【正文】 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。 懸架技術(shù)的發(fā)展趨勢 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?？諝鈶壹芡怀龅膬?yōu)點(diǎn)是平順性好，維修少，壽命長，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?？諝鈴椈傻墓逃蓄l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。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。 懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要求有： （ 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 。 7 2 空氣懸架結(jié)構(gòu) 空氣懸架結(jié)構(gòu)簡介 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 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)樽饔迷趶椈缮系妮d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)。空氣作為空氣彈簧的工作介質(zhì)，內(nèi)摩擦極小，與板簧相比空氣彈簧本身只有少量阻尼，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：①隨整車載荷變化保持合理的懸架行程；②高速時(shí)降低車身高度，保持車身穩(wěn)定性，減少空氣阻力；⑨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。現(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 ]3[ 。 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 8 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[ 。 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。空氣彈簧懸架中空氣彈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：①在車架或車橋之間傳遞力矩。②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。 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。 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?？梢源蟠筇岣叱?9 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)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，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[ 。 10 3 懸架主要參數(shù)的確定 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 3176。 ? 30′ ， 主銷后傾角 為 1176。 ? 30′ ， 前輪外傾角 為 1176。? 30′ ， 前輪前束 為 0mm1mm。 懸架靜撓度 懸架靜撓度 cf 是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷 WF 與此時(shí)懸架剛度 c之比，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) ~?? aby?? ，因而可以近似地認(rèn)為 1?? ，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)立的，并用偏頻 1n ， 2n 表示各自的自由振動(dòng)頻率。偏頻越小，則汽車的平順性越好。采用鋼板彈簧的載貨汽車的偏頻略高 于轎車，前懸架約為 ，后懸架則可能超過 ，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 。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 21/nn =。 )2/(/ 111 ?m ? ； )2/(/ 222 ?m ? （ 31） 1c ， 2c 為前、后懸架的剛度（ N/cm）； 1m ， 2m 為前、后懸架的簧上質(zhì)量（ 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=9810mm/ 2s 。 將 1cf ， 2cf 代人式（ 31）得到 11 11 / cfn ? ； 22 / cfn ? （ 32） 式中 1cf ， 2cf 的單位為 mm。 有式可知，懸架的靜撓度 cf 直接影響車身振動(dòng)的偏頻 n。因此，保證汽車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 1cf 和 2cf 時(shí)，希望后懸架的靜撓度 2cf 比前懸架的靜撓度 1cf 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：若汽車以較高車速駛過單個(gè)路障， 1n / 2n ＜ 1 時(shí)的車身縱向角振動(dòng)要比 1n / 2n ＞ 1 時(shí)小，故推薦取 2cf＝（ ～ ） 1cf 。 考慮到貨車的前、后軸荷的差別，推薦 12 )~( 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 ～，后懸架則要求在 ～ 。原則上轎車的級(jí)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 ～ ，后懸架則要求在 ～。貨車滿載時(shí)，前懸架偏頻要求在 ～ ，而后懸架則要求在 ～。選定偏頻以后，再利用式 (3— 2)即可計(jì)算出懸架的靜撓度。 懸架動(dòng)撓度 懸架的動(dòng)撓度 df 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。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， df 取6090mm。 據(jù)汽車最新使用手冊得，采用空氣彈簧的載貨汽車的偏頻 1n =， 2n =1Hz。代人公式（ 32）得， 1cf =， 2cf =。 本設(shè)計(jì)選取 1df =90mm， 2df =60mm。 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)系曲線稱為懸架的彈性特性。其切