悬架系统设计计算说明书

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1、 第 0 页 共 23 页1 悬架概述及悬架方案选定1.1 悬架的要求悬架的主要任务是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的震动，保证汽车行驶的平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特征；保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。悬架由弹性元件、导向装置、减震器、缓冲块和横向稳定器等组成。导向装置由导向杆系组成，用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，并传递出弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。当用纵置钢板弹簧弹性元件时，它兼起到导向装置的作用。缓冲块用来减轻车轴对车架（或车身）的直接冲撞，防

2、止弹性元件产生过大的变形。装有横向稳定器的汽车，能减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角所引起的震动2。在对此电动车的设计中，对其悬架提出的设计要求有：（1）保证汽车有良好的行驶平顺性3；（2）具有合适的衰减振动能力；（3）保证汽车具有良好的操纵稳定性；（4）汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；转弯时车身侧倾角要合适；（5）有良好的隔声能力；（6）结构紧凑、占用空间尺寸要小；（7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩。1.2 方案确定要正确的选择悬架方案和参数，在车轮上下跳动时，使主销的定位角变化不大、车轮运动与导向机构运动压迫协调，避免前轮摆振；汽车转向时应使之稍有不足转向特性。此电

3、动车悬架部分结构形式选定为：（1）前悬采用麦弗逊式（滑柱连杆式）独立悬架（2）后悬采用对称式钢板弹簧（无副簧）第 1 页 共 23 页2 悬架结构形式分析2.1 悬架的分析悬架可分为非独立悬架和独立悬架两类。非独立悬架的结构特点是左右车轮用一跟整体轴连接，再经过悬架与车身（或车身）连接，如图 3.1（a）所示；独立悬架的结构特点是左右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接，如图 3.1（b）所示4。以纵置钢板弹簧为弹性元件兼做导向装置的非独立悬架，其主要优点是结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。缺点是由于整车布置上的限制，钢板弹簧不可能有足够长度（特别是前悬架），使之刚度较大，所以汽车平顺

4、性较差；簧下质量大；在不平路面上行驶时，左右车轮相互影响，并使车轴（桥）和车身倾斜；当汽车直线行驶在凹凸不平的路面上时，由于左右两侧车轮反向跳动或只有一侧车轮跳动时，会产生不利的轴转向特性；汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利的轴转向特性；车轴（桥）上方要求有与弹簧行程相适应的空间。这种悬架主要用在货车、大客车的前后悬架以及某些轿车的后悬架上。独立悬架的优点是：簧下质量小；悬架占用的空间小；弹性元件只承受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧，使车身振动频率降低，改善的汽车行驶的平顺性；由于可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，又改善了汽车的行驶稳定性；左右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身

5、的震动和倾斜，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。独立悬架的缺点是结构复杂，成本较高，维修困难。这种悬架主要用于轿车和部分轻型货车、客车及越野车上。目前汽车的前后悬架采用的方案有：前轮和后轮均采用非独立悬架；前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；前后轮均采用独立悬架几种4 5。图 3.1 悬架结构形式第 2 页 共 23 页本设计是电动车的悬架设计，故采用 ：（1）前悬：麦弗逊式（滑柱连杆式）独立悬架（2）后悬：对称式钢板弹簧（无副簧）（3）辅助元件：减震器、缓冲块奥迪 100 型轿车弗逊式前悬架通过减小悬架垂直刚度 c ，能降低车身震动固有频率 n（n=/2），达到smc/改善汽车平

6、顺性的目的。但因为悬架的侧倾角刚度和悬架垂直刚度 c 之间是正比例C关系，所以减少垂直刚度 c 的同时使侧倾角刚度也减小，并使车厢侧倾角增加，结C果车厢中的乘员会感到不舒服和降低了行车安全感。解决这一矛盾的主要方法是在汽车上设置横向稳定器。有了横向稳定器，就可以做到在不增大悬架垂直刚度 c 的条件下，增大悬架的侧倾角刚度。C2.2 侧倾角的计算下面来计算电动车的侧倾角，从而来论证有没有必要来加横向稳定器6。（）已知：钢板弹簧的中心距 BS2= 830 mm第 3 页 共 23 页后钢板弹簧的的刚度为 C2= 14.802 N/mm满载整车总质量 GS=580kg满载时挂车重心高度 h=350m

7、m（）计算悬架的侧倾角刚度：C1Bs22/27=14.802N/mm(830mm)2/2 = 50985489N. .mmC当向心加速度时，将相应 22.80702 数代入上式，得：gRgV4 . 02 SSSGhCGh RgVhGCh RgV 22= 3.56Deg满足不大于 4o的要求，因此后悬架无需加装横向稳定器。2.3 缓冲块的设计缓冲块通常用如图 3.2 所示形状的橡胶制造。通过硫化将橡胶与钢板连为一体，再焊在钢板上的螺钉将缓冲块固定到车架（车身）或其他部位上，起到限制悬架最大行程的作用。有些汽车装用多孔聚氨脂制成缓冲块。它兼有辅助弹性元件的作用。多孔聚脂氨是一种有很高强度和耐磨性的

8、复合材料。这种材料起泡时就形成了致密的耐磨外层，它保护内部的发泡部分不受损伤。由于该材料在内部有气泡，在载荷作用下弹性元件被压缩，但其外廓尺寸增加却不大，这点与橡胶不同。图 3.2 缓冲块第 4 页 共 23 页3 悬架主要参数的确定3.1 设计原则 要具有生产上的可能性，技术上的先进性，经济上的合理性，悬架系统要性能良好，能保证汽车有良好的行驶平顺性，具有合适的衰减振动能力，保证汽车具有良好的操纵稳定性，并且结构紧凑，占用的空间尺寸小，有足够的强度和寿命8。设计的原始数据：满载质量 580 KG ， 整备质量 500KG ，空车前轴负荷 250KG , 空车后轴负荷 250KG ，满载前轴负

9、荷 G1 290KG , 满载后轴负荷 G2 290KG ,轴距 1600mm , 满载质心高度 350mm ，最高车速 大于 30Km/h , 最小转弯半径不大于 16m ，最小离地间隙 160mm , 3.2 悬架主要参数计算悬架静扰度 f 是指汽车满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度 c 之比，即cwF= /ccfwF汽车前后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一。 因现代汽车的质量分配系数 近似等于 1， 于是汽车前后轴上方车身两点的振动不存在联系。 因此，汽车前后部分的车身固有频率和，可用下式1n2n表示 =（c1/m1）1/2/(2) 、n2=

10、（c2/m2）1/2/（2），当采用弹性特性为线形变化的悬1n架时，前后悬架静扰度可用下式来表示1：Fc1 = m1g/c1 Fc2 = m2g/c2 Fw1 =（G1-前桥重-簧重-轮重）g/2 = （290-5）9.81/2 = 1397.925Nm1 = 142.5kgFw2 =（G2-前桥重-簧重-轮重）g/2 = （290-5）9.81/2 = 1397.925Nm2 = 142.5kg第 5 页 共 23 页由 =（c1/m1）1/2/(2) 、n2 =（c2/m2）1/2/（2）推出：1nc1 =（2n1）2m1 =（21.575）2142.5 = 12.96 N/mmc2 =（

11、2n2）2m2 =（21.75）2142.5 = 17.23N/mm式中 g：重力加速度（g = 981cm/s ）2根据所给参数，本设计中悬架的动扰度 fd1取 80mm,fd2取 80mm。悬架弹性特性钢板弹簧非独立悬架的弹性特性为线性的，悬架变形 f 与所受垂直外力 F 之间呈固定比例变化。第 6 页 共 23 页4 前悬架的设计计算4.1 弹簧形式的选择选用普通圆柱螺旋弹簧，而非锥形，纺锤形或其它缠绕形式的弹簧。作出这样的选择，并不是因为普通螺旋弹簧有更多的优势，而是由于它的生产量较大，应用广泛，成本低。4.1.1 材料的选择：采用 510 mm 直径的热扎弹簧钢，加热成形，而后淬火回

12、火等处理。初选直径为 8 mm 圆柱钢丝，C 类 。35829.5F -据机械零件设计手册 冶金工业出版社 360 页 表 254 ，表 256选择用于汽车悬架的压缩圆柱螺旋弹簧 油淬回火硅锰弹簧钢 260Si MnA弯曲应力： , ，MPap550379 10G 弹性模量： 3206 10E 使用温度： C020040剪切应力：1569baMP-据机械零件设计手册 冶金工业出版社 表 255第 7 页 共 23 页4.2 弹簧参数的计算4.2.1 圆柱螺旋弹簧直径 d 的计算参数的计算：弹簧最小工作负荷（轻载） NF12251弹簧最大工作负荷（满载） NF14212极限状态负荷 NF2 .1

13、7053D=60mm823ccsw cnDdGf dDFmm408. 74455014218 833cwDFd4.2.2 求有效圈数96.1344560109 . 7408. 7120 232ccs DdGfn所以弹簧有效圈速 n=14 圈两端各并紧一圈并磨平，则总圈速：圈圈16)214(1n弹簧的强度校核 ：MPanDdGfdsd84.2951460109 . 7408. 78023284.74084.295445cd弹簧的其他尺寸内径mmdDD44826021外径mmD60第 8 页 共 23 页弹簧刚度mmNFFk/6 .191012251421012工作时变形量mmkF5 .726 .

14、1914212 2间距 取6.47mm148 . 05 .728 . 02nmm5 . 6节距mmdt5 .1485 . 6螺旋升角间）在ooo95(07. 5525 .14arctanarctan2Dt弹簧丝展开长度mmnDL74.262207. 5cos1652 cos12o 自由高度mmdnnH2118)5 . 014(5 . 616)5 . 0(10受载荷时初始变1F形量mmkF5 .626 .1912251 1弹簧安装高度mmHH5 .1485 .62211101第 9 页 共 23 页5 弹性元件-后钢板弹簧的计算5.1 钢板弹簧的布置方案钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂，质量加大所以在在少数轻、微型车上应用。纵置钢板弹簧能传递各种力和力矩，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。本设计采用纵置钢板弹簧。纵置钢板弹簧又分对称式和不对称式。钢板弹簧中部在车轴（桥）上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等，则为对称式钢板弹簧；若不相等为不对称式钢板弹簧。多数情况下汽车采用对称式钢板弹簧，故本设计采用对称式钢板弹簧。5.1.1 加工要求：热轧弹簧钢加热成形，而后淬火回火，还要经过实效处理，以消除内应