载货汽车后空气悬架总成的设计
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载货汽车后空气悬架总成的设计
摘 要
随着空气弹簧应用的推广，我国对空气弹簧的研究和开发越来越得到重视。另外，随着对重型载货汽车对路面破坏机理的研究和认识进一步加深，以及政府对高速公路养护的重视，空气弹簧在重型车市场的应用也将进一步增加。
空气悬架是正在广泛应用的高端结构，其关键部件是空气弹簧，本文对空气弹簧及各个受力杆件进行了详细的计算、校核和设计，并介绍了空气悬架的发展历程、发展现状以及发展趋势和方向。
首先，讨论了空气悬架在国内外的发展状况和趋势，并阐明了空气悬架在我国的应用和发展前景，提出了研究重型载货汽车空气悬架的重要性和必要性。其次，对空气悬架的原理、组成及各方面的优缺点进行了阐述，为读者更好的了解空气悬架打下了基础。再次，对空气弹簧进行详细的计算和精确的选取，并对主要零部件进行了校核。为下一步对空气悬架的设计提供了可靠的依据。最后，得出结论，制图（见图纸）。
关键词 空气弹簧；减振器；横向稳定杆；刚度；载荷
The back air suspension fork unit design of truck
Abstract
Along with the air spring application promotion, our country more and more obtains to the air spring research and the development takes. Moreover, along with further deepens to the heavy truck to the pavement failure mechanism research and the understanding, as well as the government the value which will maintain to the highway, the air spring also further increases in the heavy vehicle market application.
The air suspension fork is the widespread application high end structure, its key component was the air spring, this article has carried on the detailed computation, the examination and the design to the air spring and each stress member, and introduced the air suspension fork development course, the development present situation as well as the trend of development and the direction.
First, discussed the air suspension fork in the domestic and foreign development condition and the tendency, and had expounded the air suspension fork in our country's application and the prospects for development, proposed the research heavy truck air suspension fork importance and the necessity. Secondly, to the air suspension fork principle, the composition and various aspects good and bad points has carried on the elaboration, has built the foundation for the reader better understanding air suspension fork. Finally, carries on the detailed computation and the precise selection to the air spring, and has carried on the examination to the main spare part, for next step has provided the reliable basis to the air suspension fork design.
Keywords air spring, shock absorber, crosswise stabler, rigidity, load
目 录
摘 要I
AbstractII
第1章 绪 论1
1.1 本课题研究的目的和意义1
1.2 国内外研究现状1
1.3 本课题的研究内容3
第2章 空气悬架的概述及主要参数4
2.1 概述4
2.1.1 空气弹簧简介4
2.1.2 空气弹簧在汽上的应用5
2.1.3 空气悬架系统的结构6
2.1.4 空气悬架系统的原理及特点6
2.2 主要参数7
2.2.1 主要尺寸7
2.2.2 开发目标值9
2.2.3 空气悬架固有频率9
2.3 设计载荷9
第3章 元件的设计11
3.1 弹性元件的设计11
3.1.1 空气气囊的设计计算11
3.1.2 基本参数11
3.1.3 空气弹簧的垂直刚度计算13
3.1.4 空气弹簧的弯曲刚度计算14
3.2 导向机构的设计15
3.3 减振器15
3.3.1 概述15
3.3.2 设计计算16
3.3.3 校核减振器长17
3.4 横向稳定器18
3.4.1 概述18
3.4.2 设计计算18
结 论22
致 谢23
参考文献24
第1章 绪 论
1.1 本课题研究的目的和意义
随着我国公路建设特别是高等级公路的快速发展，大大提高公路货物运输的快速通达能力，导致公路货运量迅速增长，钢板弹簧式非独立悬架载货汽车已不能满足高速运输的需要，对装备有空气悬架的商用载货汽车的需求将会大量增加。空气悬架由于其具有变刚度、悬架高度可调、振动频率低等优异的特性，而备受汽车制造者青睐。载货汽车后空气悬架总成的设计，吸收并改进国内外先进的产品技术。做此题目可在产品更新设计等方面得到切实的锻炼。
我国公路及高速公路的发展对汽车的操纵稳定性、平顺性、安全性提出了更高的要求，对国内空气悬架市场产生了很大的促进作用。此外，重型汽车对路面破坏机理的研究及认识进一步加深、政府对高速公路养护的重视、限制超载逐步在国内各地受到重视等因素，使空气悬架在重型车市场的应用也将进一步扩大。
载货车必将成为空气悬架市场的支撑点。“十五规划”预测，到2005年重型载货汽车需求为9～11万辆，而重型载货汽车预计有5000辆采用空气悬架系统。
我国长春汽车研究所早1957年就开始了空气悬架技术的研究，不少高校的相关专家及研究机构多年来也做了大量卓有成效的工作，并取得了许多重要研究成果，但是由于种种原因，这些研究成果的产业转化率非常低，导致许多有价值的研究没能继续坚持和深入下去，使我国汽车悬架技术的研究和应用与欧美等发达国家相比明显落后。以空气弹簧悬架取代传统的钢板弹簧悬架既是必然趋势也是现实的客观要求。
随着我国高速公路的迅速发展，运输量的增加，要求汽车具有更好的操纵稳定性、平顺性、安全性，空气弹簧必将得到广泛应用。另外，随着对重型载货汽车对路面破坏机理的研究和认识进一步加深，以及政府对高速公路养护的重视，空气弹簧在重型车市场的应用也将进一步增加。
1.2 国内外研究现状
1．在国内的研究现状
空气悬架在我国的应用落后于国外几十年，直到近几年，随着高档客车制造技术的引进以及人们对舒适性要求的提高，加上国家对客车等级划分的标准要求，空气悬架才开始逐步应用起来。目前空气悬架主要集中应用在高等级客车上，但是受多方面因素的制约，空气悬架的配置率仍然很低，基本上还属于“导入”阶段。据不完全统计，国内部分数量相对较大的应用主要集中在郑州宇通、厦门金龙、苏州金龙、扬州亚星、一汽客底、东风杭汽等规模较大的主要客车及底盘厂家。2002～2003年的大致情况是：郑州宇通在2003年对空气悬架进行了自主开发，加上选配Newway及Reyco的空气悬架，年装车近500～800台（套）；扬州亚星年产客车及底盘8000多台，其中部分选用Neway及Reyco的空气悬架；东风杭汽近两年客车及客车底盘的产量在8000～9000台左右，先后采用过Neway和科曼的空气悬架；一汽客底主要选用Neway或Reyco的空气悬架；厦门金龙和苏州金龙都是一边选用Neway、科曼等的产品，一边在进行自主开发。此外，国内其它一些客车厂家也都是以选装国外空气悬架产品为主。
在自主研发方面，由于国内已经能够生产优质的空气悬架部件，以此为支撑，部分汽车主机厂已经开始自己设计符合中国道路状况和车辆实际条件的空气悬架弹簧产品，并选装国内优秀的部件以降低成本。郑州宇通公司成立了郑州百特零部件公司，自己设计匹配，分散采购。2002年，宇通公司本部生产空气悬架客车235辆，除“猛狮”系列需从德国进口底盘外，其他车型的空气悬架各部件大多为国内加工制造。2.1.4 空气悬架系统的原理及特点
空气悬架工作原理就是用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到弹簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。在前轮和后轮的附近设有车高传感器，按车高传感器的输出信号，微机判断出车身高度的变化，再控制压缩机和排气阀，使弹簧压缩或伸长，从而起到减振的效果。空气悬架给予了汽车更多的灵性。当你在高速行驶时悬架可以变硬来提高车身的稳定性；而长时间在低速不平的路面行驶时，控制单元会使悬架变软来提高车子的舒适性。
空气悬架系统的主要特点：
1．当客车乘员的数量和货车的载重量变化及汽车处在各种运动状态时，可实现车身高度的自动调节。
2．空气弹簧具有相对恒定的低自然振动频率，可以提高汽车行驶的平顺性。
3．改善路面不平度激励向车身的传递，减少不良振动造成汽车零部件的早期损坏。
4．对道路的磨损量可以减少50%，道路粗糙状态可以改善15%。
通过空气弹簧内气体的连通原理，可以方便地实现多桥轴荷和制动力的平衡。
5．当汽车发生偏载时，汽车仍可以保持水平。
6．延长汽车及其零部件的使用寿命，减少维修停工时间，提高汽车的营运效率。
空气弹簧的运动性能特点是：负载能力可调；弹性系数随负载变化；负载变化时，固有频率几乎不变；固有频率较低。这些特点决定了空气悬架具有以下优点：(1)乘坐更舒适安全；(2)改善车辆的行驶平顺性；(3)延长轮胎和制动片的使用寿命；(4)负载变化时车身高度不变；(5)减少电气、空调、排气系统、车桥、车身和底盘的维修成本；(6)减少对道路的冲击，保护路面，降低高速公路的维修费用；(7)延长车辆的使用寿命并增加折旧值。
2.2 主要参数
本设计前空气悬架其主要参考车型为CA1160P4K2L5。
2.2.1 主要尺寸
在进行设计之前，需要知道整车的相关尺寸，见表2-1。
表2-1 整车主要尺寸
CA1160P4K2L5
全长9630
全宽2495
全高2730
轴距5790
轮距前轮1914
后轮1840
货厢内部尺寸长7200
宽2300
高540
车辆重量前轴3232
后轴3042
合计6284
定员2
最大载重量10000
整车总重前轴5334
后轴10950
合计16284
轮胎尺寸前轮10.00-20
后轮10.00-20
满载时轮胎载荷比前轴————
后轴————
满载时前轮载荷比 %32.8
后悬2.585
货厢偏置量1.12
最小转弯半径20
车辆配列2-4D
车辆质心高(驾驶室底盘)1（1.25）
申报的驾驶室底盘重量前轴3028
后轴2253
合计5281
簧下质量前轴645
后轴1290
合计1935
容许极限前轴6000
后轴12000
合计18000
2.2.2 开发目标值
空气悬架的相关参数及目标值见表2-2。
表2-2 空气悬架参数及目标值
CA1160P4K2L5
目标寿命(万km)100
过载率(%)110
路面状况较好
连续高速行驶频率中等
容许轴荷（kg）12000
空气悬架行程撞击挡块(mm)60
下跳(mm)150
最小离地高170
车高调节装置无
2.2.3 空气悬架固有频率
空气悬架空载和满载时的固有频率见表2-3。
表2-3 固有频率值
空载满载
后空气悬架2.0 ～ 2.21.2 ～ 1.4（1.7以下）
2.3 设计载荷结 论
此项设计的难点是空气弹簧在后驱动桥悬架系统中的布置，重点是通过此项设计加强自己的制图基本功和技术，通过设计来加强自己的创新设计能力和锻炼自己的思维。通过此次设计我得到如下几点结论：
1．囊式双曲空气弹簧要按照装载范围进行合理选择其静态高度和最大外径，静态高度和最大外径均为255mm。
2．在选择空气弹簧和设计杆件时要充分考虑其在悬架系统中的布置情况，以免运动时发生干涉现象，具体布置见图纸。
3．在悬架系统中，有些部位需要安装铸件，如纵向推力杆的支架等，以适应其在悬架系统中的受力状况。
4．此项设计应用了A型架，以此来替代横向推力杆，由此增加了对A型架的研究深度，其角度和长度的可调性是其最显著的特点。
5．空气悬架技术是现代汽车发展的关键技术之一，所以对其研究的意义重大。
通过此项设计使我对汽车悬架系统有了更进一步的理解，空气弹簧是空气悬架系统中最重要的部分，而目前我国的此项技术还不够成熟，通过此次研究和查阅大量资料，使我知道了国内外空气悬架的发展趋势和前景，为以后做更进一步的研究奠定了基础。
由于此项设计的许多地方是本人的主观见解，设计中有许多不足之处和缺憾，希望能够谅解。
致 谢
作者在论文工作期间的工作自始至终都是在姜立标教授全面、具体的指导下进行的。姜老师渊博的学识、敏锐的思维、民主而严谨的作风使学生受益匪浅，并终生难忘。
感谢我的学友和朋友们对我的关心和帮助。
参考文献
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