大中型客車空氣懸架設(shè)計(jì)規(guī)范

1、大中型客車空氣懸架設(shè)計(jì)規(guī)范II大中型客車空氣懸架設(shè)計(jì)規(guī)范1 范圍本規(guī)范規(guī)定了空氣懸架設(shè)計(jì)過程中涉及到的符號(hào)、代號(hào)、術(shù)語及其定義，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，布置要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，材料選用要求，性能設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)計(jì)算方法，設(shè)計(jì)評(píng)審要求，裝車質(zhì)量特性，設(shè)計(jì)輸出圖樣和文件的明細(xì)，制圖要求等。本規(guī)范適用于空氣懸架系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程控制,同時(shí)檢驗(yàn)、制造可參考使用。2 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本規(guī)范的引用而成為本規(guī)范的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本規(guī)范，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本規(guī)范達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用

2、于本規(guī)范。GB/T 13061 汽車懸架用空氣彈簧橡膠氣囊GB/T 11612 客車空氣懸架用高度控制閥QC/T 491 汽車筒式減振器尺寸系列及技術(shù)條件QCn 29035 汽車鋼板彈簧技術(shù)條件QC/T 517 汽車鋼板彈簧用U形螺栓及螺母技術(shù)條件GB/T 4783 汽車懸掛系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比測定方法3 符號(hào)、代號(hào)、術(shù)語及其定義GB 3730.12001 汽車和掛車類型的術(shù)語和定義GB/T 3730.2 道路車輛質(zhì)量詞匯和代碼GB/T 3730.3 汽車和掛車的術(shù)語及其定義 車輛尺寸GB/T 13061 汽車懸架用空氣彈簧 橡膠氣囊QC/T 491-1999 汽車筒式減振器 尺寸系列及技術(shù)

3、條件GB/T 12549- 1990 汽車操縱穩(wěn)定性術(shù)語及其定義GB 72582004 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件GB 13094-2007 客車結(jié)構(gòu)安全要求QC/T 480-1999 汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法QC/T 474-1999 客車平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)及限值GB/T 12428-2005 客車裝載質(zhì)量計(jì)算方法GB 15892004 道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值GB/T 918.189 道路車輛分類與代碼 機(jī)動(dòng)車凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本規(guī)范，凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本規(guī)范。4 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則4.1 應(yīng)滿足的安全、環(huán)保和

4、其它法規(guī)要求及國際慣例4.1.1 安全技術(shù)條件應(yīng)符合GB 72582004中有關(guān)要求。4.1.2 操縱穩(wěn)定性符合QC/T 480-1999中有關(guān)要求。1-144.1.3 客車平順性指標(biāo)應(yīng)符合QC/T 4741999中有關(guān)要求。4.2 應(yīng)滿足的功能要求及應(yīng)達(dá)到的性能要求說明：本條規(guī)定應(yīng)滿足總的功能要求4.2.1 總的功能要求：緩和、抑制由不平路面引起的振動(dòng)和沖擊，保證乘員乘坐舒適和所運(yùn)貨物完好。除傳遞汽車的垂直力以外，還傳遞其它方向的力和力矩，并保證車輪和車身（或車架）之間有確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使汽車具有良好的駕駛性能。4.2.2 總的性能要求：4.2.2.1 可靠性：懸架系統(tǒng)中各零部件應(yīng)具備足夠的

5、強(qiáng)度和剛度，保證工作可靠，正常使用壽命不低于高一級(jí)客車的標(biāo)準(zhǔn)。4.2.2.2 乘坐舒適性:滿足整車總布置對(duì)懸架系統(tǒng)的基本要求；空氣懸架系統(tǒng)自然振動(dòng)固有頻率偏頻 ，現(xiàn)階段選擇 1.21.4 Hz（7285 cpm），路面平度進(jìn)一步改善之后，高檔次客車選擇 1.01.16 Hz （6070 cpm），參見8.1?？諝鈶壹芟到y(tǒng)相對(duì)阻尼系數(shù)（或稱阻尼比，非周期系數(shù)），選擇滿載狀態(tài)的相對(duì)阻尼系數(shù) 0.250.35（山區(qū)使用可加大到 0.5）作為平均值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或樣本選擇減振器規(guī)格尺寸和額定復(fù)原阻力及額定壓縮阻力，參見8.2。4.2.2.3 整車操縱穩(wěn)定性：在正常工作行程范圍內(nèi)，懸架系統(tǒng)內(nèi)各零部件之間無

6、運(yùn)動(dòng)干涉。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)布置合理，能有效克服外界環(huán)境對(duì)汽車的干擾，保證汽車穩(wěn)定行駛?？諝鈶壹軕?yīng)保證有足夠的抗側(cè)傾能力，推薦在 0.4g 側(cè)向加速度作用下，客車的穩(wěn)態(tài)側(cè)傾角取 46°，高速客車取下限，低速客車取上限?？諝鈶壹軕?yīng)保證有足夠的抗縱傾能力，抗縱傾能力主要是抗制動(dòng)點(diǎn)頭，可以用一定制動(dòng)減速度或慣性力作用下的縱傾角來衡量，推薦相當(dāng)于在制動(dòng)減速度為 0.5g 作用下，縱傾角£1.5°。4.3 設(shè)計(jì)輸入、輸出要求根據(jù)總布置方案，結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，確定懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、布置方案和主要性能指標(biāo)。了解整車總質(zhì)量，軸荷分配，質(zhì)心高度，車架結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸，前后橋質(zhì)量及功能

7、圖，車輪質(zhì)量等參數(shù)。設(shè)計(jì)完成輸出：懸架系統(tǒng)裝配圖和零件圖，總成物料明細(xì)，簽訂新增關(guān)鍵外購件技術(shù)協(xié)議。對(duì)關(guān)鍵件如空氣彈簧、高度閥、減震器、推力桿和C型梁指定供應(yīng)商。4.4 設(shè)計(jì)過程的節(jié)點(diǎn)控制要求前期準(zhǔn)備，方案布置，設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制總成圖，分解零部件圖，匯總零部件明細(xì)，運(yùn)動(dòng)校核。 5 布置要求根據(jù)總布置方案、車架結(jié)構(gòu)尺寸、車橋結(jié)構(gòu)尺寸確定空氣懸架的布置方案。如果空間允許，空氣彈簧的左右中心距盡量放大，提高橫向穩(wěn)定性。前懸架保證主銷后傾角、后懸架保證主減速器傾角與總布置要求一致。要確保在整個(gè)空氣彈簧行程中無銳邊接觸彈性元件。空氣彈簧周圍空間的直徑必須保證比空氣彈簧本身的最大外部直徑多25mm，以允許由

8、于錯(cuò)位而產(chǎn)生的直徑正常變大或變形。6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求6.1 模塊化設(shè)計(jì)要求根據(jù)空氣懸架的結(jié)構(gòu)形式：導(dǎo)向臂式空氣懸架、四氣囊推力桿式空氣懸架、六氣囊推力桿式空氣懸架；結(jié)合客車大小可以劃分出一系列前后懸架模塊。6.2 標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)、零部件大中型客車空氣懸架選型:建議選用專業(yè)生產(chǎn)廠家已批量生產(chǎn)的部件，如無特殊要求，避免新設(shè)計(jì)以上部件，以利于減少新產(chǎn)品的投產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本和維修成本。7 關(guān)鍵件選用規(guī)范要求2-147.1. 空氣彈簧：7.1.1 空氣彈簧安裝高度偏差5mm，空氣彈簧中心線傾斜角度不大于7º；密封性要求：氣囊總成在充好氣后，經(jīng)過24h內(nèi)壓下降不超過0.02Mpa。7.1.2 在氣

9、簧內(nèi)壓 59.5 bar(氣源為 8 bar，氣簧內(nèi)壓 55.5 bar；氣源為 10 bar，氣簧內(nèi)壓 77.5 bar；氣源為 12 bar，氣簧內(nèi)壓 99.5 bar)時(shí)，氣簧載荷能力必須大于等于設(shè)計(jì)滿載狀態(tài)下的簧載質(zhì)量。對(duì)公交車等超載情況較多的車型，氣簧內(nèi)壓要取下限；對(duì)旅游、客運(yùn)等超載情況不多的車型， 氣簧內(nèi)壓可取上限。7.1.3氣簧許用行程：必須大于設(shè)計(jì)要求的最大行程（注意：要計(jì)算杠桿比和傾角的影響）。氣簧在設(shè)計(jì)位置盡量避免活塞相對(duì)上蓋偏心，跳動(dòng)過程中避免產(chǎn)生內(nèi)部干涉。7.1.4 氣簧布置空間：比氣簧的最大半徑大 25 mm 以上，以防止異物刮傷。在滿足布置空間要求的前提下，盡可能增

10、大橫向中心距左右氣簧跨距。7.1.5氣簧剛度及固有頻率：可以根據(jù)理論計(jì)算公式，更多的是利用供應(yīng)商提供的氣簧彈性特性曲線或表格，查到在設(shè)計(jì)高度和設(shè)計(jì)氣壓條件下的氣簧剛度和/或頻率，并按照具體設(shè)計(jì)的杠桿比關(guān)系，求到空氣懸架系統(tǒng)的剛度和偏頻，設(shè)計(jì)計(jì)算參見8.1 。7.2 減振器：空氣懸架必須采用帶有反向（下跳）限位吸能的減振器。7.2.1 減振器最大壓縮（上跳）行程，對(duì)于空氣懸架，其上跳行程取決于空氣彈簧的壓縮行程，一般由氣簧內(nèi)的限位塊來限止。減振器的 最大壓縮行程也是由它決定。應(yīng)該注意的是，減振器的行程要計(jì)入杠桿比和安裝角的影響。對(duì)于非獨(dú)立 懸架，如果左、右減振器的跨距和限位塊的跨距不同，側(cè)傾時(shí)行

11、程會(huì)被放大或縮小，要計(jì)入這個(gè)差異。 減振器的極限壓縮行程要比上述的計(jì)算最大行程多 510mm，避免減振器活塞桿被頂彎。7.2.2 減振器最大拉伸（下跳）行程，幾乎所有空氣懸架都借助減振器來達(dá)到下跳行程的限位，所以減振器的極限拉伸行程就是懸架的最 大下跳行程。這里也要計(jì)入杠桿比、安裝角以及跨距不同產(chǎn)生的放大或縮小的影響。減振器的極限拉伸 行程必須要小于折算后的空氣彈簧允許的最大拉伸量，以保證氣簧的安全性、不脫囊。7.2.3 減振器的總行程和長度a) 減振器的總行程=極限壓縮行程+極限拉伸行程 ；b) 減振器的最小長度=總行程+減振器基長（基礎(chǔ)設(shè)計(jì)長度）；c) 減振器的最大長度=最小長度+總行程；

12、d) 從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 491-1999 或供應(yīng)商樣本，就可選到標(biāo)準(zhǔn)化的減振器行程。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或樣本中具體設(shè)計(jì)的基長，就可以確定減振器的最小、最大長度。7.2.4 減振器的鉸接頭和安裝角度 ：減振器兩端都是用橡膠件鉸接固定，空氣懸架推薦使用螺桿襯墊式。由于減振器伸縮時(shí)伴有擺動(dòng)，這些鉸接頭產(chǎn)生轉(zhuǎn)角。為了保證橡膠件承受的應(yīng)力不致于過 大或發(fā)生滑轉(zhuǎn)，避免早期損壞，對(duì)橡膠鉸接頭的最大轉(zhuǎn)角以及減振器的安裝角度必須給于限制， 扭轉(zhuǎn)角±6°，偏轉(zhuǎn)角±6°。7.2.5減振器的安裝角度為了使鉸接頭的轉(zhuǎn)角達(dá)到7.2.4要求，同時(shí)也為了減小由此引起的減振器活塞側(cè)向力，對(duì)減振

13、器的安裝角要求：a)減振器中心線與地面鉛垂線的夾角，推薦設(shè)計(jì)一般£15°。b)某些車型的隨動(dòng)轉(zhuǎn)向橋所用的減振器，若減振器中心線與地面鉛垂線夾角³45°，則需選用特殊規(guī)格減振器，該減振器儲(chǔ)油筒有特殊標(biāo)記，布置時(shí)標(biāo)記部位必須向上。c) 減振器布置應(yīng)盡可能使下鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與減振器中心線一致，即減振器中心線垂直于下鉸接頭與瞬時(shí)中心的連線。這時(shí)效率最高，擺角最小。設(shè)計(jì)計(jì)算參見8.2。7.3 推力桿：空氣懸架導(dǎo)向桿系在車輪上、下跳動(dòng)或承受力矩時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的相關(guān)點(diǎn)按一定軌跡運(yùn)動(dòng)，該軌跡應(yīng)與092為例。注：c、e在第一步已給出) 排除所有hchc-min或hehe-m

14、ax的彈簧，從而得到所要求的彈簧（如表中DH=13.3時(shí)滿足要求）。 需要說明的是，如果實(shí)際應(yīng)用中有最大高度的限制，則應(yīng)該將此限制高度作為he-max。譬如，若最大高度限制為20，則表6中的he-max原為21.1應(yīng)改為20。 列出所有剩下的彈簧型號(hào)及hc、hc-min、he和he-max值。 8.1.1.6第六步如果給定懸架的固有頻率范圍fn，則空氣彈簧的固有頻率范圍fs可以由下式計(jì)算得到：fs=fnLr*由動(dòng)態(tài)特性表5，列出空氣彈簧在設(shè)計(jì)載荷Ld時(shí)的固有頻率fs。如果表中沒有列出設(shè)計(jì)載荷Ld下的結(jié)果，但設(shè)計(jì)載荷落在表中列出的某兩個(gè)載荷之間，則應(yīng)該對(duì)固有頻率進(jìn)行線性插值，比如，假設(shè)Ld683

15、3，*則fs可以由下面的線性插值表達(dá)式求出：7000-68331.23-fs*=7000-60001.23-1.25*計(jì)算得到fs1.233Hz。*判斷fs是否落在空氣彈簧的固有頻率fs的范圍內(nèi)，若不滿足，則將該種空氣彈簧排除。選擇剩下的空氣彈簧。 8.1.1.7第七步這一步要確定空氣彈簧在設(shè)計(jì)載荷Ld下的最大線壓力P。首先查看一下常壓下“載荷變形”曲線，如圖三。6-14圖三 常壓下“載荷變形”曲線在圖三中，過設(shè)計(jì)載荷Ld6833劃一條水平線，過設(shè)計(jì)高度DH13.3劃一條垂直線，兩條線的交點(diǎn)處的壓力即為要確定的最大線壓力P。由于此點(diǎn)落在80-100PSIG之間，因此，可以通過線性插值來得到此點(diǎn)

16、處的壓力。如，在DH=13.3處，P1=80PSIG下的載荷約為L17400，P2=100PSIG下的載荷約為L25900，所以，Ld6833下的壓力P為7400-6833100-P =7400-5900100-80求得P92(PSIG)。判斷最大線壓力P是否在給定的允許線壓力以內(nèi)，若不滿足，則應(yīng)該排除。8.1.1.8第八步參看某設(shè)計(jì)高度時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)曲線圖。如圖四為1R12-092型彈簧在設(shè)計(jì)高度DH=13.3時(shí)的“動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)曲線圖”。其橫坐標(biāo)表示彈簧高度；左下縱坐標(biāo)表示載荷（相應(yīng)曲線稱為“載荷變形”曲線）；右上縱坐標(biāo)表示壓力（相應(yīng)曲線表示“壓力變形”曲線）。此曲線圖表明該空氣彈簧在設(shè)計(jì)高度DH

17、13.3時(shí)的載荷分別為：L1=2000；L2=3000；L3=5000；L4=6000；L5=7000；壓力分別為：P1=29；P2=43；P3=69；P4=83；P5=95。此數(shù)據(jù)來源于表5“動(dòng)態(tài)特性表”。注意到：盡管“動(dòng)態(tài)特性表”中給出了三種設(shè)計(jì)高度下的載荷、壓力、彈簧剛度比率及固有頻率等參數(shù)數(shù)據(jù)，但只有中間設(shè)計(jì)高度下的數(shù)據(jù)在“動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)曲線圖”畫出。由于此時(shí)的設(shè)計(jì)高度DH13.3，因此實(shí)際彈簧壓縮量hcDHc13.35.258.05；彈簧的伸長量heDHe13.36.1519.45；由第七步可知，在設(shè)計(jì)高度DH13.3，載荷Ld6833下的壓力P92（PSIG）。然后過“動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)曲線圖”中

18、DH13.3，壓力P92點(diǎn)處，劃一條“平行”曲線，此曲線的兩個(gè)端點(diǎn)高度分別為hc=8.05；he=19.45。曲線劃好后，可初步估計(jì)對(duì)應(yīng)這兩個(gè)端點(diǎn)處的壓力分別為219（PSIG）和47（PSIG）。7-14圖四 1R12-092型彈簧在設(shè)計(jì)高度DH=13.3時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)曲線圖因此，在設(shè)計(jì)高度DH13.3，載荷Ld6833時(shí)，其壓力范圍近似為47219（PSIG）。從技術(shù)角度看，對(duì)于GOOD&YEAR公司資料中提供的空氣彈簧，只要其壓力范圍在10220（PSIG），都認(rèn)為是合格的。當(dāng)然，不同的彈簧，其壓力范圍的要求也不一樣。這些壓力范圍需要空氣彈簧廠家提供。 排除不符合壓力范圍要求的彈簧

19、。第九步根據(jù)第一步數(shù)據(jù)記錄表中的“環(huán)境條件”欄，選擇符合環(huán)境條件要求的空氣彈簧。8.1.2 空氣懸架設(shè)計(jì)計(jì)算(1)、空氣彈簧的選擇計(jì)算：各參數(shù)變量的含義8-14圖一 空氣彈簧懸架結(jié)構(gòu)圖尺寸參數(shù)DW 鉸點(diǎn)至輪軸的水平距離；DS 鉸點(diǎn)至空氣彈簧中心線的水平距離；Lr 杠桿臂比率（Lr=DS/DW）；AXc 輪軸最大壓縮量；AXe 輪軸最大伸長量；c 空氣彈簧壓縮量（c= AXc·Lr）；e 空氣彈簧伸長量（e= AXe·Lr）；S 空氣彈簧沖程量（S=c+e）；DH 給定的空氣彈簧設(shè)計(jì)高度；hc 空氣彈簧最小壓縮量（hcDH-c）；he 空氣彈簧最大伸長量（heDH+e）;d

20、空氣彈簧允許空間直徑；ODmax 空氣彈簧在100PSIG時(shí)的最大允許直徑（一般ODmaxd2） Ae 有效面積（FP×Ae）；N 懸架系統(tǒng)空氣彈簧的個(gè)數(shù)；負(fù)荷參數(shù)W 簧載總質(zhì)量；F 彈簧支撐力；（此力與所受載荷是一對(duì)作用力和反作用力）L每個(gè)空氣彈簧的設(shè)計(jì)載荷；LWd d=P 空氣彈簧線壓力； N´Lr性能參數(shù)ff 激振力頻率；fn 懸架系統(tǒng)固有頻率；f 空氣彈簧固有頻率（ffs s=n）；K Lr10mm時(shí)的剛度。正常工作范圍選擇圖（由空氣彈簧廠家提供）粗選9-14圖二 正常工作范圍選擇圖此圖的使用方法：在空氣彈簧的設(shè)計(jì)載荷Ld處劃一條水平線（如圖紅線），如果所劃的線通過

21、某個(gè)區(qū)域，則相應(yīng)的彈簧系列即為所要選擇的彈簧。如圖，大波紋管式和滾動(dòng)葉片式彈簧即為要選擇的彈簧。如果彈簧沖程S和（或）彈簧設(shè)計(jì)高度已知，則選擇范圍還可進(jìn)一步縮小。方法是：過所要求的總成件高度處劃一垂直線（如圖藍(lán)線），可知，只有滾動(dòng)葉片式彈簧滿足要求。空氣彈簧主要性能參數(shù)的精確選擇方法見本規(guī)范8.1.1的內(nèi)容。8.2 減震器的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 相對(duì)阻尼系數(shù)的選擇對(duì)于空氣懸架，取=0.250.352. 減振器阻力系數(shù)的計(jì)算 g=2YCM式中：C 鋼板彈簧垂直剛度M簧載質(zhì)量3. 減振器阻力F的計(jì)算F=g×vn式中：v=0.52m/s減振器活塞運(yùn)動(dòng)速度通常在v=01.0m/s的范圍內(nèi)取n=1為了

22、減小路面不平傳遞給車身的沖擊，減振器拉伸行程和壓縮行程的阻力Fe和Fc取值有所不同，一般按下式計(jì)算：Fe+Fc=FFe=0.70.8F8.3 穩(wěn)定桿主要參數(shù)的計(jì)算：參見汽車工程手冊(cè)設(shè)計(jì)篇第839頁840頁。10-148.4 懸架系統(tǒng)橫向穩(wěn)定性計(jì)算：計(jì)算方法不限，計(jì)算出整車的側(cè)傾角（側(cè)向加速度為0.4g）不大于6º就符合規(guī)范要求。9 設(shè)計(jì)評(píng)審要求9.1評(píng)審的時(shí)機(jī)和方法方案評(píng)審：方案圖完成后，組織相關(guān)設(shè)計(jì)專家和工藝專家進(jìn)行圖面評(píng)審。圖紙?jiān)u審：總成圖和零件圖設(shè)計(jì)完成后，組織相關(guān)設(shè)計(jì)專家和工藝專家進(jìn)行圖面評(píng)審。實(shí)物評(píng)審：樣件試制完成裝配后，組織相關(guān)部門的代表進(jìn)行實(shí)物評(píng)審。9.2 評(píng)審的項(xiàng)目和依據(jù)說明：本條規(guī)定評(píng)審什么項(xiàng)目，評(píng)審的驗(yàn)收的依據(jù)是什么。懸架系統(tǒng)的行駛平順性，評(píng)審的驗(yàn)收的依據(jù)是試交人員的主觀評(píng)價(jià)和試驗(yàn)場的測試結(jié)果。 懸架系統(tǒng)的行駛穩(wěn)定性，評(píng)審的驗(yàn)收的依據(jù)是試交人員的主觀評(píng)價(jià)和試驗(yàn)場的測試結(jié)果。 懸架系統(tǒng)中各零部件的強(qiáng)度，評(píng)審的驗(yàn)收的依據(jù)是相關(guān)技術(shù)文件、試制記錄、試驗(yàn)結(jié)果。懸架系統(tǒng)中各零部件的