重卡空气悬架系统的设计与改进探析,硕士论文

重卡空气悬架系统的设计与改进探析,硕士论文悬架系统对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性具有重要影响,空气悬架系统凭借其优异的性能,可使整车获得理想的固有频率、以及良好的平顺性和操稳性,同时还能够减小对路面的损伤、保证货物的完好性、便于挂车对接和货物装卸,空气悬架在国外重型卡车上已广泛应用.长期以来,空气悬架在我们国家重型卡车上应用较少,但随着消费者对载货汽车的舒适性要求越来越高,空气悬架系统遭到汽车企业的关注,尤其是国家相关法规的公布,进一步促进了空气悬架在重型卡车上的推广应用.为知足市场需求和适应相关法规变化,需开发一款后悬架为空气悬架的64重型卡车,本文结合该重型卡车悬架系统开发经过,对重型卡车空气悬架系统的设计开发和优化进行研究.首先从空气弹簧入手,阐述了囊式和膜式空气弹簧的区别和适用场合,以及在设计经过中布置空气弹簧的准则,研究了空气弹簧恒压特性的拟合方式方法和刚度计算方式方法,并基于Matlab软件编制了计算程序.然后分析了汽车加速、侧倾工况下轴荷和轮荷的变化规律,开展了悬架系统主要部件的设计校核,包括前悬架钢板弹簧、后空气悬架控制管路、空气弹簧、横向稳定杆和减震器的匹配设计,对整车侧倾角也进行了校核计算.在三维设计软件中建立空气悬架系统三维模型,根据三维模型的几何参数,在ADAMS/Car中建立了空气悬架系统的多体动力学模型,并进行了车轮平跳和对跳仿真分析,得到了悬架垂向刚度、侧倾刚度、车桥转角等仿真结果.为了进一步改良导向机构,使用响应面法对反作用杆硬点坐标进行优化,减小了车桥倾角和轮心纵向位移的变化量,对优化后的模型进行仿真分析,提取下反作用杆支架的载荷.最后利用Hyperworks软件对下反作用杆支架进行拓扑优化,根据拓扑优化结果进行构造设计,并制作了支架样件.对装配空气悬架系统的64重型卡车进行可靠性试验,验证了该空气悬架系统的可靠性.本文关键词语:重型卡车,空气悬架,导向机构,动力学建模,优化设计AbstractSuspensionsystemhasgreatinfluenceonvehicleridecomfortandhandlingstability.Withitsexcellentperformance,airsuspensionsystemcanmakethevehicleobtainidealnaturalfrequency,goodridecomfortandstability.Atthesametime,itcanreducethedamagetoroad,ensuretheintegrityofgoods,facilitatethedockingoftrailersandcargohanding.Ithasbeenwidelyusedinheavytrucksabroad.Foralongtime,airsuspensionisseldomusedinheavytrucksinChina.However,withtheincreasingdemandofconsumersforcomfortoftrucks,airsuspensionsystemhasattractedtheattentionofautomobilecompanies,especiallythepromulgationofrelevantnationalregulations,whichfurtherpromotestheapplicationofairsuspensioninheavytrucks.Inordertomeetthemarketdemandandadapttothechangesofrelevantlawsandregulations,a64heavytruckwithairsuspensionneedstobedeveloped.Inthispaper,thedesign,developmentandoptimizationofairsuspensionsystemforheavytruckarestudiedincombinationwiththedevelopmentprocessofthesuspensionsystemoftheheavytruck.Firstly,startingwithairspring,thispaperexpoundsthedifferenceandapplicationoccasionofbellowstypeandrollinglobeairspring,aswellasthecriterionofarrangingairspringinthedesignprocess,studiesthefittingmethodofconstantpressurecharacteristicofairspringandthecalculationmethodofstiffness,andcompilesthecalculationprogrambasedonMATLABsoftware.Then,thevariationofaxleloadandwheelloadunderaccelerationandrollconditionsisanalyzed,andthedesignchecksofmaincomponentsofsuspensionsystemarecarriedout,includingthematchingoffrontsuspensionleafspring,rearairsuspensionpipelineandairspring,thematchingchecksofstabilizerbarandshockabsorber,andthecheckingcalculationofvehiclerollangleisalsocarriedout.Thethree-dimensionalmodelofairsuspensionsystemisestablishedinthethree-dimensionaldesignsoftware.Accordingtothegeometricparametersofthesuspensionofthethree-dimensionalmodel,themulti-bodydynamicmodelofairsuspensionsystemisestablishedinADAMS/Car.Theparalleltravelanalysisandoppositetravelanalysisiscarriedout.Thesimulationresultsofverticalstiffness,rollstiffnessandalxeangleareobtained.Inordertooptimizetheguidemechanism,theresponsesurfacemethodisusedtooptimizethehard-pointoftherod,whichreducesthechangeofaxleangleandlongitudinaldisplacement.Thesimulationanalysisoftheoptimizedmodeliscarriedouttoobtaintheloadofthelowerrodbracket.Finally,HyperWorksisusedtooptimizethestructureofthelowerreactionbarbracket.Accordingtotheresultsofthetopologyoptimization,thestructuredesigniscarriedoutandthebracketsampleismade.Thereliabilitytestof64heavytruckassembledwithairsuspensionsystemwascarriedouttoverifythereliabilityoftheairsuspensionsystemdesignedanddeveloped.Keywords:Heavytruck;Air-suspension;Guidemechanism;Dynamicmodeling;Optimaldesign目录幅较长,部分内容省略,具体全文见文末附件第七章总结与瞻望7.1全文总结本文主要是根据市场需求和法规变化,根据产品开发任务,对某64重型卡车后驱动桥匹配空气悬架系统展开相关设计开发工作.研究了空气弹簧的特性,总结了空气悬架设计布置原则,并基于多体系统动力学理论和有限元方式方法对悬架主要部件进行了设计与优化,完成的主要工作如下:(1)研究了空气弹簧的刚度特性,并与传统的钢板弹簧进行了比拟,总结了空气悬架的优缺点以及布置空气弹簧的准则.研究了空气弹簧等压特性曲线的拟合方式方法,利用Matlab软件开发了空气弹簧计算程序.(2)分析了车辆在加速及侧倾情况下的轴荷和轮荷转移变化情况,对前悬架钢板弹簧,后空气悬架控制管路、空气弹簧、横向稳定杆和减震器进行设计匹配,并对整车侧倾角进行了校核.(3)在三维软件内建立了空气悬架模型,并运用ADAMS/Car软件建立了后空气悬架系统的多体动力学仿真模型,经仿真分析得到了车桥在车轮跳动经过中的角度和位移变化、侧倾刚度、侧倾中心高度等数据.(4)使用ADMAS/Insight进行试验设计,并对线性、二次和三次回归模型精度进行比拟,选取精度较高的三次模型对反作用杆硬点坐标进行优化,减小了车桥的纵向位移和倾角的变化量.(5)运用有限元分析软件Hyperworks,对下反作用杆支架进行了拓扑优化,对完成设计的支架模型进行了有限元分析,得到了应力和位移变化情况,校核了支架的强度.对试制样车进行了可靠性试验验证,检验了空气悬架系统的可靠性.7.2工作瞻望由于当前空气悬架在重型卡车上的实际应用并不普遍,国内整车企业对于空气悬架的设计经历体验不够,分析和试验手段较少,本文对空气悬架的研究还存在很多缺乏之处.轮荷的计算仍采用了较简单的计算模型,没有建立整车模型对转弯及驱动工况轴荷及轮荷变化进行分析,没有根据不同等级的随机路面进行动载分析;下反作用杆支架的构造应该以多种工况的疲惫寿命作为评价指标.缺少试验台架设备,没有将仿真分析数据与试验数据的性能比照验证.在今后的工作中,针对这些问题和缺乏,还应加强学习,继续开展相关研究.以下为参考文献[1]郑银环.汽车钢板弹簧计算模型研究[D].武汉:武汉理工大学,2005.[2]吉林大学汽车工程系.汽车构造.第5版[M].人民交通出版社,2006.[3]姜立标,王登峰.货车空气悬架的现在状况及发展趋势[J].齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2005,21(1):66-69.[4]何锋,龙明源,杨洪江.商用车空气弹簧的研究现在状况及发展趋势[J].农机化研究,2005(3):262-265.[5]赵永杰.(GB1589-2021汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值〕的修订内容及影响[J].中国设备工程,2021(12):186-188.[6]应朝阳,孙巍,吴云强,等.(机动车运行安全技术条件〕(GB7258-2021)制修订情况介绍[J].道路交通科学技术,2021(5):54.[7]喻凡,黄宏成,管西强.汽车空气悬架的现在状况及发展趋势[J].汽车技术,2001(8):6-9.[8]方瑞华,解跃青,雷雨成.空气悬架理论及其关键技术[J].同济大学学报(自然科学版),2003,31(9):1072-1076.[9]JonBunneandRogerJable,AirSuspensionFactorsinDrivelineVibration,SAE962207[10]J.R.EVANS.RailVehicleDynamicSimulationUsingVAMPIRE.VehicleSystemDynamicsSupplement,1990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