《载货汽车空气悬架系统设计》13000字（论文）

载货汽车空气悬架系统设计目录第1章绪论 81.1引言 81.2空气悬架在国外的研究现状及发展趋势 81.3我国空气悬架的研究与发展现状 91.4本论文研究的背景 101.5本论文的主要研究内容和意义 10第2章空气悬架结构 122.1悬架的概述 122.1.1空气悬架系统的基本结构 122.2空气悬架系统的工作原理 152.3空气悬架的特性 162.3.1重型载货汽车空气悬架特性 162.3.2空气弹簧的刚度特性 162.3.3空气悬架的频率特性 17第3章悬架主要参数的确定 183.1载货汽车的结构参数 183.2悬架静挠度 183.3悬架动挠度 193.4悬架弹性特性 19第4章弹性元件的设计 214.1空气弹簧力学性能 214.1.1空气弹簧刚度计算 214.1.2空气弹簧固有频率的计算 224.1.3空气弹簧的刚度特性分析 224.2高度控制阀 23第5章悬架导向机构的设计 245.1悬架导向机构的概要及强度力的计算 245.2横向稳定杆的选择 255.3稳定杆的横向载荷及强度 255.4悬架及整车的刚度 265.4.1前轴的侧倾刚度 265.4.2后轴的侧倾刚度及侧倾中心 27第6章减振器机构类型及主要参数的选择计算 296.1减振器分类 296.2器的选定及阻尼力的计算 30第7章空气悬架性能分析 327.1悬架模型 327.1.1钢板弹簧悬架车辆系统模型 327.1.2空气悬架车辆系统模型 327.2路面输入模型 337.4结论 34第8章结论与展望 35参考文献 37

摘要载货汽车在目前人类生产生活中发挥着至关重要的作用。在当今中国快速发展的前提下，它的运行效率也不得不提高。只有高效、安全、多功能的载货汽车才能匹配当今物流快递、基础建设的飞速发展。作为提高货运效率的重要手段和减少对道路破坏，就对载货汽车有了更严格、智能的要求。空气悬架是实现货箱高度可调的有效方法，是国家运输部门所推荐的。空气悬架相比传统悬架能很大程度提升车辆的舒适性、通过性以及操纵稳定性。它也必将成为当前相关领域的发展趋势。本次设计以现有的车辆为参照，拟定了车辆的基本参数，并对车辆悬架系统进行了观测、分析得到了设计所需要的主要参数，选择所适合的零部件和布置形式。在对零部件设计部分主要任务是对空气弹簧、减振器和稳定杆进行选择、比较和计算。最后，通过空气悬架系统的设计，了解和掌握其结构和工作原理，并进行性能分析，从而使空气悬架结构更加合理和完善，符合机械实际。关键词：空气悬架；载货汽车；空气弹簧第1章绪论1.1引言载货汽车承担着国家经济发展，关系到物流、民生等各个发面，需求较大，在中国和世界发展浪潮中都起着重要作用。也随着当下乡村振兴战略的提出、城镇化的推进，高速、国道等交通网在国内全面覆盖一系列的政策都将大力推动载货汽车行业链的发展。另一方面受疫情的影响，国内外电商、网络化生活也将加快发展，对载货汽车的数量、运输效率等不断提高。这也是国家运输部门所扶持、赞同的。随着当前社会的持续稳定的发展，人们也越来越向往高质量的生活，载货汽车也开始涉及到年轻群体。他们希望驾驶汽车有良好的平顺性、舒适性以及运输的商品完好无损，有质量上的保证。因此，对载货汽车也提出了更高的要求，不仅车辆要重量轻，要保证满足载货能力，还要具有高舒适性、高安全性和良好的乘坐舒适性。这些符合时代发展要求的性能，成为使用客户和服务对象关注的焦点。目前在汽车行业悬架系统的结构形式复杂多样，所对应的零部件种类也是分门别类。目前在货车行业悬架结构中，非独立悬架结构十有八九应用在前悬架中，而平衡悬架则多用于后悬架。该悬架系统中的弹性元件从以往的多个钢板弹簧发展为只有几片钢板弹簧，并逐渐发展为空气弹簧。从国际上看，在载货汽车上已应用空气悬架的情况比比皆是，也验证了空气悬架的优势。因为其明显优于其他类型的悬架，所以空气悬架也将是国内悬架所发展的趋势。国内市场上在售的国产空气悬架载货汽车很少，消费人群对这种车型空气悬架型式的了解度也低，人们暂以为空气悬架很先进，但是费用较高，所以很少有人去购买。从国内厂家来看，各个企业在目前生产中还没有普及应用空气悬架，极少的应用在载货汽车的后悬架中。对于研发出高性能、低成本的空气悬架还有很长的路要走，这将对整个运输行业和经济发展都有重大的意义。1.2空气悬架在国外的研究现状及发展趋势空气弹簧悬架是相对钢板弹簧等悬架的一种发展。在19世纪，美国生产的汽车上就已应用了空气弹簧。同时期还有日本、德国、法国等工业强国也开始了研究进程。随后的十几年，德国生产了50多种公交车里应用空气弹簧悬架的就有38种。发展到目前在发达国家的客车上90%都使用了空气悬架。在货车领域里也有80%应用了空气弹簧悬架，比如美国福特、德国奔驰和日本尼桑[1]。在专用的特种车辆上空气悬架就更为普及使用了，比如说对于乘坐的医用车、消防车等安全性要求高的车。在汽车老牌工业强国，已经有一些特定生产空气弹簧的企业。可以看出空气悬架在老牌汽车强国的运用已经非常普及和成熟了。到目前为止，在汽车发达国家空气悬架已经历了几个主要发展阶段，从钢板弹簧到复合式悬架再到技术性较高的全气囊式空气悬架。在控制方式上，空气悬架系统则大致可分为两类，机械式和电子式。先进的一些空气悬架是通过电器元件来主动控制车架与车桥之间的距离，来实现货箱的高度可调节。随着电子电气的快速发展对空气悬架的操控性也更加的人性化、智能化。1.3我国空气悬架的研究与发展现状在上世纪90年代，为了在豪华客车市场上有一席之地，提高国内客车的乘坐舒适性和生产研发技术，国产企业则通过购买国外生产的空气悬架进行学习制造，并进行完善改造。例如郑州宇通客车、苏州金龙、江淮等主要生产厂家就由于核心技术的欠缺以及政策等许多因素的影响，造成国内空气悬架技术一直处于滞后状态，和西方国家有很大的差距。最近几年，因为国内发展迅速、生活水平的提升及交通网的形成。载货汽车需求量越来越大，性能要求也高，舒适、平顺和操纵性等指标也在受大家所重视。因此国内生产厂家开始对更先进的空气悬架加大研究力度，能够研发出自出创新的新产品也受到国家政策的大力支持。人们对于自主研发的空气悬架有美好的期待，希望能够满足日益见长的实际需求，也希望能够满足中国道路状况以及使用人群和服务对象的要求，产品的零部件也逐渐不依赖国外，逐渐形成了完整的空气悬架产业链。总而言之，近年以来国家出于对公路保护的目的，更加限制了货运车辆的载重，另一方面也为了提高运输效率和对车辆的保护，我国公路运输市场正在逐渐完备，空气悬架也相应在货运、物流方面上应用的比例会逐年提升。1.4本论文研究的背景近年来，由于高端电子设备、玻璃制品等贵重易碎物品需求的加速增长，驾驶员对货车舒适性、安全性的要求也在不断提升。国内各大物流公司对具有高质量的汽车运输也不断提高。但高端的货运车辆还是以国外的几个汽车品牌为主，多数还是采用购买的方式来满足国内需求，价格也普遍较高因此就需要提高货运效率和保证质量，这样才能更好的保护货物和提升驾驶体验。也为了节省能源和减少对道路损害，同时降低整车生产的成本就需要进行轻量化的设计。这样的设计方向也符合国家近几年对载货汽车的政策支持，设计出既适应国内货运状况，又满足车辆的舒适、安全、高效的要求，实现货箱高度可以调节的空气悬架系统是行业所发展的趋势。1.5本论文的主要研究内容和意义目前，空气悬架在国内车辆上主要还应用在高档的轿车和乘用车上，在货运车辆上的应用还处在初级阶段。应用空气悬架系统的货运车辆其优点主要有：=1\*GB3①车架和车轮间隙可以调节，方便货物的装卸通过性能好；=2\*GB3②实现低而变化不大的自然频率，使车辆高度与载荷无关；=3\*GB3③使轮胎和刹车片不易损坏。=4\*GB3④减轻汽车总重，提高载重能力和运输效率等；本次设计主要研究内容如下[2]:=1\*GB3①分析介绍当前常用的空气悬架结构类型，最终对比确定本次空气悬架所确定的的结构类型。=2\*GB3②根据一定的车辆数据和所相应得悬架类型匹配分析，确定空气悬架参数和方案布局，并选择本次设计悬架系统的控制系统进行设计。=3\*GB3③根据悬架系统对应的参数，设计了空气悬架结构，特别是导向机构和稳定杆的布置和选择，以及稳定杆弹性元件的选择和匹配计算，减震器等悬架系统的重要部件的设计。=4\*GB3④在三维设计软件CATIA进行建模，分析各部件的干涉情况、受力情况，利用有限元元件对各部件的强度进行研究分析，最终验证整个悬架系统和零部件是否满足设计标准要求。=5\*GB3⑤最终来验证整个悬架系统布置的合理性、工艺性能。通过对比传统钢板悬架，来比较平顺性、舒适性，是否能够满足本次设计方案的优越可行性。第2章空气悬架结构2.1悬架的概述悬架是连接车架和车轴之间力传递的所有装置的总称，它支撑车体，将车轮产生的各种力量传递给悬架系统。以保证车辆的乘坐舒适性和稳定性。现在的车悬架有各种各样的构造，结构组成一般为弹性元件、减振装置及导向装置。车辆行驶在不可能绝对平顺的路面上，那么就会受到来自路面作用于车轮上的力，由于车辆是高速行驶的，所以这种力是具有冲击性的，冲击到车架和车身就会让货物损坏，同样驾驶人员也会感到不舒服。为了减轻这种冲击，人们不仅使用弹性轮胎，还使用悬挂式弹性元件，从而大大削减冲击力[3]。只有弹性元件是不够的，弹性元件被击中后振动，振动同样不符合平顺标准，因此，悬架也还需要降低振动，让振动能够迅速衰退。因此，悬架系统还需要设置减振器来达到缓和冲击作用。2.1.1空气悬架系统的基本结构载货汽车空气悬架整个系统一般由导向机构、弹性装置、减震装置、高度调节装置和压气机、压缩空气容器、送气管路等组成。和轿车和乘用车有区别的是，货运车辆空气悬架系统还需要另外加一个横向稳定装置。整个系统具有低频、等频、等高三大基本优点[4]。常用的空气悬架主要包括以下几个部分:图2-1空气悬架基本组成结构=1\*GB3①空气弹簧空气弹簧通常是由橡胶围成的一个封闭圆形筒状物，主要组成部分有：活塞、限位块、盖板、等。橡胶安全气囊是用帘线、钢丝圈、硫化形成。内表面的橡胶是主要起到密封，不能使弹簧漏气和失压。其工作原理是，空气压缩机是在其中填充空气，利用空气的压缩性发挥弹性作用的橡胶弹簧的一种。空气弹簧的硬度是可以改变的，由于载荷在弹簧上继续增大，封闭空间内一定的空气压力就会提升。相对的，作用在弹簧上的压力减小时，封闭空间内的空气压力就会下降，随之硬度也将减少，所以空气弹簧有着理想的弹性性能。现在空气弹簧的构造形式主要有两种，如图所示。图2-2膜式空气弹簧和囊式空气弹簧囊式类型按形状和囊数的不同，大致可分为单节式、双节式和三节式。其特点是硬度大、制造过程复杂、自振的频率比较高。膜式空气弹簧的制造技术比较简单，而且具有理想的非线性弹簧性能[5]。现在，世界的货物运输领域使用的主要是膜式空气弹簧。其优点为直径变化较小，自振频率不高。另外膜式空气弹簧的承载性也较大，这也符合国情。对比这两种弹簧，并参考海外货运所使用的空气弹簧结构形式。确定本次设计空气悬架为膜式空气弹簧，因为货运车辆在装卸和行驶过程中，空气弹簧压缩气压是随着路况，重力等条件的改变而改变的，弹簧的硬度也随着改变，就可以获得良好的硬度性能，提升了载货汽车的平顺性、操作稳定性。(2)导向机构转向机构的主要作用是支撑卡车的纵向力、横向力及力矩，由于空气悬架只支持垂直方向的力，因此就需要安装能够起非垂直方向上的力作用的导向机构，从而通过一定的路线来比较车体的跳动。(3)减振装置振动阻尼装置主要起着减弱振动能量达到缓解弹性冲击的作用。空气是空气弹簧的填充物，其容器内摩擦力很小，因为和其他形状的弹簧比较只有不多的阻力，所以空气悬架需要阻器器，以达到快速消减振动的意图。但是，阻尼力过大的话，反应会变慢，振动和冲击过多，减振器的匹配选型是否合适会影响空气悬架的作用。一般减振器的作用都是提升车辆的平稳性，让乘客和货物更舒适，它与弹性元件一般都是并联安装的，如下图所示。图2-3双向作用筒式减振器（4）高度调节装置空气悬架中重要的结构之一是高度控制阀。目前，市场上主要采用两种控制方式来控制空气悬架的高度调节，一种是机械式高度控制，一种是电子式高速控制[6]。高度控制装置主要的作用是：=1\*GB3①更改悬架行程，而不改变负载。；=2\*GB3②高速可以降低箱体高度，降低空气阻力，保持稳定性。=3\*GB3③在路面不平坦的使用工况下，提高了通过性能。高度控制装置体现了空气悬架不同于其他悬架的优越性能。(5)其它附属装置空气弹簧其压力来源为空气，因此就需要有高压充入装置压气机。一般情况下还配有储气筒、控制杆、压力调节器等装置，如图所示。图2-4空气弹簧非独立悬架示意图2.2空气悬架系统的工作原理在条件满足的情况下，配有空气悬架的货运车辆，通过压缩装置使压力能够随不同工况、载荷的情况下自动条件匹配。无论是满装还是空车车身高度都不会发生改变，很大程度地提高了舒适性能。其工作原理为：首先是车辆在不同载荷、道路条件下的变化使得空气压缩装置给储气罐压缩空气，储气罐上装有压力保护阀，当储气罐的压力值超过提前设置的压力时，保护阀就自己打开把多余的压力排放掉。当汽车行驶在平坦的路面工况下，高度阀的吸入阀和排气阀都会关闭。气动弹簧内稳定。车架的高度不变。如果卡车在路面上行驶的话车轮会振动，车架会倾斜。连接在车架上的控制单元的转向位置旋转并旋转一定角度，当负载增加时，空气弹簧压缩，车身下降，控制杆向上转动，气阀打开。压缩空气流入空气弹簧，使空气气囊内的压力上升，汽车车架上升，然后关闭控制杆使其成为一定的角度，使空气阀变小。此时，底盘会恢复原来的高度，弹簧也会回到原来的高度，反之，如果车上的负载减少，车架会上升，转向杆会向下转动，从而打开转向阀的排气阀，空气从阀中排出，降低车架，这时车架会回升到原来的位置。2.3空气悬架的特性2.3.1重型载货汽车空气悬架特性装有空气弹簧悬架的载货车主要有以下特性优点[7]：=1\*GB3①因为空气弹簧有非线性变化的硬度，频率低且变化范围小的性能，所以提高了车辆的行驶稳定性和舒适性。=2\*GB3②当车辆载荷和行驶条件改变时，空气悬架控制系统进行自动调节进排气过程，使得车身高度保持稳定或极小变化，提高了行驶稳定性；应用电子控制式还可以通过其主动相应控制，实现车架高度的自动调节。=3\*GB3③一般没有装有空气悬架的载货车，在制动时，由于惯性会向前俯冲，前轴和后轴受力不均衡导致后轮摩擦力减小，制动距离边长。空气弹簧的应用增大了后轮与地面的摩擦能够缩短制动距离，提高了安全性能2.3.2空气弹簧的刚度特性 空气弹簧的载重能力和弹性性能是由充入空气弹簧内的压力来决定的，其内部压力与与囊内容积的关系为PVP、V为任何工况下空气弹簧内气压的决对压力和容积；K为变化指数，主要看气囊的变化速度，当你在平坦的路上开车时，悬架振动小，车速也比较慢，弹簧中的空气压力变化不大，温度温定，常取K=1；车辆在恶劣路面行驶时，悬架振动大，空气气囊不断变形，此时可以取K=1.4,在大多情况下K取值范围为1.3~1.38.空气弹簧的承载能力可由式2.2得出:F=P而空气弹簧的硬度计算式，见式2.3，空气弹簧受到垂直方向的力，从而对空气弹簧垂直方向的位移进行求导[8]。C=dFC—空气弹簧刚度PiP0AeL—空气弹簧有效行程 dAV—空气弹簧内的空气体积一般情况下设计空气悬架和对空气弹簧进行选型时，都按照空气弹簧的位移负荷曲线来进行参考。用来校核所受的承重性和对应的工作位移。一般来说，由于气动弹簧的刚性值在曲线图中看不到，所以需要使用平均倾斜法来计算刚性值。也就是说，需要采取与某个点前后对应的负荷差对应的位移差。C=F2.3.3空气悬架的频率特性悬架固有频率的计算公式，见式2.5。f=1其中f是悬架固定频率；C是悬架的刚度；m是部分所受的载荷重量下图是空气悬架气囊内压力与悬架的固定频率的曲线关系，从图可以看出，空气弹簧悬架具有较低的固定频率，随着气压的改变固定频率的变化区间也变小，很大程度减少了货车的振动，空气悬架的频率取决于空气弹簧频率，空气弹簧的频率低，受重量变化不大，从而使空气悬架固定频率低范围小，车辆振动小，舒适性高[9]。图2-5气囊气压与悬架固有频率的关系第3章悬架主要参数的确定3.1载货汽车的结构参数表1整车参数项目符号值轴距S（mm）6400前轴负荷Wf（kg）后轴负荷Wr总重W（kg）17000重心高h（mm）1410重心位置a（mm）4134b（mm）266滚动半径Rd（mm）529自由半径Rdr（mm）521表2重量参数前轮后轮合计空载下4680780012480乘客、随车货物93027003630满载56001060016200满载簧上质量4940935014290满载簧下质量67013502020满载车下的前后负荷比32%68%OK>28%3.2悬架静挠度悬架的静挠度是fc，意思是装载货物静止时的负荷Fw与此时的悬架刚度c之比。也就是fc=Fw/c。许多货运车辆上的悬架质量分配系数ε=ρy2ab=0.8~1.2，能够近似认为ε=1。也就是说，前桥和后桥上部的集中质量垂直振动相互独立而且用n1，n1=cc1，c2为前悬和后悬架的刚度（N/cm）；m1fc1=m其中，g是重力加速度，g≈9810/s2。把fc1，fn1=15.77/fc1；n2式中fc1，fc2可以知道，悬架震动的偏频n是可以被悬架静挠度fc所影响的。因此，想让车辆有较为良好的行驶能力，就须挑选合适的悬架静挠度。在前后悬静挠度的取值上，通常情况下fc1的取值是比f可以获得n1n2>1时的纵向角的震动比是比n3.3悬架动挠度从车辆满载的静止位置到悬架压缩至构造的最大变形被称为是悬架的动挠度fd，在道路复杂的路面上行驶的话，缓冲块经常被损坏，因此就须悬架要有一定量的动挠度。在货运车辆一般取fd为5-8cm。根据查资料所得本次设计取fd13.4悬架弹性特性弹簧在垂直方向上承载力F，并通过该力（即弹簧的形变量）把车轮中心的位移力矩传达给车体。两者的关系曲线就叫做弹簧的弹性特性，弹簧的刚性是切线的倾斜角[13]。悬架的弹性特性通常情况下分为两种，一种是线性，一种是非线性，当弹性特性随线性变化，即弹簧的变形和垂直外力F以固定比变化时，弹簧刚度是恒定的，若是变形F和所受垂直方向上的力两者之间不按固定的比例变化，则弹性特性图如下所示。此时弹簧刚度发生变化。在空重量和满载完成了大的变化的卡车上，为了降低振动速度和高度变化，采用了变刚性非线性架。一般轿车的弹簧质量变化不大，但为了减少对车轴框架的冲击、旋转角、刹车前角和后高度角的加速度，所以本次设计选择了刚性变化的非线性悬架。图3-1悬架弹性特性曲线1—缓冲块复原点2—复原行程缓冲块脱离支架3—主弹簧弹性特性曲线4—复原行程5—压缩行程6—缓冲块压缩期悬架弹性特性曲线7—缓冲块压缩时开始接触弹性支架8—额定载荷第4章弹性元件的设计空气悬架主要用于高档客车和轿车，但在重型货车上使用较少，其内部弹性元件的组成是由填帘线充物和高压空气橡胶胶囊构成。除了弹性元件、引导机构、减振器之外，该悬架还具备高度调整装置。因为空气弹簧是弹性元件，所以可以得到空气弹簧相对较低的固有频率。另外，由于空气弹簧的刚性特性，这个频率在很大的负荷变化范围内也很稳定，也自然提高了驾驶舒适性。另一方面的优点是通过改变车身高度，地面高度和货车车身高度不随负载变化，空气悬架的优点是空气弹簧寿命长，根据其结构特点，空气弹簧可分为袋式和膜式两种，气囊空气弹簧结构简单，制造容易，但刚度高。它通常用于大型公共汽车和卡车，并配有额外的空气室。薄膜空气弹簧刚度低，一般用于承载力低的车辆，基于此，本设计采用囊式空气弹簧。4.1空气弹簧力学性能空气弹簧的弹性和支撑能力取决于空气弹簧中的高压气体，在理想情况下，空气弹簧的力学性质大致上由容积比值和压缩系数共同决定的。4.1.1空气弹簧刚度计算刚度是空气弹簧的重要性能参数，因为气囊中的高压空气的力量可以恢复自己状态的弹性元件。用于计算空气弹簧的垂直刚度的公式如下所示[14]。k=γ∙式中γ为刚度的比值，pa为绝对压力（kg/cm2），A为有效面积cm2，V是体积可由n1=c前悬的空气弹簧刚度计算：Pf=Pa=PfK当静刚度γ=1时Kf=131.78当动刚度γ=1.4时Kf=177.3884.1.2空气弹簧固有频率的计算用下式计算固有频率:f=ω式中的g为重力加速度980cm/s当用静刚度比时则f=12π980∙131.78当用动刚度比时则f=12π980∙177.384.1.3空气弹簧的刚度特性分析弹簧的刚度公式为k=γ∙根据公式可以看出，要获得软刚度，应增加V值，但在结构布置上不宜占用太多空间，因此常采用增设辅助气室的方法来增加V值，降低刚度。由于空气弹簧不能承受侧向力和扭矩，因此有必要为悬架选择合适的转向机构，现在我们常用以下三种方法：=1\*GB3①导向部分采用钢板弹簧，可以使用以前的零件，使其舒适的重新安装。钢板弹簧和空气弹簧的联合使用，可以使弹簧的弹性性能理想，使弹簧的偏置频率在很大范围载荷应力内下稳定。=2\*GB3②纵臂式可以提高悬架的设计灵活性，保证悬架的纵倾性能。当车轮跳脱时，主旋倾角的变化可满足设计要求。=3\*GB3③A字架结构又称纵臂变形结构，它具有很大的刚度，可以降低车身的横向振动加速度，从而减少多余的附加载荷。主要用于重型车辆的悬挂。前悬双横臂式通常用于汽车，后悬架接管纵向转向机构。在普通车辆中，由于垂直振动和滚动，车体和轴之间经常发生相对运动，高度调整器的构造需要避免频繁更换高度调整器。4.2高度控制阀空气悬架不可或缺的部分是高度控制阀，其任务在所有静态负载条件下都能得到稳定的高度，因此空气弹簧的优点可以更好地体现在高度控制阀的应用中。高度控制阀通常分为两种，电磁式和机械式，根据构成的不同能够分为有延迟机构和无延迟机构，现在机械式高度控制阀广泛应用于国内的空气悬架[15]。高度控制阀的工作原理：当车辆负载上升时，车身下降，空气弹簧压缩，连杆向上移动。同时，曲柄绕活塞转动，打开进排气门，气缸内的高压空气通过通道进入气囊；车体回到一定高度后，将控制连杆回到原来水平的位置。此时阀门关闭，压缩空气结束。车的负荷减少的话，车身上升，空气弹簧出来。相反，控制杆被拉伸，入口和排气门打开，安全气囊中的高压空气通过管道和活塞中的通道流出。图9不带延时机构的高度阀示意图高度控制阀的特性参数主要有截止频率，一般为1Hz，动作延迟时间为3±1s，低流量为110L/Min，标准流量下为320L/Min，排出气流流速为850L/min。第5章悬架导向机构的设计5.1悬架导向机构的概要及强度力的计算导向机构在空气悬架中也担负着重要角色，是空气悬架的重要组成机构。在功能上，它承受着货车的纵向力、横向力和扭矩。因此，导向机构的设计须有一定的强度才行，布置位置应足够防止干扰。如果导向机构的设计是不合理的,它会增加空气弹簧所承受的压力,这样空气弹簧变形、扭曲、摩擦和其他危害减少弹簧的正常功能和寿命。导向杆的受力如下图所示：=1\*GB2⑴前悬导向杆的受力分析图5-1导向杆受力分析图FfWf2RufRlfσuσl式中c=337mme=346.4mmA=844.46mm得Wf2=7497kgFf=44982kgRufσu=导向杆的材料σB=48kg/则高的破坏安全率及降伏安全率分别为SFSF则低的破坏安全率及降伏安全率分别为SFSF5.2横向稳定杆的选择为了降低车辆的自然振动频率，提高驾驶舒适性，空气悬架的垂向刚度通常较小。但是，它会使车辆更重和侧倾，从而影响车辆的稳定性，所以须增添稳定装置，以增加悬架的侧倾刚度，横向稳定器不仅可以增加弹簧的刚度，还可以减小车身转动的角度，一般稳定器安装在车辆的前后悬架上[16]。在悬架的一部分，稳定杆也可以作为导向元件。在建造稳定杆时，应注意导向机构之间可能存在的运动干扰，为了降低声音和振动分辨率，稳定杆、车轮和车架的接头由橡胶支撑。5.3稳定杆的横向载荷及强度图5-2横拉杆的受力轴力Fy式中Rfy=3300kgθ=则Fy施加在杆上的拉伸（或压缩）应力σt=则SFB=5.4悬架及整车的刚度首先分别计算前后轴的侧倾刚度，从而再计算出整车的侧倾刚度5.4.1前轴的侧倾刚度图5-3前轴的整车参数示意前轴的侧倾刚度:G1（kg∙mm/rad）前空气弹簧的角刚度:前扭力杆的角刚度：G前悬连杆橡胶衬套角刚度：空气弹簧左右间距:d1横向稳定杆的安装点间距:d侧倾中心高度:ℎ1侧倾中心到重心的距离（H—空气弹簧的静刚度K1横向稳定杆的弹性系数:Ks1前橡胶衬套的角刚度Gr1：G1=Ga1G=0.5X13.178X832.5=4.553X106G=11.43X796=7.242X1065.4.2后轴的侧倾刚度及侧倾中心图5-4后轴的整车参数G=7.471×G=46.45×G=54.883×整车的侧倾刚度G==12.245×连接前后侧倾中心的轴线称为侧倾轴。侧倾力矩和侧倾角μW∴θ=这里μ=0.3，W=16000kg，H=1310mm把h=635mm，G=6.707 X107kgmmθ=∴θ=因为要求满足的侧倾角为：θ≤3.5°第6章减振器机构类型及主要参数的选择计算6.1减振器分类被广泛接受的悬架减振器是充满液体的液压减振器。当车身和车轮受到振动时，减振器中的液体通过减振孔降低减振阻力。它可以把振动所产生的能量转变为热能并分散，从而达到快速减振的意图，如果能耗只在压缩行程或膨胀行程时，则叫做单向减振器。如果能量消耗同时在两个冲程中进行，为双向式减震器。后者之所以被广泛使用，是因为它相对更好。根据构造形态差异，减震器分为摇臂类型和筒型两种。摇臂式减震器一般用于工作压力高（8-20mpa）的动作状况。可以施加很大的压力范围。但其结构形状受活塞和工作环境的影响，使压力范围不稳定。在设计减振器时，应满足基础要求，能够保证汽车在使用中的平稳性能，当前许多大车都采用圆柱形减振器，车架与车桥相对移动时，其腔内油液与孔壁的摩擦对机体振动产生阻碍。=1\*GB3①在压缩行程（轴与车架接近）中，减震器的衰减力小，充分发挥弹性元件的弹性作用，减少冲击时，弹性元件起到很大作用。=2\*GB3②在悬架膨胀方式下（桥梁相距较远），减振器的阻尼力要大，减振速度要快。本次设计采用双缸液压减振器，如下图所示。图6-1双向式液压减振器1—活塞2—工作缸筒3—贮油缸筒4—底阀座5—油封6—防尘罩7—活塞杆6.2器的选定及阻尼力的计算在本说明书书中记述了关于减震器选定的规格和实际设定时的注意事项。在本说明书中，主要进行了阻尼力的计算[17]。（1）阻尼力的求法CCc=ψ，Cψ：阻尼比C：减振器的阻尼系数Cc悬架系的临界阻尼系数K：悬架的刚度kg/mmW：分在弹簧上的载荷kg g：重力加速度9800mm/F：阻尼力kgV：车轮端速度mm/s表3车轮速度对应的阻尼比V 前轴ψ后轴ψ 0.1m/s（100mm/s）0.2—0.60.2—0.60.3m/s（300mm/s）0.2—0.60.2—0.60.6m/s（600mm/s）0.1—0.40.1—0.42）前轮减振器的阻尼力首先求刚开始的临界阻尼系数。在这里，弹性刚度使用以前在实际中采用的k=13.178kg/mm。W是弹簧上载荷:2420kg，g是重力加速度:9800mm/ CC根据查资料可知阻尼比的范围取值计算下限值、平均值及上限值的数据如下所示。表4阻尼范围对应的数据值V（m/s）Ccψ范围ψF=0.1（100mm/s）3.6070.2—0.60.272.140.4144.30.6216.40.3（300mm/s）3.6070.2—0.60.22160.44330.66490.6（600mm/s）3.6070.1—0.40.12160.255400.4864通常，有很多方法计算在0.3-0.4的范围内的不同速度对应的衰减力。但是，因为制作减震器时以V=0.3m/s的阻力为基准，所以V=0.1m/s，V=0.6m/s的情况还很多，衰减力与计算值不一致。因此，一般的方法是以V=0.3m/s、V=0.3-0.4为基准，准备以2~3点为基准上下变化的试制品，评价实车乘坐感觉的结果，这些决定了图纸上的结构尺寸。第7章空气悬架性能分析本章从运动稳定性、驾驶舒适性、车轮载荷等方面阐述了空气悬架相对于钢板弹簧悬架的性能优点。以下以这两种不同型式悬架车辆为研究对象，创建动力学模型，探讨其对汽车稳定性和驾驶舒适性的影响。7.1悬架模型7.1.1钢板弹簧悬架系统模型为了方便两种悬架的对比，阐述空气悬架在性能上的优点，以下使用在特性自由度和特定车辆模型下来分析性能参数。其中，以线性弹簧取代车辆轮胎，不计阻尼。kt为车轮刚度系数，k1、k2分别代表两种悬架不同的弹簧刚度，其中k1是固定常数，k2则受空气弹簧所处状态的影响，c代表减振器的阻尼系数；mi1是非簧载质量，mi2是簧载质量；q、z图7-1钢板悬架车辆模型结构图图7-2空气悬架车辆模型结构图由牛顿定律，创建钢板弹簧悬架的运动方程:m7.1.2空气悬架车辆模型（1）空气弹簧非线性特性根据参照的载货汽车空气弹簧进行性能测试研究实验，得到了这个压强的初期气压为0.58MPa的负荷·变形曲线。图7-3空气弹簧的载荷-变形曲线按照实验数据，综合空气弹簧刚度和变形量得出以下表达式：k其中k2为空气弹簧刚度N／mm；．x实空气弹簧的形变量可以观察发现空气弹簧具有非线性的特征，在实验数据线中间的刚度低，在伸长和压缩状态下的刚度慢慢升高。（2）空气悬架车辆系统的动力学方程根据上面空气悬架模型车辆的结构图，根据牛顿定律得出下列公式表达空气悬架的运动状态。m7.2路面输入模型现以一辆载货汽车以每小时60千米的速度通过沥青道路，车轮轮胎承受来自路面上的力能够用滤波噪声来模拟，其数学模型如下：q其中qt是车轮轮胎承受来自路面的随机受力；α是道路不平度系数；v为车速；ω（t）在路面的偏差分类标准中得到到路面的不平度系数，图4所示为SIMULINK中受到路面激励的时域信号。图7-4级路面谱时域信号7.3仿真计算7.3.1仿真模型根据上述所列方程，可以在仿真软件上进行动力学模拟仿真，对两种悬架的性能进行分析对照，如下图所示，其中有两个输入端分别为路面谱输入和刚度输入，三个输出端分别为动载荷输出、车身加速输出与悬架动挠度输出。图7-5系统动力学仿真模型7.3.2仿真结果从上面所建的结构模型和相关参数，对两种悬架进行模拟仿真，得到对应的车身垂直加速度、悬架动挠度与车轮动载荷的图示结果，分别为图6、7、8。按照图示结果得到相关性能参数如下表所示。可以从表中发现，空气悬架在三项的数值上都低于钢板悬架，表明了空气悬架的平顺性，稳定性能优于传统钢板悬架。图7-6车身垂直加速度仿真曲线图7-7悬架动挠度仿真曲线表5仿真性能分析性能加速度标准差加速度峰值动挠度标准差动挠度峰值车轮动载荷车轮动载荷/·s−2/·s−2/m/m类钢板弹簧悬架6.95