【正文】 2 0 6 0 0 4 2 2 ????? ?fK=114γ + 當(dāng)靜剛度比γ =1時(shí) ?fK cmkg/ 當(dāng)動(dòng)剛度比γ = ?fK cmkg/ 空氣彈簧固有頻率的計(jì)算 用下式計(jì)算固有頻率 ： Wgkf ??? 212 ?? （ ） 22 式中 g 為重力加速度 980 2/scm 。 汽車在正常行駛過(guò)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)生相對(duì)位移。 24 6 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的概述 及強(qiáng)度受力計(jì)算 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。橫向穩(wěn)定桿帶來(lái)的好處除了可以增加懸架的側(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。= , W=16000kg , H=1310mm 把 h=635mm , G= 代入得： 因?yàn)橐鬂M足的側(cè)傾角。若只在后懸架中 安裝，則會(huì)使汽車趨于過(guò)多轉(zhuǎn)向。 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。 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)。 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。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 K計(jì)算 ： ?????????? xaa ddPV Apk 2? () 式中γ為剛度比， Pa 為絕對(duì)壓力（ kg / 2cm ） ， A 為空氣彈簧的有效面積 2cm ， V 為彈簧的體積3cm ， P 為示壓強(qiáng) 2/cmkg 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。 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。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。 據(jù)汽車最新使用手冊(cè)得，本設(shè)計(jì)選取 1df =80mm。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。 現(xiàn)代懸架推力桿絞接頭主要采用橡膠寸套，沿桿向，垂直桿向，以及扭轉(zhuǎn)都有一定的彈性，這種布置對(duì)車軸的偏轉(zhuǎn)，側(cè)移提供了較強(qiáng)的約束。 A 形架的另一優(yōu)點(diǎn)是可使左右空氣彈簧中心距較大，這將大大提高懸架的側(cè)傾角剛度。 14 通常情況下，當(dāng)減振器活塞相對(duì)于缸筒的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到 ，完全打開則需要運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到數(shù)米每秒。 考慮以上情況，在大客車的空氣懸架系統(tǒng)中一般均裝有鋼絲繩反向限位裝置 。 d) 高度閥的氣源閥門被關(guān)閉，充氣閥門打開到最大開度。 c) 杠桿由最高位置向下回轉(zhuǎn)。 b) B 閥保持氣源口被關(guān)閉，排氣口被打開。 （ 5） 空氣彈簧中的壓縮空氣被高度閥封閉。 它的主要作用時(shí)： 1) 保證汽車高度不隨汽車的載荷而變化，汽車高度可以調(diào)整，保持一定高度，便于乘客上下車。所以，對(duì)囊式空氣彈簧來(lái)說(shuō)，適當(dāng)選擇彈簧的有效面積變化率和輔助氣室的容積，可得到較低的振動(dòng)頻率。囊式較膜式壽命長(zhǎng)，載荷高，制造方便，但剛度大。 輪胎和剎車片壽命增加。 機(jī)械彈簧懸架的吸振相差太大，在俯仰擺動(dòng)時(shí)，機(jī)械彈簧懸架的減振效果更差，只有空氣彈簧懸架的 25%。 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(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)，不論滿載還是空載整車高度幾乎不會(huì)發(fā)生變化。 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。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(guò)改變活塞的外形從而得到改變。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。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(lái)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。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?？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)。 5 1 2 3 4 5 圖 獨(dú)立懸架 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(guò)彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。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)。由于沒(méi)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 。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。為了緩和沖擊，在汽車行駛系統(tǒng)中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，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。 另外，為了提高設(shè)計(jì)的速度，還把空氣懸架的導(dǎo)向桿受力，減震器的彈簧剛度等的計(jì)算都程序化了，我在設(shè)計(jì)中都 一起使用 了 。 30 減震器分類 24 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的概述及強(qiáng)度受力計(jì)算 16 大客車的結(jié)構(gòu)參數(shù) 11 反彈限位 7 空氣懸架系統(tǒng)的工作原理 8 4 懸架技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。橡膠氣囊的設(shè)計(jì)還要考慮氣囊和金屬連接件之間的封密問(wèn)題。 由于空氣 彈簧氣囊是一個(gè)彈性體，一般情況下在空氣彈簧變形時(shí)有效面積不是固定不變的，但不同結(jié)構(gòu)形式的空氣彈簧，有效面積的的變化是 不同的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)部分?jǐn)?shù)量相對(duì)較大的應(yīng)用主要集中在鄭州宇通、廈門金龍、蘇州金龍、揚(yáng)州亞星、一汽客底、東風(fēng)杭汽等規(guī)模較大的主要客車及底盤廠家。根據(jù)國(guó)家汽車行業(yè)“十五規(guī)劃”要求：我國(guó)的客車將“重點(diǎn)發(fā)展適應(yīng)高速公路需要的大中型客車，專用客車底盤及關(guān)鍵總成”并“根據(jù)市場(chǎng)需求適當(dāng)發(fā)展高檔旅游客車”?？諝鈴椈傻倪\(yùn)動(dòng)性能特點(diǎn)是：(1)負(fù)載能力可調(diào)； (2)彈性系數(shù)隨負(fù)載變化； (3)負(fù)載變化肘 ,固有頻率幾乎不變； (4)固有頻率較低。通過(guò)壓縮氣體的氣壓能夠隨載荷和道路條件變化而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，不論滿載還是空載，整車 高度不會(huì)變化，可以大大提高乘坐的舒適性。近幾年，空氣懸架的需求主要是與高等級(jí)客車的銷售量直接相關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)高級(jí)客車的市場(chǎng)以每年 15％的速度增長(zhǎng)。目前空氣懸架主要集中應(yīng)用在高等級(jí)客車上，但是受多方面因素的制約，空氣懸架的配置率還很低，基 本上還屬于“導(dǎo)入”階段。所謂的靜剛度是指空氣彈簧低頻時(shí)的歸納剛度（一般認(rèn)為頻率 F） ,由于空氣彈簧震動(dòng)比較緩慢，假定空氣彈簧的內(nèi)部氣體和外界有充分的熱交換，其內(nèi)部氣體的熱力學(xué)變化過(guò)程是等溫過(guò)程，取熱力學(xué)指數(shù) n=,空氣彈簧的動(dòng)剛度是指高頻振動(dòng)時(shí)的剛度 (f),由于彈簧的振動(dòng)較快，假定空氣彈簧內(nèi)部氣體和外界沒(méi)有熱交換，其內(nèi)部氣體變化過(guò)程為絕熱過(guò)程，取 n=。當(dāng)空氣彈簧壓縮，氣體壓力增加時(shí)，橡膠氣囊要發(fā)生膨脹變形，橡膠氣囊簾線層簾線角的設(shè)計(jì)決定了其膨脹變形的規(guī)律，而這種膨脹變形影響著空氣彈簧直徑和有效面積的變化規(guī)律，從而影響到空氣彈簧的彈性特性。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 2 1 緒論 10 空氣彈簧的種類及布置問(wèn)題 20 空氣彈簧力學(xué)性能 設(shè)計(jì)的客車懸架有良好的行使平順性、具有合適的衰減振動(dòng)能力、保證客車具有良好的操縱穩(wěn)定性、有良好的隔聲能力并且結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間尺寸要小等 由于把這些設(shè)計(jì)方法用于實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，有必要驗(yàn)證其設(shè)計(jì)結(jié)果的正確 性，因此，在本說(shuō)明書中，把全空氣懸架的設(shè)計(jì)作為實(shí)例，對(duì)規(guī)范書中介紹的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了說(shuō)明。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。 (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。 (3)螺旋彈簧 只具備緩沖作用，多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。 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。現(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。 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(guò)不同氣囊的壓力來(lái) 6 平衡不同的載荷。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。 (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。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。膜式空氣彈簧在國(guó)內(nèi)外大客車上的應(yīng)用日益廣泛。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(lái)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。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(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。而空氣彈簧 消除振動(dòng)的性能 從而提高 車輛的行駛平順性 乘坐柔軟性和舒適性是機(jī)械彈簧懸架系統(tǒng)所無(wú)法比擬的 。剎車時(shí)，車橋略向前和向下運(yùn)動(dòng)，保持輪胎貼近地面，縮短剎車距離 ‘ 剎車不跑偏，從而更安全。 囊式空氣彈簧和復(fù)合式空氣彈簧的特點(diǎn)： 囊式有可以分為圓形膜式和橢圓形膜式，還可以分為單節(jié)式，雙節(jié)式和三節(jié)式，節(jié)數(shù)越多，彈簧顯的越柔軟。但這種影響將隨容積的增加而減小。車身又回到正常水平，此時(shí)，頂桿又上移，將排氣門關(guān)閉，高度閥又處于一個(gè)平衡狀態(tài)。 （ 4） 高度閥的充、排氣閥均為關(guān)閉狀態(tài)。 車身由原高位置降至最低位置： a) A 閥的氣源口被關(guān)閉，排氣口被打開。 b) B 閥的氣源口被打開，排氣口被關(guān)閉。 c) 杠桿由最低位置向上回轉(zhuǎn)。 3)囊式氣囊在反跳時(shí)的有效承壓面積最小，泄壓面積最大，所以，反彈行程過(guò)大易于引起氣囊的爆破。減振器工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量靠?jī)?chǔ)油鋼筒散發(fā)，這樣，減振器吸收振動(dòng)的能量就轉(zhuǎn)化為熱能消散掉了?？蓪?A 形架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)看成是縱向單臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的一種特殊形式，將二根縱向單臂與車架連接處的鉸鏈點(diǎn)合在一起，構(gòu)成 A 形架， A 形架可避免導(dǎo)向機(jī)構(gòu)內(nèi)的附加載荷，克服了縱向單臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)。多數(shù)空氣懸架采用這種結(jié)構(gòu)。 有式可知，懸架的靜撓度 cf 直接影響車身振動(dòng)的偏頻 n。對(duì)大客車 ， df 取 58cm。這樣可在有限的動(dòng)撓度 df 范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動(dòng)容量 。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 。 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。W 為簧上質(zhì) 量 當(dāng)用靜剛度 比 時(shí)則 2 4 20 1 ????f zH ?? f 合格 當(dāng)用動(dòng)剛度比時(shí)則 2 4 20 1 ????f zH ?? f 合格 空氣彈簧的剛度特性分析 彈簧的剛度公式為 ??????????xaa ddPV Apk 2? 從中可以看出，要想獲得較軟的剛度，應(yīng)該增大 V，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 V，減小剛度的目的。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防止在此類情況下車身高度調(diào)節(jié)器頻繁動(dòng)作 ]9[ 。其中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)發(fā)揮著非常重要的作用。通過(guò)，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