感載閥控制的復合式空氣懸架三軸汽車軸荷計算

1、感載閥控制的復合式空氣懸架三軸汽車 軸荷計算 東風汽車工程研究院 陳耀明2008年6月30日感載閥控制的復合式空氣懸架三軸汽車軸荷計算本文分析的對象是第二軸采用半橢圓鋼板彈簧和空氣彈簧復合的空氣懸架，其中空氣彈簧的氣壓，也就是載荷由感載閥控制，而感載閥安裝在第一軸，借助第一軸懸架的變形（靜撓度）即其載荷來控制。也可以說，第二軸和第一軸懸架之間存在一定的關(guān)聯(lián)作用。第一軸和第三軸均采用普通的鋼板彈簧懸架。以下分兩大部分，一是靜態(tài)軸荷的計算，二是最強制動時軸荷轉(zhuǎn)移的計算。1、靜態(tài)軸荷各懸架無載時的相關(guān)位置如圖1之A所示，承受簧載質(zhì)量而變形之后的位置如圖1之B所示，基準線從1-1移到2-2。定義各符號

2、意義如下： 簧載總質(zhì)量 簧載質(zhì)量重心到第一軸的水平距離 簧載質(zhì)量重心的垂直位移、 第一、二、三軸懸架剛度（單邊）、 第一、二、三軸懸架靜撓度（變形）、 第二、三軸到第一軸的水平距離、 第一、二、三軸懸架無載時彈簧到安裝基準線的垂直距離（亦可理解為無載時各軸車輪到與基準線平行的地面接觸點的垂距，即空程）、 第一、二、三軸在支承面上對簧載質(zhì)量的反作用力（雙邊）根據(jù)平衡條件：， -（1）， -（2）根據(jù)變形一致原理，即各軸懸架變形按比例分配： -（3）由于感載閥安裝在第一軸，其輸出氣壓由第一軸懸架的靜撓度（變形）控制。因感載閥的輸出氣壓與擺桿角度呈現(xiàn)線性關(guān)系，故設(shè)定： -（4）式中 感載閥輸出氣壓

3、第一軸懸架靜撓度時感載閥的輸出氣壓 第一軸單位靜撓度所對應的感載閥輸出氣壓在變形不大的條件下，可認為空氣彈簧的承壓面積和有效面積變化率均不變，則： -（5）式中 空氣彈簧承受的垂直負荷（雙邊） 空氣彈簧承壓面積（單邊）將式（4）代入式（5），得： -（6）式中之、均為常數(shù)，且為已知。對于半橢圓板簧與氣簧并聯(lián)的復合式空氣懸架，板簧靜撓度就是懸架靜撓度，即： -（7）根據(jù)撓度、負荷、剛度的關(guān)系，有： -（8） -（9） -（10）式中 第二軸懸架板簧的靜撓度 第二軸懸架板簧的負荷（雙邊） 第二軸懸架板簧的剛度（單邊）第二軸為并聯(lián)式復合空氣懸架，其總負荷為： -（11）將式（11）中代入式（1），得

4、： -（12）將式（11）中代入式（2），得： -（13）將式（12）代入式（13），整理后得： -（14）從式（3）：將式（8）、（9）、（10）代入，得： -（15）將式（8）之代入式（6），得： -（16）將式（16）之代入式（13），得： -（17）將式（17）之代入式（15），整理后得： -（18）聯(lián)立式（14）和（18），將式（14）之代入式（18），整理后得： -（19）令 則式（19）變成： -（20）求到： -（21）其中，為氣簧承壓面積，、為感載閥的特性參數(shù)以及在第一軸的安裝位置，均為確定值。將求到的代入式（14），求到；將、代入式（17），求到；將代入式（16），求到；再

5、將、代入式（11），求到。靜態(tài)軸荷為：式中 、 分別為一、二、三軸非簧載質(zhì)量。從求到的、以及等，就可以校核懸架偏頻、側(cè)傾以及板簧靜應力、比應力、極限應力等。如果汽車超載使用，往往會使感載閥的擺桿超出極限擺角，使輸出氣壓達到極限，再也不能升高，這時的軸荷分配與上述分析略有區(qū)別：式（4）變?yōu)椋?-（4a）式中 極限氣壓，一般為氣源額定供氣壓力式（6）變?yōu)椋?-（6a）將式（6a）之代入式（13），得： -（17a）將式（17a）之代入式（15），整理后得： -（18a）聯(lián)立式（14）和（18a），將式（14）之代入式（18a），整理后得： -（19a）令 則式（19a）變?yōu)椋?-（20a）求到：

6、-（21a）判斷感載閥是否達到極限氣壓工況，可按下列步驟進行：（1） 先按式（21）求到，代入式（14）求到；（2） 從式（16）求到；（3） 將代入式（5），求到這時的；（4） 對比感載閥參數(shù)，若，則已達到超行程工況，應按極限氣壓不再升高進行計算。按式（21a）求到，代入式（17a）求到；從式（6a）可知，代入式（11）求到；將、代入式（1），即求到。同樣，這時的靜態(tài)軸荷為：二、最強制動工況的軸荷轉(zhuǎn)移在靜態(tài)軸荷分配的基礎(chǔ)上，汽車進行最強制動，這時各軸軸荷會發(fā)生變化，稱為軸荷轉(zhuǎn)移。本文規(guī)定一、二軸軸荷增大，三軸軸荷減小。由于最強制動工況作用時間很短，設(shè)定這時感載閥不充氣，第二軸的氣簧和板簧一起

7、借助變形產(chǎn)生負荷的變化。圖2示出制動工況的各軸懸架撓度（變形）和負荷增量，圖中2-2為靜態(tài)時的基準線位置，3-3為最強制動時的基準線位置。圖中各符號定義如下： 制動時總慣性力、 第一、二、三軸制動力(雙邊)、 第一、二、三軸懸架的附加變形、 第一、二軸在支承面上對簧載質(zhì)量的反作用力增量(雙邊) 第三軸在支承面上對簧載質(zhì)量的反作用力減量(雙邊) 整車重心離地高度根據(jù)平衡條件:, -(22), -(23), -(24)根據(jù)變形一致原理,即各軸懸架變形按比例分配: -(25)在變形不大的條件下,假設(shè)氣簧承壓面積不變,且不計有效面積變化率的微小變化,有: -(26)式中 、 第二軸板簧、氣簧的負荷增量

8、(雙邊) 、 第二軸板簧、氣簧剛度(單邊)由于第二軸懸架是半橢圓板簧與氣簧并聯(lián),參照式(26), 有: -(27)根據(jù)變形、負荷、剛度的關(guān)系, 有: -(28) -(29)將式(25)改寫成: 將式(26) 、(28)、(29)代入, 整理后得: -(30)將式(23)中代入式(30), 得: -(31)又將式(27)之代入 -(32)再將式(26)之代入式(32), 得: 即: -(33)令 則式(33)變成: -(33a)現(xiàn)在再考慮制動力大小。由于三軸汽車還沒有類似“同步附著系數(shù)”的概念，我們暫且設(shè)定：在最強制動時，一、二軸輪胎壓印，第三軸拖?。ū溃?，即： -(34) -(35) -(3

9、6)式中 、 一、二、三軸轉(zhuǎn)移后軸荷 附著系數(shù)顯然： -(37) -(38) -(39)將式（23）中代入式（24），得： -(40)將式（26）中代入式（27）再代入式（40），經(jīng)整理后得： -(41)將式（37）、（38）、（39）代入（34）、（35）、（36）后，代入式（22），再代入式（41），經(jīng)整理后，得： -(42)令 則式（42）變成： -(42a)聯(lián)立式（33a）和（42a），將式（33a）代入式（42a），得： -(43)將求到的代入式（33）或（33a），可求到，代入式（26），求到；將和代入式（27），求到；將、代入式（23），求到。轉(zhuǎn)移后的軸荷和制動力可從式（37）、（38）、（39）和式（34）、（35）、（36）求到。因為氣簧的剛度在載荷或氣壓不同時有差別，在上述計算時最好按對應的氣簧負荷取值。當然，強度校核一般選取滿載工況，如有必要，還要選取超載工況。這時的靜態(tài)負荷和剛度就應按所選工況來取值和計算。若所設(shè)計的汽車裝有ABS，則所有車輪在最強制動時均壓印，這時只要