悬架的设计计算

3.1弹簧刚度
弹簧刚度计算公式为：
前螺旋弹簧为近似圆柱螺旋弹簧：前
n 8D Gd 3
14
1
1
Cs (1)
1
后螺旋弹簧为圆柱螺旋弹簧：
后
n 8D Gd 3
24
2
2
Cs (2)
式中：G 为弹性剪切模量79000N/mm 2
d 为螺旋弹簧簧丝直径，前螺旋弹簧簧丝直径d 1=11.5mm ，
后螺旋弹簧簧丝直径d 2=12mm ；
1D 为前螺旋弹簧中径，
D 1=133.5mm 。

D 2为后螺旋弹簧中径，D 2=118mm 。

n 为弹簧有效圈数。

根据《汽车设计》（刘惟信）介绍的
方法，判断前螺旋弹簧有效圈数为
4.25圈，即n 前=4.25；后螺旋
弹簧有效圈数为 5.5圈，即n 后=5.5。

前螺旋弹簧刚度：
=18.93 N/mm
后螺旋弹簧刚度：
后
n 8D Gd 324
2
2
Cs =22.6N/mm
螺旋弹簧刚度试验值：
前螺旋弹簧刚度：18.8N/mm ；
1
螺旋弹簧刚度计算公式，参考《汽车工程手册》设计篇
3
1
4
1
1
16n Gd D Cs 前
后螺旋弹簧刚度：22.78N/mm 。

前螺旋弹簧刚度和后螺旋弹簧刚度计算值与试验值基本相符。

G08设计车型轴荷与参考样车的前轴荷相差<2.0%，后轴荷相差<0.8%。

设计车型直接选用参考样车的弹簧刚度
,刚度为：
1Cs =18.8 N/mm ；2Cs =22.6 N/mm 。

3.5 减震器参数的确定
汽车的悬架中安装减振装置的作用是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，
不考虑其他方面的影响，以方便对减振器参数的计算。

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
A
R
G
δ
β=
M
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，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
来评定振
动衰减，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。

减振器中的阻力F 和速度v 之间的关系可以用下式表示：
i
v F …………………………………………（
10）
式中：δ为减振器阻尼系数；
i 是常数，i=1。

以下是前后减震器阻力－速度特性曲线：
G08前悬阻力-速度特性曲线
0500
1000
1500
2000
2500
3000
500
1000
1500
速度v(mm/s)
阻
力F (N )
从上图曲线中得到，当前后减振器速度为0.524 m/s 时：
下面以空载状态分别对前后悬架的相对阻尼比进行计算
:
阻力值F （N ）
阻尼系数δ（N/（m/s ））
压缩拉伸阻
尼比
前减震器
压缩行程
679.8 1297.3 0.54
复原行程1250.5 2386.5 平均965.2 1841.9 后减震器
压缩行程
444.8 848.9 0.620 复原行程718 1370 平均
581
1109.6
后减震器阻力-速度特性曲线
0500
1000
1500
500
1000
1500
速度V(mm/s)
阻力F(N)
前减震器阻力-速度特性曲线
前悬架的减振器安装如图3－6所示：
图3－6 前减振器安装结构图
在上图中，车轮处的阻尼力始终随减振器运动，因此此处不存在杠杆比。

减振器有一个 3.0°的空间安装角。

计算得到前悬架的相对
阻尼比为：
α为减振器与垂直线所成夹角，单位rad ；
m 为簧载质量，单位kg ；n 为偏频，单位Hz ；i 为常数，i=1。

23
.04cos
2
2
mni
前
后悬架的减振器安装如图
3－7所示：
图3－7 后减振器安装侧视图
后减振器在侧视图中存在杠杆比i =L 1/L 4=400.2/468.2=0.85，其
与垂直线的空间夹角α是4.4°。

计算得到后悬架的相对阻尼比为
:
8
1.04cos
2
2
mni
后
1.前后悬架螺旋弹簧长度校核
悬架在运动过程中，必须验证螺旋弹簧在上下极限位置的长度是否满足使用要求，弹簧长度应该满足以下要求：1、上极限位置时螺旋弹簧应该不能并圈。

2、下极限位置时螺旋弹簧长度应该小于弹簧自由长度，以防止弹簧脱落根据CAE 分析的悬架跳动结果可以确定螺旋弹簧的长度，见表
1：
镖1
螺旋弹簧长度列表
悬架下极限长度(mm)
半载长度(mm)
上极限长度(mm)
并圈长度(mm)
自由长度(mm)
前悬架261 157 106 70 365 后悬架
286
192
107
84
316
400.2
468.2
341.4
由上表可以看出，悬架处于上极限位置时，其长度大于并圈长度，故不会
发生并圈；悬架处于下极限位置时，其长度小于自由长度，故弹簧处于被压缩
状态，不会脱落。

因此，螺旋弹簧长度符合整车设计要求。

2.前、后减振器长度校核
悬架运动过程中必须校核减振器的工作行程，以判断悬架在运动过程中减振器推杆是否顶死。

5.1 前减振器校核
a）根据厂家提供前减振器图纸可得前减振器极限尺寸，如图19所示。

最长491mm，最短310mm
图19 前减振器极限尺寸
b）前悬架在上极限位置时，前减振器的长度为344.5mm，如图20所示,大于减振器极限最短尺寸，故减振器推杆不会顶死。

长度344.5mm
图20 上极限位置前减振器长度
5.2 后减振器校核
a）根据厂家提供后减振器图纸可得减振器极限尺寸，如图21所示；
最长686mm，最短440mm
图21 后减振器行程范围
b）悬架在上极限位置时，减振器的长度为454.3mm（大于440 mm）,故满足后减振器行程要求，如图22所示。

长度454.3mm
图22 上极限位置后减振器长度。