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载货汽车前空气悬架总成的设计【2张图/10000字】【优秀机械毕业设计论文】

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A2-减振器与轴联接.dwg

A2-空气弹簧.dwg

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关键词：: 载货汽车空气悬架总成设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。31页，10000字。
任务书一份。
PPT答辩稿一份。
外文翻译一份。

图纸共2张，如下所示
A2-减振器与轴联接.dwg
A2-空气弹簧.dwg

载货汽车前空气悬架总成的设计

摘要

悬架是汽车的重要组成部分。它对汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性以及操纵稳定性等多种使用性能都有很大影响。随着汽车速度的提高对汽车悬架的性能提出了越来越高的要求。而空气弹簧悬架具有自振频率低、动载荷小、通过性好、使用寿命长等优点，能提高汽车的速度，乘坐舒适性，减少汽车对路面的破坏。所以越来越受到汽车制造商和汽车研究人员的关注。目前国外高级大客车几乎全部使用了空气悬架,这是汽车悬架发展的趋势,有着广阔的市场前景和应用前景。
本文概括的介绍了空气悬架的发展历程、使用现状和应用前景及其在国内外的使用情况。在原有的CA1160P4K2L5车型基础上，根据给出的基本结构和性能参数来设计计算载货汽车前空气悬架。为了减小冲击采用弹性元件，此弹性元件为钢板弹簧与空气弹簧相结合的结构。为了传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩采用导向机构，此导向机构的功能是通过纵置钢板弹簧来实现的。为了使振动衰减采用双向作用筒式减振器。

关键词空气悬架；空气弹簧；钢板弹簧；减振器

The Unitized Design of Motor Trucks’ Front Air Suspension

Abstract

Suspension is an important part of vehicle,it greatly impacts vehicle’s performances,such as ride comfort control stabilization ,etc.With the improvement of vehicle’s speed,we need that more and more improvements on suspension’s performance load is low,the life-span is long.Now that the air spring suspension takes on many virtues,for example,its stiffness is variable and vibration frequency is dynamic,more and more engineers pay attention to studying this kind of suspension.At the present time,foreign grand buses are almost equipped with air suspension.The air suspension begins to be the trend of the suspension, it has broad market prospect and potential application.
This thesis talks about the air suspension’s development track application actuality.It expatiates the main body and purport of the thesis.Base on the configuration and parameters of CA1160P4K2L5,I design the motor truck’s front air suspension’s structure.In order to diminish shock,the elastic elements are both the steel leaf spring and the air spring.Furthermore in order to transitive different kinds of force and moment except the vertical force of the elastic elements,the steel leaf spring is used as guide mechanism.The bilateral sausage type shock absorber make the vibrate attenuation.

Key words air spring suspension ,air spring ,steel leaf spring ,shock absorber

目录
摘要 I
Abstract II

第1章绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国外空气悬架的发展 1
1.3 我国空气悬架的现状 2
1.4 空气悬架的优缺点 3
1.4.1 空气悬架的优点 3
1.4.2 空气悬架的缺点 4
1.5 本文研究内容 4
第2章载货汽车前空气悬架的结构设计 5
2.1 前空气悬架的主要参数 5
2.1.1 主要参数 5
2.1.2 载荷分配的复合计算 7
2.2 弹性元件的设计 8
2.2.1 空气弹簧 8
2.2.2 钢板弹簧 13
2.3 导向机构的设计 20
2.4 本章小结 21
第3章减振器的设计 22
3.1 概述 22
3.2 设计计算 22
3.2.1 减振器阻尼系数的确定 22
3.2.2 最大卸荷力的确定 23
3.2.3 筒式减振器工作缸直径的确定 23
3.3 减振器螺栓的校核 24
3.3.1 减振器螺栓 24
3.3.2 减振器与车架连接的螺栓 24
3.4 本章小结 24

结论 25
致谢 26
参考文献 27

毕业设计（论文）题目：
载货汽车前空气悬架总成的设计

立题的目的和意义：

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己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。载货汽车前空气悬架总成的设计，吸收并改进国内外先进的产品技术。本题目可使学生在产品更新设计等方面得到切实的锻炼。

技术要求及工作计划：

1、对各种载货汽车前空气悬架总成结构和工作原理进行归纳分析；

2、对各种气囊进行性能研究比较；

3、设计典型载货汽车前空气悬架总成并进行理论计算；

4、撰写设计说明书计10000字左右。

5、翻译相关英文资料3000字左右。

载货汽车前空气悬架总成的设计

内容简介：: 哈尔滨工业大学毕业设计（论文）摘要悬架是汽车的重要组成部分。它对汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性以及操纵稳定性等多种使用性能都有很大影响。随着汽车速度的提高对汽车悬架的性能提出了越来越高的要求。而空气弹簧悬架具有自振频率低、动载荷小、通过性好、使用寿命长等优点，能提高汽车的速度，乘坐舒适性，减少汽车对路面的破坏。所以越来越受到汽车制造商和汽车研究人员的关注。目前国外高级大客车几乎全部使用了空气悬架,这是汽车悬架发展的趋势,有着广阔的市场前景和应用前景。本文概括的介绍了空气悬架的发展历程、使用现状和应用前景及其在国内外的使用情况。根据给出的基本结构和性能参数来设计计算空气悬架。弹性元件为钢板弹簧与空气弹簧相结合，而且钢板弹簧兼作导向机构，减振器使振动衰减。关键词空气悬架；空气弹簧；钢板弹簧；减振器 AbstractSuspension is an important part of vehicle,it greatly impacts vehicles performances,such as ride comfort control stabilization ,etc.With the improvement of vehicles speed,we need that more and more improvements on suspensions performance load is low,the life-span is long.Now that the air spring suspension takes on many virtues,for example,its stiffness is variable and vibration frequency and dynamic,more and more engineers pay attention to studying this kind of suspension.At the present time,foreign grand buses are almost equipped with air suspension.The air suspension begins to be the trend of the suspension, beneficial and banausic.This thesis talks about the air suspensions development track application actuality.It expatiates the main body and purport of the thesis.Base on the buss configuration and parameters,I design the structure.The elastic elems are both the steel leaf spring and the air spring,furthermore the steel leaf spring is used as guide mechanism,the shock absorber make the vibrate attenuation.Key words air spring suspension ;air spring ;steel leaf spring ;shock absorber目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 引言11.2 国外空气悬架的发展11.3 我国空气悬架的现状21.4 空气悬架的优缺点31.4.1 空气悬架的优点31.4.2 空气悬架的缺点4第2章载货汽车前空气悬架的结构设计52.1 前空气悬架的主要参数52.1.1 主要参数52.1.2 载荷分配72.2 弹性元件的设计72.2.1 空气弹簧82.2.2 钢板弹簧122.3 导向机构的设计202.4 减振器212.4.1 概述212.4.2 设计计算212.4.3 减振器螺栓的校核232.5 本章小结23结论24致谢25参考文献26附录2743第1章绪论1.1 引言悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架与车轴弹性地连接起来。其主要任务是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩；缓和路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。空气悬架从十九世纪中期诞生以来，经历了一个世纪的发展，直到上个世纪中期才被应用在载重车、小轿车、大客车及铁道车辆上。对客车而言，使用空气悬架可以提高乘客舒适性；对货车来说，使用空气悬架可以更好地保护货物。1.2 国外空气悬架的发展目前国外在高级大客车上几乎全部使用了空气悬架，重型载货车使用空气悬架的比例也已达80%以上。空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升，部分轿车也逐渐开始安装空气悬架，如美国的林肯、德国的Benz300SE和Benz600等。在一些特种车辆（如对防震要求较高的仪表车、救护车、特种军用车及要求高度调节的集装箱运输车等）上，空气悬架几乎为唯一选择。国外汽车空气悬架的发展经历了“钢板弹簧-气囊复合式悬架被动全空气悬架主动全空气悬架（即ECAS电控空气悬架系统）”的变化。20世纪30年代初，美国凡世通轮胎公司首次把空气弹簧应用于汽车工业。哈维凡世通在亨利福特一世和托马斯阿瓦爱迪生技术的支持下，在1934年研制出了空气柱形式的空气弹簧悬架系统。1944年，通用汽车公司与凡世通公司合作，在其客车上进行了首轮试验，试验结果显示了空气悬架系统的内在优越性。通用汽车公司经过大量的产品研制开发工作，于1953年开始生产装有空气悬架的客车，这是商用汽车采用空气弹簧悬架的开始。20世纪50代中叶，固特异轮胎公司研制出一种滚动凸轮式空气弹簧，凸轮在活塞的型面上滚动，从而控制空气弹簧的负载变化关系曲线，同时，空气控制系统的巨大进步也为空气悬架的应用起了很大的推动作用。随后不久，空气悬架技术在欧洲也很快发展起来，但欧洲的发展道路和北美有些不同。欧洲的汽车生产厂商并未将空气悬架变成单独总成，而是各自开发满足其独特车型需要的空气悬架。这种不同的发展道路使欧洲的空气悬架设计只适用于某种具体车型并采用一些复杂技术，因而其使用成本较高，而北美的空气悬架通用性较强，应用较简单，成本较低。例如，美国纽威安柯洛克国际公司在1951年成立时即作为一家悬架系统的专业生产厂家，为公路和非公路行驶的重型车辆设计和制造钢板弹簧悬架系统。不久后，纽威公司向商用车市场投放了世界上第一种实际应用的空气悬架系统。因其通用性强，结构简单，成本较低，迅速占领了北美市场。随后纽威公司开发了一系列空气悬架产品，应用于世界各地的客车、卡车、小轿车及铁道汽车上。1.3 我国空气悬架的现状空气悬架在我国的应用落后于国外几十年，直到上世纪90年代初期才开始在原装引进车型上使用。目前我国拥有空气悬架项目的公司为数众多，但以具有代理性质而无实际设计能力的公司居多，主要代理美国、德国、韩国、日本产品，公司规模一般不大，产品有限。我国长春汽车研究所早在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，这些研究成果大多还停留在理论上，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处于明显的落后地位。我国公路条件的改善为汽车空气悬架创造了基本的使用条件。国内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。随着道路保护意识的加强，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，空气悬架开始逐步应用起来。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。为适应高速公路运输的需要，高级客车和大型载货车都必须使用空气悬架。汽车市场的快速发展将大大拉动空气悬架的需求增长。1.4 空气悬架的优缺点1.4.1 空气悬架的优点随着人们对乘坐舒适性要求的提高，与钢板弹簧悬架相比，空气弹簧悬架因其独特的性能和适应性，正在逐步打入传统的钢板和螺旋弹簧领域。空气悬架系统是以空气弹簧为弹性元件，利用气体的可压缩性实现其弹性作用的。通过压缩气体的气压能够随载荷和道路条件变化而进行自动调节，不论满载还是空载，整车高度不会变化，可以大大提高乘坐的舒适性。空气弹簧的运动性能特点是：(1)空气弹簧悬架的固有频率可以根据需要而适当改变；(2)空气弹簧的特性曲线可以设计成理想的形状；(3)空气弹簧对于高频振动的吸收和隔音性能好；(4)空气弹簧悬架能保持车身高度不变；(5)空气弹簧的通用性好；(6)空气弹簧悬架能节约大量的弹簧钢；(7)空气弹簧可以利用空气阻尼作用；(8)空气弹簧的强度高；(9)空气弹簧寿命长。这些特点决定了空气悬架具有以下优点：(1)高频振动隔断性较好，降低噪声。由于采用空气弹簧将地面振动传递给车身，故高频隔振性相对于钢板弹簧较小并降低噪声；(2)乘坐更舒适安全,改善车辆的行驶平顺性。空气弹簧刚度小，振动频率低，空气弹簧弹性特性为非线性，即刚度随载荷的变化小，整车空载与满载频率相差较小，从而有效改善整车平顺性；(3)延长轮胎和制动片的使用寿命；(4)负载变化时整车高度始终保持不变,装有高度调整机构的空气悬架系统，整车高度在不同载荷时保持不变。用在箱式货车上，可以在法规限制内相应增加货箱高度；(5)减少电气、空调、排气系统、车桥、车身和底盘的维修成本,减少对道路的冲击，保护路面，降低高速公路的维修费用,空气弹簧本身也不需维护和润滑；(6)实现多种功能,利用空气控制，可以实现多种功能。尤其采用电子控制空气悬架系统ECAS，可以实现不同整车高度的转换，以适用于不同的行驶状况，或便于货物的装卸；也可根据不同的使用情况，实现不同的载荷分配方式等功能；(7)延长车辆的使用寿命并增加折旧值。1.4.2 空气悬架的缺点(1)需要导向机构由于空气弹簧只能承受纵向力，而不能传递纵向的制动力、驱动力和侧向力，所以使用空气弹簧的悬架需要相应的导向机构。(2)增大减振器负担因悬架的上跳行程限位是由减振器内部的限位装置进行限位的，所以减振器负担增大，同时结构相对复杂。(3)弹簧寿命降低与钢板弹簧相比，空气弹簧寿命相对较低，需要定期更换。(4)结构及控制系统复杂，成本高空气弹簧悬架结构较复杂，需要的零部件较多，成本较高。必须增加气源供给装置，储气筒，相应的空气管路和高度调整机构，如果是电子控制系统还需增加相应的电路、传感器、中央控制单元ECU及电磁阀等。(5)不适用于超载状况一般情况下，空气弹簧的超载能力比额定设计载荷只能超出10%-30%，如果载重量超出该值，整车高度下降，如果是ECAS系统，当载荷超出ECU中设定的最大允许载荷，空气弹簧将放气。经常使用在额定载荷以上时，空气弹簧寿命将降低。第2章载货汽车前空气悬架的结构设计2.1 前空气悬架的主要参数本设计前空气悬架其主要参考车型为CA1160P4K2L5。2.1.1 主要参数空气悬架的主要参数见表2-1、表2-2、表2-3。表2-1 主要尺寸Table2-1 The main sizeCA1160P4K2L5全长(mm)9630全宽(mm)2495全高(mm)2730轴距(mm)5790轮距(mm)前轮1914后轮1840货厢内部尺寸(mm)长7200宽2300高540车辆重量(Kg)前轴3232后轴3042合计6284定员(人)2最大载重量（Kg）10000整车总重(Kg)前轴5334后轴10950合计16284轮胎尺寸(in)前轮10.00-20后轮10.00-20满载时前轮载荷比(%)32.8货厢偏置量(m)1.12最小转弯半径(m)20车辆配列2-4D车辆质心高(驾驶室底盘)(m)1（1.25）申报的驾驶室底盘重量(Kg)前轴3028后轴2253合计5281簧下质量(Kg)前轴645后轴1290合计1935容许极限(Kg)前轴6000后轴12000合计18000表2-2 开发目标值Table2-2 The development required value 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(mm)170表2-3 钢板弹簧和空气弹簧固有频率Table2-3 The natural frequency of steel leaf spring and air spring空载满载前钢板弹簧悬架2.71.8前空气悬架载荷分配前钢板弹簧和空气弹簧的载荷分配:空载轴荷满载轴荷超载轴荷非悬架质量空载，簧上质量满载，簧上质量超载，簧上质量空载，空气弹簧承担的载荷：空载，钢板弹簧承担的载荷：满载，空气弹簧承担的载荷：满载，钢板弹簧承担的载荷：超载，空气弹簧承担的载荷：超载，钢板弹簧承担的载荷：2.2 弹性元件的设计为了缓和冲击，在汽车行驶系统中，除了采用弹性轮胎之外，在悬架中还必须装有弹性元件，这可使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间作弹性联系1。2.2.1 空气弹簧概述空气储能的执行元件-空气弹簧是一种传递流动力的元件。一般来说它有柔性的壁，是一个波纹状的容器。空气弹簧单位质量的储能量与气体的工作压力和气体在标准状态下的密度有关。它比其他弹性元件的储能量都大。空气弹簧的侧壁是柔性的，并且有一定的延展性，还可以实现根据载荷的大小对里面的空气压力进行调整等特点。因此它与传统的板簧、螺旋弹簧等有很大的区别。同时它的重量相对于其它弹性元件来讲又非常轻。柔性的波纹壁可以承受一定的径向膨胀力，而且它还有一定的延展特性。现在空气弹簧的设计外形有很多种，来满足不同地方的需要，但是不管其形状如何变化，其工作原理都是一样的，空气弹簧有很高的工程价值。空气弹簧是运动行程较小，受力又比较复杂地方的理想选择。同时也有汽缸的特性，一般来说汽缸是一个圆筒型的空室，里面有一个由工作流体的压力或膨胀力推动的活塞来做功。空气弹簧是通过密封在一个柔性的，加强的橡胶囊或波纹袋里的压缩空气来推动空气弹簧的两端，产生一定的力来达到我们的需要。空气弹簧大致可分为囊式和膜式两类。本设计采用囊式空气弹簧，曲囊数为2曲。囊式空气弹簧结构比较简单，制造容易，因此成本低,又因为工作时橡胶膜的曲率变化小，所以使用寿命长。缺点是刚度大，振动频率高，要得到比较柔软的特性。空气气囊的设计计算 (1)基本参数空气弹簧的主要设计参数是有效面积A,如图3-1所示，作一平面T-T切于空气囊的表面，且垂直空气囊的轴线。因为空气囊是柔软的橡胶薄膜，根据薄膜理论的基本假设，空气囊不能传递弯矩和横向力，因此在通过空气囊切点处只传递平面T-T中的力，而平面T-T即有效面积A，有效半径R，（3-1）弹簧所受的载荷P （3-2）式中 p-空气弹簧内压力，。图3-1 有效面积的定义Figure3-1 The definition of effective area由已知得按满载计算P=由此在表3-1中选出符合条件的标准件，型号为YB-182。设定气囊的有效直径：180mm。由式（3-1）可计算有效面积由式（3-2）可计算气囊压力空载时空气弹簧内压力满载时空气弹簧内压力超载时空气弹簧内压力以上均满足表3-1中在压力范围为17(kgf/)内，符合条件。CA1060P4K2L5的空气压缩机出气压力为8kgf/cm2，按照超载承担的载荷计算此时气囊的压力所计算的富余量不必增大空压机2。表3-1 空气弹簧的一些参数Figure3-1 some parameter of air spring型号YB-112YB-182YB-192YB-242YB-252YB-282最大外径(mm)155265255330340390静态高度(mm)130215255230306286装载范围(kgf)21052047012506301530105025301450359018004500压力范围 (kgf/)171717171717自然频率(Hz)2.261.761.131.531.180.95 (2)空气弹簧的垂直刚度计算如图3-2 （3-3）其中式中 p-空气弹簧的内压力，MPa； -大气压力，MPa,取=0.098MPa； V-空气弹簧有效容积，； m-多变指数，等温过程中m=1，绝热过程中m=1.4，一般动态过程1m1.4，此时取m=1.33； n-空气弹簧的曲线； -垂直刚度，N/mm；a-形状系数。图3-2 囊式空气弹簧变形简图Figure3-2 The vesicae type air springs distortion diagram由式（3-3）可计算垂直刚度(3)空气弹簧的弯曲刚度计算如图3-3空气弹簧的弯曲刚度为图3-3 空气弹簧的弯曲变形Figure3-3 The air springs flexural deformation 空气弹簧支架螺栓的校核螺栓材料为碳钢。取螺栓的预紧力N。由第四强度理论求得螺栓的当量应力为满足螺栓的强度条件。2.2.2 钢板弹簧钢板弹簧主要参数的确定(1)满载弧高考虑到使用期间钢板弹簧塑性变形的影响和为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，取10mm。(2)钢板弹簧长度L的确定货车的前悬架L=(0.260.35)轴距,故钢板弹簧长度L=取L=1500mm。(3)悬架的静挠度和悬架的动挠度取悬架的静挠度=80mm，悬架的动挠度=80mm。则钢板弹簧悬架固有频率已知满载静止时悬架上的载荷。则钢板弹簧悬架的刚度 (4)总截面惯性矩板簧可近似地看作是由等厚叶片所组成的等应力梁如图3-4所示的钢板弹簧等应力梁，当在其两端（相当于板簧的卷耳中心处）作用有载荷P，在其中间作用有支撑载荷Q(Q=2P）时,由材料力学可知其挠度f和所引起的最大应力分别为: （3-4）（3-5）式中 -根部的总截面惯性矩，；E-材料的杨式弹性模量，取2.06M。相应的等应力梁弹簧的刚度为（3-6）而实际钢板弹簧的展开面的一半不是如图3-4所示的三角形，而是梯形。它介于等应力梁与等截面梁之间，因此可按等截面简支梁的计算公式并引进一个修正系数加以修正，这时弹簧的挠度f为（3-7）式中 -挠度系数.取=，其中为与主片等长的重叠片数，为总片数。图3-4 钢板弹簧受力分析Figure3-4 The stress analyses of steel leaf spring由（3-7）可以得到钢板弹簧的总截面惯性矩为（3-8）则此时弹簧的刚度和弯曲应力则相应为：（3-9）（3-10）式中 -钢板弹簧总截面系数，； E-材料的杨式弹性模量，取2.06M。因为钢板弹簧由一对U形螺栓（又称骑马螺栓）夹紧安装到车桥或车轴上时，则两U形螺栓之间的板簧有一部分不起弹簧作用，称为非工作部分或无效长度，剩下起弹簧作用的长度则称为有效长度。因此，考虑到钢板弹簧的安装夹紧，则根据式（3-8）和式（3-10），夹紧并修正后的钢板弹簧所需的惯性矩和应满足的强度要求分别为：（3-11）（3-12）式中 s-U形螺栓中心距,mm,s=100mm； k-考虑U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数，刚性夹紧,k=0.5；-钢板弹簧总截面系数，； -许用静弯曲应力，对于弹簧钢经表面喷丸处理后,取=400M。由式（3-11）可得(5)叶片厚度h （3-13）取各片厚度相同。(6)叶片宽度b及片数n 根据，取。则叶片宽度b=由式（3-9）得片数取片数n=5。钢板弹簧各叶片长度的确定确定各叶片长度的方法有作图法和计算法。本设计采用作图法如图3-5，先将各片厚度的立方值按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上如下图，再沿横坐标量出主片长度的一半和U形螺栓中心距的一半，得到A、B两点，连接A、B即得到三角形的钢板弹簧展开图。AB线与各叶片的上侧边交点即为各片长度。各片实际长度尺寸需经圆整后确定。量出各片长度依次为：横向比例1：5，纵向比例1：50 图3-5 确定钢板弹簧各叶片长度的作图法 Figure3-5 The graphical construction of the ascertain steel leaf spring each blade length 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径(1)钢板弹簧在自由状态下的弧高自由状态下的弧高为（3-14）其中 -静挠度；-满载弧高；-钢板弹簧在预压缩时产生的塑性变形，一般取。代入（3-14）得弧高(2)曲率半径如图3-6所示几何关系，当时，近似求得钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径，它也是装配弹簧总成后主片的曲率半径：（3-15）取2800mm。图3-6 钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径及弧高Figure3-6 The radius of curvature and height of arc of steel leaf spring assemble at free condition(3)钢板弹簧总成弧高的核算由于钢板弹簧各片在自由状态下的曲率半径是经选取预应力后计算的，受其影响，装配后钢板弹簧总成自由状态下的弧高与用计算的结果会有所不同。因此，需要核算钢板弹簧总成的弧高。根据最小势能原理，钢板弹簧总成的稳定平衡状态是各势能总和最小状态，因此可求得等厚叶片弹簧的为（3-16）式中 -钢板弹簧第i片的长度。由式（3-16）可得则钢板弹簧总成的弧高为与（3-15）计算结果相近。钢板弹簧的强度验算(1)校核应力钢板弹簧总截面系数由式（3-12）=400MPa满足要求。(2)验算在最大动行程时的最大应力 1000 M （3-17）由式（3-17）可得最大应力弹簧的单位变形应力称为比应力，它对钢板弹簧的疲劳寿命有着显著的影响比应力的表达式为/mm在4.55.5 M之间满足要求。(3)卷耳部分的强度如图3-7卷耳处所受的应力（3-18）其中 P-水平作用力,N；d-卷耳内径, 图3-7 钢板弹簧主片卷耳受力图Figure3-7 The cerastiummain leaf of steel leaf spring forced diagram 由式（3-18）得满足条件。(4)弹簧销的强度核算钢板弹簧受静载时弹簧销受到的挤压应力（3-19）其中 -为满载静止时钢板弹簧端部的载荷； b-卷耳处叶片宽； d-钢板弹簧销直径。由式（3-19）得满足要求。（5）螺栓的校核 1U形螺栓螺栓材料为碳钢。螺栓的预紧力，取N。由第四强度理论求得螺栓的当量应力为满足螺栓的强度条件。2中心螺栓螺栓材料为碳钢。螺栓的预紧力，取N。由第四强度理论求得螺栓的当量应力为满足螺栓的强度条件。2.3 导向机构的设计导向装置用来决定车轮相对于车架的运动特性，并传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。本设计采用非独立悬架。非独立悬架的结构特点是，左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接。以纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置的非独立悬架，其主要优点是：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。而且可以利用以前的零部件，便于改装，同时板簧与空气弹簧联合作用可使悬架弹性特性更接近理想，悬架的偏频在很大载荷范围内近似保持不变。2.4 减振器2.4.1 概述为加速车架与车身振动的衰减,以改善汽车的行驶平顺性，在大多数汽车的悬架系统内部装有减振器。减振器与弹性元件是并联安装的。汽车车身和车轮振动时,减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦形成了振动阻力,将振动能量转变为热能，并散发到周围的空气中去,达到迅速衰减振动的目的。汽车悬架系统中广泛采用液力减振器。液力减振器的作用原理是，当车架与车桥作往复运动时,减振器中的活塞在缸筒内也作往复运动，于是减振器壳体内的油液便往复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，空壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力,使车身和车架的振动能量转化为热能,被油液和减振器壳体所吸收,然后散发到大气中。减振器的阻尼力的大小随车架和车桥相对速度的增减而增减，并且与油液的粘度有关。减振器的阻尼力越大,振动消除得越快,但却使并联的弹性元件的作用不能充分发挥。同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架损坏。所以应该在悬架压缩行程内，减振器的阻尼力应较小,以便充分利用弹性元件来缓和冲击。在悬架伸张行程内，减振器的阻尼力应较大,以求迅速减振。当车桥与车架的相对速度过大时,减振器应当能自动加大液流通道截面积,使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。2.4.2 设计计算减振器阻尼系数的确定当减振器如图3-8布置时,减振器阻尼系数其中 -对于无内摩擦的弹性元件悬架,取0.25；-簧上质量。则伸张行程时的阻尼系数图3-8 减振器安装位置Figure3-8 The installation site of shock absorber 最大卸荷力的确定为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀。此时的活塞速度成为卸荷速度。取=150mm/s.在伸张行程的最大卸荷力筒式减振器工作缸直径D的确定根据伸张行程的最大卸荷力计算工作缸直径D为式中 -工作缸最大允许压力取； -连杆直径与缸筒直径之比，双筒式减振器取。取工作缸直径D=65mm,则贮油筒直径取，其壁厚为2mm,材料为20钢。2.4.3 减振器螺栓的校核减振器螺栓螺栓材料为碳钢。取螺栓的预紧力。由第四强度理论求得螺栓的当量应力为满足螺栓的强度条件。减振器与车架连接的螺栓螺栓材料为碳钢。取螺栓的预紧力N。由第四强度理论求得螺栓的当量应力为满足螺栓的强度条件。2.5 本章小结本章为载货汽车前空气悬架结构的总成设计计算。悬架由弹性元件、导向装置、减振器等组成。本设计采用弹性元件为钢板弹簧和空气弹簧相结合的结构。而钢板弹簧既作为弹性元件又作导向机构，使导向机构的设计变得简单。减振器起到衰减振动的作用。结论本文深入的研究了空气悬架在国内外的发展状况，以及我国空气悬架的现状和以后的研究前景。受多方面因素的制约，我国空气悬架的配置率仍然很低，基本上还属于“导入”阶段。在汽车悬架系统方面，我国除了钢板弹簧悬架的设计及应用比较成熟以外，其它的悬架技术的应用绝大部分还处于车型引进、仿制或直接购买产品阶段。悬架产品的设计开发滞后，一方面表现在设计手段落后，计算机应力分析、动态仿真在企业中应用还较少；另一方面没有建立一套完善的设计评价体系。根据这种状况，我国汽车零部件企业应借此机遇，加快研发空气悬架产品。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。空气悬架的广泛应用可以较快提升我国商用车的档次、技术水平和市场竞争力，大大缩短与国外商用车的技术、等级差距，巩固和扩大国产商用车的市场份额。首先必须明确划分空气悬架系统设计开发的权限与分工，由研发部门负责研发方向、确定系统特性参数，指定具体的二级开发单位，实现产品的快速研发和升级换代。其次，要从产品的工艺路线入手，制定合理的开发配套模式。针对空气悬架产品的系统特性，采取“二级开发、总成集配、模块供货”，并集中于一家公司。最后，应摒弃狭隘的自主开发理念，积极开展与国外强势企业的合资合作，加快融入空气悬架领域的国际竞争、合作和发展，最终实现我国汽车整体技术水平及竞争实力的提升。本文的重点部分是空气悬架的总成设计。在本设计中采用在原有的钢板弹簧悬架的基础上，应用空气弹簧。这种结构即能利用原来的悬架，使得可以直接运用原有的一些结构和参数又能有所创新。通过本次载货汽车前空气悬架的总成设计，极大地锻炼了自己的动手能力和实践能力,为将来的产品研发打下了基础。作设计不能仅靠书本上的知识还要学会理论创新，总结前人经验，有所改进。本文尚有不足和待完善之处。致谢本文是在导师姜立标博士悉心指导下完成的。导师严谨的治学态度、渊博的学识、敏锐的思维及求实的作风给我留下了深刻的印象，并时刻激励着我、鞭策着我，使我受益匪浅，终生难忘。在此论文完成之际，谨向我的导师表示最衷心的感谢，并致以崇高的敬意。同时,感谢我的朋友对我的关心和帮助。最后，我要感谢我的家人和亲人，他们创造了有利于我安心完成学业的条件，并在精神上支持和鼓励我，在此，对他们表示深深地谢意！参考文献1 赵学敏. 汽车底盘构造与维修. 国防工业出版社， 2004.2 李军. 汽车悬架参数对操纵稳定性的影响. 机械工业出版社， 1990.3 张陵. 不同路况下车辆悬架系统的动态特性研究. 机械科学与技术出版社， 2005.4 李春明. 现代汽车底盘技术. 北京理工大学出版社， 2002.5 嵇伟. 新型汽车悬架与车轮定位. 机械工业出版社， 2004.6 雷雨成. CA1190汽车悬架设计及平顺性分析. 1994,No1：1620.7 田海鹰. 6X2 MIRA空气弹簧牵引车悬架设计. 吉林大学硕士研究生毕业论文， 2003.8 刘鸿文. 材料力学. 高等教育出版社， 2002.9 机械设计手册. 第四版第3卷. 北京工业出版社， 2002.10 日 GP企画室编宋桔桔董国良译. 汽车车身底盘图解. 吉林科学技术出版社香港万里机构出版有限公司， 1996.11 齐志鹏. 汽车悬架和转向系统的结构原理与检修. 人民邮电出版社, 2002.12 褚志刚, 邓兆祥. 汽车前轮定位参数优化设计. 重庆大学学报, 2003，Vol.26， No.2：8689.13 Kwon-Hee Suh, Yoon-Ki Lee. a Study on the Handing Performance of a Large-Sized Bus with the Change of Rear Suspension Geometry SAE Paper 2002-01-3071.14 J.Z.Feng, F.YU, Y.X.Zhao. Design of a Bandwidth-Limited Active Suspension Controller for Off-Road Vehicle Based on the Co-Simulation Technology SAE Paper 2004-01-1067.15 Guoquan Wang, Wentong Yang. Airtual Test Approach for Vehicle Ride Comfort Evaluation, SAE Paper 2004-01-0376.附录原文：Electrical Systems-Other Auxiliary Equipment Faults and ProblemsM73 Secondary Air Pump Circuit RewiringModel:BMW E38-750iLA with M73 engine produced between August 1998 and October 1998.Complaint:Due to the wiring for the secondary air circuit at the Engine Control Modules being reversed,the illumination of the check engine light may result causing the fault FC 79 (4F)-Undefined.Remedy:Utilize the Service Menu of the Dealer Communication System,and based upon the response of the system either proceed with corrective action,or take no action at all.If action is necessary the wiring in module connector number 4 of DME I pin 3 and DME II pin 31 must be swapped.Reprogramming of Engine Control Module May Not Be PossibleModel:BMW E38-740i/iLA with M62 engine and DSC 3 produced as of September 1998.BMW E38-540i/iA/iTA with M62 engine and DSC 3 produced as of September 1998.BMW E38-528i/iA/iTA with M52 engine and DSC 3 produced as of September 1998.Complaint:Due to the DSC 3 control module troubling the communication path between the DIS/MODIC and the DME and/or EGS module,the reprogramming procedure is unable to peform and the following message is displayed:”Programming cannot be performed correctly!Test code 002400.Repeat programming if necessary.”Remedy:Before starting the programming operation the power supply to the DSC 3 module must be removed.Vacuum Hose to Secondary Air Non-Return Valve.Model:BMW E46-323i/iA,328i/iA produced between April 1998 and July 1998.Complaint:The vacuum hose going to the Secondary Air Non-Return Valve may be wrongly routed.Consequently if this hose connects with the exhaust system it may set off the following faults may set within the Engine Control Module(ECM/DME):-Fault Code 245(F5 hex)-Flow rate secondary air rate too slow bank 1.-Fault Code 245(F6 hex)-Flow rate secondary air rate too slow bank 2.Remedy:Utilize the Service Menu of the Dealer Communication System,and base upon the response of the system either proceed with corrective action,or take no action at all.If action is necessary then check the condition and routing of the vacuum hose going to the non-return valve on all affected vehicles if required reroute.If fault code 245 or 246 ate set in the DME the vacuum hose going to the non-return valve will need to be replaced if it is damaged.Motronic M1.1-Circuit SuppressionModel:BMW E32(735i),BMW E30,BMW E24,Equipped with M1.1 Fuel injection 1987 and 1988 Model Years(prior to 5.88 production).Complaint:M1.1 control unit durability can be affected by migrant voltage surges from the “Check Engine” light circuit.Remedy:The following Service Action is necessary:Install suppression diode harness(P/N 88 88 2 000 100).Idle Mixture Check and Adjustment(after major engine repair)Model:BMW M3,BMW M5,BMW M6Complaint:M3,M5 andM6 cars that do not have CO-screws on the exhaust manifold pipes may need the idle mixture checked and adjusted after major engine repair.Remedy:Follow this procedure to ensure the idle mixture is correctly adjusted if necessary.-Engine is at operating temperature;the oil needs to be at least 60 degrees C or 140 degrees F.-The ignition timing and valve clearance are correct.-The plate synchronization is correct.-The idle speed is correct.-All electrical consumers and air conditioner must be switched off.-Connect the digital mixture measurement unit (integrator voltage measuring unit for 318i-P/N 88 88 6 126 400) to engine diagnosis socket (BMW service tester cable is connected to digital mixture measurement unit).-Start engine.-Flashing of the red LED at regular intervals indicates normal operation of the oxygen sensor.-Read integrator voltage on LCD display.If necessary,adjust to a value of 6 plus/minus 3 volts at the airflow meter bypass screen while the red LED pulsates at a regular interval.-If the red LED stays ”on” continuously,the engine idle speed mixture is too lean,or the oxygen sensor is defective.-If the red LED stays ”off” continuously,the engine idle speed mixture is too rich.-Adjust the idle mixture by carefully turning the airflow meter bypass screw to a value of 6 plus/minus 3 volts,until the LED flashes at a regular interval. -Check the engine idle speed and integrator voltage.Idle Control Valve Binding-No StartModel:BMW E36 with M44 engine.Complaint:Due to a binding idle control valve the engine may not start or will only start when the accelerator pedal is depressed making the throttle plate open.This is causing by the air gap between the rotary slide valve and the idle control valve housing being too small which causes the valve to bind in the closed position.When this happens the throttle plate by-pass air is restricted during cranking causing the engine not to start to very difficult to start.Remedy:A new style idle control valve part number 13 41 1 435 846 should be installed.Whistling Noise from idle Control ValveModel:BMW E36 with M44 engine.Complaint:The idle control valve can emit a whistling noise when the engine is at idle.This is due to adverse tolerances between the idle control valve housing and the rotary slide valve.Remedy:A new style idle control valve part number 13 41 1 435 846 should be installed.RelaysModel:All BMW.Complaint:If a relay sticks in the closed position after the ignition is turned off the following complaints could arise.-The auxiliary fan continues running.-A/C-heater blower motor continues running.-Fog lights and/or headlights stay on.-The battery goes dead overnight.-The rear window defogger stay on.This is due to the battery voltage still being present when the ignition is turned off.Apart from the auxiliary fan the componets need their control switch left on for the situation to occur.The auxiliary fan will automatically continue running in this condition.Remedy:Replace the defective relay.Vibration Resistant BatteryModel:BMW E36 Convertible.Complaint:Not only is the E36 convertible battery an energy source it is also a vibration damper.The battery also has a special battery tray with integrated vibration absorber.Remedy:If the battery needs to be replaced a vibration resistant one must be installed.Hints and Tips:Audi idle speed problemsEngine stalls at idle speed or stalls after the start Vehicle has no idle speedCause:Coking causes the piston in the idle stabilization valve-N71 to jam.Models affected:ABK engine from MY 95.Service:The idle stabilization valve-N71should be checked according to the workshop manual.If the valve sticks.Attach the modification kit for changing the air intake point for the idle stabilization valve-Part No.048 198 455.Replace the idle stabilization valve-N71-Part No.048 133 455.Idle speed which is either fluctuating or excessiveCause:The idle speed components are lacking electronic adjustment after a voltage loss in the system(for example after the disconnection of the battery,control unit change and a problem with the voltage).Models affected:ABK,ABC engine.Service:Referring to the workshop manual do a basic setting with V.A.G 1551.Throttle valve potentiometers and idle stabilization valves have been unnecessarily changed too often because of lacking system adjustment.If the complaint is not corrected with the basic setting,then a component is defective.It must be located by referring to the workshop manual.Poor accelerator response or the engine stalls when in the warming up stage whilst being station at traffic lights for instance.Cause:In the control unit the cold initial running set is too thin.Models affected:AHL engine.Service:Part No.3B0 907 557 A for improved control unit.Identification on the sticker”5WP4351”,data ver”D05”.Wavering idle speed with cold/warm engine.Cause:A smaller vacuum hose branches off from the crankcase ventilation,which is routed as bypass around the throttle valve.Especially in winter the throttle hose and/or the vacuum hose can become clogged and/or iced up with crankcase condense water.Consequently the idle speed wavers by several 100 rpm during the phase of warming up,gradually dying down as the engine heats up.Pulsations in the air inlet hose are possible through the crankcase ventilation.This leads mainly to wavering idle speed with switched on electrical consumers and air conditioning with a warm engine.Model affected:ADP engine 1.6 L.Service:Take away the intake hose complete with crankcase ventilation hose and vacuum hose.Clean the throttle hole,2 mm (4) diameter,and hose of vacuum (3).Take away the cylinder head cover,put in the new oil splash guard and get rid of the old one-Part No.06A 103 544 (unscrewed).Adjust the cylinder head cover and intake hose.Do not lose the O ring and make sure it doesnt lose itself in the neck of the crankcase ventilation hose.A tiny wavering of idle speed by approx 50rpm when the vehicles is still rolling and the clutch is pressed down is no cause for concern and is normal.When cold or even just after more than 20 seconds or so the engine doesnt start.There is a vehicle breakdown and no fault is stored in the fault memory.Cause:Engine adjustment.Models affected:ACK engine (142 KW) from MY 96.Service:1. Looking at the fault memory of the engine control unit.Investigate the vehicle according to the workshop manual if a fault has been stored.2. See if the basic setting of the throttle valve control unit is correct,if necessary reset it.3. If the basic setting is all right and if no fault has been stored,take out the spark plugs and clean them,then replace.4. Part No.4D0 907 551 B-with data version D09-fit control unit.译文：电子系统-其他辅助设备的缺点和问题M73第二空气泵电子线路举例：在1998.8-1998.10间生产的带有M73型号发动机的BMW E38-750iLA。缺点：因为在发动机控制模块中的第二空气循环线路混乱,检查发动机的照明灯将导致不确定的故障-FC 79。改正：利用经销商通讯系统中的维修菜单及其回复进行纠正或不采取行动。如果必须纠正，应使4号线路中的DME I 3和DME II 31交换。不可以改编发动机控制模块举例：在1998.9生产的带有M62型号发动机和DSC 3的BMW E38-740i/iLA。在1998.9生产的带有M62型号发动机和DSC 3的BMW E38-540i/iA/iTA。在1998.9生产的带有M62型号发动机和DSC 3的BMW E39-528i/iA/iTA。缺点：因为DSC 3控制模块混淆了DIS/MODIC、DME和/或EGS模块间联系的线路，改编程序不能完成任务。将显示如下信息：“程序不能正常进行!如果需要，测试代码002400重新编程。”改正：在编程操作前必须移走提供给DSC 3模块的动力。第二空气非循环真空管举例：在1998.4-1998.7间生产的BMW E46-323i/iA,328i/iA。缺点：第二空气非循环真空管不恰当的发送气体。总地来说，如果与排气系统连接，真空管能防止发动机控制模块内部的故障。如下：-错误代码245(F5 十六进制)-储存库1中空气流动速率过慢。-错误代码245(F6 十六进制)-储存库2中空气流动速率过慢。改正：利用经销商通讯系统中的维修菜单及其回复进行纠正或不采取行动。如果必须纠正，需检查所有影响汽车非循环真空管中气体的环境

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