【正文】 足夠的強(qiáng)度和壽命 。典型的機(jī)械式空氣懸架主要包括以下幾個部分： (1)空氣彈簧 空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個密閉容器，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。反之，當(dāng)載荷減小時，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。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 )按一定的軌跡相對車身或車架跳動?？諝庾鳛榭諝鈴椈傻墓ぷ鹘橘|(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)到迅速衰減振動的目的。 (4)高度控制閥 高度控制閥是空氣彈懸架系統(tǒng)的一個重要組成部分，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?，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。 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[ 。 (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。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。囊式空氣彈簧的有效面積變化率較大，剛度較大，振動頻率也較高。隨著段數(shù)的增加，空氣的彈簧的剛度會變小。 (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。這就可以獲得在標(biāo)準(zhǔn)高度下很軟，而在大位移時變硬的特性，即合適的非線性彈簧特性。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。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。 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。空氣彈簧懸架中空氣彈簧主要承受垂直載荷。 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。這是空氣懸架中導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的最重要的一個作用。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機(jī)構(gòu)高度控制閥和不帶延時機(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，因而在此針對帶延時機(jī)構(gòu)和不帶延時機(jī)構(gòu)的兩種機(jī)械式高度闊進(jìn)行簡單介紹。其作 用是：在車輛運(yùn)行時的正常振動中，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時，保證空氣彈簧進(jìn)行充、排氣，以使在汽車正常的振動中高度閥的進(jìn)、排氣閥不會頻繁地打開，從而減少壓縮空氣的浪費(fèi)。 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)行自動調(diào)節(jié)，不論滿載還是空載整車高度幾乎不會發(fā)生變化。空氣懸架的工作原理：空氣壓縮機(jī)供給儲氣筒壓縮空氣，儲氣筒上裝有壓力保護(hù)閥，當(dāng)儲氣筒的壓力超出設(shè)定壓力時，壓力保護(hù)閥會自動打開把過載壓力卸掉。當(dāng)車輛行駛在不平路面或轉(zhuǎn)彎時，車輪產(chǎn)生跳動或轉(zhuǎn)彎離心力都會使車架產(chǎn)生傾斜，連接在車架上的高度控制閥的控制桿就會轉(zhuǎn)過一定的角度，當(dāng)車輛載荷增加時，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，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，此時車架逐漸恢復(fù)到 設(shè)定高度 ]5[ 。 針對目前國內(nèi)載貨汽車空氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計與研究較少，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，對多軸載貨車輛空氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考意義。 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。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，滿載時整車重心高度為 1800mm。 ? 30′ ， 主銷后傾角 為 1176。? 30′ ， 前輪前束 為 0mm1mm。 對于大多數(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)量的垂直振動是相互獨(dú)立的，并用偏頻 1n ， 2n 表示各自的自由振動頻率。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 。 )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，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 。 有式可知，懸架的靜撓度 cf 直接影響車身振動的偏頻 n。 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(chǎn)生較大的縱向角振動。 考慮到貨車的前、后軸荷的差別，推薦 12 )~( cc ff ? 。以運(yùn)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。原則上轎車的級別越高，懸架的偏頻越小。貨車滿載時，前懸架偏頻要求在 ～ ，而后懸架則要求在 ～。 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(jié)構(gòu)允許的最大形變。對貨車， df 取6090mm。代人公式（ 32）得， 1cf =， 2cf =。 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(guān)系曲線稱為懸架的彈性特性。 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 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。這樣可在有限的動撓度 df 范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動容量。懸架的動容量越大，對緩沖塊擊穿的可能性越小。轎車簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大，但為了減少車軸對車架的撞擊，減少轉(zhuǎn)彎行駛時的側(cè)傾與制動時的前俯角和加速時的后仰角，也應(yīng)當(dāng)采用剛度可變的非線性懸架。 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— 緩沖塊壓縮時開始接觸彈性支架 8— 額定載荷 13 4 彈性元件的設(shè)計 空氣懸架多應(yīng)用于大型客車和無軌電車上，在高級轎車、長途運(yùn)輸重型載貨汽車和掛車上有所應(yīng)用。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?？諝鈶壹艿牧硪粋€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本保持不變。 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，并且動剛度會增大 ]7[ 。本次設(shè)計選取雙曲空氣彈簧。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。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計算： VAPPnLAPC eiOei 2)( ????? (41) 14 iP — 橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力 ； OP — 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 ，取 ； eA — 空氣彈簧有效承壓面積 ； L— 空氣彈簧有效行程 ； LAe?? — 氣彈簧有效承壓面積變化比 ； 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。 囊式空氣彈簧的有效 面積 變化率對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 LAe?? =0，本次設(shè)計選取 LAe?? =0。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。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。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，從而降低彈簧剛度 ]8[ 。 根據(jù) GB/T1306191對汽車的空氣彈簧的規(guī)定，本次選取的彈簧型號為 B7380X390的囊式空氣彈簧。代入 推出 1mG 為 ，每個空氣彈簧受力為 gGP m11 ? =。 將上述數(shù)據(jù)代入公式（ 41），經(jīng)計算可得前懸空氣彈簧剛度 1C =。 根據(jù) GB/T 1306191對汽車的空氣彈簧的規(guī)定，本次選取的彈簧型號為 B7380X390的囊式空氣彈簧。代入推出 2mG 為 2935kg，每個空氣彈簧受力為 2P =28763N。 空氣彈簧固有頻率的計算 彈簧振動固有頻率用 0n 來表示， 即 0n = dxdDAgVn g APPeeroro ???? 121? （ 42） 16 式中 g— 重力加速度 , g=9810mm/ 2s ； D— 氣囊圓截面有效直徑 ； 當(dāng)空氣彈簧的垂直剛度己 知時，也可以用下式計算固有頻率： Wgkf ??? 212 ?? k — 氣體常數(shù)，當(dāng)汽車載荷緩慢變化時，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近于等溫過程，可取 k ＝ 1；當(dāng)汽車在行駛過程振動時，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近于絕熱過程，可取 k＝ ；實(shí)際計算時，通常取 k ＝ ～ 。這種影響在壓力較低時尤為明顯。頻率與折算高度 H=VAe 有關(guān)， H 越大固有頻率越低。對于 LAe?? 較大的氣囊， H 的 影響不是很明顯。 LAe?? 越小 n 越低。本次設(shè)計選取 dxdD =；將上述參數(shù)代入（ 42） 中 空氣彈簧固有頻率0n =。 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 Pdf 等于氣體受壓作的功 dVpp a)( ? 17 dVppPdf a )( ?? （ 4－ 3） 式中 p — 彈簧內(nèi)空氣的絕對壓強(qiáng)； ap — 標(biāo)準(zhǔn) 大氣壓強(qiáng)。在設(shè)計空氣彈簧時，對這兩個方面都要加以考慮。 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。②縱臂式，這種方式增加了設(shè)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。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)。 汽車在正常行駛過程中，由于垂向振動或側(cè)傾，車身與車橋之間總會發(fā)生相對位移。 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)?？紤]到目前國內(nèi)空氣懸架多采用機(jī)械式高度閥，因此針對帶延時機(jī)構(gòu)和不帶延時機(jī)構(gòu)的兩種機(jī)械式高度閥進(jìn)行研究。當(dāng)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(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[ 。 19 5 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 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。 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)動干涉。 汽車空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)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。 重型汽車空氣懸架導(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)計選用雙縱臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 圖 5— 1 雙縱臂四連桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 在重型汽車空氣懸架的設(shè)計中，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。這兩種方式不能承受側(cè)向力，需要橫向推力桿。在設(shè)計時一般都采用 4X4X4設(shè)計思想：四個氣囊、四個減震器、四連桿結(jié)構(gòu)。