載貨汽車的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目錄摘要.Abstract. 1 緒論31.1 懸架的概述31.2 懸架的分類41.3 重型載貨汽車懸架系統(tǒng)目前的工作狀況51.4 懸架技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)61.4.1懸架技術(shù)的研究現(xiàn)狀61.4.2懸架技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)61.4.3懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求62 空氣懸架結(jié)構(gòu)72.1 空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介72.1.1空氣懸架系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)72.1.2空氣彈簧的類型72.1.3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)82.1.4高度控制閥82.2 空氣懸架系統(tǒng)的工作原理83 懸架主要參數(shù)的確定103.1 載貨汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)103.2 懸架靜撓度103.3 懸架動(dòng)撓度113.4 懸架彈性特性114 彈性元件的設(shè)計(jì)134.1 空氣彈簧力學(xué)性能134.1.1空氣彈簧剛度計(jì)算134.1.2空氣彈簧固有頻率的計(jì)算154.1.3空氣彈簧的剛度特性分析164.2 高度控制閥185 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)195.1 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的概述195.2 橫向穩(wěn)定桿的選擇195.3 側(cè)頃力臂的計(jì)算方法205.4 穩(wěn)定桿的角剛度計(jì)算225.5 懸架的側(cè)傾角校核236 減振器機(jī)構(gòu)類型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算246.1 分類246.2 主要參數(shù)的選擇計(jì)算257 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性分析308 結(jié)論31參考文獻(xiàn)32致謝33附錄A 譯文34附錄B 外文原文41附錄C 維圖形.511 緒論1.1 懸架的概述懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力）、縱向反力（牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架（或承載式車身）上，以保證汽車的正常行駛?，F(xiàn)代汽車的懸架盡管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但是一般都由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。由于汽車行駛的路面不可能絕對(duì)平坦，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時(shí)，這種沖擊力將達(dá)到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車架和車身時(shí)，可能引起汽車機(jī)件的早期損壞，傳給乘員和貨物時(shí)，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系統(tǒng)中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸架中還必須裝有彈性元件，使車架（或車身）與車橋（或車輪）之間作彈性聯(lián)系。但彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適和疲勞。故懸架還應(yīng)當(dāng)具有減振作用，使振動(dòng)迅速衰減（振幅迅速減?。榇?，在許多結(jié)構(gòu)形式的汽車懸架中都設(shè)有專門的減振器。以下對(duì)懸架重要的組成部分進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。(一)彈性元件彈性元件主要是把車架或車身與車橋或車輪彈性的連接起來(lái)，主要有空氣彈簧，鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧等。(1)空氣彈簧空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個(gè)密閉容器，在其中貯入壓縮空氣，利用空氣的可壓縮性實(shí)現(xiàn)其彈簧的作用。這種彈簧的剛度是可變的，因?yàn)樽饔迷趶椈缮系妮d荷增加時(shí)，容器內(nèi)的定量氣體氣壓升高，彈簧剛度增大。反之，當(dāng)載荷減小時(shí)，彈簧內(nèi)的氣壓下降，剛度減小，故空氣彈簧具有較理想的彈性特性。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，生活水平的不斷提高，人們對(duì)汽車的乘坐舒適性及各方面的性能提出了更高的要求，這便迫使各汽車生產(chǎn)廠家不斷的引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，保持強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)能力。從而空氣彈簧的設(shè)計(jì)與研究也越來(lái)越受到車輛設(shè)計(jì)人員的青睞。在本論文主要是對(duì)空氣彈簧進(jìn)行了研究與探討。(2)鋼板彈簧由多片不等長(zhǎng)和不等曲率的鋼板疊合而成。鋼板彈簧除具有緩沖作用外，還有一定的減震作用。(3)螺旋彈簧只具備緩沖作用，多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。由于沒(méi)有減震和傳力的功能，還必須設(shè)有專門的減震器和導(dǎo)向裝置。(4)扭桿彈簧將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過(guò)擺臂與車輪相連，利用車輪跳動(dòng)時(shí)扭桿的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適合于獨(dú)立懸掛使用。(二)導(dǎo)向裝置導(dǎo)向裝置是指懸架中的某些用來(lái)傳力同時(shí)還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對(duì)車架和車身跳動(dòng)的任務(wù)的機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向裝置主要有以下幾點(diǎn)作用：在車架或車橋之間傳遞力矩。使車橋或車輪按一定軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。(三)減振裝置減振裝置主要是用來(lái)消耗振動(dòng)能量，衰減振動(dòng)。彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，減震器可以使振幅迅速減小，以避免持續(xù)的振動(dòng)給駕駛員的不舒適和疲勞。車輪相對(duì)于車架和車身跳動(dòng)時(shí)，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求，否則對(duì)汽車某些行駛性能（特別是操縱穩(wěn)定性）有不利的影響。因此，懸架中某些傳力構(gòu)件同時(shí)還承擔(dān)著使車輪按一定軌跡相對(duì)于車架和車身跳動(dòng)的任務(wù)，因而這些傳力構(gòu)件還起導(dǎo)向作用，故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。由此可見，上述這三個(gè)組成部分分別起緩沖、減振和導(dǎo)向的作用，然而三者共同的任務(wù)則是傳力。432151彈性元件 2縱向推力桿 3減振器 4橫向穩(wěn)定器 5橫向推力桿圖1-1 汽車懸架組成示意圖1.2 懸架的分類根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)型式的不同，汽車懸架又可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架和車價(jià)（或車身）連接；獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車輪通過(guò)各自的懸架與車架（或車身）連接。獨(dú)立懸架是每一側(cè)的車輪都是單獨(dú)地通過(guò)彈性懸架懸掛在車架或車身下面的。其優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；可以使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪單獨(dú)跳動(dòng)，互不相干，能減小車身的傾斜和震動(dòng)。不過(guò)，獨(dú)立懸架存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修不便的缺點(diǎn)。現(xiàn)代轎車大都是采用獨(dú)立式懸架，按其結(jié)構(gòu)形式的不同，獨(dú)立懸架又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架等。圖1-2 獨(dú)立懸架非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過(guò)彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。非獨(dú)立懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。圖1-3 非獨(dú)立懸架1.3 重型載貨汽車懸架系統(tǒng)目前的工作狀況 現(xiàn)代的載貨運(yùn)輸特點(diǎn)是要求多樣化的，簡(jiǎn)單的將貨物從甲地運(yùn)送到乙地的運(yùn)輸方式以滿足不了運(yùn)輸要求。在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中，由于道路情況不同，運(yùn)輸?shù)陌踩裕貢r(shí)性，靈活性以及運(yùn)輸?shù)膬r(jià)格和效率比直接關(guān)系到企業(yè)的命運(yùn)和存亡。運(yùn)輸質(zhì)量和安全首先通過(guò)行駛系統(tǒng)來(lái)保證，因此越來(lái)越多的車輛制造者和汽車企業(yè)家認(rèn)識(shí)到懸架系統(tǒng)的重要性。目前的重型載貨汽車一直面臨著一個(gè)問(wèn)題就是：汽車載重量和平順性之間的矛盾。載貨汽車空載時(shí)汽車的舒適性會(huì)比滿載時(shí)差的很多，尤其是大型工程運(yùn)輸車在凹凸不平的路面甚至是露天礦山上長(zhǎng)時(shí)間往返的行駛時(shí)，這種情況更加明顯。在空載或少量載荷時(shí)貨車的平順性及其差，這樣會(huì)使駕駛員和乘坐者很容易感到疲勞，從而引發(fā)交通事故，造成嚴(yán)重的后果。對(duì)于載重貨車而言，根據(jù)不同的用途，不同的工況以及客戶的需求承載能力和平順性必須要綜合考慮。目前的重型載貨汽車多用被動(dòng)式的定剛度的懸架系統(tǒng)，若要求其有較高的承載能力，勢(shì)必要有很大的懸架剛度。然而根據(jù)以往的研究得知，懸架的剛度越大汽車的行駛平順性和安全性能也就越差。因此，承載能力與平順性一直是載貨汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)永恒的矛盾。1.4 懸架技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.4.1懸架技術(shù)的研究現(xiàn)狀機(jī)械裝置的基本規(guī)律指出：載貨汽車良好的舒適性，操縱穩(wěn)定性及良好的承載能力在使用定剛度和定阻尼減震器的傳統(tǒng)懸架中是不能同時(shí)滿足的。因此，傳統(tǒng)的懸架在設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免的要進(jìn)行乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的折衷，盡管近年來(lái)傳統(tǒng)懸架在結(jié)構(gòu)上的不斷更新和完善，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，已使汽車(特別是轎車)的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性有很大提高，例如橫臂式獨(dú)立懸架、縱臂式獨(dú)立懸架、車輪沿主銷移動(dòng)的懸架(燭式和麥弗遜式)等等的采用，但傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)仍然受到許多限制，如最終設(shè)計(jì)的懸架參數(shù)(彈簧剛度、減振器阻尼系數(shù))是不可調(diào)節(jié)的，致使傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)只能保證汽車在一種特定的道路和速度條件下達(dá)到性能最優(yōu)的折衷。1.4.2懸架技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)前在大型商用汽車、半掛車中采用空氣懸架系統(tǒng)越來(lái)越多?？諝鈶壹芡怀龅膬?yōu)點(diǎn)是平順性好，維修少，壽命長(zhǎng)，對(duì)承運(yùn)的乘客和貨物的保護(hù)比鋼板彈簧懸架有著很大的提高，而對(duì)整車和路面的損壞程度也大大減少。鋼板彈簧在不同的載荷下產(chǎn)生不同的彎曲，這樣會(huì)導(dǎo)致整車到地面的距離總是在發(fā)生變化，如果保持彈簧的彈性而增加載荷的話，這會(huì)降低彈簧的固有頻率甚至使彈簧的特性發(fā)生改變。空氣彈簧基于空氣的可壓縮性，封閉在氣囊里的空氣是彈性元件，空氣彈簧通過(guò)不同氣囊的壓力來(lái)平衡不同的載荷?？諝鈴椈傻墓逃蓄l率穩(wěn)定，因此它的彈性性能也穩(wěn)定，這樣就意味著空氣彈簧更加的接近理想狀態(tài)。隨著我國(guó)高速公路的迅速發(fā)展，公路運(yùn)輸量的增加，對(duì)汽車性能的要求也越來(lái)越高，空氣懸架憑著其自身的優(yōu)越性能在貨車上的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。另外，隨著重型載貨汽車對(duì)路面的破壞機(jī)理的研究及認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深，以及政府對(duì)高速路養(yǎng)護(hù)的進(jìn)一步重視，空氣懸架在重型貨車上的應(yīng)用也必將進(jìn)一步增加。因此，對(duì)空氣懸架的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究也顯得越來(lái)越重要。1.4.3懸架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求對(duì)懸架提出的設(shè)計(jì)要求有：（1）保證汽車有良好的行駛平順性；（2）具有適合的衰減振動(dòng)的能力；（3）保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性；（4）汽車制動(dòng)或加速時(shí)，要保證車身穩(wěn)定性，減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要適合；（5）有良好的隔聲能力；（6）結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要??；（7）可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí)，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。2 空氣懸架結(jié)構(gòu)2.1 空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介2.1.1空氣懸架系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)空氣彈簧懸架具有變剛度、剛度小、振動(dòng)頻率低、車身高度不變等優(yōu)點(diǎn)。典型的機(jī)械式空氣懸架主要包括以下幾個(gè)部分：(1)空氣彈簧空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個(gè)密閉容器，在其中貯入壓縮空氣，利用空氣的可壓縮性實(shí)現(xiàn)其彈簧的作用。這種彈簧的剛度是可變的，因?yàn)樽饔迷趶椈缮系妮d荷增加時(shí)，容器內(nèi)的定量氣體氣壓升高，彈簧剛度增大。反之，當(dāng)載荷減小時(shí)，彈簧內(nèi)的氣壓下降，剛度減小，故空氣彈簧具有較理想的彈性特性。(2)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是承受汽車的縱向力、力矩及橫向力。由于空氣懸架只能承受垂直載荷，所以需要安裝導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以承受橫向力、縱向力及力矩以使車橋(或者車輪)按一定的軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。(3)減振裝置減振裝置主要是用來(lái)消耗振動(dòng)能量，衰減振動(dòng)。空氣作為空氣彈簧的工作介質(zhì)，內(nèi)摩擦極小，與板簧相比空氣彈簧本身只有少量阻尼，所以空氣懸架必須裝有阻尼器，而且其阻尼要相應(yīng)增加以達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。但如果阻尼過(guò)大又會(huì)使反應(yīng)遲鈍并向車身傳遞過(guò)多的高頻振動(dòng)和沖擊，所以減振器阻尼的匹配是否合理將影響懸架的性能。(4)高度控制閥高度控制閥是空氣彈懸架系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其主要功能是：隨整車載荷變化保持合理的懸架行程；高速時(shí)降低車身高度，保持車身穩(wěn)定性，減少空氣阻力；在起伏不平的路面上，可以提高車身高度從而提高了汽車的通過(guò)性，空氣彈簧的優(yōu)越性通過(guò)安裝高度控制閥充分的顯現(xiàn)出來(lái)。(5)其它附屬裝置空氣彈簧以壓縮空氣作為介質(zhì)，所以必須裝有壓氣機(jī)以產(chǎn)生壓縮空氣，另外為了進(jìn)一步提高空氣彈簧的性能大部分空氣懸架還裝有輔助氣室。現(xiàn)如今，隨著科技的迅速發(fā)展，很多高檔的客車、轎車以及商用車上已經(jīng)成功的使用了電控空氣懸架，這種懸架使用高度傳感器和電子控制單元來(lái)控制空氣彈簧的充氣和排氣，從而更加提高了空氣懸架的控制精度和反應(yīng)速度。但在功能好的同時(shí)也有其缺點(diǎn)：這種汽車懸架的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，而且成本非常高。所以在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的還不是很廣泛，但是這是汽車懸架發(fā)展的必然趨勢(shì)。2.1.2空氣彈簧的類型空氣彈簧的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成很多類型，根據(jù)壓縮空氣所用容器不同，可以將空氣彈簧分為囊式、膜式兩種形式。(1)囊式空氣彈簧囊式空氣彈簧是由夾有簾線的橡膠氣囊、密閉在容器中的壓縮氣體所組成。氣囊的內(nèi)層用氣密性好的橡膠制成，而外層則用耐油橡膠制成。根據(jù)橡膠氣囊曲數(shù)不同可將其分為單曲、雙曲和多曲的囊式空氣彈簧。氣囊各段之間鑲嵌有金屬輪緣，用于承受氣體的內(nèi)壓張力。囊式空氣彈簧的有效面積變化率較大，剛度較大，振動(dòng)頻率也較高。所以對(duì)于囊式空氣彈簧來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)倪x擇空氣彈簧的有效面積變化率和輔助氣室容積，可以有效地降低振動(dòng)頻率。隨著段數(shù)的增加，空氣的彈簧的剛度會(huì)變小。主要是由于氣囊的變形可由各個(gè)曲部平均分擔(dān)，因而曲段數(shù)越多，空氣彈簧的有效直徑變化率就會(huì)越小。(2)膜式空氣彈簧膜式空氣彈簧的構(gòu)造是在金屬外筒與內(nèi)筒或缸筒與活塞之間放置橡皮膜，通過(guò)膜的變形實(shí)現(xiàn)整體伸縮。在外筒的內(nèi)壁與內(nèi)筒的外壁上預(yù)先給出適當(dāng)?shù)膬A斜或曲面，據(jù)此橡皮膜伸縮時(shí)可沿該壁面發(fā)生變形，受壓面積隨變形而變化。這就可以獲得在標(biāo)準(zhǔn)高度下很軟，而在大位移時(shí)變硬的特性，即合適的非線性彈簧特性。膜式空氣彈簧在國(guó)內(nèi)外大客車上的應(yīng)用日益廣泛。因膜式空氣彈簧有效直徑變化較小，其剛度較低，自振頻率較低膜式空氣彈簧的底座同時(shí)也是活塞，該空氣彈簧的有效直徑能通過(guò)改變活塞的外形從而得到改變。從而可以得到所需的彈性特性。許多膜式空氣彈簧的底座還作為輔助氣室以增加空氣彈簧的總?cè)莘e，改善空氣彈簧的性能。這是提高空氣彈簧系統(tǒng)隔振效果的有效措施之一。2.1.3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向傳力機(jī)構(gòu)是空氣懸架的重要組成部件，要承受汽車的側(cè)向力，縱向力及其力矩。因此要有一定的強(qiáng)度，布置的方式要合理?？諝鈴椈蓱壹苤锌諝鈴椈芍饕惺艽怪陛d荷。如果導(dǎo)向機(jī)構(gòu)布置的不合理則會(huì)給空氣彈簧帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)，使其發(fā)生扭曲，摩擦等現(xiàn)象，惡化減震的效果，從而縮短了空氣彈簧的壽命。汽車空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有以下幾點(diǎn)作用：在車架或車橋之間傳遞力矩。是車橋或車輪按一定軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。這是空氣懸架中導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的最重要的一個(gè)作用。2.1.4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(shì)也只有在采用了高度控制閥的情況下才能得到充分的體現(xiàn)。汽車空氣懸架的高度控制閥一般分為機(jī)械式和電磁式，按其組成可分為帶延時(shí)機(jī)構(gòu)高度控制閥和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)高度控制閥-由于目前在國(guó)內(nèi)空氣懸架多采用機(jī)械式高度閥，因而在此針對(duì)帶延時(shí)機(jī)構(gòu)和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的兩種機(jī)械式高度闊進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。延時(shí)機(jī)構(gòu)由緩沖彈簧和油壓減振器組成。其作用是：在車輛運(yùn)行時(shí)的正常振動(dòng)中，保證空氣彈簧的高度雖有變化但不起進(jìn)、排氣作用，而當(dāng)靜載荷變化或以極低頻率振動(dòng)時(shí)，保證空氣彈簧進(jìn)行充、排氣，以使在汽車正常的振動(dòng)中高度閥的進(jìn)、排氣閥不會(huì)頻繁地打開，從而減少壓縮空氣的浪費(fèi)。在使用不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的高度閥時(shí)，車輛在運(yùn)行過(guò)程中高度閥的進(jìn)、排氣閣不斷地關(guān)閉，空氣消耗量大，為此一般在空氣通道上設(shè)置一節(jié)流孔，或在排氣通道外加一長(zhǎng)橡膠軟管，以便限制空氣流量，避免空氣中的水分和灰塵堵塞小孔。2.2 空氣懸架系統(tǒng)的工作原理在理想狀態(tài)下，裝有空氣彈簧懸架的汽車通過(guò)壓縮空氣的壓力能夠隨載荷和道路條件變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，不論滿載還是空載整車高度幾乎不會(huì)發(fā)生變化。可以大大提高乘坐的舒適性?？諝鈶壹艿墓ぷ髟恚嚎諝鈮嚎s機(jī)供給儲(chǔ)氣筒壓縮空氣，儲(chǔ)氣筒上裝有壓力保護(hù)閥，當(dāng)儲(chǔ)氣筒的壓力超出設(shè)定壓力時(shí)，壓力保護(hù)閥會(huì)自動(dòng)打開把過(guò)載壓力卸掉。當(dāng)車輛在平直路面上行駛時(shí)，高度閥的充氣閥門和排氣閥門均關(guān)閉，空氣彈簧氣囊內(nèi)即不充氣也不放氣，車架高度保持不變。當(dāng)車輛行駛在不平路面或轉(zhuǎn)彎時(shí)，車輪產(chǎn)生跳動(dòng)或轉(zhuǎn)彎離心力都會(huì)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(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，當(dāng)車輛載荷增加時(shí)，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(shí)車架恢復(fù)到設(shè)定高度，即空氣彈簧氣囊回升到原來(lái)的高度；當(dāng)車輛載荷下降時(shí)，空氣彈簧氣囊在其腔內(nèi)壓縮空氣的作用下伸長(zhǎng)，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(shí)車架逐漸恢復(fù)到設(shè)定高度。3 懸架主要參數(shù)的確定3.1 載貨汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)重型載荷汽車是貨車一種，它的噸位必須滿足大于14t才能稱之為重型載荷汽車。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)載貨汽車空氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jìn)行了空氣懸架改裝設(shè)計(jì)，對(duì)多軸載貨車輛空氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。DND1250CWB459P整車參數(shù)如下表所示。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。其前懸架采用四連桿機(jī)構(gòu)空氣懸架系統(tǒng), 空氣彈簧布置在橋的正上方, 其作為彈性元件承受全部垂直載荷。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。整車的主要尺寸參數(shù)有貨車的外廓尺寸的長(zhǎng)為10150mm，寬為2400mm，高為2985mm，軸距4615+1300mm，輪距（前/后）為2045/1860mm，前懸為1400mm，后懸為2835mm。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(shí)整車重心高度為1800mm。前輪定位參數(shù)有主銷內(nèi)傾角為330，主銷后傾角為130，前輪外傾角為130，前輪前束為0mm-1mm。3.2 懸架靜撓度懸架靜撓度是指汽車滿載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度c之比，即。對(duì)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(rèn)為，即前、后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂直振動(dòng)是相互獨(dú)立的，并用偏頻，表示各自的自由振動(dòng)頻率。偏頻越小，則汽車的平順性越好。采用鋼板彈簧的載貨汽車的偏頻略高于轎車，前懸架約為1.3Hz，后懸架則可能超過(guò)1.5Hz，采用空氣彈簧后，這一數(shù)值可以進(jìn)一步降低，載貨汽車為0.8-1.2Hz。為了減小汽車的角振動(dòng)，一般汽車前、后懸架偏頻之比約為=0.85-0.95。； （3-1），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(shí)，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/。將，代人式（3-1）得到 ； （3-2）式中， 的單位為mm。有式可知，懸架的靜撓度直接影響車身振動(dòng)的偏頻n。因此，保證汽車有良好的行駛平順性，必須正確的選取懸架的靜撓度。在選取前、后懸架的靜撓度值和時(shí)，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(dòng)。理論分析證明：若汽車以較高車速駛過(guò)單個(gè)路障，/1時(shí)的車身縱向角振動(dòng)要比/1時(shí)小，故推薦?。?.80.9）。考慮到貨車的前、后軸荷的差別，推薦。用途不同的汽車，對(duì)平順性要求不一樣。以運(yùn)送人為主的轎車對(duì)平順性的要求最高，大客車次之，載貨車更次之。對(duì)普通級(jí)以下轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在1.001.45Hz，后懸架則要求在1.171.58Hz。原則上轎車的級(jí)別越高，懸架的偏頻越小。對(duì)高級(jí)轎車滿載的情況，前懸架偏頻要求在0.801.15Hz，后懸架則要求在0.981.30Hz。貨車滿載時(shí)，前懸架偏頻要求在1.502.10Hz，而后懸架則要求在1.702.17Hz。選定偏頻以后，再利用式(32)即可計(jì)算出懸架的靜撓度。3.3 懸架動(dòng)撓度懸架的動(dòng)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。要求懸架應(yīng)有足夠的動(dòng)撓度，防止破壞路面上行駛時(shí)經(jīng)常碰撞緩沖塊。對(duì)貨車，取60-90mm。據(jù)汽車最新使用手冊(cè)得，采用空氣彈簧的載貨汽車的偏頻=0.9Hz，=1Hz。代人公式（3-2）得，=307.0mm，=248.7mm。本設(shè)計(jì)選取=90mm，=60mm。3.4 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(duì)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。其切線的斜率是懸架的剛度。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)懸架變形廠與所受垂直外力F之間呈固定比例變化時(shí)，彈性特性為一直線，稱為線性彈性特性，此時(shí)懸架剛度為常數(shù)。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(shí)，彈性特性如圖31所示。此時(shí)，懸架剛度是變化的，其特點(diǎn)是在滿載位置(圖中點(diǎn)8)附近，剛度小且曲線變化平緩，因而平順性良好；距滿載較遠(yuǎn)的兩端，曲線變陡，剛度增大。這樣可在有限的動(dòng)撓度范圍內(nèi)，得到比線性懸架更多的動(dòng)容量。懸架的動(dòng)容量系指懸架從靜載荷的位置起，變形到結(jié)構(gòu)允許的最大變形為止消耗的功。懸架的動(dòng)容量越大，對(duì)緩沖塊擊穿的可能性越小?？蛰d與滿載時(shí)簧上質(zhì)量變化大的貨車和客車，為了減少振動(dòng)頻率和車身高度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線性懸架。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(duì)車架的撞擊，減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的側(cè)傾與制動(dòng)時(shí)的前俯角和加速時(shí)的后仰角，也應(yīng)當(dāng)采用剛度可變的非線性懸架。鋼板彈簧非獨(dú)立懸架的彈性特性可視為線性的，而帶有副簧的鋼板彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧等，均為剛度可變的非線性彈性特性懸架。圖31 懸架彈性特性曲線1緩沖塊復(fù)原點(diǎn) 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(shí)開始接觸彈性支架 8額定載荷4 彈性元件的設(shè)計(jì)空氣懸架多應(yīng)用于大型客車和無(wú)軌電車上，在高級(jí)轎車、長(zhǎng)途運(yùn)輸重型載貨汽車和掛車上有所應(yīng)用。其彈性元件是由夾有簾線的橡膠囊或模和充入其內(nèi)腔的壓縮空氣所組成的。這種懸架除彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)外，一般還裝有車身高度調(diào)節(jié)裝置。由于空氣彈簧可以設(shè)計(jì)的比較柔軟，因而空氣懸架可以得到較低的固有頻率，同時(shí)空氣彈簧的變剛特性使得這一頻率在較大的載荷變化范圍內(nèi)保持不變，從而提高了汽車的平順性。空氣懸架的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)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。此外，空氣懸架還具有空氣彈簧壽命長(zhǎng)、質(zhì)量小以及噪音低等一些優(yōu)點(diǎn)。按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jiǎn)單，制造方便，但剛度較高，因而常用于大型客車、無(wú)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(dòng)剛度會(huì)增大。以橡膠囊為主要元件的囊式空氣彈簧，在用來(lái)承受內(nèi)壓張力的鋼質(zhì)腰環(huán)分割下來(lái)，氣囊被分為不同節(jié)數(shù)，并據(jù)此分為單曲、雙曲和多曲氣囊三種，囊式空氣彈簧結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造容易，因此成本低；又因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)橡膠膜的曲率變化小，所以使用壽命長(zhǎng)。本次設(shè)計(jì)選取雙曲空氣彈簧。圖 41 雙曲氣囊空氣彈簧1上蓋 2橡膠膜 3腰環(huán) 4底座4.1 空氣彈簧力學(xué)性能空氣彈簧的支承、彈性作用取決于空氣彈簧內(nèi)的壓縮空氣。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。4.1.1空氣彈簧剛度計(jì)算空氣彈簧是利用橡膠氣囊內(nèi)壓縮空氣的反作用力作為彈性恢復(fù)力的彈性元件。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(jì)算： (4-1)橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取0.1MPa；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。空氣彈簧緩慢振動(dòng)時(shí)，彈簧內(nèi)氣體狀態(tài)變化視為等溫變化，n=1；空氣彈簧劇烈振動(dòng)時(shí)，彈簧內(nèi)氣體狀態(tài)變化視為絕熱過(guò)程，n=1314，本次設(shè)計(jì)選取n=1.380。囊式空氣彈簧的有效面積變化率對(duì)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(jì)選取=0。由式（4一l）可知，空氣彈簧的有效承壓面積及其交化率對(duì)空氣彈簧剛度的影響顯著。囊式空氣彈簧工作時(shí)有效承壓面積交化率較大，彈簧剛度較大。由于分擔(dān)氣囊形變的曲囊越多，氣囊有效承面積變化率越小，因此曲囊增多可減小囊式空氣彈簧的剛度。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。同時(shí)，膜式空氣彈簧可以通過(guò)改變活塞底部形狀來(lái)控制有效承壓面積變化率，以獲得理想彈性特性。另外，囊式空氣彈簧可以通過(guò)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(lái)增大氣體體積，從而降低彈簧剛度。1）前懸的空氣彈簧剛度計(jì)算前懸架有四個(gè)氣囊、四個(gè)減震器、兩個(gè)高度控制閥、兩根橫向推力桿和兩根縱向推力桿構(gòu)成的四連桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)GB/T13061-91對(duì)汽車的空氣彈簧的規(guī)定，本次選取的彈簧型號(hào)為B7-380X390的囊式空氣彈簧。設(shè)前懸架非簧載質(zhì)量按500kg計(jì)算，前懸架每支空氣彈簧的承受負(fù)載為式中：G為前懸軸載荷為6370kg，i為空氣彈簧個(gè)數(shù)，為前懸簧載質(zhì)量，為前懸非簧載質(zhì)量。代入推出為1467.5kg，每個(gè)空氣彈簧受力為=14381.5N。n為多變指數(shù)，此處選取為1.380；為橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力，?。粸闃?biāo)準(zhǔn)大氣壓，取0.1MPa；為空氣彈簧有效承壓面積，在390mm的設(shè)計(jì)高度上當(dāng)載荷為14381.5N時(shí)，彈簧內(nèi)部壓強(qiáng)為0.3Mpa，計(jì)算=14381.5/0.3=4.8010，V為空氣彈簧體積V=3904.8010=18.710mm；為有效面積的變化率，當(dāng)空氣彈簧在等壓的條件下，=0。將上述數(shù)據(jù)代入公式（4-1），經(jīng)計(jì)算可得前懸空氣彈簧剛度=69.8N/mm。2）后懸的空氣彈簧剛度計(jì)算后懸架有四個(gè)氣囊、四個(gè)減震器、兩個(gè)高度控制閥、兩根橫向推力桿和兩根縱向推力桿構(gòu)成的四連桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)GB/T 13061-91對(duì)汽車的空氣彈簧的規(guī)定，本次選取的彈簧型號(hào)為B7-380X390的囊式空氣彈簧。式中：后懸軸載荷為=12740kg，j為空氣彈簧個(gè)數(shù)，為后懸簧載質(zhì)量，后懸非簧載質(zhì)量=1000kg。代入推出為2935kg，每個(gè)空氣彈簧受力為=28763N。對(duì)于同一種空氣彈簧，變指數(shù)、有效面積不變，有效面積的變化率仍然為零，橡膠氣囊內(nèi)壓縮氣體工作壓力，取，將參數(shù)代入式子（4-1）得到后懸空氣彈簧剛度=118.9N/mm。4.1.2空氣彈簧固有頻率的計(jì)算彈簧振動(dòng)固有頻率用來(lái)表示，即= （4-2）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(shí)，也可以用下式計(jì)算固有頻率：氣體常數(shù)，當(dāng)汽車載荷緩慢變化時(shí)，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近于等溫過(guò)程，可取1；當(dāng)汽車在行駛過(guò)程振動(dòng)時(shí)，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近于絕熱過(guò)程，可取1.4；實(shí)際計(jì)算時(shí)，通常取1.21.4。從式子（4-2）可以看出：1）頻率與選擇的充氣壓力有關(guān)，越大，固有頻率越低。這種影響在壓力較低時(shí)尤為明顯。當(dāng)充氣壓力提高時(shí)，接近1時(shí)，再提高，則對(duì)降低固有頻率無(wú)明顯影響。頻率與折算高度H=有關(guān)，H越大固有頻率越低。特別是對(duì)于較小的氣囊，增加H對(duì)降低固有頻率有明顯影響。對(duì)于較大的氣囊，H的影響不是很明顯。2）頻率與有效面積的變化率有關(guān)，越大n越高。越小n越低。當(dāng)充氣壓力提高時(shí)，接近1時(shí)，再提高，則對(duì)降低固有頻率無(wú)明顯影響，故本次設(shè)計(jì)選取=1；n為多變指數(shù)，此處選取為1.380；為有效直徑變化率，一般囊式空氣彈簧的有效直徑變化率為0.350.40，膜式空氣彈簧的有效直徑變化率在0.100.2之間。本次設(shè)計(jì)選取=0.4；將上述參數(shù)代入（4-2）中空氣彈簧固有頻率=0.94Hz。4.1.3空氣彈簧的剛度特性分析當(dāng)在充滿氣體的空氣彈簧上作用外力后，會(huì)引起彈簧的微小變形，相應(yīng)的氣體容積變化量為。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 （43）式中彈簧內(nèi)空氣的絕對(duì)壓強(qiáng)； 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)。定義彈簧的有效面積 （44）可以得到 （45）將上式對(duì)位移求導(dǎo)可得空氣彈簧得剛度為 （46）這表明空氣彈簧的剛度由兩部分構(gòu)成，分別由氣體體積的變化和有效面積的變化而引起。在設(shè)計(jì)空氣彈簧時(shí)，對(duì)這兩個(gè)方面都要加以考慮。在靜平衡位置時(shí)，有，代人式(46)可得到靜平衡位置的彈簧剛度為 （47）從中可以看出，要想獲得較軟的剛度，應(yīng)該增大，但在布置上又不允許占用過(guò)高的空間，因而常常采用增加輔助氣室的辦法來(lái)達(dá)到增大，減小剛度的目的。由于空氣彈簧無(wú)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。目前常用的有以下三種方式：用鋼板彈簧作為導(dǎo)向元件，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以利用以前的零部件，便于改裝，同時(shí)板簧與空氣彈簧聯(lián)合作用可使懸架彈性特性更接近理想，懸架的偏頻在很大載荷范圍內(nèi)近似保持不變。縱臂式，這種方式增加了設(shè)計(jì)的靈活性，可以較好地保證懸架的縱傾特性，車輪跳動(dòng)時(shí)主銷傾角的變化量也能滿足要求。A型架式，實(shí)際上為縱臂式的變形，其側(cè)向剛度較大，可減小車身側(cè)向擺動(dòng)的加速度，從而減小懸架中出現(xiàn)的附加載荷，多用于重型車的懸架。在轎車上，一般前懸采用雙橫臂，后懸采用縱臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。空氣懸架車身高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是一端固定在車架、一端固定在車身上的聯(lián)動(dòng)閥，當(dāng)車引高度變化時(shí)，閥動(dòng)作打開相應(yīng)的氣路，向彈簧氣室中補(bǔ)充或由彈簧氣室放出空氣，達(dá)到測(cè)節(jié)車身高度的目的。汽車在正常行駛過(guò)程中，由于垂向振動(dòng)或側(cè)傾，車身與車橋之間總會(huì)發(fā)生相對(duì)位移。在設(shè)計(jì)車身高度調(diào)節(jié)器時(shí)，必須采取必要的措施以防止在此類情況下車身高度調(diào)節(jié)器頻繁動(dòng)作。4.2 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(shì)也只有在采用了高度控制閥的情況下才能充分體現(xiàn)。高度控制閥（以下稱高度閥）分為機(jī)械式和電磁式，按組成分為帶延時(shí)機(jī)構(gòu)和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)?？紤]到目前國(guó)內(nèi)空氣懸架多采用機(jī)械式高度閥，因此針對(duì)帶延時(shí)機(jī)構(gòu)和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的兩種機(jī)械式高度閥進(jìn)行研究。不帶延遲機(jī)構(gòu)的高度閥工作原理：車體荷重增加時(shí)，車體下降，空氣彈簧壓縮，控制桿被推向上方，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞頂開進(jìn)、排氣閥，風(fēng)缸中的壓縮空氣通過(guò)一段節(jié)流通道流入空氣彈簧；車架恢復(fù)到一定高度后，控制桿會(huì)返回平衡位置，此時(shí)進(jìn)氣閥被關(guān)閉，壓縮空氣關(guān)斷。當(dāng)車體荷重減少時(shí)，車體上升，空氣彈簧伸長(zhǎng)，與荷重增加時(shí)情況相反，控制桿被拉下，進(jìn)、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。圖42 不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的高度閥示意圖 高度閥的主要特性參數(shù)有截止頻率一般為1Hz，不感帶mm，動(dòng)作延遲時(shí)間為s，低流量為120 L/Min，標(biāo)準(zhǔn)流量為350 L/Min，排氣氣流流速為875 L/min。5 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1 懸架導(dǎo)向機(jī)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。其中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)發(fā)揮著非常重要的作用。導(dǎo)向傳力機(jī)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(qiáng)度，布置方式要合理，避免運(yùn)動(dòng)干涉?？諝鈴椈稍趹壹苤兄饕惺艽怪?，減振、消振，如果導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得不合理，則會(huì)增加空氣彈簧的負(fù)擔(dān)，甚至?xí)l(fā)生扭曲、摩擦等現(xiàn)象，惡化減振效果，縮短彈簧的壽命。汽車空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要作用是：在車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間傳遞力或力矩。使車橋(或車輪)按一定軌跡相對(duì)車身或車架跳動(dòng)。重型汽車空氣懸架導(dǎo)向機(jī)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(jī)構(gòu)（2）雙橫臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（3）雙縱臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 本設(shè)計(jì)選用雙縱臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)圖51 雙縱臂四連桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在重型汽車空氣懸架的設(shè)計(jì)中，雙縱臂式導(dǎo)向機(jī)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(jìn)行靈活的安排。一種是兩下縱臂同樣布置，另一種是兩根上臂合在一起，布置在中間。這兩種方式不能承受側(cè)向力，需要橫向推力桿。還可以將上面的兩根推力桿傾斜布置，構(gòu)成一個(gè)三角形架，他和下面的兩根縱向推力桿構(gòu)成一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)時(shí)一般都采用4X4X4設(shè)計(jì)思想：四個(gè)氣囊、四個(gè)減震器、四連桿結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)今重型汽車上采用v型推力桿的結(jié)構(gòu)也較為流行，這種結(jié)構(gòu)在傳遞縱向力的同時(shí)也傳遞橫向力，而且機(jī)構(gòu)比較緊湊，簡(jiǎn)潔，空間布置更合理。5.2 橫向穩(wěn)定桿的選擇為了降低汽車的固有振動(dòng)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(yán)重，影響了汽車的行駛穩(wěn)定性。為此，現(xiàn)代汽車大多都裝有橫向穩(wěn)定桿來(lái)加大懸架的側(cè)傾角剛度以改善汽車的行駛穩(wěn)定性。橫向穩(wěn)定桿帶來(lái)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(shí)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。通過(guò)，在汽車的前、后懸架中都裝有橫向穩(wěn)定桿，或者只在前懸架中安裝。若只在后懸架中安裝，則會(huì)使汽車趨于過(guò)多轉(zhuǎn)向。橫向穩(wěn)定桿帶來(lái)的不利因素有：當(dāng)汽車在坑洼不平的路面行駛時(shí)，左右輪之間有垂向相對(duì)位移，由于橫向穩(wěn)定桿的作用，增加了車輪處的垂向剛度，會(huì)影響汽車的平順性。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(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意避免與懸架的導(dǎo)向桿系發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。為了緩沖隔振和降低噪聲，橫向穩(wěn)定桿與車輪及車架的連接處均有橡膠支承。本次設(shè)計(jì)選取DND1250CWB459P的前后橫向穩(wěn)定桿的形狀如下圖所示圖52 橫向穩(wěn)定桿的外形圖5.3 側(cè)頃力臂的計(jì)算方法現(xiàn)在來(lái)討論一下側(cè)頃力臂的計(jì)算方法， 雙縱臂式非獨(dú)立前懸架布置方式如圖53所示圖53 縱臂式非獨(dú)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。當(dāng)車身受到側(cè)頃力作用時(shí)，地面通過(guò)兩根斜向布置的導(dǎo)向桿的約束反力的臺(tái)力Y來(lái)平衡。Y的作用點(diǎn)0在通過(guò)車軸的橫向垂直平面上的投影0m即側(cè)頃力矩中心。單縱臂式懸架的側(cè)傾力矩中心與雙縱臂類似，因篇幅有限，本文不再詳細(xì)描述。整車側(cè)傾力臂h的計(jì)算為： （5-1）式中-懸掛質(zhì)量重心高度； -整車側(cè)傾力矩中心高度。根據(jù)質(zhì)心公式，簧載質(zhì)量質(zhì)心高度為： （5-2）式中：G為滿載整車質(zhì)量，G=25000kg；為非簧載總質(zhì)量，=2500kg；為車輪靜力半徑，=540mm；為滿載時(shí)整車重心高度，=1800mm。將上述參數(shù)代入公式可得=1940mm。 （5-3）式中 ，分別為車身在前后軸處的側(cè)傾力矩中心高度；a整車懸掛質(zhì)量重心到前軸的距離；l軸距；根據(jù)載荷分配關(guān)系，質(zhì)心距前軸距離為： （5-4）根據(jù)上一章節(jié)計(jì)算可知前軸簧載質(zhì)量=5870kg =11740kg；為前軸與中軸間距，=3800mm；為中軸與后軸間距，=1380mm。將參數(shù)代入上面（5-4）的公式，可得a=2990mm。根據(jù)計(jì)算后得知，為前懸架簧載質(zhì)心到側(cè)傾中心的距離，=650mm；為后懸架簧載質(zhì)心到側(cè)傾中心側(cè)傾距離，=680mm：軸距l(xiāng)=4615+1300mm，及（5-4）所得a=2990mm，一起代入（5-3）得到=665mm。最后得出整車側(cè)傾力臂=1940-665=1275mm。5.4 穩(wěn)定桿的角剛度計(jì)算橫向穩(wěn)定桿的機(jī)構(gòu)如圖5-4所示。根據(jù)材料力學(xué)原理可求出穩(wěn)定桿的角剛度。根據(jù)材料力學(xué)原理可求出穩(wěn)定桿的角剛度由于連接點(diǎn)橡膠件變形，穩(wěn)定桿側(cè)傾角剛度會(huì)減小15%-30%。 （5-5）式中：E為材料的彈性模量，E=2.06X10MPa； 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5-4所示圖54 橫向穩(wěn)定桿計(jì)算用簡(jiǎn)圖將參數(shù)代入公式（5-5），可得前橫向穩(wěn)定桿角剛度為，后橫向穩(wěn)定桿角剛度為。整車側(cè)傾角剛度為前后懸架剛度之和： （5-6）式中：，為前、后懸架空氣彈簧跨度；，為前、后橫向穩(wěn)定桿角剛度，即=，=。將參數(shù)代入公式（5-6），可得=5.5 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(shí)，懸架給車身的彈性恢復(fù)力矩。它對(duì)簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響。側(cè)傾角過(guò)大或過(guò)小都不好。乘坐側(cè)傾角剛度過(guò)小而側(cè)傾角過(guò)大的汽車，乘員缺乏舒適感和安全感。側(cè)傾角剛度過(guò)大而側(cè)傾角過(guò)小的汽車又缺乏汽車發(fā)現(xiàn)側(cè)翻的感覺(jué)，同時(shí)使輪胎側(cè)偏角增大。如果發(fā)生在后輪，會(huì)使汽車增加了過(guò)多轉(zhuǎn)向的可能。對(duì)整車側(cè)傾角進(jìn)行簡(jiǎn)單校核，在側(cè)傾角極小時(shí)，根據(jù)繞側(cè)軸的力矩平和條件推出側(cè)傾角為 （5-7）式中：為向心加速度，在此選取0.4g；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。將本章各節(jié)所求的參數(shù)代入公式（5-7），即簧載質(zhì)量質(zhì)心高度=1940mm；h為簧載質(zhì)量側(cè)傾力臂h=1275mm；整車側(cè)傾角剛度=，可得 = 0.04rad ，即2.23。要求在側(cè)向慣性力等于0.4倍車重時(shí)，貨車車身側(cè)傾角不要超過(guò)。車身側(cè)傾角在25。的范圍內(nèi)，側(cè)傾角剛度滿足設(shè)計(jì)要求。6 減振器機(jī)構(gòu)類型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算6.1 分類 懸架中用得最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液力式減振器。汽車車身和車輪振動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動(dòng)阻力，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍空氣中去，達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進(jìn)行，則把這種減振器稱之為單向作用式減振器，反之稱之為雙向作用式減振器。后者因減振作用比前者好而得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，減振器分為搖臂式和筒式兩種。雖然搖臂式減振器能夠在比較大的工作壓力(1020MPa)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。筒式減振器工作壓力雖然僅為2.55MPa，但是因?yàn)楣ぷ餍阅芊€(wěn)定而在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用。筒式減振器又分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種。雙筒充氣液力減振器具有工作性能穩(wěn)定、干摩擦阻力小、噪聲低、總長(zhǎng)度短等優(yōu)點(diǎn)，在轎車上得到越來(lái)越多的應(yīng)用。設(shè)計(jì)減振器時(shí)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?，F(xiàn)代汽車大多都是采用筒式減振器，當(dāng)車架與車軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的油液與孔壁間的摩擦形成了對(duì)車身振動(dòng)的阻力，這種阻力工程上稱為阻尼力。阻尼力會(huì)將車身的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，被油液和殼體所吸收。人們?yōu)榱烁玫貙?shí)現(xiàn)轎車的行駛平穩(wěn)性和安全性，將阻尼系數(shù)不固定在某一數(shù)值上，而是隨汽車運(yùn)行的狀態(tài)而變化，使懸掛性能總是處在最優(yōu)的狀態(tài)附近。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(hào)自動(dòng)選擇。 (1) 在壓縮行程（車橋和車架相互靠近），減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時(shí)，彈性元件起主要作用。 (2) 在懸架伸張行程中（車橋和車架相互遠(yuǎn)離），減振器阻尼力應(yīng)大，迅速減振。 (3) 當(dāng)車橋（或車輪）與車橋間的相對(duì)速度過(guò)大時(shí)，要求減振器能自動(dòng)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(guò)大的沖擊載荷。 雙向作用筒式減振器工作原理說(shuō)明。在壓縮行程時(shí)，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞向下移動(dòng)?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥流到活塞上面的腔室（上腔）。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。這些閥對(duì)油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。減振器在伸張行程時(shí)，車輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車身，減振器受拉伸。這時(shí)減振器的活塞向上移動(dòng)?；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。由于活塞桿的存在，自上腔流來(lái)的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液推開補(bǔ)償閥流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流作用對(duì)懸架在伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。 由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。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(dá)到迅速減振的要求。本次設(shè)計(jì)選取雙筒式液力減振器。圖61 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6.2 主要參數(shù)的選擇計(jì)算1.相對(duì)阻尼系數(shù)減振器在卸荷閥打開前，減振器中的阻力F與減振器振動(dòng)速度之間有如下關(guān)系 (61)式中，為減振器阻尼系數(shù)。圖62b示出減振器的阻力速度特性圖。該圖具有如下特點(diǎn)：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(gè)阻尼系數(shù)。在沒(méi)有特別指明時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開啟前的阻尼系數(shù)而言。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。圖62 減振器的特性a）阻力一位移特性b)阻力一速度特性汽車懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng)，用相對(duì)阻尼系數(shù)的大小來(lái)評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢程度。的表達(dá)式為 (62)式中，c為懸架系統(tǒng)垂直剛度；為簧上質(zhì)量。式(62)表明，相對(duì)阻尼系數(shù)的物理意義是：減振器的阻尼作用在與不同剛度c和不同簧上質(zhì)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。值大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身；值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持 (0.250.50) 的關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)，先選取與的平均值。對(duì)于無(wú)內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取0.250.35；對(duì)于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，值取小些。對(duì)于行駛路面條件較差的汽車，值應(yīng)取大些，一般取0.3；為避免懸架碰撞車架，取0.5。2.減振器阻尼系數(shù)減振器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率，所以理論上。實(shí)際上應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。例如，當(dāng)減振器如圖63a安裝時(shí)，減振器阻尼系數(shù)用下式計(jì)算圖63 減振器安裝位置 (63)式中，n為雙橫臂懸架的下臂長(zhǎng)；a為減振器在下橫臂上的連接點(diǎn)到下橫臂在車身上的鉸接之間的距離。減振器如圖63b所示安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)占用下式計(jì)算 (64)式中，a為減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。減振器如圖63c所示安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)用下式計(jì)算 (65)分析式(63)式(64)可知：在下橫臂長(zhǎng)度n不變的條件下，改變減振器在下橫上的固定點(diǎn)位置或者減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。，會(huì)影響減振器阻尼系數(shù)的變化。3.最大卸荷力為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開卸荷。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度。在減振器安裝如圖63b所示時(shí) (66)式中，為卸載速度，一般為0.150.30m/s；A為車身振幅，取40mm，為懸架振動(dòng)固有頻率。如已知伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)，載伸張行程的最大卸荷力。4.簡(jiǎn)式減振器工作缸直徑D根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D （67）式中，為工作缸最大允許壓力，取34Mpa；為連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器取0.400.50，單筒式減振器取0.300.35。減振器的工作缸直徑D有20、30、40、（45）、50、65mm等幾種。選取時(shí)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用。貯油筒直徑（1.351.50）D，壁厚取為2mm，材料可選20號(hào)鋼。1）前懸架的減振器的設(shè)計(jì)懸架阻尼力式中：為懸架相對(duì)阻尼比，考慮到舒適性較好的因素及汽車最新實(shí)用手冊(cè)，為懸架阻尼比，前懸架取=0.8；為減振器測(cè)試時(shí)的加載速度，取=0.52m/s的點(diǎn)；i為汽車車輪和減振器跳動(dòng)行程杠桿比，本設(shè)計(jì)取i=1；C為懸架剛度，即=69.8N/mm；為懸架簧載質(zhì)量，即前懸架為5870kg，代入上述數(shù)據(jù)可得懸架阻尼力=0.5220.8=16841N前減振器的安裝方向與垂直方向夾角為10，所以前懸架阻尼力為=17361.9N懸架壓縮時(shí)，壓縮阻力，復(fù)原阻力（為復(fù)原與壓縮力之比，其范圍在1020之間，這里?。?，代入得=3156.7N ,=15783.5根據(jù)壓縮阻力和復(fù)原阻力選取減振器型號(hào)為481700131397號(hào)的減振器。2)后懸架的減震器的設(shè)計(jì)根據(jù)前懸架的計(jì)算方法，懸架阻尼力式中：為懸架相對(duì)阻尼比，考慮到舒適性較好的因素及汽車最新實(shí)用手冊(cè)，為懸架阻尼比，前懸架取=0.6；為減振器測(cè)試時(shí)的加載速度，取=0.52m/s的點(diǎn)；i為汽車車輪和減振器跳動(dòng)行程杠桿比，本設(shè)計(jì)取i=1；C為懸架剛度，即=118.9N/mm；為懸架簧載質(zhì)量，即后懸架為11740kg，代入上述數(shù)據(jù)可得懸架阻尼力=0.5220.6=23313.6N根據(jù)后減振器垂直布置，懸架壓縮時(shí)