【正文】 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?？諝鈶壹艿墓ぷ髟恚嚎諝鈮嚎s機供給儲氣筒壓縮空氣，儲氣筒上裝有壓力保護閥，當(dāng)儲氣筒的壓力超出設(shè)定壓力時，壓力保護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。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)，因而可以近似地認為，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立的，并用偏頻，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，采用空氣彈簧后，這一數(shù)值可以進一步降低。； （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，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/。有式可知，懸架的靜撓度直接影響車身振動的偏頻n。在選取前、后懸架的靜撓度值和時，希望后懸架的靜撓度比前懸架的靜撓度小些，這有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動?？紤]到貨車的前、后軸荷的差別，推薦。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。原則上轎車的級別越高，懸架的偏頻越小。貨車滿載時，～，～。 懸架動撓度懸架的動撓度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，取6090mm。代人公式（32）得，=，=。 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 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，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。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： (41)—橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力；—標(biāo)準大氣壓，；—空氣彈簧有效承壓面積；L—空氣彈簧有效行程；—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=0，本次設(shè)計選取=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。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。每個空氣彈簧受力為=。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=。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。代入推出為2935kg，每個空氣彈簧受力為=28763N。彈簧振動固有頻率用來表示，即= （42）式中 g—重力加速度, g=9810mm/；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：—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＝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?。?；實際計算時，通常?。健＿@種影響在壓力較低時尤為明顯。頻率與折算高度H=有關(guān)，H越大固有頻率越低。對于較大的氣囊，H的影響不是很明顯。越小n越低。本次設(shè)計選取=；將上述參數(shù)代入（42）中空氣彈簧固有頻率=。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)空氣的絕對壓強； —標(biāo)準大氣壓強。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)。考慮到目前國內(nèi)空氣懸架多采用機械式高度閥，因此針對帶延時機構(gòu)和不帶延時機構(gòu)的兩種機械式高度閥進行研究。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、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。5 懸架導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計 懸架導(dǎo)向機構(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，因此要有一定的強度，布置方式要合理，避免運動干涉。汽車空氣懸架導(dǎo)向機構(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)向機構(gòu)（2）雙橫臂式導(dǎo)向機構(gòu)（3）雙縱臂式導(dǎo)向機構(gòu) 本設(shè)計選用雙縱臂式導(dǎo)向機構(gòu)圖5—1 雙縱臂四連桿導(dǎo)向機構(gòu)在重型汽車空氣懸架的設(shè)計中，雙縱臂式導(dǎo)向機構(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)。 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(cè)傾角剛度值也較小，結(jié)果是汽車轉(zhuǎn)彎側(cè)傾嚴重，影響了汽車的行駛穩(wěn)定性。橫向穩(wěn)定桿帶來的好處除了可以增加懸架的側(cè)傾角剛度，從而減小汽車轉(zhuǎn)向時車身的側(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。若只在后懸架中安裝，則會使汽車趨于過多轉(zhuǎn)向。在有些懸架中，橫向穩(wěn)定桿還兼起部分導(dǎo)向桿系的作用，其余情況下則設(shè)計時應(yīng)當(dāng)注意避免與懸架的導(dǎo)向桿系發(fā)生運動干涉。本次設(shè)計選取DND1250CWB459P的前后橫向穩(wěn)定桿的形狀如下圖所示圖5—2 橫向穩(wěn)定桿的外形圖 側(cè)頃力臂的計算方法現(xiàn)在來討論一下側(cè)頃力臂的計算方法， 雙縱臂式非獨立前懸架布置方式如圖5—3所示圖5—3 縱臂式非獨立懸架布置形式在這種懸架中，縱向推力桿只傳遞輪胎到車身的縱向力。Y的作用點0在通過車軸的橫向垂直平面上的投影0m即側(cè)頃力矩中心。整車側(cè)傾力臂h的計算為： （51）式中懸掛質(zhì)量重心高度； 整車側(cè)傾力矩中心高度。將上述參數(shù)代入公式可得=1940mm。將參數(shù)代入上面（54）的公式，可得a=2990mm。最后得出整車側(cè)傾力臂=1940665=1275mm。根據(jù)材料力學(xué)原理可求出穩(wěn)定桿的角剛度。 （55）式中：E為材料的彈性模量，E=； I為穩(wěn)定桿的截面慣性矩的慣性距，；根據(jù)選取DND1250CWB459P的前橫向穩(wěn)定桿直徑d=60mm，其余參數(shù)如下圖54所示圖5—4 橫向穩(wěn)定桿計算用簡圖將參數(shù)代入公式（55），可得前橫向穩(wěn)定桿角剛度為，后橫向穩(wěn)定桿角剛度為。將參數(shù)代入公式（56），可得= 懸架的側(cè)傾角校核懸架側(cè)傾角剛度系數(shù)指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時，懸架給車身的彈性恢復(fù)力矩。側(cè)傾角過大或過小都不好。側(cè)傾角剛度過大而側(cè)傾角過小的汽車又缺乏汽車發(fā)現(xiàn)側(cè)翻的感覺，同時使輪胎側(cè)偏角增大。對整車側(cè)傾角進行簡單校核，在側(cè)傾角極小時，根據(jù)繞側(cè)軸的力矩平和條件推出側(cè)傾角為 （57）式中：μ為向心加速度，；為簧載質(zhì)量質(zhì)心高度；為簧載質(zhì)量；h為簧載質(zhì)量側(cè)傾力臂；為整車側(cè)傾角剛度。貨車車身側(cè)傾角不要超過。的范圍內(nèi)，側(cè)傾角剛度滿足設(shè)計要求。汽車車身和車輪振動時，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動阻力，將振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍空氣中去，達到迅速衰減振動的目的。后者因減振作用比前者好而得到廣泛應(yīng)用。雖然搖臂式減振器能夠在比較大的工作壓力(10—20MPa)條件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨損和工作溫度變化的影響大而遭淘汰。筒式減振器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。設(shè)計減振器時應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求是，在使用期間保證汽車行駛平順性的性能穩(wěn)定。阻尼力會將車身的振動能轉(zhuǎn)化為熱能，被油液和殼體所吸收。因此，有些汽車的減振器是可調(diào)式的可根據(jù)傳感器信號自動選擇。這時，彈性元件起主要作用。 (3) 當(dāng)車橋（或車輪）與車橋間的相對速度過大時，要求減振器能自動加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免承受過大的沖擊載荷。在壓縮行程時，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時減振器內(nèi)活塞向下移動。上腔被活塞桿占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開壓縮閥，流回貯油缸。減振器在伸張行程時，車輪相當(dāng)于遠離車身，減振器受拉伸?；钊锨挥蛪荷?，流通閥關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開伸張閥流入下腔。由于這些閥的節(jié)流作用對懸架在伸張運動時起到阻尼作用。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達到迅速減振的要求。圖6—1 雙筒式液力減振器1—活塞 2—工作缸筒 3—貯油缸筒 4—底閥座 5—導(dǎo)向座 6—回流孔活塞桿 7—油封 8—防塵罩 9—活塞桿 主要參數(shù)的選擇計算減振器在卸荷閥打開前，減振器中的阻力F與減振器振動速度之間有如下關(guān)系 (6－1)式中，為減振器阻尼系數(shù)。該圖具有如下特點：阻力－速度特性由四段近似直線線段組成，其中壓縮行程和伸張行程的阻力－速度特性各占兩段；各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)，所以減振器有四個阻尼系數(shù)。通常壓縮行程的阻尼系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)不等。的表達式為 (6－2)式中，c為懸架系統(tǒng)垂直剛度；為簧上質(zhì)量。值大，振動能迅速衰減，同時又能將較大的路面沖擊力傳到車身；值小則反之。兩者之間保持 ＝(～) 的關(guān)系。對于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，?。健?；對于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，值取小些。減振器阻尼系數(shù)。實際上應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點確定減振器的阻尼系數(shù)。減振器如圖6－3b所示安裝時，減振器的阻尼系數(shù)占用下式計算 (6－4)式中，a為減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。會影響減振器阻尼系數(shù)的變化。此時的活塞速度稱為卸荷速度。40mm，為懸架振動固有頻率。