扭杆弹簧独立悬架刚度计算分析

扭杆弹簧独立悬架刚度计算分析章节一：引言汽车悬架系统在车辆的安全性、乘坐舒适度、操纵稳定性等方面都起着至关重要的作用。

其中，独立悬架系统是现代汽车中应用最广泛的一种悬架系统。

它主要由减震器、弹簧、扭杆等零部件组成，能够独立自主地对车身进行垂直方向上的自由振动，提高车辆的操控性和行驶稳定性。

其中，扭杆弹簧独立悬架是其中的一种重要类型。

本文基于扭杆弹簧独立悬架，对其刚度进行计算分析，以期能更好地理解该悬架系统的工作原理和优势。

章节二：扭杆弹簧独立悬架的基本结构与工作原理扭杆弹簧独立悬架是一种常见于前轮的悬挂系统。

它由两个转向臂、一个扭杆、一个减震器和一个弹簧组成。

其中，扭杆位于车轮轴的中心线上，承受车轮垂直方向的负荷；转向臂的两端与车架相连，确保扭杆的水平旋转，支承车轮的上下运动；减震器则用于吸收车轮振动，维持车身的平稳行驶。

扭杆弹簧独立悬架系统的工作原理与其他独立悬架系统相似。

当车轮运动时，它会受到地面反作用力的影响，导致车身跳动和晃动。

减震器通过减少车轮对地面的反弹，保持车身的稳定性；而弹簧则通过存储和释放能量调整车轮的运动，抵消路面不平，保障车辆的舒适性。

扭杆则通过阻碍车轮水平旋转，确保车轮在垂直平面内进行上下运动，从而达到对车辆的稳定性增强作用。

章节三：扭杆弹簧独立悬架的计算分析为了体现扭杆弹簧独立悬架的刚度性能和优越性，我们需要进行计算分析。

针对该悬架系统，我们可以采用以下两种主要的计算方法。

1.黎曼公式法该方法是一种计算刚度的经典方法。

它可以通过黎曼公式求解弹簧和扭杆的刚度参数。

在实际计算中，我们需要先测量弹簧的空载长度和压缩长度，从而得到弹簧刚度。

接着，我们需要测量扭杆在走平路面上的面积和弯曲角度，从而得到扭杆刚度。

2.有限元法有限元法是一种数值计算方法，也是一种计算刚度常用的方法。

它采用离散化处理，将固体模型划分为无数小单元，通过对单元的力学行为进行求解，求解出整个模型的强度和刚度。

悬架系统力学特性悬架对车辆性能的影响：转向时，由于悬架系统的存在，使得车身在离心力的作用下会出现侧倾，从而造成左、右车轮的垂直载荷分配不均，引起左、右两侧车轮的地面附着力的变化，而其将对车辆操纵稳定性带来影响，因此，悬架分析又是操纵稳定性分析中的重要内容。

悬架的特性主要体现在刚度上。

以下主要分析典型扭杆悬架的刚度特性。

扭杆悬架扭杆悬架的特点：结构简单、工作可靠、使用寿命长、单位质量变形能大。

扭杆弹簧在A处，垂直纸面向里（一）参数说明：1）d－扭杆直径；2）L－扭杆工作长度；3）a－平衡肘长度；4）α－平衡肘的初始安装位置与水平线的夹角；5）α－负重轮受力后平衡肘的与水平线的夹角，规定在水平线以下为正，水平线以上为负。

（二）受力分析平衡肘在受到垂直方向的力P 作用时，扭杆一端从0α位置变到了α位置，则在扭杆上作用的扭矩为M ：cos M Pa α=设在扭矩M 作用下，扭杆的扭角为：0M L G Jθαα=-=式中，J 为扭杆断面的极惯性矩，对实心圆杆有：440.132d J d π=≈；G 为扭杆材料的切变弹性模量（对钢，74530.5~79433.8G M P a =）。

由上两式可得：()0cos G J P La ααα-=由于刚度是力对位移的微分，所以要求刚度，还得需要确定位移。

负重轮行程为：()0sin sin f a αα=-则可得扭杆悬架的线刚度为：()0221cos x dPtg dPG J d m df df La daααααα--=== 把J 的表达式代入上式得：()4022132cos x tg G d m Laαααπα--=当0α=时，即平衡肘处于水平位置，此时可得 40232x G d m Laπ=（三）扭杆悬架刚度特性的影响因素 1）扭杆直径d 的影响，d 越大，刚度越大； 2）扭杆工作长度L 的影响，L 越长，刚度越小； 3）平衡肘长度a 的影响，平衡肘越长，刚度越小；4）工作位置α的影响。

汽车双横臂扭杆弹簧独立悬架设计崔敏【摘要】This paper is mainly to analysis a light truck’s computing method of the front independent suspension design and testing of design experiment. Firstly, it goes with the stress analysis and the trajectory calculation of the double wishbone independent suspension, and then continues with the suspension design calculation such as the design of torsion bar spring , front suspension’s stiffness, offset frequency calculation, stabilizer bar’s design, roll stiffness calculation, shockabs orber’s design, and finally the suspension offset frequency and riding comfort can be verified through the test.%文章主要研究某轻型载货汽车前独立悬架的设计计算方法以及独立悬架的设计试验验证，首先对双横臂式独立悬架进行受力分析、运动轨迹计算，然后对悬架进行设计计算如扭杆弹簧的设计、前悬架的刚度、偏频计算、稳定杆的设计、侧倾刚度计算、减震器的设计，最后通过试验验证悬架的偏频、平顺性。

【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】4页(P11-14)【关键词】轻型载货汽车;双横臂式独立悬架;平顺性【作者】崔敏【作者单位】安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】U463.33+210.16638 /ki.1671-7988.2016.06.005CLC NO.: U463.33+2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-11-04悬架是现代汽车上的一个重要总成，他把车架与车轴弹性地连接起来。

拉簧及扭簧弹力、刚度计算公式一、拉伸弹簧弹力、刚度计算公式1.拉伸弹簧一已知自由长度，弹簧刚度和初始拉力时，某一工作长度负荷的计算公式如下：P=(Rx F)+I.T.P是指负荷（磅）；R是指弹簧刚度（磅／英寸）；F是指距自由长度的变形量；I.T.是指初拉力。

例如：已知自由长度为1英寸、刚度为6.9磅／英寸和初始张力为0.7磅，工作长度为1.500英寸时，负荷计算公式如下：P= [6.9 x(1.500-1.000)l+0.7= (6.9x 0.500) +0.7= 3.45+0.7= 4.15磅2．如何计算刚度一弹簧刚度是指使弹簧产生单位变形的负荷，可通过以下步骤测试：1>弹簧变形约为最大变形的20%（自由长度藏去压并高度）时，测量弹簧负荷(P1)及弹簧长度(L1)。

2>弹簧变形不超过最大变形的80%时，测量弹簧负荷(P2)及弹簧长度(L2)。

务必确保弹簧长度为L2时任意两个簧圈（闭合收口除外）都没有发生接触。

3>计算刚度(R)（磅／英寸）R=(P2-P1)/(L1-L2)二、扭簧设计需要的技术参数扭簧的工作状态和拉伸弹簧及压缩弹簧有所不同，其更为复杂和多变，其中包括了很多参数指标，下面一一讲解：d (弹簧线径) :该参数描述了弹簧线的直径，也就是我们说的弹簧钢丝的粗细，默认单位mm。

Dd (心轴最大直径)：该参数描述的是工业应用中弹簧轴的最大直径，公差±2%。

D1 (内径): 弹簧的内径等于外径减去两倍的线径。

扭簧在工作过程中，内径可以减小到心轴直径，内径公差±2%。

D (中径): 弹簧的中径等于外径减去一个线径。

D2 (外径) : 等于内径加上两倍的线径。

扭簧在工作过程中，外径将变小，公差(±2%±0.1)mm。

L0 (自然长度)：注意：在工作过程中自然长度会减小，公差±2%。

Tum (扭转圈数)：弹簧绕制的圈数，圈数的不同直接影响扭簧的性能。

简易的弹簧刚度计算公式
弹簧的刚度是指弹簧在单位变形时所产生的抵抗力或恢复力。

刚度通常用弹簧的切线斜率来表示，斜率越大，弹簧的刚度就越大。

弹簧的刚度可以通过以下公式进行计算：
K=(F2-F1)/(x2-x1)
其中，K是弹簧的刚度，单位是牛顿/米或N/m；F1和F2分别是弹簧在x1和x2位置施加的力，单位是牛顿；x1和x2分别是弹簧的起始位置和结束位置，单位是米。

这个简单的公式适用于线性弹簧，即在其工作范围内，变形与施加的力成正比。

对于非线性弹簧，如扭转弹簧或压缩弹簧，刚度的计算会更加复杂。

在实际应用中，弹簧的刚度也可以通过实验测量得到。

以下是一种常见的实验方法：
1.准备一根弹簧和一组质量。

2.将质量挂在弹簧上，并记录弹簧的变形量和所施加的力。

3.重复步骤2，使用不同的质量组合。

4.根据测得的弹簧变形量和所施加的力，应用上述公式计算弹簧的刚度。

需要注意的是，弹簧的刚度在真实使用中会受到多种因素的影响，如温度和弹簧的疲劳状况。

因此，在进行刚度计算时，需要考虑这些因素的影响。

此外，弹簧的刚度也可以通过有限元分析等数值模拟方法进行计算。

在这种方法中，弹簧的形状和材料性质通过建立模型进行输入，然后利用计算机模拟软件对弹簧的力学行为进行分析，从而得到刚度的准确计算结果。

综上所述，弹簧的刚度可以通过实验测量或数值模拟方法进行计算。

对于线性弹簧，可以使用简单的刚度计算公式，而对于非线性弹簧，则需要采用更为复杂的方法进行计算。

在实际应用中，还需考虑其他因素对刚度的影响。

扭转弹簧计算公式
扭转弹簧是一种常用的机械弹簧，广泛应用于汽车、机械设备、电子产品等领域。

扭转弹簧的主要作用是通过扭转产生相对于轴线的弹性变形来储存和释放能量。

在实际应用中，我们需要计算扭转弹簧的一些重要参数，如刚度、最大扭转角、应变能等，以便设计和选择合适的弹簧。

计算扭转弹簧的公式主要包括以下几个方面：
1.扭转刚度计算公式：
扭转刚度是指扭转弹簧单位扭转角度所需要的力矩。

扭转刚度可以用公式表示为：
k=(Gd⁴/32nD⁴)*(π/180)*(N/L)
其中，k为扭转刚度，G为剪切模量，d为弹簧材料的直径，n为扭转弹簧的圈数，D为扭转弹簧的直径，N为扭转弹簧的总匝数，L为扭转弹簧的长度。

2.最大扭转角计算公式：
最大扭转角是指扭转弹簧在弹性范围内能够扭转的最大角度。

最大扭转角可以用公式表示为：
θ=T/(k*D⁴*n/32)
其中，θ为最大扭转角，T为应力，k为扭转刚度，D为扭转弹簧的直径，n为扭转弹簧的圈数。

3.应变能计算公式：
应变能是指扭转弹簧在弹性范围内储存的能量，可以用公式表示为：
U=(T²*D²)/(4k)
其中，U为应变能，T为应力，D为扭转弹簧的直径，k为扭转刚度。

以上是常用的扭转弹簧计算公式，通过这些公式可以计算出扭转弹簧的一些重要参数，为弹簧的设计和选择提供参考。

需要注意的是，公式中使用的单位应该保持一致，例如力的单位使用牛顿，长度的单位使用米，弹簧的直径、材料的直径以及弹簧的长度等需要根据实际情况进行测量和计算。

轻型汽车技术2019（4-5）技术纵横23扭杆弹簧独立悬架刚度仿真分析朱光耀张宝邹亮（南京依维柯汽车有限公司）摘要：利用ADAMS/CAR软件，建立了扭杆弹簧独立悬架动力学仿真模型，分析了车轮在同向跳动的情况下悬架垂向线刚度的变化情况；并详细分析了衬套和扭杆上载荷对刚度的影响;通过仿真表明：悬架中的衬套对悬架系统刚度的影响度为3%;扭杆预载荷对悬架系统刚度的影响度为-12.5%~3%。

关键词:扭杆弹簧悬架刚度仿真分析1引言某商用车前悬架采用双横臂扭杆弹簧独立悬架，上、下摆臂作成类似A字型结构，分别将左、右车轮与车架连接起来。

该型悬架实质上是一种在横向平面内运动，上、下摆臂是不等长的四连杆机构。

相比其他弹簧,扭杆弹簧具有的优点包括:（1）单位质量储能多，结构简单，占用空间小，采用扭杆弹簧的悬架质量轻;（2）扭杆安装在车架上，减小了整车的非簧载质量，整车的平顺性和操稳性较好；（3）通过调整扭杆固定端的安装角度，可实现对车身高度的调节。

2结构分析文中分析的某商用车前悬架结构如图1所示，主要由扭杆弹簧、上下控制臂、转向节臂、横向稳定杆、减振器、转向器、车轮和车架组成,悬架左半部分结构抽象模型如图2所示。

各部件间的拓扑关系为:转向节臂与车轮之间通过柱較链相连，与上、下控制臂和与转向横拉杆之间通过球较链相连；下控制臂与车架和横向稳定杆之间通过衬套相连;上控制臂通过扭杆和衬套与车架相连;转向齿条通过移动副与车架相连，通过万向节与转向横拉杆相连；减振器上下端分別通过万向节与图1前悬架结构图图2双横臂扭杆弹簧独立悬架结构示意图1-车轮;2-转向节;3-转向横拉杆;4-减振器;5-车架;6-转向器齿条;7-扭杆;8-上控制臂;9-下控制臂；10-横向稳定杆.24 技术纵横轻型汽车技术2019(4-5)车架和下控制臂相连。

根据路况不同，悬架运动主要包括同向跳动和反向跳动，双横臂扭杆弹簧独 立悬架悬架变刚度特点，主要是由上下控制臂空间位置的变化引起叫3仿真模型建立与分析某商用车在满载状况时，前悬架定位参数见 表1,扭杆和衬套的扭转刚度、扭杆的几何尺寸和 前悬架簧载质量见表2所示。

悬架的参数计算公式悬架系统是汽车重要的组成部分，它直接影响着汽车的操控性、舒适性和安全性。

悬架系统的设计需要考虑多个参数，其中包括弹簧刚度、阻尼系数、悬架几何参数等。

本文将重点介绍悬架的参数计算公式，帮助读者更好地理解悬架系统的设计原理。

1. 弹簧刚度计算公式。

弹簧刚度是指单位位移下所受的弹簧力，通常用N/mm或N/m来表示。

弹簧刚度的计算公式如下：K = F / δ。

其中，K表示弹簧刚度，F表示弹簧所受的力，δ表示弹簧的变形量。

在实际设计中，弹簧刚度需要根据车辆的质量、悬架的类型和使用环境来确定。

2. 阻尼系数计算公式。

阻尼系数是指单位速度下所受的阻尼力，通常用N/(m/s)来表示。

阻尼系数的计算公式如下：C = F / v。

其中，C表示阻尼系数，F表示阻尼器所受的力，v表示阻尼器的速度。

阻尼系数的大小直接影响着悬架系统的舒适性和稳定性，需要根据车辆的使用环境和悬架的类型来确定。

3. 悬架几何参数计算公式。

悬架几何参数包括悬架的几何结构、悬架的位置和角度等。

这些参数的设计需要考虑车辆的操控性和稳定性。

常见的悬架几何参数包括悬架的下摆臂长度、上摆臂长度、悬架的前后距离等。

这些参数的计算需要结合车辆的设计要求和悬架的类型来确定。

4. 悬架系统的动力学模型。

悬架系统的动力学模型包括悬架的质量、弹簧、阻尼器等参数，可以用来描述悬架系统的运动规律。

常见的悬架系统动力学模型包括单自由度模型、双自由度模型等。

这些模型可以用来分析悬架系统的振动特性和响应特性，对悬架系统的设计和优化具有重要的意义。

5. 悬架系统的优化设计。

悬架系统的优化设计需要考虑多个参数的综合影响，包括弹簧刚度、阻尼系数、悬架几何参数等。

优化设计的目标通常包括提高车辆的操控性、舒适性和安全性。

在实际设计中，可以利用计算机辅助设计软件来进行悬架系统的优化设计，通过多次模拟和分析来确定最佳的参数组合。

总结。

悬架系统的设计需要考虑多个参数，包括弹簧刚度、阻尼系数、悬架几何参数等。