【正文】 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(guó)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(chē)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(chē)正常的振動(dòng)中高度閥的進(jìn)、排氣閥不會(huì)頻繁地打開(kāi)，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(chē)輛在運(yùn)行過(guò)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(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。 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(chē)通過(guò)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(mǎn)載還是空載整車(chē)高度幾乎不會(huì)發(fā)生變化。可以大大提高乘坐的舒適性。空氣懸架的工作原理：空氣壓縮機(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(kāi)把過(guò)載壓力卸掉。當(dāng)車(chē)輛在平直路面上行駛時(shí)，高度閥的充氣閥門(mén)和排氣閥門(mén)均關(guān)閉，空氣彈簧氣囊內(nèi)即不充氣也不放氣，車(chē)架高度保持不變。當(dāng)車(chē)輛行駛在不平路面或轉(zhuǎn)彎時(shí)，車(chē)輪產(chǎn)生跳動(dòng)或轉(zhuǎn)彎離心力都會(huì)使車(chē)架產(chǎn)生傾斜，連接在車(chē)架上的高度控制閥的控制桿就會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，當(dāng)車(chē)輛載荷增加時(shí)，空氣彈簧被壓縮，車(chē)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(mén)打開(kāi)，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(chē)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(mén)的開(kāi)度逐漸變小直至關(guān)閉，此時(shí)車(chē)架恢復(fù)到設(shè)定高度，即空氣彈簧氣囊回升到原來(lái)的高度；當(dāng)車(chē)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(chē)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(mén)打開(kāi)，壓縮空氣經(jīng)高度控制閥向外界排出，車(chē)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(mén)的開(kāi)度逐漸變小直至關(guān)閉，此時(shí)車(chē)架逐漸恢復(fù)到設(shè)定高度。3 懸架主要參數(shù)的確定 載貨汽車(chē)的結(jié)構(gòu)參數(shù)重型載荷汽車(chē)是貨車(chē)一種，它的噸位必須滿(mǎn)足大于14t才能稱(chēng)之為重型載荷汽車(chē)。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)載貨汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)參數(shù)如下表所示。為了滿(mǎn)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(chē)架上方。整車(chē)的主要尺寸參數(shù)有貨車(chē)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(chē)的主要質(zhì)量參數(shù)有整車(chē)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(chē)輪靜力半徑為540mm，滿(mǎn)載時(shí)整車(chē)重心高度為1800mm。前輪定位參數(shù)有主銷(xiāo)內(nèi)傾角為3176。30′，主銷(xiāo)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是指汽車(chē)滿(mǎn)載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度c之比，即。對(duì)于大多數(shù)汽車(chē)而言，其懸架質(zhì)量分配系數(shù)，因而可以近似地認(rèn)為，即前、后橋上方車(chē)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，表示各自的自由振動(dòng)頻率。偏頻越小，則汽車(chē)的平順性越好。采用鋼板彈簧的載貨汽車(chē)的偏頻略高于轎車(chē)，，采用空氣彈簧后，這一數(shù)值可以進(jìn)一步降低。為了減小汽車(chē)的角振動(dòng)，一般汽車(chē)前、后懸架偏頻之比約為=。； （31），為前、后懸架的剛度（N/cm）；，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；式中，g為重力加速度，g=9810mm/。將，代人式（31）得到 ； （32）式中， 的單位為mm。有式可知，懸架的靜撓度直接影響車(chē)身振動(dòng)的偏頻n。因此，保證汽車(chē)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架的靜撓度小些，這有利于防止車(chē)身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)。理論分析證明：若汽車(chē)以較高車(chē)速駛過(guò)單個(gè)路障，/＜1時(shí)的車(chē)身縱向角振動(dòng)要比/＞1時(shí)小，故推薦?。剑ā？紤]到貨車(chē)的前、后軸荷的差別，推薦。用途不同的汽車(chē)，對(duì)平順性要求不一樣。以運(yùn)送人為主的轎車(chē)對(duì)平順性的要求最高，大客車(chē)次之，載貨車(chē)更次之。對(duì)普通級(jí)以下轎車(chē)滿(mǎn)載的情況，～，～。原則上轎車(chē)的級(jí)別越高，懸架的偏頻越小。對(duì)高級(jí)轎車(chē)滿(mǎn)載的情況，～，～。貨車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，～，～。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)撓度是指從滿(mǎn)載平衡位置開(kāi)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(chē)，取6090mm。據(jù)汽車(chē)最新使用手冊(cè)得，采用空氣彈簧的載貨汽車(chē)的偏頻=，=1Hz。代人公式（32）得，=，=。本設(shè)計(jì)選取=90mm，=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(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)身位移廠(即懸架的變形)的關(guān)系曲線稱(chēng)為懸架的彈性特性。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?xún)煞N。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(chēng)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之間不呈固定比例變化時(shí)，彈性特性如圖3—1所示。此時(shí)，懸架剛度是變化的，其特點(diǎn)是在滿(mǎn)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(mǎn)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)緩沖塊擊穿的可能性越小?？蛰d與滿(mǎn)載時(shí)簧上質(zhì)量變化大的貨車(chē)和客車(chē)，為了減少振動(dòng)頻率和車(chē)身高度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線性懸架。轎車(chē)簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大，但為了減少車(chē)軸對(duì)車(chē)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。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。圖3—1 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—緩沖塊壓縮時(shí)開(kāi)始接觸彈性支架 8—額定載荷4 彈性元件的設(shè)計(jì)空氣懸架多應(yīng)用于大型客車(chē)和無(wú)軌電車(chē)上，在高級(jí)轎車(chē)、長(zhǎng)途運(yùn)輸重型載貨汽車(chē)和掛車(chē)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(chē)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(chē)的平順性?？諝鈶壹艿牧硪粋€(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)調(diào)節(jié)車(chē)身高度使得大客車(chē)的地板高度和載貨汽車(chē)的貨箱高度哦隨載荷的變化基本保持不變。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(lèi)，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(chē)、無(wú)軌電車(chē)和載貨汽車(chē)，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(chē)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。以橡膠囊為主要元件的囊式空氣彈簧，在用來(lái)承受內(nèi)壓張力的鋼質(zhì)腰環(huán)分割下來(lái)，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)選取雙曲空氣彈簧。圖 4—1 雙曲氣囊空氣彈簧1—上蓋 2—橡膠膜 3—腰環(huán) 4—底座 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?？諝鈴椈墒抢孟鹉z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： (41)—橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力；—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，；—空氣彈簧有效承壓面積；L—空氣彈簧有效行程；—?dú)鈴椈捎行С袎好娣e變化比；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(guò)程，n=1．3～1．4，本次設(shè)計(jì)選取n=。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。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(guò)改變活塞底部形狀來(lái)控制有效承壓面積變化率，以獲得理想彈性特性。另外，囊式空氣彈簧可以通過(guò)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(lái)增大氣體體積，從而降低彈簧剛度。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/T1306191對(duì)汽車(chē)的空氣彈簧的規(guī)定，本次選取的彈簧型號(hào)為B7380X390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，為前懸非簧載質(zhì)量。，每個(gè)空氣彈簧受力為=。n為多變指數(shù)，；為橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力，取；為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，；為空氣彈簧有效承壓面積，，計(jì)算=，V為空氣彈簧體積V=39010=10mm；為有效面積的變化率，當(dāng)空氣彈簧在等壓的條件下，=0。將上述數(shù)據(jù)代入公式（41），經(jīng)計(jì)算可得前懸空氣彈簧剛度=。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、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 1306191對(duì)汽車(chē)的空氣彈簧的規(guī)定，本次選取的彈簧型號(hào)為B7380X390的囊式空氣彈簧。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，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=28763N。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（41）得到后懸空氣彈簧剛度=。彈簧振動(dòng)固有頻率用來(lái)表示，即= （42）式中 g—重力加速度, g=9810mm/；D—?dú)饽覉A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：—?dú)怏w常數(shù)，當(dāng)汽車(chē)載荷緩慢變化時(shí)，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近于等溫過(guò)程，可?。?；當(dāng)汽車(chē)在行駛過(guò)程振動(dòng)時(shí)，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近于絕熱過(guò)程，可取＝；實(shí)際計(jì)算時(shí)，通常?。健氖阶樱?2）可以看出：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)降低固有頻率無(wú)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。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(wú)明顯影響，故本次設(shè)計(jì)選取=1；n為多變指數(shù)，；為有效直徑變化率，～，～。本次設(shè)計(jì)選取=；將上述參數(shù)代入（42）中空氣彈簧固有頻率=。當(dāng)在充滿(mǎn)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略，因而外力作的功等于氣體受壓作的功 （4－3）式中—彈簧內(nèi)空氣的絕對(duì)壓強(qiáng)； —標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)。定義彈簧的有效面積 （4－4）可以得到 （4－5）將上式對(duì)位移求導(dǎo)可得空氣彈簧得剛度為 （4－6）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(4－6)可得到靜平衡位置的彈簧剛度為 （4－7）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占用過(guò)高的空間，因而常常采用增加輔助氣室的辦法來(lái)達(dá)到增大，減小剛度的目的。由于空氣彈簧無(wú)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：①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)