的阻尼作用在

15、與不同剛度和不同質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。相對(duì)阻尼比大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳遞到車身上；相對(duì)阻尼比小，則情況相反。3.5.2.1 空載狀態(tài)下前懸架的相對(duì)阻尼比前減振器安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：前懸架中，減振器與車輪存在杠桿比，且減震器與垂直線有一個(gè)5.44。的空間安裝角,此時(shí)的相對(duì)阻尼可由下式表示(8)2sms其中：a一減振器安裝角；6一減振器阻尼系數(shù)；c一懸架系統(tǒng)剛度；i一杠桿比,i=1.13；m一簧載質(zhì)量0根據(jù)公式（8）得：前懸架的拉伸相對(duì)阻尼比為0.55,壓縮相對(duì)阻尼比為0.16,平均相對(duì)阻尼比為0.3553.5.2.2 空載狀態(tài)下后懸架的相對(duì)阻尼比后減

16、震器安裝見圖如下：后減震器在安裝中存在杠桿比，相對(duì)阻尼比按下式求得：2ms不；.?n2/廠6=2s2（9acos:式中：a=410mmn=491mm根據(jù)公式（9）得：后懸架的拉伸相對(duì)阻尼比為0.15,壓縮相對(duì)阻尼比為0.04,平均相對(duì)阻尼比為0.13.6 后減振器活塞桿行程校核根據(jù)后懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析，減振器活塞桿行程變化與后車輪跳動(dòng)的關(guān)系曲線如下圖。后減振器活塞桿行程變化即，后減震器活塞桿行程為164.2mm車輪升高量后減震器長度尺寸為（305.7470mm，后減震器實(shí)際長度為（287457mm?？梢钥闯龊鬁p振器下極限長度可以滿足懸架設(shè)計(jì)要求且有18.7mm的余量，不會(huì)影響后懸架的上跳行程；后減振器的下極限長度比需要長度小13mm,即在車輪下跳過程中會(huì)起到限位作用，此時(shí)活塞桿受到的拉力為13X51.2=665.6N。根據(jù)后減震器圖紙，具焊接拉脫力25KN所以后減振器可以滿足其使用性能要求。3.7 后懸架裝車狀態(tài)校核根據(jù)輸入條件整備質(zhì)量時(shí)，車身姿態(tài)角為1.85。通過對(duì)樣車貨廂前