[优秀毕业设计] 载重车十吨桥空气悬架开发设计

1、载重车十吨桥空气悬架开发设计摘 要我国目前载重车支承桥配用的悬架根本上是钢板弹簧，只有少数的专用载重车才配置了空气悬架。相对于传统的机械钢板弹簧悬架来说，空气悬架具有乘坐更舒适平安、改善车辆的行驶平顺性等显著优点。对于我国汽车业而言，空气悬架工程不仅仅是一个难得的商机，更重要的是，谁先掌握了汽车空气悬架的开发技术，谁领先开发出配置空气悬架的成熟车型，谁就掌握了今后假设干年内商用车市场的先机。本文针对空气悬架的开发设计，准备首先从传统的汽车部件设计方法出发。综合国内外典型的空气悬架设计方案，查阅汽车设计的相关标准，初步确定与悬架相关联的各零件的大致尺寸并初步确定其形状。然后分析各零件的受力情况，

2、按照强度、刚度、疲劳理论进行校核、计算。在校核、计算的根底上，确定各零件的相对位置关系，并运用CATIA对空气悬架各零件进行建模和装配。为了能够直观的表示出零件的应力、应变，需要进行有限元分析。在分析的过程中，按照其实际工作中的约束和载荷状况对其进行加载和加约束。计算机自动计算后通过不同的方式观察其应力应变情况，再对零件图和装配图进行修改，直到得到满意的结果为止。设计好的悬架要能满足生产的需要，需要对各零件拟定合理的工艺路线。关键词 空气悬架；CATIA；有限元分析；工艺路线Truck ten ton bridge Air Suspension Fork development DesignA

3、bstractOur country present truck supporting bridge uses for parts the suspension fork basically is the spring, only then the minority special-purpose truck has only then disposed the air suspension fork. Was opposite in the traditional mechanical spring suspension fork, the air suspension fork had w

4、hile does nightwatch the comfortable security, to improve vehicles smooth running and so on remarkable merit. Speaking of our country automobile industry, the air suspension fork project is not only a rare opportunity, more importantly, who has mastered the automobile air suspension fork development

5、 technology first, who is in the lead develops the disposition air suspension fork the mature vehicle type, who has grasped next within a certain number of years commercial vehicle market taking the initiative. This article in view of the air suspension forks development design, the preparation firs

6、t embarks from the traditional automobile part design method. Synthesizes the domestic and foreign models the air suspension fork design proposal, consults the automobile design the related standard, the preliminary determination and the suspension fork are connected the various components approxima

7、te size and determines its shape initially. Then analyzes various components the stress situation, according to the intensity, the rigidity, the fatigue theory carries on the examination, the computation. In the examination and computation foundation, determined that various components the relative

8、position relations, and carry on the modelling and the assembly using CATIA to air suspension fork various components. For can the direct-viewing expression components stress, the strain, need to carry on the finite element analysis. In the analysis process, carries on the load according to its prac

9、tical works in restraint and the load condition to it and adds the restraint. After computer automatic computation, observes its stress strain situation through the different way, again makes the revision to the detail drawing and the assembly drawing, until obtains satisfaction result. Designs the

10、good suspension fork to be able to satisfy the production the need, needs to draw up the reasonable craft route to various components.Key Words Air suspension fork; CATIA; Finite element analysis; Craft route目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc202178934 摘 要 PAGEREF _Toc202178934 h 1 HYPERLINK l _Toc

11、202178935 Abstract PAGEREF _Toc202178935 h 2 HYPERLINK l _Toc202178937 第 1 章 绪论 PAGEREF _Toc202178937 h 6 HYPERLINK l _Toc202178938 国内外的研究现状 PAGEREF _Toc202178938 h 6 HYPERLINK l _Toc202178939 空气悬架概述 PAGEREF _Toc202178939 h 7 HYPERLINK l _Toc202178940 方案论证 PAGEREF _Toc202178940 h 10 HYPERLINK l _Toc

12、202178941 课题主要研究内容 PAGEREF _Toc202178941 h 12 HYPERLINK l _Toc202178942 第 2 章 空气悬架部件的设计 PAGEREF _Toc202178942 h 13 HYPERLINK l _Toc202178943 辅助车架的设计计算 PAGEREF _Toc202178943 h 13 HYPERLINK l _Toc202178944 辅助车架结构的选择 PAGEREF _Toc202178944 h 13 HYPERLINK l _Toc202178945 车架的强度计算 PAGEREF _Toc202178945 h 1

13、4 HYPERLINK l _Toc202178946 导向钢臂的设计计算 PAGEREF _Toc202178946 h 19 HYPERLINK l _Toc202178947 空气弹簧的设计计算 PAGEREF _Toc202178947 h 21 HYPERLINK l _Toc202178948 推力杆的设计计算 PAGEREF _Toc202178948 h 24 HYPERLINK l _Toc202178949 纵向推力杆 PAGEREF _Toc202178949 h 24 HYPERLINK l _Toc202178950 横向推力杆 PAGEREF _Toc2021789

14、50 h 25 HYPERLINK l _Toc202178951 空气悬架装配图 PAGEREF _Toc202178951 h 26 HYPERLINK l _Toc202178952 本章小结 PAGEREF _Toc202178952 h 27 HYPERLINK l _Toc202178953 第 3 章 有限元分析 PAGEREF _Toc202178953 h 28 HYPERLINK l _Toc202178954 车架静力分析 PAGEREF _Toc202178954 h 28 HYPERLINK l _Toc202178955 纵向推力杆静力分析 PAGEREF _Toc

15、202178955 h 30 HYPERLINK l _Toc202178956 导向钢臂静力分析 PAGEREF _Toc202178956 h 32 HYPERLINK l _Toc202178957 横向推力杆静力分析 PAGEREF _Toc202178957 h 34 HYPERLINK l _Toc202178958 本章小结 PAGEREF _Toc202178958 h 36 HYPERLINK l _Toc202178959 第 4 章 工艺路线的拟定 PAGEREF _Toc202178959 h 37 HYPERLINK l _Toc202178960 空气弹簧上支座工艺

16、路线 PAGEREF _Toc202178960 h 37 HYPERLINK l _Toc202178961 横向推力杆支座工艺路线 PAGEREF _Toc202178961 h 38 HYPERLINK l _Toc202178962 横向推力杆工艺路线 PAGEREF _Toc202178962 h 38 HYPERLINK l _Toc202178963 导向钢臂工艺路线 PAGEREF _Toc202178963 h 38 HYPERLINK l _Toc202178964 导向钢臂支座工艺路线 PAGEREF _Toc202178964 h 39 HYPERLINK l _Toc

17、202178965 本章小结 PAGEREF _Toc202178965 h 39 HYPERLINK l _Toc202178966 结 论 PAGEREF _Toc202178966 h 40 HYPERLINK l _Toc202178967 致 谢 PAGEREF _Toc202178967 h 41 HYPERLINK l _Toc202178968 参考文献 PAGEREF _Toc202178968 h 42绪论国内外的研究现状空气弹簧创造于100年前，它的雏形是马车上使用的皮囊，直到20世纪30年代出现的纤维叠层橡胶制作技术，才使制造实用的空气弹簧成为可能，人们首先考虑在客车上

18、应用空气弹簧。目前国外高级大客车几乎全部使用空气悬架，重型载货车使用空气悬架的比例已达80%以上，空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升。空气悬架在我国的应用落后国外几十年，直到近几年，随着高档客车制造技术的引进以及人们对舒适性要求的提高，加上国家对客车等级划分的标准要求，空气悬架才开始逐步应用起来。目前国内空气悬架主要集中应用在高等级客车上，但是受多方面因素的制约，空气悬架的配置率还很低，根本上还属于“导入阶段。汽车空气悬架在载重货车上的应用国内尚处于起步阶段。我国公路条件的改善为汽车空气悬架创造了根本的使用条件。国内高速公路的开展对汽车的操纵稳定性、平顺性、平安性提出了更高的要求，对空气

19、悬架国内市场产生了很大的促进作用。此外，重型汽车对路面破坏机理的研究及认识进一步加深，政府对高速公路养护的重视，限制超载逐步在国内各地受到重视，使空气悬架在重型车上的应用将进一步扩大。为适应高速公路运输的需要，高级客车和大型载货车都应该使用空气悬架。我国目前载重车支承桥配用的悬架根本上都是钢板弹簧，只有少数的专用载重车配置了空气悬架，例如泰安航天特种车研发并制造了一种适用于13吨桥四气囊双联桥八气囊、标准宽度2500mm、能满足车架高度调节的重型载货汽车及牵引车的驱动桥空气悬架系统；黄河牌JN4322V3852A型40t装备牵引车空气悬架。对于我国汽车业而言，空气悬架工程不仅仅是一个难得的商机

20、，更重要的是，谁先掌握了汽车空气悬架的开发技术，谁领先开发出配置空气悬架的成熟车型，谁就掌握了今后假设干年内商用车市场的先机。 “十五规划统计，到2005年重型载货汽车需求为911万辆。仅从东风汽车2002年4月公开发布的20042007年中期事业方案来分析，预计未来几年“东风有限系列商用车的空气悬架配置数量约在1500030000套；一汽集团的系列商用车的空气悬架配置数量也不低于这个数字。空气悬架概述(1) 原理悬架是连接车身和车轮之间一切传力装置的总称，主要由弹簧如钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、扭杆等、减振器和导向机构三局部组成。当汽车在不同路面上行驶时，由于悬架系统实现了车身和车轮之间的

21、弹性支承，有效地降低了车身与车轮的振动，从而改善了汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。空气悬架系统主要由空气弹簧组件、横向稳定器、减振器、导向机构、高度控制阀、空气弹簧辅助装置(如空气压缩机、单向阀、气路、贮气筒等)等组成，属非独立空气悬架，如图1-1所示。1输气管 2气室 3控制阀 4车架 5空气弹簧安装支架6调节臂 7支架 8进气阀 9排气阀 10推力杆 11后轴 12空气弹簧图1-1 普通空气悬架示意图在理想状态下，装有空气悬架的车架行驶高度不随路面的不平而发生变化，空气悬架气路原理见图1-2所示。空气悬架的具体工作原理：压缩机供应储气筒压缩空气，储气筒上装有压力保护阀，当储气筒中的压力超出设

22、定压力时，压力保护阀会自动翻开把过载压力卸掉。当车辆在平直路面上行驶时，高度阀的充气阀门和排气阀门都关闭，空气弹簧气囊内即不充气也不放气，车架高度保持不变。当车辆行驶在不平路面或转弯时，车轮产生跳动或转弯离心力都会使车架产生倾斜，连接在车架上的高度控制阀控制杆就会转过一定角度，当车辆载荷增加时，空气弹簧被压缩，车架整体下移，高度控制阀控制杆向上旋转，使控制阀的充气阀门翻开，压缩空气经高度控制阀向气囊内充气，在气压的作用下，车架上升，高度控制阀控制杆随之向下旋转，使控制阀的充气阀门的开度逐渐变小直至关闭，此时车架恢复到设定高度，即空气弹簧气囊回伸到原来高度；当车辆载荷下降时，空气弹簧气囊在其腔内

23、压缩空气的作用下伸长，车架整体上移，高度控制阀控制杆向下旋转，使控制阀的放气阀门翻开，压缩空气经高度控制阀向外界排出，车架下降，高度控制阀控制杆随之向上旋转，使控制阀的放气阀门的开度逐渐变小直至关闭，此时车架逐渐恢复到设定高度。高度控制阀膜片式空气弹簧储气筒气管图1-2 空气悬架的气路原理(2) 空气弹簧空气弹簧是由橡胶气囊、上盖板、底座、辅助气室、夹紧环、缓冲快等组成，其内部充满压缩气体。其中橡胶气囊是空气弹簧的重要部件，一般由内层橡胶气密层、外层橡胶、帘线层和成形钢丝圈硫化而成。根据橡胶气囊工作时的变形方式，商用车空气弹簧的结构形式主要分为囊式和膜式两大类，如图1-3所示。b) 膜式a)

24、囊式图1-3 空气弹簧囊式空气弹簧外形为灯笼形结构，其曲囊可以由一段或数段串联而成，分别称为单曲、双曲或多曲囊式空气弹簧。囊式空气弹簧主要靠橡胶气囊的挠曲获得弹性变形。膜式空气弹簧外形为圆柱形结构，有时其活塞底座空心内腔还起辅助气室的作用，通过橡胶气囊卷曲获得弹性变形，以实现整体伸缩。根据橡胶气囊止口与接口的连接方式，膜式空气弹簧又分为端盖约束膜式和自由膜式。端盖约束膜式空气弹簧的密封一般用螺栓夹紧密封或封板卷密封，自由膜式空气弹簧那么是采用橡胶气囊内的压力自封。货车上常用的是双曲囊式空气弹簧，而膜式空气弹簧普遍应用于客车和对车身高度调节要求较大的货车上。(3) 高度控制阀高度控制阀是空气弹簧

25、悬架系统的一个重要组成局部，其主要功能是： = 1 * GB3 随整车载荷变化保持合理的悬架行程； = 2 * GB3 高速时降低车身，保持车身稳定性，减少空气阻力； = 3 * GB3 在起伏不平的路面情况下，提高车身高度以提高汽车的通过能力。空气弹簧的优点也只有在采用了高度控制阀的情况下才能充分表达出来。高度控制阀一般分机械式和电磁式两种，也可以分有延时机构的和没有延时机构的两种。没有延时机构的高度控制阀，在工作过程中，由于进气阀和排气阀不断地开闭，空气的消耗量比较大，所以很少采用。对于本车采用的有延时机构的高度控制阀，在受到突然的位移或高频振动位移时，由于油压减振器的阻力，仅仅缓冲弹簧伸

26、缩变形，而进、排气阀并不作用，因而空气弹簧在工作过程中，高度控制阀的耗气量很少。(4) 导向传力机构由于空气弹簧只能传递垂直负载，空气悬架必须设置导向机构以传递纵向力、侧向力及其力矩。导向机构主要有钢板弹簧导向机构、单纵臂式导向机构、A型架导向机构、双纵臂式导向机构、双横臂式导向机构等。钢板弹簧导向机构实质上是空气弹簧与钢板弹簧两者组合的混合悬架系统，其中钢板弹簧兼起导向元件和弹性元件的作用，其结构简单，布置方便，在商用车中得到广泛应用。A型架导向机构是两根纵向导向臂的铰链点在车架的连接处合并在一起，形成A型结构。空气弹簧布置在车轮后部，弹簧中心距近似于轮距，从而提高了汽车的抗侧倾能力。双纵臂

27、式导向机构是一种广泛用于商用车上的导向机构，其纵臂的具体形式较多。导向机构干系的布置方式多种多样，各有利弊，其类型的选择要根据整车的总布置情况而定。(5) 减振器当汽车悬架仅有弹性元件而无摩擦或减振装置时，汽车悬挂质量的振动将持续很长时间。因此，悬架中一定要有减振的阻尼力，对于选定的悬架刚度，只有恰当地选择阻尼力才能充分发挥悬架的缓冲减振作用。汽车悬架系统中广泛采用液力减振器。减振器的阻尼力愈大，振动消除得愈快，也使并联的弹性元件的作用不能充分发挥。同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架损坏。减振器的阻尼作用除与阻尼系数有关外，也与悬架刚度及悬挂质量有关。根据是否由悬架弹簧支撑，汽车

28、的总质量可以分为簧载质量和非簧载质量两局部。为了获得良好的平顺性和操纵稳定性，非簧载质量应当尽量小。对于不同的道路状况，要求的阻尼力也不尽相同。行驶在平坦的良好路面时，要求悬架有小阻尼，行驶在坏路时，那么要求有较大的阻尼。此外，现代汽车的减振器在压缩行程和伸张行程时的阻尼系数值也不一样，压缩行程的阻尼系数小，约为伸张行程的1/2左右。方案论证不管是采用空气弹簧还是4片钢板弹簧，悬架系统的设计目的都是要保护车辆不受振动和路面冲击振动的影响。但是机械弹簧悬架系统如果设计不当也可能会加强振动。路面的小跳动，如路面接缝这样的小跳动，就可能会引起机械弹簧共振，从而产生巨大的破坏性振动力而传给车辆。空气悬

29、架系统消除振动的性能使车辆的行驶平顺性、乘坐柔软性和舒适性是机械弹簧悬架系统所无法比较的。在空气悬架系统中，空气弹簧中的气压自动调节以保持离地高度不变。行驶平滑而且平稳。机械弹簧要想得到同样的乘坐柔软性，那么满载时弹簧的柔性变形将达5英寸，这只是在静止状态下的变形。机械弹簧的柔性变形将使车架离地高度减小，与车轮的间隙只剩下50mm左右，这显然太小。只要有很小的跳动，轮胎就会与拖车连接杆相撞。这种情况显然不能令人满意。因此，设计时就需要提高机械弹簧的刚性，使其在满载时能保持离地高度。这样就限制了这种系统吸收路面振动的能力。空气弹簧能吸收路面的破坏性振动，路面上很小的跳动都可能被机械弹簧的刚性增强

30、很大的路面振动。差不多每一个司机都经历过公路的路面接缝对汽车产生的有害共振。只要把你的汽车在路面比较差路面上颠簸行驶一遍，你就会体会到机械弹簧的这种共振试验。上图表示满载的拖车/挂车在道路上以公路速度所受到的振动力。在这样的条件下，机械弹簧悬架比空气弹簧悬架的吸振效果要差至少50%。机械弹簧悬架的吸振相差太大，在俯仰摆动时，机械弹簧悬架的减振效果更差，只有空气弹簧悬架的25%。很容易想象拖车司机在这种振动力下的感受。连续振动所受的影响不说，连续振动会磨损导线、振裂灯泡和仪表、使电器系统接线松脱、损坏空调系统、使车身焊缝产生疲劳裂纹、并将拖车结构振松，行驶起来就哗啦啦响个不停。空气弹簧悬架与机械

31、弹簧悬架相比较具有如下几点优点:(1) 独特设计保证性能优越驱动轴空气悬架才使用独特的高强度刚度设计。不用板簧和U形螺栓，消除了金属弹簧的振动和断裂问题。此刚性导向臂与空气悬架其它零件一起提供 了最正确性能组合：乘坐舒适、安装容易和维修工作量少。(2) 车桥安装特点空气弹簧的刚性导向臂与车架支架用橡胶衬套相连接，在加速和刹车时，允许车桥有控制的运动，以减少桥壳应力，防止损坏。对于高扭矩/低转速发电机车辆而言，这是一个重要考虑因素。刹车时，车桥略向前和向下运动，保持轮胎贴近地面，缩短刹车距离,刹车不跑偏，从而更平安。轮胎和刹车片寿命增加。(3) 系统简单性车桥上下运动行程越大，那么乘坐舒适性就越

32、好，悬架系统吸收路面振动的能力就越大。空气悬架的最大行程超过其它任何形式悬架，由于独特的设计使车桥在垂直方向的行程更大，所以在车桥到达其行程极限之前，空气弹簧可以吸收更大的振动负荷。其它空气悬架的垂直行程较短，经常到达其行程极限，从而造成硬冲击。(4) 没有大的冲击载荷空气悬架缓冲垫急转弯和在装卸地区过洼坑时，任何悬架系统的车桥都可能会运动到其上极限行程。空气悬架气囊中有橡胶缓冲垫来承受这种情况下的冲击载荷。缓冲还有一个作用就是在万一气囊损坏时，此缓冲垫可起到橡胶悬架的作用，使车辆可继续以较低的速度行驶。课题主要研究内容本课题主要对空气悬架进行开发设计，首先基于传统的汽车部件设计方法出发。查阅

33、汽车设计的相关标准，初步确定与悬架相关联的各零件的大致尺寸并初步确定其形状。然后分析各零件的受力情况，按照强度、刚度、疲劳理论进行校核、计算，确定各零件的相对位置关系。其次在已确定的参数的根底上运用CATIA对空气悬架各零件进行建模和装配。再次对零件进行有限元分析，按照其实际工作中的约束和载荷状况对其进行加载和加约束，尽可能地对网格进行细划。进行变形应力、应变分析，然后进行不断的修改，直到得到满意的结果为止。最后根据实际生产拟定空气悬架各零件的工艺路线。空气悬架部件的设计辅助车架的设计计算辅助车架结构的选择(1) 车架的功用此车架作为一个辅助车架，它与空气弹簧、减振器、横向推力杆及车桥用连接件

34、连接，而后将其与载重车的货箱固定到一起。它承受后载质量和有效载荷，并承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩，车架要承受各种静载荷和动载荷。(2) 对车架的要求为了使车架能到达以上功用，通常对车架有如下的要求：有足够的强度 保证在各种复杂受力的情况下车架不受损坏，要求有足够的疲劳强度。 = 1 * GB3 有足够的弯曲强度保证汽车在各种复杂受力的使用条件下，固定在车架上的各总成不至于因为车架的变形而早期损坏。 = 2 * GB3 有适当的扭转刚度当汽车行驶于不平路面时，为了保证汽车对路面不平行度的适应性，提高汽车的平顺性和通过性，要求车架具有适合的扭转刚度。 = 3 * GB3 尽量减轻质量由于车架

35、较重，对于钢板的消耗量相当大，因此车架应按等强度的原那么进行设计，以减轻汽车的自重和降低材料的消耗量。 = 4 * GB3 车架结构确实定本车架选用边梁式车架。这种车架由两根纵梁，及连接两根纵梁的横梁组成。这种结构被广泛应用于货车上，如图2-1所示。图2-1 载重车车架车架的强度计算(1) 车架所受载荷汽车使用工况复杂，作用于车架上的载荷变化也很大。汽车静止时，车架只承受弹簧以上局部的载荷，它由车架和车身的自身质量，装在车架上各总成与附近的质量和装载质量所受的重力组成，其总和称为车架的静载荷。汽车在平路上以较高车速行驶时，路面的反作用力使车架承受对称垂直载荷。它使车架产生弯曲变形，其大小取决于

36、作用在车架上各处的静载荷及其垂直加速度。汽车在崎岖不平路面上行驶时，汽车四个车轮可能不再同一平面内，从而使车架产生扭转变形，其大小取决于路面不平度及车架与悬架的刚度。此外，汽车加速或制动时会导致车架前后部载荷的重新分配。汽车转弯时，惯性力将使车架受侧向力的作用。当前轮正面撞向路面凸起障碍时，将使车架产生水平的剪力。安装在车架上各总成工作时所产生的力由于载荷作用线不通过纵梁截面的弯心，将会产生附加的局部扭矩。由此可见，汽车车架受力情况复杂，所承受的载荷属于空间力系。车架纵梁于横梁的节点结构又是各种这样,更导致问题的复杂化。目前正在迅速开展用有限元法来精确地分析和计算车架的强度。其计算工作由电子计

37、算机来进行，效率较高。但考虑到理解此方法需要更深的根底知识，故现在只用简单的计算方法对其校核，虽所得结果精度有限，但在初始设计阶段，由于简便易行，对初选车架截面尺寸也是又用的。(2) 车架强度的设计计算主要内容是对车架纵梁进行简化的弯曲强度计算，以用来确定其截面尺寸。求车架的弯矩时，因为支点以及载荷作用点很复杂，计算很麻烦。所以如以下图2-2那样进行简化： () () 图2-2 车架的支点和载货模型支点为前轴一个支点，后轴一个支点，并考虑货箱悬臂的模型，载荷只考虑货物，并认为是均布载荷。载荷分布为从支点到支点，并分布到货箱的悬臂后端点，在全长为均布符号的说明请参看图2-3。根据垂直载荷和绕、点

38、的力矩平衡求支反力为： (2-1) (2-2) = 1 * GB3 区间的弯矩以点往右点的弯矩为： (2-3) 另外，在点上的剪切力为： (2-4) = 2 * GB3 区间的弯矩点的弯矩和剪切力为： (2-5) (2-6) 根据以上画出车架的弯矩和剪力图如图2-3所示： 图2-3 车架模型的剪切力和弯矩(3) 车架的断面系数载货汽车车架的断面形状一般是槽形。如果槽形的车架等厚时，其断面系数可以参考机械设计手册等查找。由GB707-88C查得，选取16钢，如图2-4所示。图2-4 车架断面图 =200 , =65 , =10 , 理论重量：。 ,，,。由式(2-3)和(2-4)求得： (2-7

39、)其中, ,代入(2-7)得： 考虑汽车行驶时受动载时最大弯矩，以及疲劳的影响，那么： 所以符合要求。(4) 挠度校核对于长轴距汽车，应对段挠度进行校核。区间车架的挠度是由图2-5()所示的间的均布载荷引起的挠度和如图3-5()所示的对点的悬臂载荷引起的弯矩的挠度组成。 () 梁的模型 () () () 图2-5 区间的挠度首先，求区间的均布载荷引起的挠度支点反力为： 从左支点开始在距离为外表上的弯矩为： (2-8)弯矩引起的挠度: 设从支点往右到点的梁断面的弯矩为 (2-9) 又 弹性模量 (2-10) 令 或 取 将带入(2-10)得 根据使用经验，认为车架纵梁中点受1KN集中载荷时的变形

40、量不能超过，故当汽车载重量为时，。 符合要求。导向钢臂的设计计算(1) 后悬架的结构特点导向钢臂通过空气弹簧和一个铰链点将车桥与车架连接起来，间接将车桥的运动传递到车身，因此它传递垂直载荷；钢臂与桥连接装置中上下支架有可压缩垫片以保证和桥壳完全,而当空气弹簧压缩到极限位置时缓垫片可以很好地保护车桥和车架，以防止两者相撞;横向稳定杆固定桥的侧向位置并承受侧向力。由于后悬架的侧倾角刚度足够，所以没有装配横向稳定杆。采用这种机构的目的，是为了降低汽车纵向倾覆力矩中心的位置，增架悬架系统的抗车身的纵向倾斜能力。导向钢臂如图2-6所示。图2-6 导向钢臂(2) 截面尺寸确实定及较核长，宽，厚。将其简化成

41、简支梁，其受力似意图如图2-7所示：图2-7 导向钢臂受力似意图对点取矩： (2-11)对点取矩： (2-12)段弯矩： ， (2-13)段弯矩： ， (2-14)综合(2-13)和(2-14)得出，对导向钢臂而言，最大弯矩出现在点，即车轴中心处，其大小为： (2-15)钢臂抗弯截面系数： 将和其他参数代入(2-15): 符合要求。空气弹簧的设计计算(1) 概述 空气悬架的主要元件是空气弹簧。它由夹有帘线的橡胶气囊内的压缩空气组成。从结构上分为两类：囊式空气弹簧和膜式空气弹簧。本次设计采用囊式空气弹簧。对于汽车悬架弹性元件的负荷特性及其刚度是重要参数，空气弹簧也不例外。下面是囊式空气弹簧的符合

42、特性及刚度曲线的计算方法。(2) 空气弹簧的负荷特性设空气弹簧上受到载荷的作用，弹簧内充气后，绝对气压为，如图2-8所示，那么有：图2-8 空气弹簧受力图 (2-16)式中：-有效面积，它随着气囊高度一起变化。由于空气密封于容器内，弹簧上载荷变化时，内腔的体积和压力也发生变化，其变化规律可由气体状态方程式确定，即： (2-17)式中： ，任意位置时气体的绝对压力和容积；， 静平衡位置时，气体的绝对压力和容积；多变指数。当汽车振动缓慢时，气体状态的变化接近于等温过程，可取1；当汽车在坏路面上行驶，振动剧烈时，气体状态的变化接近于绝热过程，可取；在一般情况下，取。将(2-17)式带入(2-16)式

43、有： 将对空气弹簧垂直位移求导数，即可得到空气弹簧的刚度： (2-18)此时空气弹簧的振动频率为： (2-19)由(2-18)可知空气弹簧的刚度不仅与静平衡位置时的压力和容积有关，还与空气弹簧的有效面积变化率有关。此次设计根据空气弹簧最大承载选择型号为380221H-2的空气弹簧，其设计高度下MPa承载力为5352Kg，最低压缩高度165mm，平安伸长高度255 mm，全行程90 mm，如图2-9和表2-1所示。 图2-9 空气弹簧界面尺寸表2-1 空气弹簧技术性能参数承载力(Kg)充气压力安装高度时的容积dm3MPaMPaMPaMPaMPaMPa90(mm)21813300439354826

44、6057697142(mm)186728333786475157156703194(mm)157023833201402048395686221(mm)143221763015376545705352255(mm)115017902453308837514418272(mm)98315242093264832493864设计高度下的刚度和频率垂直刚度(Kg/cm)172211255309355384固有频率Hzcpm1049488868480推力杆的设计计算纵向推力杆相对于采用钢板弹簧的汽车来说，汽车装备的空气弹簧只能传递垂直于车身的力，因此在车桥与车身之间的纵向力驱动力和制动力的传递就需要设

45、置专门的传力机构。在本次设计中考虑到载重车十吨桥传递的纵向力比较大，因此采用两根对称布置于车架两侧的纵向推力杆，其一端连接车桥另一端连接车架，考虑到车轴相对于车架上下跳动的情况，在车桥端采用活动连接。纵向推力杆如图2-10所示。图2-10 纵向推力杆汽车驱动时，纵向推力杆承受的载荷最大，其上的最大应力用下式计算 (2-20)式中，为作用在后轮上的垂直载荷；为驱动时后轴负荷转移系数；为道路附着系数。将、代入(2-20)有： 解不等式得： 横向推力杆(1) 作用横向推力杆布置在后桥上方，减少了侧倾力臂，及减少了侧倾力矩，在同等的条件下，可降低侧倾角。同时，推力杆承受了绝大局部的横向力，提高了导向臂

46、的耐用性。(2) 注意问题尽量将推力杆布置得高一些，以减小侧倾力臂。推力杆相对水平面的夹角尽量小，最好为0，且推力杆尽量长些，以减小车桥跳动时的横向串动量。推力杆在水平上应尽量与车桥平行，以减少空气弹簧承受附加的纵向分力及纵向串动量。本次课题设计的推力杆如图2-11。图2-11 横向推力杆(3) 截面尺寸确实定因为横向推力杆几乎承受全部横向力，当汽车满载以的加速度转弯时，侧倾角忽略不计。侧向力: 假设臂厚为，材料选用45钢，平安系数。 解不等式得 故取 截面尺寸如图2-12。图2-12 推力杆截面图空气悬架装配图综合上述各部件的设计计算，经CATIA建摸装配得如图2-13所示的空气悬架，图中选

47、用及确定的主要零部件有：西安晨光橡胶厂生产的380221H-2型空气弹簧；由两个纵梁组成的辅助车架；导向钢臂两个；横向推力杆一个；纵向推力杆两个；减震器两个。图2-13 空气悬架装配图 本章小结通过查阅相关标准，初步确定空气悬架各零件尺寸和形状，采用强度、刚度计算理论校核检验。在已确定的参数情况下，进行CATIA建模和装配。有限元分析车架静力分析车架承受着载重车所装载的货物的重量和车的自重，其工况较为复杂，此次设计中选择其静止的状态进行分析，分析前处理在车架的下外表加固定约束，上外表施加均布载荷。图3-1将求解后的结果显示在同一张图上。图3-1 车架分析后各种显示方式(1) 网格的划分见表3-

48、1表3-1 网格个体大小结18476元素53734(2) 元素质量见表3-2表3-2 元素质量标准好一般坏差平均畸变46817 ( 87.13% )6868 ( 12.78% )49 ( 0.09% )舒展53734 ( 100.00% )0 ( 0.00% )0 ( 0.00% )长度比率53734 ( 100.00% )0 ( 0.00% )0 ( 0.00% )(3) 材料及属性见表3-3 表3-3 材料及属性材料钢杨氏模量2e+011N/m2泊松比密度7860kg/m3热膨胀/Kdeg屈服强度2.5e+008N/m2(4) 米塞斯应力图见图3-2 图3-2 米塞斯应力图结合图3-2和表

49、3-3，车架的最大应力为7.01e+006N/m2远小于钢的屈服值2.5e+008N/m2，故设计合理。纵向推力杆静力分析纵向推力杆主要承当着载重车的纵向力驱动力和制动力，分析前处理在推力杆的耳环处加固定约束，弯臂处施加均布载荷。图3-3将求解后的结果显示在同一张图上。图3-3 纵向推力杆分析后各种显示方式(1) 网格的划分见表3-4表3-4 网格个体大小结2196元素8876(2) 元素质量见表3-5 表3-5 元素质量标准好一般坏差平均畸变7586 ( 85.47% )1285 ( 14.48% )5 ( 0.06% )舒展8876 ( 100.00% )0 ( 0.00% )0 ( 0.

50、00% )长度比率8876 ( 100.00% )0 ( 0.00% )0 ( 0.00% )(3) 材料及属性见表3-6 表3-6 材料及属性材料铁杨氏模量1.2e+011N/m2泊松比密度7870kg/m3热膨胀/Kdeg屈服强度3.1e+008N/m2 (4) 米塞斯应力图见图3-4图3-4米塞斯应力图e+008N/m2小于铁的屈服值3.1e+008N/m2，故设计合理。导向钢臂静力分析导向钢臂主要是传递车桥与车架之间的垂直载荷，分析是将其简化成简支梁，分析前处理在与车桥相接触的外表加固定约束，两端施加均布载荷。图3-5将求解后的结果显示在同一张图上。图3-5 纵向钢臂分析后各种显示方式

51、网格划分见表3-7表3-7 网格个体大小结5924元素23027元素质量见表3-8 表3-8 元素质量标准好一般坏差平均畸变18581 ( 80.69% )4299 ( 18.67% )147 ( 0.64% )舒展23027 ( 100.00% )0 ( 0.00% )0 ( 0.00% )长度比率23027 ( 100.00% )0 ( 0.00% )0 ( 0.00% )材料及属性见表3-9表3-9 材料及属性材料钢杨氏模量2e+011N/m2泊松比密度7860kg/m3热膨胀/Kdeg屈服强度2.5e+008N/m2米塞斯应力图见图3-6图3-6 米塞斯应力图结合图3-6和表3-9，纵

52、向推力杆的最大应力1.52e+008N/m2小于钢的屈服值2.5e+008N/m2，故设计合理。横向推力杆静力分析横向推力杆主要是传递车桥与车架之间的横向载荷，分析是将其简化成拉杆，分析前处理在大头环处加固定约束，小头环处施加均布载荷。图3-将求解后的结果显示在同一张图上。图3-7 横向推力杆分析后各种显示方式(1) 网格的划分见表3-10表3-10 网格个体大小结1957元素7294(2) 元素质量见表3-11表3-11 元素质量标准好一般坏差平均畸变5969 ( 81.83% )1229 ( 16.85% )96 ( 1.32% )舒展7294 ( 100.00% )0 ( 0.00% )

53、0 ( 0.00% )长度比率7294 ( 100.00% )0 ( 0.00% )0 ( 0.00% )(3) 材料及属性见表3-12表3-12 材料及属性材料铁杨氏模量1.2e+011N/m2泊松比密度7870kg/m3热膨胀/Kdeg屈服强度3.1e+008N/m2(4) 米塞斯应力图见图3-8图3-8 米塞斯应力图结合图3-8和表3-12，纵向推力杆的最大应力1.4e+008N/m2小于铁的屈服值3.1e+008N/m2，故设计合理。本章小结用CATIA对空气悬架各主要零件进行有限元分析，将分析结果用不同的方式显示在同一张图上。通过米塞斯应力图找出零件最大应力值和所在的位置，将其与许用

54、应力进行比较。通过位移图分析零件变形量是否超出其允许值。针对分析结果不断地调整其尺寸和结构直至得到满意的结果为止，并对装配图进行进一步修改。 工艺路线的拟定工艺路线的拟定是工艺规程设计中的一项重要工作，其主要任务是解决外表加工方法的选择，加工顺序的安排以及整个工艺过程中工序的数量。在具体选择加工方法时应综合考虑以下各方面的原那么：(1) 所选择的加工方法的经济精度及外表粗糙度应与被加工外表的精度要求和外表粗糙度要求相适应；(2) 所选择的加工方法要能保证加工外表的几何形状精度和外表相互位置要求；(3) 所选择的加工方法要与零件材料的加工性能、热处理状况相适应；(4) 所选择的加工方法要与生产类

55、型相适应。加工顺序的安排对保证加工质量，提高生产效率和降低本钱都有重要作用，是拟定工艺路线的关键之一。切削加工顺序的安排一般遵循如下原那么：(1) 先粗后精；(2) 先主后次；(3) 先空后面；(4) 先基准后期它。空气弹簧上支座工艺路线空气弹簧上支座采用焊接件，如图4-1所示。工艺路线如下：图4-1 空气弹簧上支座工序 = 1 * ROMAN I 铣端面。工序 = 2 * ROMAN II 钻、扩孔。工序 = 3 * ROMAN III 精、细镗孔。工序 = 4 * ROMAN IV 磨各孔两端面。工序 = 5 * ROMAN V 检验。横向推力杆支座工艺路线 横向推力杆支座采用焊接件，如图

56、4-2所示。工艺路线如下：图4-2 横向推力杆支座工序 = 1 * ROMAN I 铣前后、左右和下端面。工序 = 2 * ROMAN II 钻、扩孔和孔。工序 = 3 * ROMAN III 精、细镗孔和孔。工序 = 4 * ROMAN IV 磨各孔两端面。工序 = 5 * ROMAN V 终检。横向推力杆工艺路线横向推力杆采用焊接件，如图2-11所示。工艺路线如下：工序 = 1 * ROMAN I 车前后两端面。工序 = 2 * ROMAN II 钻、扩孔。工序 = 3 * ROMAN III 精、细镗孔。工序 = 4 * ROMAN IV 磨孔两端面。工序 = 5 * ROMAN V 终

57、检。导向钢臂工艺路线导向钢臂采用冲压件，如图2-6所示。工艺路线如下：工序 = 1 * ROMAN I 车前后两端面。工序 = 2 * ROMAN II 钻、扩孔和孔。工序 = 3 * ROMAN III 精、细镗孔和孔。工序 = 4 * ROMAN IV 磨孔两端面孔上端面。工序 = 5 * ROMAN V 终检。导向钢臂支座工艺路线导向钢臂支座采用铸件，如图4-3所示。工艺路线如下：图4-3 横向推力杆支座工序 = 1 * ROMAN I 车上下和左右端面。工序 = 2 * ROMAN II 钻、扩孔和孔。工序 = 3 * ROMAN III 精铣前后两端面。工序 = 4 * ROMAN

58、IV 精、细镗孔和孔。工序 = 5 * ROMAN V 磨和孔断面。工序 = 6 * ROMAN VI 终检。本章小结设计出来的悬架系统要转化为生产就应从实际的工艺方面考虑悬架各零件的加工过程。在拟定工艺路线时，主要从两个根本点出发：一是保证零部件的尺寸精度，二是在保证产品本质的同时将生产本钱降到最低。结 论论文的设计要求是通过对载重车十吨桥空气悬架的开发设计，锻炼并提高解决实际问题工作的能力。通过设计研究，熟练掌握大型绘图软件，为将来的工作打下坚实的根底。经过半年的学习和研究，现将论文工作总结如下：1在综合了国内外典型的空气悬架设计方案后，文章详细地从传统设计的角度计算并设计了空气悬架各零部件的尺寸和形状，在此过程中涉及到大量的强度、刚度和疲劳寿命计算校核。2依据校核计算得到的尺寸和形状，对空气悬架零部件进行计算机建模和装配。3在传统设计的根底上，用现代设计的方法对设计的主要零部件进行有限元分析，对其施加实际工作中所受的约束和载荷，尽可能地细划网格，通过计算后直观而形象地表示其应力和应变。针对分析结果，进一步对零部件的尺寸和形状进行修改，并进行重新装配。4将设计出来的产品转化为生产时，需要进行工艺设计。从经济性和尺寸精度两方面