凌志LS400悬架空气弹簧论文.doc

广西理工职业技术学院大专生毕业设计（论文）目录1 引言（1）1.1 研究本课题的意义和目的（2）1.1.1 历史背景.（2）1.1.2 国内研究现状.（2）1.1.3 国外研究现状.（2）1.1.4 发展趋势.（3）1.2 研究本课题的主要内容（4）1.3 研究本课题的解决的问题（4）2 研究的基本内容和拟解决的主要问题（5）2.1 概述（5） 2.2 基本内容（5）2.3 拟解决的主要问题（5）3 研究方法及措施（7）3.1 研究方法（7）3.2 解决问题所采取的措施（8）4 结束语（9）5 致谢（10）6 参考文献（11）1 引言1.1 研究本课题的意义和目的1.1.1 历史背景空气弹簧诞生于19世纪中期,早期用于机械设备隔振。1947年，美国首先在普尔曼车上使用空气弹簧，到目前为止，美国在重型载货车上空气悬架的占有率是85%，比1988年增长了54；大约82%的拖挂车使用空气悬架，比10年前增长了15%，欧洲大约与之保持相同的增长速度。空气悬架在轻型货车上的应用目前虽然只占市场份额的5%，但已呈现出快速增长的趋势，火石公司(Firestone)预测到2003年，空气悬架在轻型车市场占有率将达到10%，2008年将达到40%。空气悬架在旅游车、长途客车及高速客车市场也占有极大的份额，到1994年，联邦德国生产的55种大、中型公共汽车中，已有38种使用了空气悬架，国外高级大客车几乎全部使用空气悬架；部分轿车也逐渐安装空气弹簧悬架，如Benz300SE和Benz6001。1.1.2 国内研究现状 2.1 张俊玲（2010）对空气弹簧的使用要求及故障进行了分析和研究2； 2.2 陶金忠（2005）对空气悬架的使用与维护进行了研究3； 2.3 张忠平，王文生，丁国宾，刘志华等（2004）对空气弹簧漏风故障进行了调查分析和研究12；1.1.3 国外研究现状 空气弹簧诞生于19世纪中期，在Charles Goodyear发明了橡胶技术3 a后，John Lewisgf于1847年发明了空气弹簧，早起的空气弹簧用于机械设备的隔振。1901年公布了第一个空气弹簧专利，它被用于有轨电车悬架的减振元件。1908年，George Bancroft 申报了第一个第一个汽车悬架上空气弹簧的专利，且于1910年获得授权。1947年，美国首先在普尔曼车上使用空气弹簧4，此后意大利、英国、法国及日本等国家相继对空气弹簧做了大量的研究工作。 1986年，Toyoto公司在Soarer和LEXUS LS400GT5车前后悬架上均采用ECAS，并且其刚度可在“软”（soft）和“硬”（hard）之间调节，4个减振器可以再“软”、“中”、和“硬”之间调节。 0989年，Range Rover成为第一个配置ECAS的四轮驱动车。1999年，Melle T.提出了自激励空气悬架高度控制系统6。2001年，Giuseppe Quaglia 建立了空气悬架的仿真模型，对带附加气室的空气悬架振动特性进行了计算机模拟研究，分析了空隙悬架的主要参数对悬架振动特性的影响7。 Kstsuya Yoyofuku等人通过研究振动频率和弹簧反应之间的关系，分析了管路和气室对弹簧特性变化的影响8。Jon Bunne 和Roger Jable研究了空气悬架对汽车传动系统振动的影响。John woodrooffe 通过实验评价了分别装有空气弹簧悬架和钢板弹簧悬架的重型载货汽车路面附着性和行驶平顺性。随后，A1fHomeyer 等人采用有限元法优化了空气弹簧结构，提出了空气弹簧设计的新思想9。 2002年，梅塞德-奔驰在Adaptive Damping System II基础上研发了自适应阻尼的ECAS系统，并应用了新E级轿车上。2006年，新Audi A8L 6.0 quattro空气悬架的减振器采用无极电子双管气压控制，实现了非智能材料减振器阻尼力的无级调节10。 目前，空气悬架在国外豪华汽车上已被广泛使用，在高速客车和豪华城市客车上的使用率一大100%，在中、重型货车以及挂车上的使用率已超过80%。同时高级轿车上也用选装空气弹簧悬架的，如美国的林肯，德国的Benz300SE和Benz600等。目前空气悬架和空气弹簧生产的厂家主要集中在汽车工业发达国家，如美国的Neway ，Ridewell.Firestone，Good year和德国的SAF.BPW等。1.1.4 发展趋势 空气悬架技术的发展，使车辆的乘坐舒适性和安全行在得到保证的条件下，使悬架系统适应于不同道路条件下行驶称为可能。在国外，空气悬架系统已经渐渐发展称为一种标准装备，住动悬架以其优良的性能越来越广泛地被应用到汽车上，具有很好的应用前景。从发展趋势看，在大中型旅游客车、长途客车、城市客车和无轨电车以及一些特种车辆上，空气弹簧将有可能替代钢板弹簧，空气弹簧的市场需求量也将不断增长。因而，开发刚度和阻尼可调的电控式空气悬架系统将成为改进悬架减震性能的必然趋势。 目前，空气弹簧在国外高速客车和豪华城市客车上的使用率已达到100，在中、重型过车以及挂车上也超过80，如美国的Ford、德国的Man等。有些高级轿车上也选装了空气弹簧，如美国的林肯、德国的奔驰600等，在一些特种车辆如对方振要求高的仪表车、救护车及要求带高度调节的集装箱运输车上，空气弹簧的应用更为广泛。近年来，随着汽车技术的发展及国外空气悬架的引进，少部分国产高级客车开始采用空气弹簧，如沈阳飞机制造厂、北方汽车制造厂、厦门金龙联合汽车公司、江苏亚星客车集团公司、丹东汽车制造厂等生产的客车。随着空气弹簧应用的推广，对空气弹簧的使用要求及故障研究越来越得到重视。空气弹簧是高档商用车的关键部件,是汽车悬挂系统中钢板弹簧的更新换代产品,现已成为汽车性能提升的主要部件之一,具有独特的变刚度、低振动频率、抗道路凹凸冲击的特性,更加有效地提高了汽车乘坐舒适性、行驶平顺性及操纵稳定性,同时还具有可以减少汽车自重、提高运行速度、减少路面破坏等多项性能。但其在使用过程中却容易发生故障。为了使得空气弹簧在汽车上的使用更加广泛，成为汽车悬挂系统今后的新型产品而不被淘汰，因而本课题针对空气弹簧的故障及维护进行了研究和分析。1.2 研究本课题的主要内容1.2.1 汽车悬挂系统空气弹簧的故障分析；空气弹簧具有良好的弹性，在车辆工程中，是为了改进弹簧悬挂装置已提高运行特性而发展的一项新技术。空气弹簧是汽车转向架上的关键部件之一，其特性不仅影响到车辆运行性能，而且还影响到汽车的安全性。近年来，随着我国汽车运行速度的不断提高，提速汽车的种类、数量不断增加，空气弹簧悬挂系统的应用也越来越广泛。本文对空气弹簧在运用中出现的一些故障进行了分析，并提出了解决措施供检修时参考。1.2.2 汽车悬挂系统空气弹簧的维护；1.3 研究本课题解决的问题 1.3.1 胶囊故障问题； 1.3.2上盖板故障问题； 1.3.3 节流阀故障问题；1.3.4 漏气故障问题；1.3.5 空气弹簧的维护方法；2 研究的基本内容和拟解决的主要问题2.1 概述空气弹簧具有良好的弹性，在车辆工程中，是为了改进弹簧悬挂装置已提高运行特性而发展的一项新技术。空气弹簧是汽车转向架上的关键部件之一，其特性不仅影响到车辆运行性能，而且还影响到汽车的安全性。近年来，随着我国汽车运行速度的不断提高，提速汽车的种类、数量不断增加，空气弹簧悬挂系统的应用也越来越广泛。本文对空气弹簧在运用中出现的一些故障进行了分析，并提出了解决措施供检修时参考。2.2 研究的基本内容2.2.1 汽车悬挂系统空气弹簧的故障分析2.2.2 汽车悬挂系统空气弹簧的维护2.3 拟解决的主要问题2.3.1 胶囊故障问题 （1）橡胶气囊表面磨损。空气弹簧与周围零部件的间隙不够，工作时与空气悬架的其他零部件摩擦而产生磨损；当膜式空气弹簧的国赛底座外粘有沙石或泥土等硬物时，橡胶气囊的往复运动将与硬物摩擦产生磨损。磨损严重时橡胶气囊会产生破洞。若减振器损坏、空气管路或制动系统管路松动等造成与橡胶气囊干涉而产生摩擦，也会使橡胶气囊表面磨损。 （2）橡胶气囊表面出现化学侵蚀的孔洞。当橡胶气囊粘上润滑脂润滑油或汽油等时，若不及时清洗，润滑脂等将侵蚀橡胶气囊的表面，并会出现化学侵蚀孔洞。 （3）橡胶气囊疲劳老化，出现邹裂。橡胶气囊由于沾上了油脂等而导致过早老化，也有可能是正常老化。 （4）橡胶气囊瘪陷，无法承受负荷。空气控制管路泄露或堵塞：高度控制阀失效；储气罐内气压太低，不能打开压力保护开关2。2.3.2上盖板故障问题 (1)上盖板凹陷。空气悬架高度过低，空气弹簧长期在较低气压下工作；高度控制阀失效；橡胶气囊内气压太低，同时车辆超载严重；使用的空气弹簧型号不对。 (2)上盖板突起，空气悬架高度过高，空气弹簧长期在超正常气压下工作；高度控制阀失效；减振器损坏或型号不对；使用的空气弹簧型号不对。 （3）上盖板螺钉松动、脱扣。对于螺钉紧固密封方式的空气弹簧，由于组装时上盖圆周各螺钉紧固力大小不一，螺钉受力不均。在运行过程中会慢慢松动、脱扣2。2.3.3 节流阀故障问题 节流阀脱落。对于采用螺钉紧固老保证阀座与阀套的相对位置的节流阀，在振动过程中螺钉容易松动，导致阀座与阀套松动脱开。2.3.4 漏气故障问题橡胶气囊与上盖板或活塞底座结合处裂开、漏气，或螺栓根部漏气。空气弹簧长期在超出伸张许用行程的范围内工作；橡胶气囊内气压过高，超载严重；空气悬架减振器寻坏或型号不对；缓冲块偏心接触，导致橡胶气囊与上盖板边缘或活塞底座结合处局部磨损。动机气温过低且温差较大，导致胶囊外表面破裂2。3 研究方法及措施3.1 研究方法 3.1.1加强对空气弹簧的结构和工作原理的了解空气弹簧按工作时的变形方式分为囊式、膜式和混合式三种。如图 1、2、3 所示。囊式空气弹簧主要依靠橡胶气囊的挠屈获得弹性变形；膜式空气弹簧主要依靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形；混合式空气弹簧则兼有以上两种变形方式。囊式空气弹簧根据橡胶气囊曲数的不同分为单曲、双曲和多曲囊式空气弹簧。膜式空气弹簧的结构是在盖板和底座之间放置一圆柱形橡胶气囊，通过气囊挠曲变形实现整体伸缩。膜式空气弹簧在其正常工作范围内，弹簧刚度变化要比囊式小，同时也可通过改变底座形状的方法，控制其有效面积变化率，以获得比较理想的弹性特性。膜式空气弹簧有效面积的变化率也比囊式弹簧小，因此，膜式空气弹簧在辅助气室较小的情况下，也可得到较低的自振频率。根据橡胶气囊止口与接口的连接方式又可分为约束模式和自由模式空气弹簧。约束模式空气弹簧密封一般用螺栓夹紧密封；自由模式空气弹簧采用气囊内的压力自封。底座多为深拉钢板成型或轻质铸钢，并且表面镀铬处理，减小气囊与底座之间的摩擦1。图表 1、囊式空气弹簧图表 2、膜式空气弹簧图表 3、混合式空气弹簧3.2 解决空气弹簧故障的措施 3.2.1空气悬架装配时，严格按照技术指标选用空气弹簧，防止空气弹簧在过低或过高的气压下工作。 3.2.2安装过程中确保空气弹簧与周围零部件的间隙合理，保证其与其他拎部件不产生摩擦。 3.2.3橡胶囊外层选用高强度的橡胶材料，提高空气弹簧外层橡胶的强度。 3.2.4加强橡胶配方的工艺研究和质量管理，进一步提高橡胶材料的耐疲劳、耐老化和耐高温的性能，保障空气弹簧在低温下的密封可靠性。 3.2.5避免化学及油类物质接触空气弹簧橡胶囊表面。 3.2.6对于螺钉紧固密封式的空气弹簧，上盖螺钉松动、脱扣时，螺钉加螺钉紧固胶拧紧，螺钉断裂时应更换质量可靠的螺钉。 3.2.7搬运空气弹簧要小心，一方橡胶堆脱落对人身造成伤害，或造成上盖与胶囊分离，增加组装及气密性实验工作量。 3.2.8避免长期存放在日光直射或温度在45以上或过于潮湿的地方，避免空气弹簧沾上酸、碱和各种有机溶剂等有害物品；段修时，喷漆钱应把空气弹簧胶囊保护起来，以防胶囊被喷上油漆而加速胶囊龟裂现象。 3.2.9空气弹簧在无防护的情况下，不得在其周围进行焊接作业，以免焊渣火星飞溅到胶囊上。 4 结束语 空气弹簧是车辆转向架上极为重要的部件，在设计时其安全性已考虑得非常周到，即使在最恶劣的情况下（如运行时胶囊意外破裂）也能保证车辆的安全但对其出现的问题必须重视，应即使找出原因，并对症下药处理，随着我国铁路事业的开速发展与各种新型快速车辆的研制成功，空气弹簧的运用前景更加广阔，设计和制造工艺会不断提高，空气弹簧出现的问题将会得到逐步解决。5 致谢为期一个半月多的毕业设计结束了,我们在黄老师的指导下圆满完成了设计任务.通过这次设计,使我们明白了很多,也学到了很多以前不知道的知识.毕业设计是综合以前我们学过的知识,再加进一些自己的创新想法,来创造一些比较先进的东西来,所以这也就会利用到一些自己以前根本不曾接触过的知识,这些知识就需要我们现学现用,重新学起.由于我们设计的题目比较大,所以要翻阅大量的资料,更要整理和组织材料.在设计期间,我们的指导老师黄宇靖老师给予了我们很大的支持和帮助.我们的设计内容比较散,而且内容多,而我们手中的资料有限,所以查资料是一个难题,黄老师就给我们找资料,并指导我们理请设计思路,在整个设计过程中黄老师给予的帮助是极大的,在此特别感谢! 由于我们所学的知识有限,手头的资料不全,故此在设计中难免会有许多疏漏和不正确之处,敬请广大教师批评指正,在此表示感谢!6 参考文献1 张利国，张嘉钟，贾力萍，等。空气弹簧的现状及发展J.振动与冲击，2007,26（2）：46-151.2 张俊玲，空气弹簧的使用要求及故障分析J.贵州工业职业技术学院，2010，3（3）：57-583 陶金忠，空气悬架的使用与维护J.南通航运职业技术学院，2005，（12）：68-704 杨毅夫. 空气弹簧及其控制系统在有源悬挂中应用的探讨J. 中国铁道科学，