【導讀】要有一張A1幅面的手工繪制圖紙；2021年12月30日前完成；1月～3月確定設計方案，完成主要參數(shù)、性能和強度的校核計算；18日～5月24日修改設計圖紙和設計說明書，準備答辯；應性，正在逐步打入傳統(tǒng)的鋼板和螺旋彈簧領域。不論滿載還是空載，整車高度不會變化，可以大大提高乘坐的舒適性。輛的使用壽命并增加折舊值?？蛙囀袌龅目焖侔l(fā)展將大大拉動空氣懸架的需求增長。ECAS應用了電子控制系統(tǒng)，使傳統(tǒng)的空氣懸架系統(tǒng)的性能得到很大改善，汽車在各種路面、門金龍、蘇州金龍、揚州亞星、一汽客底、東風杭汽等規(guī)模較大的主要客車及底盤廠家。

　　

【正文】 定端跨距大，活動端小的倒八字結構。多數(shù)空氣懸架采用這種結構。 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，以及扭轉都有一定的彈性，這種布置對車軸的偏轉，側移提供了較強的約束。 16 4 懸架主要參數(shù)的確定 大客車 的結構參數(shù) 表 整車參數(shù) ： 項目 符號 值 軸距 )(mmS 6300 前軸負荷 )(kgWf 5500 后軸負荷 )(kgWr 10500 總重 ()Wkg 16000 全高 重心高 )(mmh 1310 重心位置 )(mma 4134 )(mmb 2166 輪胎 2021:11 ? 滾動半徑 )(mmRd 519 自由半徑 )(mmRdr 520 17 表 重量參數(shù) 圖 大客車結構參數(shù) 前輪 后輪 合計 空載 4580 7900 12480 乘客、隨車物品 920 2600 3520 滿載 5500 10500 16000 滿載簧上質量 4840 9250 14090 滿載簧下質量 660 1250 1910 滿載車的前后負荷比 34% 66% OK20% 18 懸架靜撓度 懸架靜撓度 cf 是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷 WF 與此時懸架剛度 c之比，即 cFf Wc /? 。 對于大多數(shù)汽車而言，其懸架質量分配系數(shù) ~?? aby?? ，因而可以近似地認為 1?? ，即前、后橋上方車身部分的集中質量的垂直振動是相互獨立的，并用偏頻 1n ， 2n 表示各自的自由振動頻率。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)值可以進一步降低 。 )2/(/ 111 ?m ? ； )2/(/ 222 ?m ? （ ） 1c ， 2c 為前、后懸架的剛度（ N/cm）； 1m ， 2m 為前、后懸 架的簧上質量（ kg）當采用彈性特性為線性變化的懸架時，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 / cfn ? ； 22 / cfn ? （ ） 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，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生較大的縱向角振動。理論分析證明：若汽車以較高車速駛過單個路障， 1n / 2n ＜1時的車身縱向角振動要比 1n /2n ＞ 1時小，故推薦取 2cf ＝（ ～ ） 1cf 。 用途不同 的汽車，對平順性要求不一樣。以運送人為主的轎車對平順性的要求最高，大客車次之，載貨車更次之。 懸架動撓度 懸架的動撓度 df 是指從滿載平衡位置開始懸架壓縮到結構允許的最大形變。要求 懸架應有足夠的動撓度，防止破壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞緩沖塊。對大客車 ， df 取 58cm。 據(jù)汽車最新使用手冊得，本設計選取 1df =80mm。 19 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 心相對于車身位移廠 (即懸架的變形 )的關系曲線稱為懸架的彈性特性。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兩種。當懸架變形廠與所受垂直外力 F之間呈固定比例變化時，彈性特性為一直線，稱為線性彈性特性，此時懸架剛度為常數(shù)。當懸架變形 f 與所受垂直外力 F之間不呈固定比例變化時，彈性特性如圖 3— 1所示。此時，懸架剛度是變化的，其特點是在滿載位置 (圖中點 8)附近，剛度小且曲線變化平緩，因而平順性良好；距滿載較遠的兩端，曲線變陡，剛度增大。這樣可在 有限的動撓度 df 范圍內，得到比線性懸架更多的動容量。懸架的動容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到結構允許的最大變形為止消耗的功。懸架的動容量越大，對緩沖塊擊穿的可能性越小。 空載與滿載時簧上質量變化大的貨車和客車，為了減少振動頻率和車身高度的變化，應當選用剛度可變的非線性懸架。轎車簧上質量在使用中雖然變化不大，但為了減少車軸對車架的撞擊，減少轉彎行駛時的側傾與制動時的前俯角和加速時的后仰角，也應當采用剛度可變的非線性懸架。 鋼板彈簧非獨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 懸架彈性特性曲線 1— 緩沖塊復原點 2— 復原行程緩沖塊脫離支架 3— 主彈簧彈性特性曲線 4— 復原行程 5— 壓縮行程 6— 緩沖塊壓縮期懸架彈性特性曲線 7— 緩沖塊壓縮時開始接觸彈性支架 8— 額定載荷 20 5 彈性元件的設計 空氣懸架多應用于大型客車和無軌電車上，在高級轎車、長途運輸重型載貨汽車和掛車上有所應用。其彈性元件是由夾有簾線的橡膠囊或模和充入 其內腔的壓縮空氣所組成的。這種懸架除彈性元件、減振器和導向機構外，一般還裝有車身高度調節(jié)裝置。 由于空氣彈簧可以設計的比較柔軟，因而空氣懸架可以得到較低的固有頻率，同時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保持不變，從而提高了汽車的平順性?？諝鈶壹艿牧硪粋€優(yōu)點在于通過調節(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本保持不變。此外，空氣懸架還具有空氣彈簧壽命長、質量小以及噪音低等一些優(yōu)點。 按照結構特點，空氣彈簧可以分為囊式和膜式兩大類，囊式空氣彈簧結構相當簡單，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，并且動剛度會增大 ]7[ 。 本設計的膜式的空氣彈簧。 圖 膜式空氣彈簧 21 空氣彈簧力學性能 空氣彈簧的支承、彈性作用取決于空氣彈簧內的壓縮空氣。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性能。 空氣彈簧剛度計算 空氣彈簧是利用橡膠氣囊內壓縮空氣的反作用力作為彈性恢復力的彈性元 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 K計算 ： ?????????? xaa ddPV Apk 2? () 式中γ為剛度比， Pa為絕對壓力（ 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 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空氣彈簧剛度的影響顯著。囊式空氣彈簧工作時有效承壓面積交化率較大，彈簧剛度較大。由于分擔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，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，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，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腔作為輔助氣室來增大氣體體積，從而降低彈簧 剛度 ]8[ 。 前懸的空氣彈簧剛度 K計算 : 425248402 ???? ffuf AWP 2/cmkg 2/ cmkgpp fa ??? 425?fA 2cm V =10600 2cm 2 ????? ?fK=114γ + 當靜剛度比γ =1時 ?fK cmkg/ 當動剛度比γ = ?fK cmkg/ 空氣彈簧固有頻率的計算 用下式計算固有頻率 ： Wgkf ??? 212 ?? （ ） 22 式中 g為重力加速度 980 2/scm 。W為簧上質量 當用靜剛度 比 時則 242 0 1 ????f zH ?? f 合格 當用動剛度比時則 242 0 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，應該增大 V，但在布置上又不允許占用過高的空間，因而常常采用增加輔助氣室的辦法來達到增大 V，減小剛度的目的。 由于空氣彈簧無法承受側向力及轉矩，必須為懸架選擇恰當?shù)膶驐U系。目前常用的有以下三種方式：①用鋼板彈簧作為導向元件，這種方法的優(yōu)點在于可以利用以前的零部件，便于改裝，同時板簧與空氣彈簧聯(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近似保持不變。②縱臂式，這種方式增加了設計的靈活性，可以較好地保證懸架的縱傾特性，車輪跳動時主銷傾角 的變化量也能滿足要求。③ A型架式，實際上為縱臂式的變形，其側向剛度較大，可減小車身側向擺動的加速度，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，后懸采用縱臂式導向機構。 空氣懸架車身高度調節(jié)機構是一端固定在車架、一端固定在車身上的聯(lián)動閥，當車引高度變化時，閥動作打開相應的氣路，向彈簧氣室中補充或由彈簧氣室放出空氣，達到測節(jié)車身高度的目的。 汽車在正常行駛過程中，由于垂向振動或側傾，車身與車橋之間總會發(fā)生相對位移。在設計車身高度調節(jié)器時，必須采取必要的措施以防止在此類情況下 車身高度調節(jié)器頻繁動作 ]9[ 。 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充分體現(xiàn)。 高度控制閥（以下稱高度閥）分為機械式和電磁式，按組成分為帶延時機構和不帶延時機構。考慮到目前國內空氣懸架多采用機械式高度閥，因此針對帶延時機構和不帶延時機構的兩種機械式高度閥進行研究。 不帶延遲機構的高度閥工作原理：車體荷重增加時，車體下降，空氣彈簧壓縮，控制桿 被推向上方，凸輪轉動帶動活塞頂開進、排氣閥，風缸中的壓縮空氣通過一段節(jié)流通道流入空氣彈簧；車架恢復到一定高度后，控制桿會返回平衡位置，此時進氣閥被關閉，壓縮空氣關斷。當車體荷重減少時，車體上升，空氣彈簧伸長，與荷重增加時情況相反，控制桿被拉下，進、排氣閥打開，空氣彈簧內的空氣經(jīng)節(jié)流通道和活塞內的通道排出 ]10[ 。 23 圖 不帶延時機構的高度閥 示意 圖 高度閥的主要特性參數(shù)有截止頻率一般為 1Hz，不感帶 ? mm，動作延遲時間為 13? s，低流量為 120 L/Min， 標準流量 為 350 L/Min， 排氣氣流流速為 875 L/min。 24 6 懸架導向機構的設計 懸架導向機構的概述 及強度受力計算 空氣懸架的主要組成部分除了空氣彈簧以外，還有導向桿件、 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，導向機構發(fā)揮著非常重要的作用。 導向傳力機構是空氣懸架中的重要部件，要承受汽車的縱向力、側向力及其力矩，因此要有一定的強度，布置方式要合理，避免運動干涉?？諝鈴椈稍趹壹苤兄饕惺艽怪?，減振、消振，如果導向機構設計得不合理，則會增加空氣彈簧的負擔，甚至會發(fā)生扭曲、摩擦等現(xiàn)象，惡化減振效果，縮短彈簧的壽命。 汽車空氣懸架導向機構的主要作用是：①在車架 (或承載式車身 )與車橋 (或車輪 )之間傳遞力或力矩。②使車橋 (或車輪 )按一定軌跡相對車身或車架跳動。 （ 1） 前平 行導向桿的受力和強度 1） 前后載荷（ D2載荷狀態(tài)） 圖 導向桿受力分析 圖 導向桿斷面圖 25 ff WF ? （ ） Ws hbW f ??????? ?? （ ） fuf FceR ?? () Flf FceR ?????? ?? 121 () ARufu ?? （ ） ARlfl ?? () 式中 c=337 mm e= mm A= 2mm 得 74972 ?FW kg ?fF kg ?ufR kg ?lfR kg ARufu ??= 2/mmkg ARlfl ??= 2/mmkg 導向桿材料的 48?B? 2/mmkg 28?Y? 2/mmkg 則高的破壞安全率及降伏安全率分別為 ?BSF=＞ 合格 ?YSF =＞ 合格 則低的破壞安全率及降伏安全率分別為 ?BSF=＞ 合格 ?YSF=＞ 合格 26 橫向穩(wěn)定桿的選擇 為了降低汽車的固有振動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，從而使汽車的側傾角剛度值也較小，結果是汽車轉彎側傾嚴重，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側傾角剛度，從而減小汽車轉向時車身的側傾角外，適當?shù)剡x擇前、后懸架的側傾角剛度比值，也有助于使汽車獲得所需的不 足轉向特性。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，則會使汽車趨于過多轉向。橫向穩(wěn)定桿帶來的不利因素有：當汽車在坑洼不平的路面行駛時，左右輪之間有垂向相對位移，由于橫向穩(wěn)定桿的作用，增加了車輪處的垂向剛度，會影響汽車的平順性 ]11[ 。 在有些懸架中，橫向穩(wěn)定桿還兼起部分導向桿系的作用，其余情況下則設計時應當注意避免與懸架的導向桿系發(fā)生運動干涉。為了緩沖隔振和降低噪聲，橫向穩(wěn)定桿與車輪及車架的連接處均有橡膠支承。 穩(wěn)定 桿的 橫向載荷及強度 圖 橫拉桿的受力 軸力 ?cosfyy RF ? （ ） 式中 fyR =3300 kg θ = ? 則 yF =3415 kg 施加在桿上的拉伸（或壓縮）應力 t? = ?AFy 2/mmkg 則 ??BSF＞ 合格 ??BSF＞ 合格 27 懸架 及整車 的 剛度 先分別計算前、后軸的側傾剛度，然后再計算整車側傾剛度 前軸的側傾剛度 圖 前軸的整車參數(shù) a1s1r11111G1 kg m m / r a d)G kg m m / r a d)G kg m m / r a d)kg m m / r a d)d 832 .5 ( )796 ( )618 ( ) 8 /fGmmd mmh mmH h mmk k g mm?????????前軸的側傾剛度： （前空氣彈簧的角剛度： （前扭力桿的角剛度 ：（前懸架連桿的橡膠襯套的角剛度： ：（空氣彈簧左右間距：橫向穩(wěn)定桿的安裝點間距：側傾中心高度：側傾中心到重心的距離（ ）（ ）空氣彈簧的靜剛度11 1 /kg m m / r a d)rk s k g mmG??橫向穩(wěn)定桿的彈性系數(shù)：前橡膠襯套的角剛度 ：（ 28 后軸的側傾剛度及側傾中心 圖 后軸的整車參數(shù) 29 整車的側傾剛度 連接前后側傾中心的軸線稱為側傾 軸。 側傾力矩和側傾角 這里 181。= , W=16000kg , H=1310mm 把 h=635mm , G= 代入得： 因為要求滿足的側傾角為： ?? ? （允許有 ?? 的誤