載貨汽車(chē)的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、載貨汽車(chē)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(lèi)41.3 重型載貨汽車(chē)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(lèi)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(chē)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)

2、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(lèi)型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算246.1 分類(lèi)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(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間

3、的一切傳力連接裝置的總稱(chēng)。它的功用是把路面作用于車(chē)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(chē)架（或承載式車(chē)身）上，以保證汽車(chē)的正常行駛。現(xiàn)代汽車(chē)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(chē)行駛的路面不可能絕對(duì)平坦，路面作用于車(chē)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(chē)架和車(chē)身時(shí)，可能引起汽車(chē)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(chē)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

4、裝有彈性元件，使車(chē)架（或車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)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(chē)懸架中都設(shè)有專(zhuān)門(mén)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(chē)架或車(chē)身與車(chē)橋或車(chē)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

5、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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(zhuān)門(mén)的減震器和導(dǎo)向裝置。(4)扭桿彈簧將用彈簧桿做成的

6、扭桿一端固定于車(chē)架，另一端通過(guò)擺臂與車(chē)輪相連，利用車(chē)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(chē)輪按一定軌跡相對(duì)車(chē)架和車(chē)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(chē)架或車(chē)橋之間傳遞力矩。使車(chē)橋或車(chē)輪按一定軌跡相對(duì)車(chē)身或車(chē)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(chē)輪相對(duì)于車(chē)架和車(chē)身跳動(dòng)時(shí)，車(chē)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(chē)某些行駛性能（特別是操縱穩(wěn)定性）有不利的影響。

7、因此，懸架中某些傳力構(gòu)件同時(shí)還承擔(dān)著使車(chē)輪按一定軌跡相對(duì)于車(chē)架和車(chē)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(chēng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。由此可見(jiàn)，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(chē)懸架組成示意圖1.2 懸架的分類(lèi)根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)型式的不同，汽車(chē)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(chē)輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架和車(chē)價(jià)（或車(chē)身）連接；獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車(chē)輪通過(guò)各自的懸架與車(chē)架（或車(chē)身）連接。獨(dú)立懸架是每一側(cè)的車(chē)輪都是單獨(dú)地通過(guò)彈性懸架懸掛在車(chē)架或車(chē)

8、身下面的。其優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，減少了車(chē)身受到的沖擊，并提高了車(chē)輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車(chē)的舒適性；可以使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低，汽車(chē)重心也得到降低，從而提高汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性；左右車(chē)輪單獨(dú)跳動(dòng)，互不相干，能減小車(chē)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)?，F(xiàn)代轎車(chē)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(chē)輪由一根整體式車(chē)架相連，車(chē)輪連同車(chē)橋一起通過(guò)彈性懸架懸掛在車(chē)架或車(chē)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(chē)中前輪定位變化小的

9、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(chē)中基本上已不再使用，多用在貨車(chē)和大客車(chē)上。圖1-3 非獨(dú)立懸架1.3 重型載貨汽車(chē)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?，守時(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(chē)輛制造者和汽車(chē)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(chē)一直面臨著一個(gè)問(wèn)題就是：汽車(chē)載重量和平順性之間的矛盾。載貨汽車(chē)空載時(shí)汽車(chē)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(chē)在凹凸

10、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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)良好

11、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(chē)(特別是轎車(chē))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(chē)輪沿主銷(xiāo)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(chē)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(chē)、半

12、掛車(chē)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(chē)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(chē)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?？諝鈴椈苫诳諝獾目蓧嚎s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。空氣彈簧的固有頻率穩(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(chē)性能的要求也越來(lái)越高，空氣懸

13、架憑著其自身的優(yōu)越性能在貨車(chē)上的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。另外，隨著重型載貨汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性；（4）汽車(chē)制動(dòng)或加速時(shí)，要保證車(chē)身穩(wěn)定性，減少車(chē)身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)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(chē)身與車(chē)輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)

14、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(chē)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(chē)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

15、裝導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以承受橫向力、縱向力及力矩以使車(chē)橋(或者車(chē)輪)按一定的軌跡相對(duì)車(chē)身或車(chē)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)?？諝庾鳛榭諝鈴椈傻墓ぷ鹘橘|(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(chē)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(chē)載荷變化保持合理的懸架行程；高速時(shí)降低車(chē)身高度，保持車(chē)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(chē)身高度從

16、而提高了汽車(chē)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?，F(xiàn)如今，隨著科技的迅速發(fā)展，很多高檔的客車(chē)、轎車(chē)以及商用車(chē)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(chē)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(chē)懸架發(fā)展的必然趨勢(shì)。2.1.2空氣彈簧的類(lèi)型空氣彈簧的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成很多類(lèi)

17、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

18、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(chē)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

19、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(chē)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(chē)空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有以下幾點(diǎn)作用：在車(chē)架或車(chē)橋之間傳遞力矩。是車(chē)橋或車(chē)輪按一定軌跡相對(duì)車(chē)身或車(chē)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(chē)輛在任何靜載荷下與路面保持一定的高度

20、，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(chē)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(chē)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(chē)正常的振動(dòng)中高度閥的進(jìn)、排氣閥不會(huì)頻繁地打開(kāi)，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(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中高度閥

21、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(chē)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(chē)高度幾乎不會(huì)發(fā)生變化?？梢源蟠筇岣叱俗氖孢m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(kāi)把過(guò)載壓力卸掉。當(dāng)車(chē)輛在平直路面上行駛時(shí)，高度閥的充氣閥門(mén)和排氣閥門(mén)均關(guān)閉，空氣彈簧氣囊內(nèi)即不充氣也不放氣，車(chē)架高度保持不變。當(dāng)車(chē)輛行

22、駛在不平路面或轉(zhuǎn)彎時(shí)，車(chē)輪產(chǎn)生跳動(dòng)或轉(zhuǎn)彎離心力都會(huì)使車(chē)架產(chǎn)生傾斜，連接在車(chē)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(chē)輛載荷增加時(shí)，空氣彈簧被壓縮，車(chē)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(mén)打開(kāi)，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(chē)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(mén)的開(kāi)度逐漸變小直至關(guān)閉，此時(shí)車(chē)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(chē)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(chē)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(mén)打開(kāi)，壓縮空氣經(jīng)高度控制閥向外界排出，車(chē)架下降，高度控制閥控制桿隨之向上旋轉(zhuǎn)

23、，使控制閥的放氣閥門(mén)的開(kāi)度逐漸變小直至關(guān)閉，此時(shí)車(chē)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(chē)的結(jié)構(gòu)參數(shù)重型載荷汽車(chē)是貨車(chē)一種，它的噸位必須滿足大于14t才能稱(chēng)之為重型載荷汽車(chē)。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)載貨汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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

24、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(chē)架上方。整車(chē)的主要尺寸參數(shù)有貨車(chē)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(chē)的主要質(zhì)量參數(shù)有整車(chē)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(chē)輪靜力半徑為540mm，滿載時(shí)整車(chē)重心高度為1800mm。前輪定位參數(shù)有主銷(xiāo)內(nèi)傾角為3°30，主銷(xiāo)后傾

25、角為1°30，前輪外傾角為1°30，前輪前束為0mm-1mm。3.2 懸架靜撓度懸架靜撓度是指汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)的平順性越好。采用鋼板彈簧的載貨汽車(chē)的偏頻略高于轎車(chē)，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(chē)為0.8-1.2hz。為了減小汽車(chē)的角振動(dòng)，一般汽車(chē)前、后懸架偏頻之比約為=0.85-0.95。； （3-1），為前

26、、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(chē)身振動(dòng)的偏頻n。因此，保證汽車(chē)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(chē)身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)。理論分析證明：若汽車(chē)以較高車(chē)速駛過(guò)單個(gè)路障，/1時(shí)的車(chē)身縱向角振動(dòng)要比/1時(shí)小，故推薦?。?.80.9）?？紤]到貨車(chē)的前、后軸荷的差別，推薦。用途不

27、同的汽車(chē)，對(duì)平順性要求不一樣。以運(yùn)送人為主的轎車(chē)對(duì)平順性的要求最高，大客車(chē)次之，載貨車(chē)更次之。對(duì)普通級(jí)以下轎車(chē)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(chē)的級(jí)別越高，懸架的偏頻越小。對(duì)高級(jí)轎車(chē)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(chē)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(kāi)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)

28、經(jīng)常碰撞緩沖塊。對(duì)貨車(chē)，取60-90mm。據(jù)汽車(chē)最新使用手冊(cè)得，采用空氣彈簧的載貨汽車(chē)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(chē)輪中心相對(duì)于車(chē)身位移廠(即懸架的變形)的關(guān)系曲線稱(chēng)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?xún)煞N。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(chēng)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

29、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(chē)和客車(chē)，為了減少振動(dòng)頻率和車(chē)身高度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線性懸架。轎車(chē)簧上質(zhì)量在使用中雖然變化不大，但為了減少車(chē)軸對(duì)車(chē)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

30、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(kāi)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(chē)和無(wú)軌電車(chē)上，在高級(jí)轎車(chē)、長(zhǎng)途運(yùn)輸重型載貨汽車(chē)和掛車(chē)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(chē)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

31、大的載荷變化范圍內(nèi)保持不變，從而提高了汽車(chē)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(chē)身高度使得大客車(chē)的地板高度和載貨汽車(chē)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(lèi)，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(chē)、無(wú)軌電車(chē)和載貨汽車(chē)，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(chē)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

32、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；

33、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

34、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(chē)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

35、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=390×4.80×10=18.7×10mm；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

36、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(chē)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

37、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(chē)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(chē)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

38、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

39、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：

40、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?？v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(chē)輪跳動(dòng)時(shí)主銷(xiāo)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(chē)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(chē)的懸架。在轎車(chē)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(chē)身高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是一端固定在車(chē)架、一端固定在車(chē)身上的聯(lián)動(dòng)閥，當(dāng)車(chē)引高度變化時(shí)，閥動(dòng)作打開(kāi)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，

41、達(dá)到測(cè)節(jié)車(chē)身高度的目的。汽車(chē)在正常行駛過(guò)程中，由于垂向振動(dòng)或側(cè)傾，車(chē)身與車(chē)橋之間總會(huì)發(fā)生相對(duì)位移。在設(shè)計(jì)車(chē)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(lèi)情況下車(chē)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(chē)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(chēng)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)。考慮到目前國(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(chē)體荷重增加時(shí)，車(chē)體下降，空氣

42、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(kāi)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(chē)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(chē)體荷重減少時(shí)，車(chē)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(kāi)，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

43、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(chē)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(chē)空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要作用是：在車(chē)架(或承載式車(chē)身)與車(chē)橋(或車(chē)輪)之間傳遞力或力矩。使車(chē)橋(或車(chē)輪)按一定軌跡相對(duì)車(chē)身或車(chē)架跳動(dòng)。重型汽車(chē)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)

44、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(chē)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(chē)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

45、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(chē)的固有振動(dòng)頻率以改善行駛平順性，現(xiàn)在轎車(chē)懸架的垂直剛度值較小，從而使汽車(chē)的側(cè)傾角剛度值也較小，結(jié)果是汽車(chē)轉(zhuǎn)彎側(cè)傾嚴(yán)重，影響了汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。為此，現(xiàn)代汽車(chē)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(chē)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(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)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(chē)獲得所需的不足轉(zhuǎn)向特性。通過(guò)，在汽車(chē)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(chē)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(chē)在

46、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(chē)輪處的垂向剛度，會(huì)影響汽車(chē)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(chē)輪及車(chē)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(chē)身的縱向力。當(dāng)車(chē)身受到側(cè)頃力作用時(shí)，地

47、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(chē)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(lèi)似，因篇幅有限，本文不再詳細(xì)描述。整車(chē)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(chē)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(chē)質(zhì)量，g=25000kg；為非簧載總質(zhì)量，=2500kg；為車(chē)輪靜力半徑，=540mm；為滿載時(shí)整車(chē)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(chē)身在前后軸處的側(cè)傾力矩中心高度；a整車(chē)懸掛質(zhì)量重心到前軸的距離；l軸距；

48、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(chē)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

49、。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(chē)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

50、位側(cè)傾角時(shí)，懸架給車(chē)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(chē)，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(chē)又缺乏汽車(chē)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(chē)增加了過(guò)多轉(zhuǎn)向的可能。對(duì)整車(chē)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(chē)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(chē)側(cè)傾角

51、剛度=，可得 = 0.04rad ，即2.23°。要求在側(cè)向慣性力等于0.4倍車(chē)重時(shí)，貨車(chē)車(chē)身側(cè)傾角不要超過(guò)。車(chē)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(lèi)型及主要參數(shù)的選擇計(jì)算6.1 分類(lèi) 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(chē)車(chē)身和車(chē)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?chē)諝庵腥ィ_(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(chēng)之為單向作用式減振器，反之稱(chēng)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

52、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(chē)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(chē)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(chē)行駛平順性的性能穩(wěn)定?，F(xiàn)代汽車(chē)大多都是采用筒式減振器，當(dāng)車(chē)架與車(chē)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(chē)身振動(dòng)的阻力，這種阻力工程上稱(chēng)為

53、阻尼力。阻尼力會(huì)將車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)橋和車(chē)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(chē)橋和車(chē)架相互遠(yuǎn)離），減振器阻尼力應(yīng)大，迅速減振。 (3) 當(dāng)車(chē)橋（或車(chē)輪）與車(chē)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

54、。 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(chē)車(chē)輪移近車(chē)身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞向下移動(dòng)。活塞下腔室的容積減少，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(kāi)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(chē)輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車(chē)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撸魍ㄩy關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開(kāi)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(kāi)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)