桑塔纳轿车悬架主要零件的设计计算

朱 威

(黑龙江省交通科学研究所)

1 悬架的总体布置方案和相关参数的确定

(1)悬架的总体布置方案

表1 悬架总体布置参数要求

本车是一种小排量经济型轿车，具体参数要求见表1，从表中的数据来看，该车型在车轴载荷、四轮定位参数都和现有的桑塔纳车型不同，但差异不大。本车型仍采用麦弗逊式悬架，但需对各总成部件重新进行设计和计算，同时也要对它的可行性进行建模和校核。

(2)悬架的刚度 依照设计要求设定的状态下的载荷及簧载质量，可计算出前悬架一侧的簧载质量.于是，悬架的刚度为

(3)悬架的静挠度

悬架的静挠度fc1与悬架刚度之间有如下关系

带入数值得

带入数值得:fc1=14.598(cm)，取fc1=146mm

(4)悬架的动挠度

为了防止汽车在不良路面上行使驶时悬架会过多冲击到减震块，悬架要有相当的动挠度。从性能和设计使用要求上来选此悬架的动挠度fd=82 mm。

2 螺旋弹簧的设计计算

2.1 螺旋弹簧材料的选择

螺旋弹簧作为减震元件的一种，具有制造成本低、占用空间小等特点，在轿车的悬架中得到广泛应用。根据汽车工作时弹簧的运动特性和使用要求(可参考下文的计算分析)，选择60Si2MnA 为簧丝的材料，提高弹簧在周期变化下的使用寿命。

2.2 弹簧的受力及变形

平衡位置处弹簧所受压缩力P 与车轮载荷N 的关系式式中:β 为车轮外倾角，δ 为减震器内倾角;α 为主销轴线与减震器的夹角。

2.3 弹簧几何参数的计算

根据其工作条件已经选择簧丝材料60Si2MnA。材料的性能参数如表2 所示。

表2 60Si2MnA 性能参数

选择弹簧的旋绕比:

旋绕比(弹簧指数)影响着弹簧的加工工艺，当旋绕比过小时将给弹簧的制造带来困难。一般的选择范围是C =4 ～8，这里初选旋绕比C=8。

钢丝直径d

取d=12 mm

弹簧中径D

取D=100 mm

弹簧圈数的n 选择

取n=10 圈

计算结果的处理

上述对螺旋弹簧的计算结果如下表3 所示。

表3 螺旋弹簧的参数

3 减震器的选型与设计

3.1 减振器类型的选择

减震器使用双向套筒式液力减震器后，当车轮与车桥作相对运动时，减振器通过内部减震油的流动，将车轮与车桥的冲击能量转化为热能，完成了衰减震动的目的。

3.2 减震器主要性能参数的选择

减振器的主要性能参数主要有两个:相对阻尼系数和阻尼系数，它们决定了减振器的阻力—位移特性和阻力—速度特性。

3.3 相对阻尼系数的选择

由前面的计算得知螺旋弹簧的刚度为21 N/m、汽车悬架的偏频为1.31 Hz，螺旋弹簧和减振器有良好的配合性，在考虑车型设计要求的前提下，该车的相对阻尼系数拟选为:0.324。

3.4 减振器的阻尼系数

减振器的阻尼系数除了与弹簧载荷和悬架刚度有关，还与相对阻尼系数有关。

主要尺寸的确定

筒式减震器工作缸径d 的确定

取d=30 mm

储油筒尺寸的确定

减震器的结构图1 所示。

图1 减震器结构图

减震器的主要参数见表4。

表4 减震器主要参数

［1］夏德伟.UGNX4.0 中文版.机械设计典型范例教程［M］.电子工业出版社，2006.

［2］张俊生.UG 基础与提高［M］.电子工业出版社，2005.

［3］陈树勇.UG 曲面设计中文版［M］.北京机械工业出版社，2005.

［4］贾红丽，董伟.UG 二次开发［M］.清华大学出版社，2010.

［5］张方瑞，于鹰宇，程鸣，等.UG NX 高级实例教程［M］.电子工业出版社，2005:35－49.

［6］全国汽车维修专项技能认证技术中心编写组.悬架和转向系统［M］.教育科学出版社，2004.