大型客车空气悬架机构建模与分析

河北工业大学 2014 届本科毕业论文1河 北 工 业 大 学毕 业 论 文作 者： 卢磊 学 号： 100326 学 院： 机械工程学院 系( 专业 )： 车辆工程专业 题 目： 大型客车空气悬架机构建模与分析 指导者： 石维佳 教授 评阅者： 年 月 日河北工业大学 2014 届本科毕业论文2毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要大型客车空气悬架机构建模与分析摘要：随着国内汽车工业的发展，人们对汽车的要求越来越高，传统的悬架系统已不能满足人们的对舒适性和平顺性的要求，而空气悬架的出现恰恰满足了人们的要求。本课题是以国内某公司的一款空气悬架为例，型号为 JBR1200J（12 米大型公路客车后空气悬架） ，主要综述了国内外空气悬架的历史发展及应用的状况。根据各零件和总成的选取原则，通过 CATIA 软件对空气悬架进行简单设计和实体建模，之后将各部件实体模型进行装配。最后利用 ANSYS 软件对空气悬架系统的稳定性、舒适性和部分零件的载荷特性进行计算分析,确定设计的合理性，为厂家制造提供依据。关键词：空气悬架 实体建模 CATIA 及 ANSYS 软件 稳定性和舒适性河北工业大学 2014 届本科毕业论文3毕 业 设 计 （ 论 文 ） 外 文 摘 要Title： Structure modeling and analysis of air suspension of large-scale passenger busAbstract:With the development of automotive industry,the demand to the car is become higher and higher.the traditional suspension can not meet the demand of comfort and ride performance.however,the air suspension can be so.The objective of this paper will take a suspension of domestic company for example.model is JBR1200J(Rear air suspension of 12 meters highway bus).it has summarized the application status and development of both domestic and international air suspension According to principle of select of parts and assembly, simple design and solid modeling for it by CATIA software, and realize specific structure and function of air suspension. And then assemble the parts model into whole. Finally, analyze stability and comfort of air suspension system as well as part of parts load characteristics, determine the reasonableness of the design, and then provide the basis for the factory manufacturing.Keywords：Air suspension Solid modeling CATIA and ANSYS software Stability and comfort河北工业大学 2014 届本科毕业论文4目录1 绪论 .61.1 国内外空气弹簧的发展状况及发展趋势 .61.1.2 国内空气弹簧的发展历程 1.71.2 CATIA 软件及 ANSYS 等分析软件概述 .81.3 本次课题的研究意义与目的 .10本章小结 .112 空气悬架的介绍 .122.1 空气悬架的基本结构形式 .122.2 空气悬架的结构介绍 .132. 3 导向机构的匹配设计 .192.4 空气弹簧的选择 .232.5 减震器的选择 .262.6 横向稳定杆的选择 .272.7 高度阀的选择 2.283 JBR1200J 型后空气悬架部件及整车分析 .313.1 JBR1200J 的整车分析和性能计算 .314 JBR1200J 空气悬架的建模 .364.1 建立仿真分析模型 零部件的建立 .364.2 建立仿真分析模型 整体装配 .395 JBR1200J 型后空气悬架部分零部件有限元分析 .425.1 均衡梁有限元分析 .425.2 驱动桥的分析 .47用同样的方法对驱动桥进行网格划分。 .475.3 V 型推力杆支座 .485.5 对上 V 形推力杆进行分析 .515.6 对下 V 形推力杆进行分析 .56河北工业大学 2014 届本科毕业论文55.7 对减震器支架进行分析 .595.8 下推力杆支座架 .635.9 本章小结 .68结论 .69参考文献： .71致 谢 .73河北工业大学 2014 届本科毕业论文61 绪论 空气悬架诞生于 19 世纪中期，真正的广泛应用大概在一个多世纪以后，随着科学技术的飞速发展，经过仅仅几十年的时间，空气悬架从不成熟的技术迅速发展，并且广泛应用于汽车行业，提高改善了汽车的很多性能，极大的满足了人们对汽车各项性能的要求。1.1 国内外空气弹簧的发展状况及发展趋势1.1.1 国外空气弹簧发展历程国外的空气弹簧诞生于 19 世纪 50 年代，早在 1874 年就有数据记载空气弹簧，并且同年在创刊号为美国科学 （美国）的上提出了“ride on air“的概念，从此空气弹簧便进入了人们的生活。1、在空气弹簧诞生后，由于空气弹簧的性能还存在很多的缺陷，为此人们主要对空气弹簧的气密性、使用次数等性能上进行了研究，空气弹簧的最早应用专利出现在 1901 年，主要是被用作为有轨电车悬架的减振元件;1910 年Geode Bancroft 获得了将空气弹簧应用在汽车悬架上的专利;而第一个装有空气弹簧的空气弹簧理论方面的研究首先是从 Be1lBenjanin 开始的，他的主要贡献就是提出了空气弹簧有效面积的概念。而对于空气弹簧的垂直特性的试验是在1970 年 J R Evans 等人作的并且建了立空气弹簧垂直动态特性模型。空气弹簧的侧向特性试验是在 1994 年完成的，主要对空气弹簧做了在大频率和幅值情况下，不同载荷的情况下，测量了空气弹簧侧向力和变形，并且还输入正弦波和锯齿波来观察空气弹簧侧向特性对速度的相应。在空气悬架系统中，空气弹簧刚度系数的连续变化主要是通过附加气室和连接管路的方法来来实现的，管道河北工业大学 2014 届本科毕业论文7和气室对弹簧特性变化的影响主要是 Katsuya Yoyofuku 等人通过研究振动频率和弹簧反应来确定的。从上世纪末以来，空气弹簧系统的仿真模拟研究又成为了热点，Giuseppe Quagli TheoM ellex Takuya Yuasa 和 A1fHmeyer 等人利用有限元的方法对空气弹簧进行了一系列模拟研究，并且得到了很多重要结论。1.1.2 国内空气弹簧的发展历程 1我国空气弹簧的发展比较晚其研究大约始于 1957 年，并且当时仅仅局限于车辆用空气弹簧的研究，我国的第一名汽车专业的中国工程院院士郭孔辉院士曾经对空气弹簧进行过一些研究，并且取得了一些成果和经验。直到上世纪的80 年代初长春一汽研究所再次对空气弹簧悬架投入了研究，并为国内几家汽车厂家设计了相应的空气悬架。目前，国内空气弹簧由于受到种种原因的影响，至今还未能普遍推广应用。1.1.3、空气悬架的发展现状和展望 1a、发展现状2000 年曾做过统计，在重型载货车上空气悬架的占有率是 81%，比 1988年增长了 50 %，预测到 2003 年占有率将达到 85%;而对于空气弹簧再挂车上的应用基本上为 70%，基本和欧洲持平。但是小货车上的应用确实很少，只有 2%左右，但是其增长的速度确实很快。由于大型的豪华客车类的投资比较多资金比较充足，所以应用的技术也就比较先进，从而空气悬架的应用就比较广泛。截止到二十世纪六十年代，在德国生产的五十多种大中型客车中有三十多种应用了空气悬架。当前在国外空气悬架应用到轿车上的步伐也已经开始了，如Benz300SE 和 Benz600。我国虽然从 50 年代就开始了对空气悬架的研究工作，但由于设计及制造等复杂因素的影响，一直未能得到推广的应用。近年来，随着汽车技术的发展及国外空气悬架的引进，小部分国产高级旅游车开始采用国外购置的空气悬架，如沈阳飞机汽车制造厂、北方汽车制造厂、厦门金龙联合汽车公司、亚星客车集团公司、丹东汽车制造厂等生产的客车。河北工业大学 2014 届本科毕业论文8b、发展趋势随着我国高速公路、公路运输事业的飞速的发展，人们对汽车的操稳性、舒适性和安全性的要求也越来越高了，而空气悬架的优良的性能恰好满足这种性能，所以空气悬架必将得到非常的广泛应用。并且由于人们对汽车对路面的破坏的机理研究越来越深入，和我国的政府对高速公路保养越来越提到了日程上，对于重型汽车空气悬架也将应用上。目前，随着科学技术的广泛应用，先进的科学技术越来越多的应用到了汽车上，使汽车的控制实现了一定的智能化，智能式的空气悬架是未来空气悬架发展的必然趋势。1.2 CATIA 软件及 ANSYS 等分析软件概述在本次课题中，空气悬架的建模与分析将要用到国内外知名的一些软件，河北工业大学 2014 届本科毕业论文9如 CATIA 软件、ANSYS 软件等，下面对它们进行简单的介绍。1.2.1 catia 软件的介绍CATIA 是法国的 Dassault System 公司旗下的 CAD/CAE/CAM 一体化软件，Dassault System 成立于 1981 年，CATIA 的英文名称是 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 。从 1982 年到 1988 年，CATIA 相继发布了 1 版本、2 版本、3 版本，并于1993 年发布了功能强大的 4 版本，现在的 CATIA 软件分为 V4 版本和 V5 版本两个系列。V4 版本应用于 UNIX 平台，V5 版本应用于 UNIX 和 Windows 两种平台。CATIA 如今其在 CAD/CAE/CAM 以及 PDM 领域内的领导地位，已得到世界范围内的承认。居世界 CAD/CAE/CAM 领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造等行业。CATIA 是欧美阁顶尖汽车制造厂家的必须应用的产品。CATIA 在曲面设计上有着同行业不同软件无法比拟的优势，所以在车身设计上，汽车造型风格上应用特别广泛。它的最重要的一个特点就是有端对端的解决不同用户之间的问题。CATIA 涉及产品、加工和人三个关键领域。 CATIA 的可伸缩性和并行工程的能力可显著缩短产品上市的时间。1.2.2 Ansys 软件的介绍随着计算机科学与应用技术的发展，有限元理论日益完善，随之涌现了一大批通用和专业的有限元计算软件。其中，通用有限元软件以 ANSYS，MSC公司旗下系列软件为杰出代表，专业软件以 ABAQUS、LS-DYNA、Fluent、ADAMS 为代表。ANSYS 软件是一种由美国 ANSYS 开发的大型的通用的有限元分析软件。它能与多数 CAD 软件接口，实现数据的共享和交换，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD 等，它的特点就是前处理功能后处理功能和计算分析能力很强大，使之成为 CAD 设计软件中的佼佼者，CATIA 能够处理求解很多的复杂问题，比如：多场耦合、流体-结构、电-磁场的耦合处理河北工业大学 2014 届本科毕业论文10求解等。CATIA 软件可以分为前处理分析计算和后处理三个模块。自 1996 年落户中国以来，ANSYS 以其强大功能、可靠质量、良好的市场开拓，得到了中国 CAE 界的广泛认可和青睐，被用于多方面，比如：土木、生物、水利、机械制造、汽车、航空航天、石油化工等，为各行业的设计研究攻关做出了重要贡献。1.3 本次课题的研究意义与目的1.3.1 空气悬架的研究目的及意义进入二十一世纪后人类社会的进步汽车工业的发展，人们的生活水平也得到了很大的提高，从而对生活的追求也越来越高，人们对交通工具的乘坐舒适性和安全性的要求有越来越高，传统悬架的发展主要是从无悬架到金属弹簧式的悬架，但是这些传统的悬架在材料和结构上都有一定的缺陷和不足，因此导致这些传统的汽车悬架不能人们对汽车的要求，但是随着我国橡胶行业的发展，橡胶在性能上得到了一定的提高，从而使空气弹簧广泛的应用与汽车上，使汽车的乘坐舒适性得到了很大的提高。空气弹簧的优势主要体现在减震性能上和能量储存上，因此空气弹簧非常受开发商的青睐，带有空气悬架的汽车的得到了大部分的消费者的认可。由于国外的公路系统比较发达人们对商务车的要求不仅仅只是经济性的要求而且近年来更加侧重到了商用汽车的操稳性和舒适性。而且现在人们对汽车的追求要有更高的车速，因此对悬架的性能要求