機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-重型載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 摘要 隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國公路運(yùn)輸需求將在一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持持 續(xù)增長(zhǎng)。重型載貨汽車品種多、應(yīng)用廣泛，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮巨大作用。 由于重型汽車工作條件比較惡劣、彎道多、坡路多、轉(zhuǎn)彎半徑小，車輛頻繁轉(zhuǎn) 向與制動(dòng)，并長(zhǎng)期在滿載、振動(dòng)與沖擊載荷下工作，振動(dòng)都比較強(qiáng)烈。為保證 車輛具有良好的高速行駛平順性，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量高運(yùn)輸，并減小對(duì)路面的破壞程度， 先進(jìn)的車輛懸架技術(shù)在重型卡車上被廣泛研究和采用。 空氣懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成， 囊式空氣彈簧是彈性元件其中一種，它含有簾布層結(jié)構(gòu)的橡膠氣囊內(nèi)沖入空氣， 并以空氣為介質(zhì)，利用

2、空氣可以壓縮的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)彈性作用。通過高度控制閥， 來保證車身高度不隨汽車載荷變化而變化，保證汽車的平順性和穩(wěn)定性。減振 器是保證汽車在使用期限行駛平順性的性能穩(wěn)定的主要元件。 關(guān)鍵詞：導(dǎo)向裝置；空氣彈簧；高度控制閥；減振器 全套圖紙，加全套圖紙，加153893706 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 ABSTRACT With the high-speed development of domestic economy,our nations road transportation will keep increasing quickly and continuously in a l

3、ong periodHeavy trucks play an essential role in the economy construction for its merits，such as abundant sorts，comprehensive applicationUsually the work conditions of the heavy truck is execrable，which is full of bend road，slope road；Truck must swerve with small radius，turn and brake high frequentl

4、y，and it is also used under the condition of fullload vibration and striking,the vibration is serious，which is dangerous to driversbodyIn order to provide the heavy truck with high-speed ride comfort and quality of transit，at the same time decrease the disastrous impact to the road，advanced vehicle

5、suspension technology has been invesfigated applied extensively in heavy truck industry. Air suspension of elastic component, guiding device, shock absorber, transverse stabilizer blocks and a buffer, cystic components, such as air spring flexible components, it contains one layer structure of air c

6、urtain inside irruptive air, rubber and air as medium, the characteristics of air can be compressed to achieve flexibility. Through the height valve body height, to ensure that no changes with the automobile loading, guarantee the stability and car ride. Car shock absorber is to ensure that the use

7、of the performance period of ride comfort and stability of the main components. Key words：orientation device；air spring；height control valves；shock absorber 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 目錄 前言1 1 緒論2 1.1 懸架的概述.2 1.2 懸架的分類.4 1.3 重型載貨汽車懸架系統(tǒng)目前的工作狀況.5 1.4 懸架技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).6 1.4.1 懸架技術(shù)的研究現(xiàn)狀.6 1.4.2 懸架技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì).6 1.4.3

8、懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求.7 2 空氣懸架結(jié)構(gòu)8 2.1 空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介.8 2.1.1 空氣懸架系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu).8 2.1.2 空氣彈簧的類型.9 2.1.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu).10 2.1.4 高度控制閥.10 2.2 空氣懸架系統(tǒng)的工作原理.10 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 3 懸架主要參數(shù)的確定12 3.1 載貨汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù).12 3.2 懸架靜撓度.12 3.3 懸架動(dòng)撓度.14 3.4 懸架彈性特性.14 4 彈性元件的設(shè)計(jì)16 4.1 空氣彈簧力學(xué)性能.17 4.1.1 空氣彈簧剛度計(jì)算.17 4.1.2 空氣彈簧固有頻率的計(jì)算.19 4.1.3 空氣彈簧的剛度特性分析.20

9、4.2 高度控制閥.21 5 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)23 5.1 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的概述.23 5.2 橫向穩(wěn)定桿的選擇.24 5.3 側(cè)頃力臂的計(jì)算方法.25 5.4 穩(wěn)定桿的角剛度計(jì)算.26 5.5 懸架的側(cè)傾角校核.27 6 減振器機(jī)構(gòu)類型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算29 6.1 分類.29 6.2 主要參數(shù)的選擇計(jì)算.31 7 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性分析36 8 結(jié)論38 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 參考文獻(xiàn)39 致謝40 附錄 A 譯文41 附錄 B 外文原文 48 前言 隨著人們生活水平的不斷提高和我國高速公路的迅速發(fā)展，對(duì)汽車懸架系 統(tǒng)的性能提出了更高的要求，特別是對(duì)車輛乘坐舒適性、高速行駛的平

10、順性以 及操作穩(wěn)定性的要求也越來越高。懸架系統(tǒng)是保證重型載貨汽車行駛平順性和 操作穩(wěn)定性的重要部件，空氣懸架系統(tǒng)以空氣彈簧為彈性元件，利用氣體的可 壓縮性實(shí)現(xiàn)彈性作用，實(shí)現(xiàn)其彈性作用，具有高強(qiáng)度、高舒適性和高吸收性能 力等優(yōu)點(diǎn)。目前空氣懸架在國外重型載貨車上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)重 型載貨汽車用空氣懸架系統(tǒng)逐步替代傳統(tǒng)的鋼板彈簧和螺旋彈簧懸架已是必然 的發(fā)展趨勢(shì)?？諝鈶壹芟到y(tǒng)主要有空氣彈簧、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、高度控制閥、減振器、 橫向穩(wěn)定桿等機(jī)械元件，以及儲(chǔ)氣筒和空氣壓氣機(jī)等輔助系統(tǒng)組成。 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 1 緒論 1.1 懸架的概述 懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車

11、輪）之間的一切傳力連接裝置 的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力）、縱向反力 （牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架 （或承載式車身）上，以保證汽車的正常行駛。 1 現(xiàn)代汽車的懸架盡管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但是一般都由彈性元件、減 振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。由于汽車行駛的路面不可能絕對(duì)平坦，路面作用 于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時(shí)，這種沖 擊力將達(dá)到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車架和車身時(shí)，可能引起汽車機(jī)件的早期 損壞，傳給乘員和貨物時(shí)，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為 了緩和沖擊，在汽車行駛系統(tǒng)中，除了采用彈性

12、的充氣輪胎之外，在懸架中還 必須裝有彈性元件，使車架（或車身）與車橋（或車輪）之間作彈性聯(lián)系。但 彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適和疲勞。 故懸架還應(yīng)當(dāng)具有減振作用，使振動(dòng)迅速衰減（振幅迅速減?。?。為此，在許 多結(jié)構(gòu)形式的汽車懸架中都設(shè)有專門的減振器。 以下對(duì)懸架重要的組成部分進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。 (一)彈性元件 彈性元件主要是把車架或車身與車橋或車輪彈性的連接起來，主要有空氣 彈簧，鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧等。 (1)空氣彈簧 空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個(gè)密閉容器，在其中貯入壓縮空氣，利用 空氣的可壓縮性實(shí)現(xiàn)其彈簧的作用。這種彈簧的剛度是可變的，因?yàn)樽饔迷趶?

13、簧上的載荷增加時(shí)，容器內(nèi)的定量氣體氣壓升高，彈簧剛度增大。反之，當(dāng)載 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 荷減小時(shí)，彈簧內(nèi)的氣壓下降，剛度減小，故空氣彈簧具有較理想的彈性特性。 隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，生活水平的不斷提高，人們對(duì)汽車的乘坐舒適性 及各方面的性能提出了更高的要求，這便迫使各汽車生產(chǎn)廠家不斷的引進(jìn)先進(jìn) 技術(shù)，生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，保持強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)能力。從而空氣彈簧的設(shè)計(jì)與研究 也越來越受到車輛設(shè)計(jì)人員的青睞。在本論文主要是對(duì)空氣彈簧進(jìn)行了研究與 探討。 (2)鋼板彈簧 由多片不等長(zhǎng)和不等曲率的鋼板疊合而成。鋼板彈簧除具有緩沖作用外， 還有一定的減震作用。 (3)螺旋彈簧 只具備緩沖作用，

14、多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。由于沒有減震和傳力的功能， 還必須設(shè)有專門的減震器和導(dǎo)向裝置。 (4)扭桿彈簧 將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過擺臂與車輪相連，利 用車輪跳動(dòng)時(shí)扭桿的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適合于獨(dú)立懸掛使用。 (二)導(dǎo)向裝置 導(dǎo)向裝置是指懸架中的某些用來傳力同時(shí)還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對(duì) 車架和車身跳動(dòng)的任務(wù)的機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向裝置主要有以下幾點(diǎn)作用：在車架或車 橋之間傳遞力矩。使車橋或車輪按一定軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。 (三)減振裝置 減振裝置主要是用來消耗振動(dòng)能量，衰減振動(dòng)。彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后， 將會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，減震器可以使振幅迅速減小，以避免持續(xù)的振動(dòng)給駕駛員的不 舒適和

15、疲勞。 車輪相對(duì)于車架和車身跳動(dòng)時(shí)，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合 一定的要求，否則對(duì)汽車某些行駛性能（特別是操縱穩(wěn)定性）有不利的影響。 因此，懸架中某些傳力構(gòu)件同時(shí)還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對(duì)于車架和車身 跳動(dòng)的任務(wù)，因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 由此可見，上述這三個(gè)組成部分分別起緩沖、減振和導(dǎo)向的作用，然而三 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 者共同的任務(wù)則是傳力。 1彈性元件 2縱向推力桿 3減振器 4橫向穩(wěn)定器 5橫向推力桿 圖1-1 汽車懸架組成示意圖 1Elastic element 2Vertical thrust rod 3Shock Absorbe

16、r 4Horizontal stabilizer 5Horizontal thrust rod Fig.1-1 Schematic diagram of vehicle suspension component 1.2 懸架的分類 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)型式的不同，汽車懸架又可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。非 獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過懸架和車價(jià) （或車身）連接；獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車輪通過各自的懸架與車架 （或車身）連接。 獨(dú)立懸架是每一側(cè)的車輪都是單獨(dú)地通過彈性懸架懸掛在車架或車身下面 的。其優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力； 可用剛度

17、小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；可以使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低，汽車重 心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪單獨(dú)跳動(dòng)，互不相干， 能減小車身的傾斜和震動(dòng)。不過，獨(dú)立懸架存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修不 便的缺點(diǎn)?，F(xiàn)代轎車大都是采用獨(dú)立式懸架，按其結(jié)構(gòu)形式的不同，獨(dú)立懸架 又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架等。 5 1 2 3 4 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 1-2 獨(dú)立懸架 Fig.1-2 Independent Suspension 非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋 一起通過彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。非獨(dú)立懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

18、單、成本 低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及操 縱穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。 圖 1-3 非獨(dú)立懸架 Fig.1-3 Non-independent suspension 1.3 重型載貨汽車懸架系統(tǒng)目前的工作狀況 現(xiàn)代的載貨運(yùn)輸特點(diǎn)是要求多樣化的，簡(jiǎn)單的將貨物從甲地運(yùn)送到乙地的 運(yùn)輸方式以滿足不了運(yùn)輸要求。在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中，由于道路情況不同，運(yùn)輸?shù)陌?全性，守時(shí)性，靈活性以及運(yùn)輸?shù)膬r(jià)格和效率比直接關(guān)系到企業(yè)的命運(yùn)和存亡。 運(yùn)輸質(zhì)量和安全首先通過行駛系統(tǒng)來保證，因此越來越多的車輛制造者和汽車 企業(yè)家認(rèn)識(shí)到懸架系統(tǒng)的重要性。目前

19、的重型載貨汽車一直面臨著一個(gè)問題就 是：汽車載重量和平順性之間的矛盾。載貨汽車空載時(shí)汽車的舒適性會(huì)比滿載 時(shí)差的很多，尤其是大型工程運(yùn)輸車在凹凸不平的路面甚至是露天礦山上長(zhǎng)時(shí) 間往返的行駛時(shí)，這種情況更加明顯。在空載或少量載荷時(shí)貨車的平順性及其 差，這樣會(huì)使駕駛員和乘坐者很容易感到疲勞，從而引發(fā)交通事故，造成嚴(yán)重 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 的后果。對(duì)于載重貨車而言，根據(jù)不同的用途，不同的工況以及客戶的需求承 載能力和平順性必須要綜合考慮。目前的重型載貨汽車多用被動(dòng)式的定剛度的 懸架系統(tǒng)，若要求其有較高的承載能力，勢(shì)必要有很大的懸架剛度。然而根據(jù) 以往的研究得知，懸架的剛度越大汽

20、車的行駛平順性和安全性能也就越差。因 此，承載能力與平順性一直是載貨汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)永恒的矛盾。 2 1.4 懸架技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1.4.1 懸架技術(shù)的研究現(xiàn)狀 機(jī)械裝置的基本規(guī)律指出：載貨汽車良好的舒適性，操縱穩(wěn)定性及良好的 承載能力在使用定剛度和定阻尼減震器的傳統(tǒng)懸架中是不能同時(shí)滿足的。因此， 傳統(tǒng)的懸架在設(shè)計(jì)過程中不可避免的要進(jìn)行乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的折衷， 盡管近年來傳統(tǒng)懸架在結(jié)構(gòu)上的不斷更新和完善，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)， 已使汽車(特別是轎車)的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性有很大提高，例如橫臂式獨(dú) 立懸架、縱臂式獨(dú)立懸架、車輪沿主銷移動(dòng)的懸架(燭式和麥弗遜式)等等的采

21、用，但傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)仍然受到許多限制，如最終設(shè)計(jì)的懸架參數(shù)(彈簧剛度、減 振器阻尼系數(shù))是不可調(diào)節(jié)的，致使傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)只能保證汽車在一種特定的道 路和速度條件下達(dá)到性能最優(yōu)的折衷。 1.4.2 懸架技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前在大型商用汽車、半掛車中采用空氣懸架系統(tǒng)越來越多?？諝鈶壹芡?出的優(yōu)點(diǎn)是平順性好，維修少，壽命長(zhǎng)，對(duì)承運(yùn)的乘客和貨物的保護(hù)比鋼板彈 簧懸架有著很大的提高，而對(duì)整車和路面的損壞程度也大大減少。 鋼板彈簧在不同的載荷下產(chǎn)生不同的彎曲，這樣會(huì)導(dǎo)致整車到地面的距離 總是在發(fā)生變化，如果保持彈簧的彈性而增加載荷的話，這會(huì)降低彈簧的固有 頻率甚至使彈簧的特性發(fā)生改變。 空氣彈簧基于空氣的可壓縮

22、性，封閉在氣囊里的空氣是彈性元件，空氣彈 簧通過不同氣囊的壓力來平衡不同的載荷。空氣彈簧的固有頻率穩(wěn)定，因此它 的彈性性能也穩(wěn)定，這樣就意味著空氣彈簧更加的接近理想狀態(tài)。 隨著我國高速公路的迅速發(fā)展，公路運(yùn)輸量的增加，對(duì)汽車性能的要求也 越來越高，空氣懸架憑著其自身的優(yōu)越性能在貨車上的應(yīng)用必將越來越廣泛。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 另外，隨著重型載貨汽車對(duì)路面的破壞機(jī)理的研究及認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深，以及 政府對(duì)高速路養(yǎng)護(hù)的進(jìn)一步重視，空氣懸架在重型貨車上的應(yīng)用也必將進(jìn)一步 增加。因此，對(duì)空氣懸架的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究也顯得越來越重要。 1.4.3 懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要

23、求有： （1）保證汽車有良好的行駛平順性 （2）具有適合的衰減振動(dòng)的能力 （3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性 （4）汽車制動(dòng)或加速時(shí)，要保證車身穩(wěn)定性，減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車身 側(cè)傾角要適合 （5）有良好的隔聲能力 （6）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小 （7）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小 的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 2 空氣懸架結(jié)構(gòu) 2.1 空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 2.1.1 空氣懸架系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 空氣彈簧懸架具有變剛度、剛度小、振動(dòng)頻率低、車身高度不變等優(yōu)點(diǎn)。 典型的機(jī)械式空氣懸架主要包括以下幾個(gè)部分： (1)空氣彈簧

24、 空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個(gè)密閉容器，在其中貯入壓縮空氣，利用 空氣的可壓縮性實(shí)現(xiàn)其彈簧的作用。這種彈簧的剛度是可變的，因?yàn)樽饔迷趶?簧上的載荷增加時(shí)，容器內(nèi)的定量氣體氣壓升高，彈簧剛度增大。反之，當(dāng)載 荷減小時(shí)，彈簧內(nèi)的氣壓下降，剛度減小，故空氣彈簧具有較理想的彈性特性。 (2)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是承受汽車的縱向力、力矩及橫向力。由于空氣懸架只能承受垂 直載荷，所以需要安裝導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以承受橫向力、縱向力及力矩以使車橋(或者車 輪)按一定的軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。 (3)減振裝置 減振裝置主要是用來消耗振動(dòng)能量，衰減振動(dòng)?？諝庾鳛榭諝鈴椈傻墓ぷ?介質(zhì)，內(nèi)摩擦極小，與板簧相比空氣彈簧本身只有少

25、量阻尼，所以空氣懸架必 須裝有阻尼器，而且其阻尼要相應(yīng)增加以達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。但如果阻 尼過大又會(huì)使反應(yīng)遲鈍并向車身傳遞過多的高頻振動(dòng)和沖擊，所以減振器阻尼 的匹配是否合理將影響懸架的性能。 (4)高度控制閥 高度控制閥是空氣彈懸架系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其主要功能是：隨 整車載荷變化保持合理的懸架行程；高速時(shí)降低車身高度，保持車身穩(wěn)定性， 減少空氣阻力；在起伏不平的路面上，可以提高車身高度從而提高了汽車的 通過性，空氣彈簧的優(yōu)越性通過安裝高度控制閥充分的顯現(xiàn)出來。 (5)其它附屬裝置 空氣彈簧以壓縮空氣作為介質(zhì)，所以必須裝有壓氣機(jī)以產(chǎn)生壓縮空氣，另 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1

26、3 外為了進(jìn)一步提高空氣彈簧的性能大部分空氣懸架還裝有輔助氣室?，F(xiàn)如今， 隨著科技的迅速發(fā)展，很多高檔的客車、轎車以及商用車上已經(jīng)成功的使用了 電控空氣懸架，這種懸架使用高度傳感器和電子控制單元來控制空氣彈簧的充 氣和排氣，從而更加提高了空氣懸架的控制精度和反應(yīng)速度。但在功能好的同 時(shí)也有其缺點(diǎn)：這種汽車懸架的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，而且成本非常高。 所以在國內(nèi)應(yīng)用的還不是很廣泛，但是這是汽車懸架發(fā)展的必然趨勢(shì)。 3 2.1.2 空氣彈簧的類型 空氣彈簧的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成很多類型，根據(jù)壓縮空氣所用容器不同，可以 將空氣彈簧分為囊式、膜式兩種形式。 (1)囊式空氣彈簧 囊式空氣彈簧是由夾有簾線的橡膠氣囊、密

27、閉在容器中的壓縮氣體所組成。 氣囊的內(nèi)層用氣密性好的橡膠制成，而外層則用耐油橡膠制成。根據(jù)橡膠氣囊 曲數(shù)不同可將其分為單曲、雙曲和多曲的囊式空氣彈簧。氣囊各段之間鑲嵌有 金屬輪緣，用于承受氣體的內(nèi)壓張力。囊式空氣彈簧的有效面積變化率較大， 剛度較大，振動(dòng)頻率也較高。所以對(duì)于囊式空氣彈簧來說，適當(dāng)?shù)倪x擇空氣彈 簧的有效面積變化率和輔助氣室容積，可以有效地降低振動(dòng)頻率。隨著段數(shù)的 增加，空氣的彈簧的剛度會(huì)變小。主要是由于氣囊的變形可由各個(gè)曲部平均分 擔(dān)，因而曲段數(shù)越多，空氣彈簧的有效直徑變化率就會(huì)越小。 (2)膜式空氣彈簧 膜式空氣彈簧的構(gòu)造是在金屬外筒與內(nèi)筒或缸筒與活塞之間放置橡皮膜， 通過膜的

28、變形實(shí)現(xiàn)整體伸縮。在外筒的內(nèi)壁與內(nèi)筒的外壁上預(yù)先給出適當(dāng)?shù)膬A 斜或曲面，據(jù)此橡皮膜伸縮時(shí)可沿該壁面發(fā)生變形，受壓面積隨變形而變化。 這就可以獲得在標(biāo)準(zhǔn)高度下很軟，而在大位移時(shí)變硬的特性，即合適的非線性 彈簧特性。膜式空氣彈簧在國內(nèi)外大客車上的應(yīng)用日益廣泛。因膜式空氣彈簧 有效直徑變化較小，其剛度較低，自振頻率較低膜式空氣彈簧的底座同時(shí)也 是活塞，該空氣彈簧的有效直徑能通過改變活塞的外形從而得到改變。從而可 以得到所需的彈性特性。許多膜式空氣彈簧的底座還作為輔助氣室以增加空氣 彈簧的總?cè)莘e，改善空氣彈簧的性能。這是提高空氣彈簧系統(tǒng)隔振效果的有效 措施之一。 4 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

29、 14 2.1.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向傳力機(jī)構(gòu)是空氣懸架的重要組成部件，要承受汽車的側(cè)向力，縱向力 及其力矩。因此要有一定的強(qiáng)度，布置的方式要合理?？諝鈴椈蓱壹苤锌諝鈴?簧主要承受垂直載荷。如果導(dǎo)向機(jī)構(gòu)布置的不合理則會(huì)給空氣彈簧帶來很大的 負(fù)擔(dān)，使其發(fā)生扭曲，摩擦等現(xiàn)象，惡化減震的效果，從而縮短了空氣彈簧的 壽命。 汽車空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有以下幾點(diǎn)作用：在車架或車橋之間傳遞力 矩。是車橋或車輪按一定軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。這是空氣懸架中導(dǎo)向機(jī) 構(gòu)的最重要的一個(gè)作用。 2.1.4 高度控制閥 高度控制閥是空氣懸架系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是保證車輛在任何靜 載荷下與路面保持一定的高度，而且空氣彈簧

30、的優(yōu)勢(shì)也只有在采用了高度控制 閥的情況下才能得到充分的體現(xiàn)。汽車空氣懸架的高度控制閥一般分為機(jī)械式 和電磁式，按其組成可分為帶延時(shí)機(jī)構(gòu)高度控制閥和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)高度控制閥- 由于目前在國內(nèi)空氣懸架多采用機(jī)械式高度閥，因而在此針對(duì)帶延時(shí)機(jī)構(gòu)和不 帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的兩種機(jī)械式高度闊進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。延時(shí)機(jī)構(gòu)由緩沖彈簧和油壓減 振器組成。其作用是：在車輛運(yùn)行時(shí)的正常振動(dòng)中，保證空氣彈簧的高度雖有 變化但不起進(jìn)、排氣作用，而當(dāng)靜載荷變化或以極低頻率振動(dòng)時(shí)，保證空氣彈 簧進(jìn)行充、排氣，以使在汽車正常的振動(dòng)中高度閥的進(jìn)、排氣閥不會(huì)頻繁地打 開，從而減少壓縮空氣的浪費(fèi)。在使用不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的高度閥時(shí)，車輛在運(yùn)行 過程中高

31、度閥的進(jìn)、排氣閣不斷地關(guān)閉，空氣消耗量大，為此一般在空氣通道 上設(shè)置一節(jié)流孔，或在排氣通道外加一長(zhǎng)橡膠軟管，以便限制空氣流量，避免 空氣中的水分和灰塵堵塞小孔。 2.2 空氣懸架系統(tǒng)的工作原理 在理想狀態(tài)下，裝有空氣彈簧懸架的汽車通過壓縮空氣的壓力能夠隨載荷 和道路條件變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，不論滿載還是空載整車高度幾乎不會(huì)發(fā)生變化。 可以大大提高乘坐的舒適性?？諝鈶壹艿墓ぷ髟恚嚎諝鈮嚎s機(jī)供給儲(chǔ)氣筒壓 縮空氣，儲(chǔ)氣筒上裝有壓力保護(hù)閥，當(dāng)儲(chǔ)氣筒的壓力超出設(shè)定壓力時(shí)，壓力保 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 護(hù)閥會(huì)自動(dòng)打開把過載壓力卸掉。當(dāng)車輛在平直路面上行駛時(shí)，高度閥的充氣 閥門和排氣閥門均關(guān)

32、閉，空氣彈簧氣囊內(nèi)即不充氣也不放氣，車架高度保持不 變。當(dāng)車輛行駛在不平路面或轉(zhuǎn)彎時(shí)，車輪產(chǎn)生跳動(dòng)或轉(zhuǎn)彎離心力都會(huì)使車架 產(chǎn)生傾斜，連接在車架上的高度控制閥的控制桿就會(huì)轉(zhuǎn)過一定的角度，當(dāng)車輛 載荷增加時(shí)，空氣彈簧被壓縮，車架整體下移，高度控制閥控制桿向上旋轉(zhuǎn)， 使控制閥的充氣閥門打開，壓縮空氣經(jīng)高度控制閥向氣囊內(nèi)充氣，在氣壓的作 用下，車架回升，高度控制閥的控制桿隨之向下旋轉(zhuǎn)，使控制閥的充氣閥門的 開度逐漸變小直至關(guān)閉，此時(shí)車架恢復(fù)到設(shè)定高度，即空氣彈簧氣囊回升到原 來的高度；當(dāng)車輛載荷下降時(shí)，空氣彈簧氣囊在其腔內(nèi)壓縮空氣的作用下伸長(zhǎng)， 車架整體上移，高度控制閥控制桿向下旋轉(zhuǎn)，使控制閥的放氣閥

33、門打開，壓縮 空氣經(jīng)高度控制閥向外界排出，車架下降，高度控制閥控制桿隨之向上旋轉(zhuǎn)， 使控制閥的放氣閥門的開度逐漸變小直至關(guān)閉，此時(shí)車架逐漸恢復(fù)到設(shè)定高度 。 5 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 3 懸架主要參數(shù)的確定 3.1 載貨汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù) 重型載荷汽車是貨車一種，它的噸位必須滿足大于14t才能稱之為重型載荷 汽車。 針對(duì)目前國內(nèi)載貨汽車空氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究較少，本文在現(xiàn)有東風(fēng) 日產(chǎn)柴牌DND1250CWB459P鋼板彈簧懸架載貨汽車的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了空氣懸架改 裝設(shè)計(jì)，對(duì)多軸載貨車輛空氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。 DND1250CWB459P整車參數(shù)如下表所示。為了滿

34、足舒適性及行駛平穩(wěn)性的要求, 懸架要求全部采用空氣彈簧。其前懸架采用四連桿機(jī)構(gòu)空氣懸架系統(tǒng), 空氣彈 簧布置在橋的正上方, 其作為彈性元件承受全部垂直載荷。后懸架也全部采用 空氣懸架,空氣彈簧布置在與橋連接的車架上方。 整車的主要尺寸參數(shù)有貨車的外廓尺寸的長(zhǎng)為10150mm，寬為2400mm，高為 2985mm，軸距4615+1300mm，輪距（前/后）為2045/1860mm，前懸為1400mm，后 懸為2835mm。整車的主要質(zhì)量參數(shù)有整車整備質(zhì)量為9805kg，額定載質(zhì)量為 15000kg，最大總質(zhì)量為25000kg，前軸與中軸的軸距為3 800mm，中軸與后軸的 軸距為1380mm；前

35、懸輪距為1958mm，后懸輪距為1800mm；車輪靜力半徑為 540mm，滿載時(shí)整車重心高度為1800mm。前輪定位參數(shù)有主銷內(nèi)傾角為3 30，主銷后傾角為130，前輪外傾角為130，前輪前束為0mm- 1mm。 3.2 懸架靜撓度 懸架靜撓度是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度c之比， c f W F 即。cFf Wc / 對(duì)于大多數(shù)汽車而言，其懸架質(zhì)量分配系數(shù)，因而可2 . 18 . 0/ 2 ab y 以近似地認(rèn)為，即前、后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動(dòng)是相互獨(dú)1 立的，并用偏頻，表示各自的自由振動(dòng)頻率。偏頻越小，則汽車的平順性 1 n 2 n 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

36、） 17 越好。采用鋼板彈簧的載貨汽車的偏頻略高于轎車，前懸架約為1.3Hz，后懸架 則可能超過1.5Hz，采用空氣彈簧后，這一數(shù)值可以進(jìn)一步降低，載貨汽車為 0.8-1.2Hz。為了減小汽車的角振動(dòng)，一般汽車前、后懸架偏頻之比約為 =0.85-0.95。 21/n n ； （3-)2/(/ 111 mcn )2/(/ 222 mcn 1） ，為前、后懸架的剛度（N/cm）；，為前、后懸架的簧上質(zhì)量 1 c 2 c 1 m 2 m （kg）當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時(shí)，前、后懸架的靜撓度可以用下式 表示 ； 111 /cgmfc 222 /cgmfc 式中，g 為重力加速度，g=9810m

37、m/。 2 s 將，代人式（3-1）得到 1c f 2c f ； （3- 11 /77.15 c fn 22 /77.15 c fn 2） 式中， 的單位為 mm。 1c f 2c f 有式可知，懸架的靜撓度直接影響車身振動(dòng)的偏頻 n。因此，保證汽車 c f 有良好的行駛平順性，必須正確的選取懸架的靜撓度。 在選取前、后懸架的靜撓度值和時(shí)，希望后懸架的靜撓度比前懸 1c f 2c f 2c f 架的靜撓度小些，這有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)。理論分析證明： 1c f 若汽車以較高車速駛過單個(gè)路障，/1 時(shí)的車身縱向角振動(dòng)要比/1 1 n 2 n 1 n 2 n 時(shí)小，故推薦?。?.80.

38、9）?？紤]到貨車的前、后軸荷的差別，推薦 2c f 1c f 。 12 )8 . 06 . 0( cc ff 用途不同的汽車，對(duì)平順性要求不一樣。以運(yùn)送人為主的轎車對(duì)平順性的 要求最高，大客車次之，載貨車更次之。對(duì)普通級(jí)以下轎車滿載的情況，前懸 架偏頻要求在 1.001.45Hz，后懸架則要求在 1.171.58Hz。原則上轎車的級(jí) 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 別越高，懸架的偏頻越小。對(duì)高級(jí)轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在 0.801.15Hz，后懸架則要求在 0.981.30Hz。貨車滿載時(shí)，前懸架偏頻要求 在 1.502.10Hz，而后懸架則要求在 1.702.17Hz。選定

39、偏頻以后，再利用式 (32)即可計(jì)算出懸架的靜撓度。 3.3 懸架動(dòng)撓度 懸架的動(dòng)撓度是指從滿載平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大形變。 d f 要求懸架應(yīng)有足夠的動(dòng)撓度，防止破壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。對(duì)貨車， 取 60-90mm。 d f 據(jù)汽車最新使用手冊(cè)得，采用空氣彈簧的載貨汽車的偏頻 =0.9Hz，=1Hz。代人公式（3-2）得，=307.0mm，=248.7mm。本設(shè)計(jì) 1 n 2 n 1c f 2c f 選取=90mm，=60mm。 1d f 2d f 3.4 懸架彈性特性 懸架受到的垂直外力 F 與由此所引起的車輪中心相對(duì)于車身位移廠(即懸架 的變形)的關(guān)系曲線稱為懸架的

40、彈性特性。其切線的斜率是懸架的剛度。 懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。當(dāng)懸架變形廠與 所受垂直外力 F 之間呈固定比例變化時(shí)，彈性特性為一直線，稱為線性彈性特 性，此時(shí)懸架剛度為常數(shù)。當(dāng)懸架變形與所受垂直外力 F 之間不呈固定比例f 變化時(shí)，彈性特性如圖 31 所示。此時(shí)，懸架剛度是變化的，其特點(diǎn)是在滿載 位置(圖中點(diǎn) 8)附近，剛度小且曲線變化平緩，因而平順性良好；距滿載較遠(yuǎn) 的兩端，曲線變陡，剛度增大。這樣可在有限的動(dòng)撓度范圍內(nèi)，得到比線性 d f 懸架更多的動(dòng)容量。懸架的動(dòng)容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到結(jié)構(gòu)允 許的最大變形為止消耗的功。懸架的動(dòng)容量越大，對(duì)緩沖塊擊

41、穿的可能性越小。 空載與滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化大的貨車和客車，為了減少振動(dòng)頻率和車身高 度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線性懸架。轎車簧上質(zhì)量在使用中雖然變化 不大，但為了減少車軸對(duì)車架的撞擊，減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的側(cè)傾與制動(dòng)時(shí)的前俯 角和加速時(shí)的后仰角，也應(yīng)當(dāng)采用剛度可變的非線性懸架。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的彈性特性可視為線性的，而帶有副簧的鋼板彈簧、 空氣彈簧、油氣彈簧等，均為剛度可變的非線性彈性特性懸架。 6 圖 31 懸架彈性特性曲線 1緩沖塊復(fù)原點(diǎn) 2復(fù)原行程緩沖塊脫離支架 3主彈簧彈性特性曲線 4復(fù)原行 程 5壓縮行程 6緩沖塊壓縮期懸架彈性特性曲線 7緩

42、沖塊壓縮時(shí)開始接觸彈性 支架 8額定載荷 Fig. 3-1 Suspension elastic curve 1Recovery point buffer block 2Recovery stroke buffer block from the support 3Main spring elastic curve 4Recovery stroke 5Compression stroke 6Elastic Buffer block compression curve of suspensio 7Block buffer started contact with elastic supports

43、compression 8Rated load 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 4 彈性元件的設(shè)計(jì) 空氣懸架多應(yīng)用于大型客車和無軌電車上，在高級(jí)轎車、長(zhǎng)途運(yùn)輸重型載 貨汽車和掛車上有所應(yīng)用。其彈性元件是由夾有簾線的橡膠囊或模和充入其內(nèi) 腔的壓縮空氣所組成的。這種懸架除彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)外，一般還 裝有車身高度調(diào)節(jié)裝置。 由于空氣彈簧可以設(shè)計(jì)的比較柔軟，因而空氣懸架可以得到較低的固有頻 率，同時(shí)空氣彈簧的變剛特性使得這一頻率在較大的載荷變化范圍內(nèi)保持不變， 從而提高了汽車的平順性。空氣懸架的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過調(diào)節(jié)車身高度使得 大客車的地板高度和載貨汽車的貨箱高度哦隨載荷的變化基

44、本保持不變。此外， 空氣懸架還具有空氣彈簧壽命長(zhǎng)、質(zhì)量小以及噪音低等一些優(yōu)點(diǎn)。 按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，空氣彈簧可以分為囊式和膜式兩大類，囊式空氣彈簧結(jié)構(gòu)相 當(dāng)簡(jiǎn)單，制造方便，但剛度較高，因而常用于大型客車、無軌電車和載貨汽車， 并且常配有輔助氣室以降低彈簧剛度，膜式空氣彈簧剛度小，適應(yīng)于用作轎車 懸架，但同等空氣壓力和尺寸下其承載能力小，并且動(dòng)剛度會(huì)增大。 7 以橡膠囊為主要元件的囊式空氣彈簧，在用來承受內(nèi)壓張力的鋼質(zhì)腰環(huán)分割 下來，氣囊被分為不同節(jié)數(shù)，并據(jù)此分為單曲、雙曲和多曲氣囊三種，囊式空 氣彈簧結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易，因此成本低；又因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)橡膠膜的曲率變 化小，所以使用壽命長(zhǎng)。本次設(shè)計(jì)選取雙

45、曲空氣彈簧。 圖 41 雙曲氣囊空氣彈簧 1上蓋 2橡膠膜 3腰環(huán) 4底座 Figu. 41 Hyperbolic air spring air bag 1cover 2rubber membrane 3Waist Ring 4base 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 4.1 空氣彈簧力學(xué)性能 空氣彈簧的支承、彈性作用取決于空氣彈簧內(nèi)的壓縮空氣。容積比、氣體 壓縮系數(shù)基本上決定了理想空氣彈簧的力學(xué)性能。 4.1.1 空氣彈簧剛度計(jì)算 空氣彈簧是利用橡膠氣囊內(nèi)壓縮空氣的反作用力作為彈性恢復(fù)力的彈性元 件。剛度是空氣彈簧的重要性能參數(shù)，用如下理論公式空氣彈簧垂直剛度C計(jì)算： (4-1) V

46、 A PPn L A PC e iO e i 2 )( 橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力； i P 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取0.1MPa； O P 空氣彈簧有效承壓面積； e A L空氣彈簧有效行程； 氣彈簧有效承壓面積變化比； L Ae V-空氣彈簧內(nèi)的空氣體積； n為多變指數(shù)，取決于空氣彈簧形變速度?？諝鈴椈删徛駝?dòng)時(shí)，彈簧內(nèi)氣 體狀態(tài)變化視為等溫變化，n=1；空氣彈簧劇烈振動(dòng)時(shí)，彈簧內(nèi)氣體狀態(tài)變化視 為絕熱過程，n=1314，本次設(shè)計(jì)選取n=1.380。 囊式空氣彈簧的有效面積變化率對(duì)空氣彈簧的固有頻率的影響較大，當(dāng)空 氣彈簧在等壓的條件下，有效面積的變化率=0，本次設(shè)計(jì)選取=0。 L Ae L Ae

47、由式（4一l）可知，空氣彈簧的有效承壓面積及其交化率對(duì)空氣彈簧剛度 的影響顯著。囊式空氣彈簧工作時(shí)有效承壓面積交化率較大，彈簧剛度較大。 由于分擔(dān)氣囊形變的曲囊越多，氣囊有效承面積變化率越小，因此曲囊增多可 減小囊式空氣彈簧的剛度。在橡膠氣囊正常工作氣壓范圍內(nèi)，膜式空氣彈簧的 有效承壓積面變化率比囊式氣彈簧小，即膜式空氣彈簧的剛度比囊式空氣簧小。 同時(shí)，膜式空氣彈簧可以通過改變活塞底部形狀來控制有效承壓面積變化率， 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 以獲得理想彈性特性。另外，囊式空氣彈簧可以通過添加輔助氣室，膜式空氣 彈簧可利用活塞底座空心內(nèi)腔作為輔助氣室來增大氣體體積，從而降低彈簧剛

48、 度。 8 1）前懸的空氣彈簧剛度計(jì)算 前懸架有四個(gè)氣囊、四個(gè)減震器、兩個(gè)高度控制閥、兩根橫向推力桿和兩 根縱向推力桿構(gòu)成的四連桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)GB/T13061-91對(duì)汽車的空氣彈簧的規(guī)定， 本次選取的彈簧型號(hào)為B7-380X390的囊式空氣彈簧。 設(shè)前懸架非簧載質(zhì)量按 500kg 計(jì)算，前懸架每支空氣彈簧的承受負(fù)載為 i GG i G G us m 111 1 式中：G 為前懸軸載荷為6370kg，i為空氣彈簧個(gè)數(shù)，為前懸簧載質(zhì)量， 11s G 為前懸非簧載質(zhì)量。代入推出為1467.5kg，每個(gè)空氣彈簧受力為 1u G 1m G =14381.5N。gGP m11 n為多變指數(shù)，此處選取為1.

49、380；為橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力，取 i P ；為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取0.1MPa；為空氣彈簧有效承壓面積，在390mm e AP / 1O P e A 的設(shè)計(jì)高度上當(dāng)載荷為14381.5N時(shí)，彈簧內(nèi)部壓強(qiáng)為0.3Mpa，計(jì)算 =14381.5/0.3=4.80 10，V為空氣彈簧體積 e A 42 mm V=3904.8010 =18.710 mm ；為有效面積的變化率，當(dāng)空氣彈簧在等 463 L Ae 壓的條件下，=0。將上述數(shù)據(jù)代入公式（4-1） ，經(jīng)計(jì)算可得前懸空氣彈簧 L Ae 剛度=69.8N/mm。 1 C 2）后懸的空氣彈簧剛度計(jì)算 后懸架有四個(gè)氣囊、四個(gè)減震器、兩個(gè)高度控制閥、

50、兩根橫向推力桿和兩 根縱向推力桿構(gòu)成的四連桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)GB/T 13061-91對(duì)汽車的空氣彈簧的規(guī)定， 本次選取的彈簧型號(hào)為B7-380X390的囊式空氣彈簧。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 j GG j G G us m 222 2 式中：后懸軸載荷為=12740kg，j為空氣彈簧個(gè)數(shù)，為后懸簧載質(zhì)量， 2 G 2s G 后懸非簧載質(zhì)量=1000kg。代入推出為2935kg，每個(gè)空氣彈簧受力為 2u G 2m G =28763N。 2 P 對(duì)于同一種空氣彈簧，變指數(shù)、有效面積不變，有效面積的變化率仍然為 零，橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力，取，將參數(shù)代入式子（4-1）得到后 e AP

51、 / 2 懸空氣彈簧剛度=118.9N/mm。 2 C 4.1.2 空氣彈簧固有頻率的計(jì)算 彈簧振動(dòng)固有頻率用來表示，即 0 n = （4- 0 n dx dD A g V ngA P P e e ro ro 1 2 1 2） 式中 g重力加速度, g=9810mm/； 2 s D氣囊圓截面有效直徑； 當(dāng)空氣彈簧的垂直剛度己知時(shí)，也可以用下式計(jì)算固有頻率： W gk f 2 1 2 氣體常數(shù)，當(dāng)汽車載荷緩慢變化時(shí)，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近于等k 溫過程，可取1；當(dāng)汽車在行駛過程振動(dòng)時(shí)，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近于k 絕熱過程，可取1.4；實(shí)際計(jì)算時(shí)，通常取1.21.4。kk 從式子（4-2）可以

52、看出： 1）頻率與選擇的充氣壓力有關(guān)，越大，固有頻率越低。這種影響在 ro P ro P 壓力較低時(shí)尤為明顯。當(dāng)充氣壓力提高時(shí)，接近 1 時(shí)，再提高，則對(duì)降 ro ro P P1 低固有頻率無明顯影響。頻率與折算高度 H=有關(guān)，H 越大固有頻率越低。特 V Ae 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 別是對(duì)于較小的氣囊，增加 H 對(duì)降低固有頻率有明顯影響。對(duì)于較大 L Ae L Ae 的氣囊，H 的影響不是很明顯。 2）頻率與有效面積的變化率有關(guān)，越大 n 越高。越小 n 越低。 L Ae L Ae L Ae 當(dāng)充氣壓力提高時(shí)，接近 1 時(shí)，再提高，則對(duì)降低固有頻率無明顯影響， ro ro

53、 P P1 故本次設(shè)計(jì)選取=1；n 為多變指數(shù)，此處選取為 1.380；為有效直徑 ro ro P P1 dx dD 變化率，一般囊式空氣彈簧的有效直徑變化率為 0.350.40，膜式空氣彈簧的 有效直徑變化率在 0.100.2 之間。本次設(shè)計(jì)選取=0.4；將上述參數(shù)代入 dx dD （4-2）中空氣彈簧固有頻率=0.94Hz。 0 n 4.1.3 空氣彈簧的剛度特性分析 當(dāng)在充滿氣體的空氣彈簧上作用外力后，會(huì)引起彈簧的微小變形，相Pdf 應(yīng)的氣體容積變化量為。由于囊壁變形所做的功與外力所作的功相比可以忽dV 略，因而外力作的功等于氣體受壓作的功PdfdVpp a) ( dVppPdf a)

54、( （43） 式中彈簧內(nèi)空氣的絕對(duì)壓強(qiáng)；p 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)。 a p 定義彈簧的有效面積 dfdVAeff/ （44） 可以得到 effa k k effa Ap V Vp AppP 00 )( （45） 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 將上式對(duì)位移求導(dǎo)可得空氣彈簧得剛度為 df dA p V Vp A V Vkp df dA ppA df dp C eff a k k eff k k eff aeff 002 1 00 )( （46） 這表明空氣彈簧的剛度由兩部分構(gòu)成，分別由氣體體積的變化和有效面積 的變化而引起。在設(shè)計(jì)空氣彈簧時(shí)，對(duì)這兩個(gè)方面都要加以考慮。 在靜平衡位置時(shí)，有，代人式

55、(46)可得到靜平衡位置的 0 pp 0 VV 彈簧剛度為 df dA ppA V kp C eff aeff )( 2 0 0 （47） 從中可以看出，要想獲得較軟的剛度，應(yīng)該增大，但在布置上又不允許 0 V 占用過高的空間，因而常常采用增加輔助氣室的辦法來達(dá)到增大，減小剛度 0 V 的目的。 由于空氣彈簧無法承受側(cè)向力及轉(zhuǎn)矩，必須為懸架選擇恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)向桿系。 目前常用的有以下三種方式：用鋼板彈簧作為導(dǎo)向元件，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在 于可以利用以前的零部件，便于改裝，同時(shí)板簧與空氣彈簧聯(lián)合作用可使懸架 彈性特性更接近理想，懸架的偏頻在很大載荷范圍內(nèi)近似保持不變?？v臂式， 這種方式增加了設(shè)計(jì)的靈活性，

56、可以較好地保證懸架的縱傾特性，車輪跳動(dòng)時(shí) 主銷傾角的變化量也能滿足要求。A 型架式，實(shí)際上為縱臂式的變形，其側(cè) 向剛度較大，可減小車身側(cè)向擺動(dòng)的加速度，從而減小懸架中出現(xiàn)的附加載荷， 多用于重型車的懸架。在轎車上，一般前懸采用雙橫臂，后懸采用縱臂式導(dǎo)向 機(jī)構(gòu)。 空氣懸架車身高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是一端固定在車架、一端固定在車身上的聯(lián)動(dòng) 閥，當(dāng)車引高度變化時(shí)，閥動(dòng)作打開相應(yīng)的氣路，向彈簧氣室中補(bǔ)充或由彈簧 氣室放出空氣，達(dá)到測(cè)節(jié)車身高度的目的。 汽車在正常行駛過程中，由于垂向振動(dòng)或側(cè)傾，車身與車橋之間總會(huì)發(fā)生 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 相對(duì)位移。在設(shè)計(jì)車身高度調(diào)節(jié)器時(shí)，必須采取必要的措施以

57、防止在此類情況 下車身高度調(diào)節(jié)器頻繁動(dòng)作。 9 4.2 高度控制閥 高度控制閥是空氣懸架系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是保證車輛在任何靜 載荷下與路面保持一定的高度，而且空氣彈簧的優(yōu)勢(shì)也只有在采用了高度控制 閥的情況下才能充分體現(xiàn)。 高度控制閥（以下稱高度閥）分為機(jī)械式和電磁式，按組成分為帶延時(shí)機(jī) 構(gòu)和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)?？紤]到目前國內(nèi)空氣懸架多采用機(jī)械式高度閥，因此針對(duì) 帶延時(shí)機(jī)構(gòu)和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的兩種機(jī)械式高度閥進(jìn)行研究。 不帶延遲機(jī)構(gòu)的高度閥工作原理：車體荷重增加時(shí)，車體下降，空氣彈簧 壓縮，控制桿被推向上方，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞頂開進(jìn)、排氣閥，風(fēng)缸中的壓縮 空氣通過一段節(jié)流通道流入空氣彈簧；車架恢復(fù)到

58、一定高度后，控制桿會(huì)返回 平衡位置，此時(shí)進(jìn)氣閥被關(guān)閉，壓縮空氣關(guān)斷。當(dāng)車體荷重減少時(shí)，車體上升， 空氣彈簧伸長(zhǎng)，與荷重增加時(shí)情況相反，控制桿被拉下，進(jìn)、排氣閥打開，空 氣彈簧內(nèi)的空氣經(jīng)節(jié)流通道和活塞內(nèi)的通道排出。 10 圖42 不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的高度閥示意圖 Fig. 42 Without delay height control valve 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 高度閥的主要特性參數(shù)有截止頻率一般為1Hz，不感帶mm，動(dòng)作延遲5 . 04 時(shí)間為s，低流量為120 L/Min，標(biāo)準(zhǔn)流量為350 L/Min，排氣氣流流速為13 875 L/min。 5 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.1

59、 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的概述 空氣懸架的主要組成部分除了空氣彈簧以外，還有導(dǎo)向桿件、減振器、橫 向穩(wěn)定器、高度控制組件及緩沖限位部件等組成。其中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)發(fā)揮著非常 重要的作用。 導(dǎo)向傳力機(jī)構(gòu)是空氣懸架中的重要部件，要承受汽車的縱向力、側(cè)向力及 其力矩，因此要有一定的強(qiáng)度，布置方式要合理，避免運(yùn)動(dòng)干涉?？諝鈴椈稍?懸架中主要承受垂直，減振、消振，如果導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得不合理，則會(huì)增加空 氣彈簧的負(fù)擔(dān)，甚至?xí)l(fā)生扭曲、摩擦等現(xiàn)象，惡化減振效果，縮短彈簧的壽 命。 汽車空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要作用是：在車架(或承載式車身)與車橋(或 車輪)之間傳遞力或力矩。使車橋(或車輪)按一定軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。 重型汽

60、車空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成型式上主要有以下幾種：（1）鋼板彈簧混 合式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（2）雙橫臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（3）雙縱臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 本設(shè)計(jì)選用雙縱臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 圖51 雙縱臂四連桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu) Figure 51 Double vertical arm four-link-oriented institutions 在重型汽車空氣懸架的設(shè)計(jì)中，雙縱臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)被廣泛的采用，下縱臂 一般布置在兩邊，上面兩根縱向推力桿的位置方式則可根據(jù)需要進(jìn)行靈活的安 排。一種是兩下縱臂同樣布置，另一種是兩根上臂合在一起，布置在中間。這 兩種方式不能承受側(cè)向力，需要橫向推力桿。還可以將上

61、面的兩根推力桿傾斜 布置，構(gòu)成一個(gè)三角形架，他和下面的兩根縱向推力桿構(gòu)成一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。 在設(shè)計(jì)時(shí)一般都采用4X4X4設(shè)計(jì)思想：四個(gè)氣囊、四個(gè)減震器、四連桿結(jié)構(gòu)。現(xiàn) 今重型汽車上采用v型推力桿的結(jié)構(gòu)也較為流行，這種結(jié)構(gòu)在傳遞縱向力的同時(shí) 也傳遞橫向力，而且機(jī)構(gòu)比較緊湊，簡(jiǎn)潔，空間布置更合理。 5.2 橫向穩(wěn)定桿的選擇 為了降低汽車的固有振動(dòng)頻率以改善行駛平順性，現(xiàn)在轎車懸架的垂直剛 度值較小，從而使汽車的側(cè)傾角剛度值也較小，結(jié)果是汽車轉(zhuǎn)彎側(cè)傾嚴(yán)重，影 響了汽車的行駛穩(wěn)定性。為此，現(xiàn)代汽車大多都裝有橫向穩(wěn)定桿來加大懸架的 側(cè)傾角剛度以改善汽車的行駛穩(wěn)定性。橫向穩(wěn)定桿帶來的好處除了可以增加懸 架的

62、側(cè)傾角剛度，從而減小汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車身的側(cè)傾角外，適當(dāng)?shù)剡x擇前、后懸 架的側(cè)傾角剛度比值，也有助于使汽車獲得所需的不足轉(zhuǎn)向特性。通過，在汽 車的前、后懸架中都裝有橫向穩(wěn)定桿，或者只在前懸架中安裝。若只在后懸架 中安裝，則會(huì)使汽車趨于過多轉(zhuǎn)向。橫向穩(wěn)定桿帶來的不利因素有：當(dāng)汽車在 坑洼不平的路面行駛時(shí)，左右輪之間有垂向相對(duì)位移，由于橫向穩(wěn)定桿的作用， 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 增加了車輪處的垂向剛度，會(huì)影響汽車的平順性。 11 在有些懸架中，橫向穩(wěn)定桿還兼起部分導(dǎo)向桿系的作用，其余情況下則設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)當(dāng)注意避免與懸架的導(dǎo)向桿系發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。為了緩沖隔振和降低噪聲， 橫向穩(wěn)定桿與車輪及車架

63、的連接處均有橡膠支承。本次設(shè)計(jì)選取 DND1250CWB459P的前后橫向穩(wěn)定桿的形狀如下圖所示 圖52 橫向穩(wěn)定桿的外形圖 Figure 52 Stabilizer bar graph form 5.3 側(cè)頃力臂的計(jì)算方法 現(xiàn)在來討論一下側(cè)頃力臂的計(jì)算方法， 雙縱臂式非獨(dú)立前懸架布置方式如 圖53所示 圖53 縱臂式非獨(dú)立懸架布置形式 Figure 53 Vertical arm of non-independent suspension layout 在這種懸架中，縱向推力桿只傳遞輪胎到車身的縱向力。當(dāng)車身受到側(cè)頃 力作用時(shí)，地面通過兩根斜向布置的導(dǎo)向桿的約束反力的臺(tái)力Y來平衡。Y的作 用

64、點(diǎn)0在通過車軸的橫向垂直平面上的投影0m即側(cè)頃力矩中心。單縱臂式懸架的 孟憲鵬：載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 側(cè)傾力矩中心與雙縱臂類似，因篇幅有限，本文不再詳細(xì)描述。 整車側(cè)傾力臂h的計(jì)算為： （5- sg hSh 1） 式中-懸掛質(zhì)量重心高度； g S -整車側(cè)傾力矩中心高度。 s h 根據(jù)質(zhì)心公式，簧載質(zhì)量質(zhì)心高度為： （5- n cng g GG RGhG S 2） 式中：G為滿載整車質(zhì)量，G=25000kg；為非簧載總質(zhì)量，=2500kg； n G n G 為車輪靜力半徑，=540mm；為滿載時(shí)整車重心高度，=1800mm。將上 c R c R g h g h 述參數(shù)代入公式可得=

65、1940mm。 g S （5-)( 121 hh l a hhs 3） 式中 ，分別為車身在前后軸處的側(cè)傾力矩中心高度； 1 h 2 h a整車懸掛質(zhì)量重心到前軸的距離； l軸距； 根據(jù)載荷分配關(guān)系，質(zhì)心距前軸距離為： （5-) 2 ( 2 1 21 2 L L GG G a ss s 4） 根據(jù)上一章節(jié)計(jì)算可知前軸簧載質(zhì)量=5870kg =11740kg；為前軸 1s G 2s G 1 L 與中軸間距，=3800mm；為中軸與后軸間距，=1380mm。將參數(shù)代入上面 1 L 2 L 2 L （5-4）的公式，可得a=2990mm。 根據(jù)計(jì)算后得知，為前懸架簧載質(zhì)心到側(cè)傾中心的距離，=650mm； 1 h 1 h 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 為后懸架簧載質(zhì)心到側(cè)傾中心側(cè)傾距離，=680mm：軸距l(xiāng)=4615+1300mm， 2 h 2 h 及（5-4）所得a=2990mm，一起代入（5-3）得到=665mm。 s h 最后得出整車側(cè)傾力