空气悬架的设计

1空气悬架设计〔或承载式车身〕与车桥〔或车轮〕之间的全部传力连接装置的总称。空气悬架的优势空气弹簧的运动性能特点是：负载力量可调；弹性系数随负载变化；负载优点：较抱负的弹性特性空、满载之间有高度掌握阀调整气压，具有较好的等频性；止悬架击穿。假设反跳行程由减振器或其它机构实施弹性限位，则弹性特性呈反S形的抱负特性。2〕可设计成较低的刚度，提高平顺性，不会由于空、满载之间静挠度变化太大，车超群标而受到限制。3〕几乎消退了全部库伦阻尼，使悬架系统全部由粘性阻尼消振，其效果是：刚度。消退悬架响声。但是，假设减振器阻尼值不行调整，则阻尼比因载荷变化而变化，无法同时满足空载和满载的要求，只能取折衷值。而库伦阻尼恰与载荷成正比变化，所以像载货车这种后轴负荷变化很大的车型，后悬架承受库伦阻尼值大的多片钢板弹簧，对于保持空、满载阻尼比变化较小是有利的。抬高或下降〔下跪〕，以提高车身通过性或便利乘客上、下车。5〕削减电气、空调、排气系统、车桥、车身和底盘的修理本钱。6〕削减对道路的冲击，保护路面，降低高速大路的修理费用7〕)延长车辆的使用寿命并增加折旧值空气悬架的功能及构成空气悬架的功能：造成的力矩传递到车架〔或承载式车身〕上，保证汽车的正常行驶，即起传力作用；利用弹性元件和减振器起到缓冲减振的作用；起导向作用；发生过大的侧向倾斜；调整汽车行驶中的车身位置。从悬架的构造功能而言，我们可以将空气悬架系统细分为以下几大部件：弹性元件——起缓冲作用；减振元件——起减振作用；导向机构——起传力和导向作用；横向稳定器——防止车身产生过大侧倾。高度掌握系统——保持车身高度在要求范围内。联接机构——让各零件与车架、车桥相连。空气悬架的设计原则设计目标：〔客车〕：80－85cpm(1.3-1.4Hz)；〔路面不平度进一步提高后〕65－70cpm(1.1-1.16Hz)。阻尼――理论上的阻尼比〔相对阻尼系数〕0.33-0.35按阅历公式选择减振器复原阻力时取上限或超上限值；平度输入来调整。1〕类型的选择〕，有单曲、双曲、三曲――依据振动行程大小和刚度的要求来选择。目前除轨道车辆和设备根底外很少承受。优缺点：①橡胶囊的应力小，寿命很长。②制造工艺简洁，零件数量少，本钱低。车型的要求。〕，囊体有全橡胶型和金属壳连接橡胶膜片两种，目前承受前者较多。优缺点：①弹性特性与活塞外形有关，可以依据需要设计不同轮廓线的活塞。活塞内腔可依据刚度要求设计成不储气或储气的。③金属件数量较多，制造本钱高，特别是产量不大本钱更高。2〕空气弹簧的布置及空气悬架分类全空气悬架：系统垂直振动的弹性作用全部由空气弹簧担当。复合式空气悬架：系统垂直振动的弹性作用75％以上由空气弹簧担当。75％以下由空气弹簧担当。3〕刚度计算公式空气弹簧刚度计算公式， A2 dAC kA

p prA

A pV r dxA式中：k1.33p PArA A

：为空气弹簧相对内压A：为有效面积AdA/dx：为有效面积变化率(查气囊曲线图)VA:为有效容积pa=10N/cm2为标准大气压;刚度之和〔除以杠杆比平方〕。刚度之和。412C C1k2 A0

：空气弹簧刚度Aλ：杠杆比k C C0 A

为空气弹簧刚度/板簧刚度公式中的相对内压p

及有效面积变化率rA A AdA/dx等的特性曲线均由试验确定，应由空气弹簧供给商供给。目前还〔虽有学者做过这类工作，但不成熟〕4〕悬架偏频计算公式：悬架系统的固有振动频率P CN5/P C〔HZ〕P—悬架单边负载〔N〕C —空气悬架的刚度〔N/cm〕频率。减振器的选型减振器阻尼确实定性能稳定。F与减振器振动速度v之间有如下关系Fv (6-30)δ为减振器阻尼系数。汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数ψ的大小来评定振动衰减的快慢程度。ψ的表达式为c为悬架系统垂直刚度：ms式(6—31)说明，相对阻尼系数ψ的物理意义是：减振器的阻尼作用在与不同刚度c和不同簧上质量ms的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。ψ值大，振动能快速衰减，同时又能将较大的路面冲击力传到车身；ψ值小则反10之。通常状况下，将压缩行程时的相对阻尼系数ψy取得小些，伸张行程时的相对阻尼系数ψs取得大些。两者之间保持中ψy=(0．25～0．5)ψs的关系。设计时，先选取ψy与ψs的平均值ψ。对于无内摩擦的弹性元件悬架，取ψ=0．25～0．35。对于行驶路面条件较差的汽车，ψ值应取大些，一般取ψs>0．3；为避开悬架碰撞车架，取ψy=0．5ψs。cmscms减振器阻尼系数2 。因悬架系统固有振动角频率cmscms以理论上2m

。实际上应依据减振器的布置特点确定减振器的阻尼系s6—40a安装时，减振器阻尼系数δ用下式计算式中，n为双横臂悬架的下臂长；a为减振器在下横臂上的连接点到下横臂在车身上的铰接点之间的距离。减振器如图6—40b所示安装时，减振器的阻尼系数δ用下式计算为减振器轴线与铅垂线之间的夹角。减振器如图6—40c所示安装时，减振器的阻尼系数δ用下式计算分析式(6—32)～式(6—34)可知：在下横臂长度n不变的条件下，转变减振α，会影响减振器阻尼系数的变化。减振器行程确实定减振器的行程为压缩行程与拉伸行程之和。前者取决于悬架上跳行程限位〔可取静载的2.5倍〕分摊给限位块的压缩量加上动行程〔限位块开头接触〕来求得。减振器的压缩行5－10mm，以免万一顶弯连杆。拉伸行程取决于悬架反跳行程的限位值，空气悬架多数利用减振器作为反向限位，其限位值就是减振器的拉伸行程，其大小取决于空气弹簧本身规定的最大拉伸量。减振器拉伸限位器完全限位时的行程要略小于空气弹簧允许的最大拉伸量。计算行程时要计算杠杆比的影响。减振器的长度尺寸Lmin=L0+SLmax=Lmin+S=L0+2S式中：Lmax、Lmin为减振器最大、最小长度S为减振器总行程L0为减振器基长，为设计的根本指标。才算完成。导向系统的设计设计目标：确保桥与车架间的定位，并传递纵向力和横向力。构造介绍空气悬架的导向杆系是变化最多，最富有制造性，也是较难设计好的系绍。独立悬架前悬架。独立悬架的本质优点是：高平顺性。荷。缺点：①构造较简单，本钱增加。②牢靠性往往不易保证，简洁引发铰链松动、摆振、跑偏、轮胎磨损等。纵置四连杆机构，即双纵臂前、后悬架皆可承受，常见的布置型式有：①下2纵，上1纵1横，有时下纵臂同时承载。②下2纵、上V形杆。③下V形杆，上2纵，多用于超低地板客车。2纵，再加1横杆。这种构造4根纵杆必需等长、平行，侧倾时才不会产生运动干预。单纵臂加柔性连接，起稳定杆作用，但运动轨迹不好①刚性臂加双个橡胶套铰链。②刚性臂后端连扭力轴。〔相当于刚性臂，但横向柔性大〕并于前轴刚性连接，前轴成为扭力梁。钢板弹簧复合型导向悬架刚度降低不下来。架刚度仍较低。缺点是运动轨迹不好，车桥倾角变化大。〔即复合式空气悬架〕。假设气簧置于车轴上，杠杆比为1，板簧不承受垂直载荷，即为全空气悬架。A所以只用在后悬架。要装横向拉杆传递侧向力。设计要点全部橡胶铰链必需设计得牢靠耐用。量来实现。度或压配，没有相对滑动。〔拉应力〕，对橡胶使用寿命很〔封闭面〕大的衬套，收缩应力很大，甚至未使成为压缩预应力，可大大提高使用寿命。变形又滑动，仍有可观的使用寿命。运动轨迹的校核。干预，引起跑偏、摆振、响声、磨损、磕碰等问题。所以必需对转向纵拉杆、横拉杆〔对于独立悬架〕、传动轴、气簧底座〔活塞〕等进展干预校核，并掌握D、E。同向；二、杆线平行；三、杆子等长。完全做到这三点很难，但应依序尽量做到。其它考虑。导向杆系还会影响整车的其它性能，如操纵稳定性中的稳态转向特性〔缺乏、过度转向〕，主要是侧倾轴转向和侧倾拉杆转向、侧倾时车轮外倾角变化E、F。例如，转向节臂球头假设置于板簧纵扭瞬时中心之上，就会引起右跑偏〔对左置转向盘〕；假设前悬架导向杆固定端在前，后导向杆固定端在后，假设悬架刚度较低，往往制动点头角就过大。抗侧倾稳定系统的设计0.4g侧向加速度条件下,稳态侧倾角Φ≤5－6゜。计算方法及限值悬架弹簧、稳定杆的角刚度，侧倾力臂以及稳态侧倾角的计算公式见附件D。弹簧角刚度计算： 式中：注：当两侧空气弹簧联通时，空气弹簧无抗侧倾力量，角刚度为0；稳定杆角刚度计算：C

L ”2C S1 L”2Lt

2RS1

L”L”2 3

2L 0

L”L”2 3

32L3

”3S3GJp

3EJ

R5

X2Y2 2XYXYSin2RXcosYsin0.25sin2X2Y2 S 22 1

RL1

sin0.25R2L21

XRsinLCos1YRcosL1

sinE2.1105Nmm2 为拉压弹性模量G7.6104Nmm2为剪切弹性模量1J p 12

(a4

b4)为车桥的极惯性矩〔a=150，b=120〕J0.5Jp

为车桥的惯性矩侧倾力臂计算：hSh

hLS

Lh

h1g 1 LL11

2 1G R式中：Sh

g U

：为簧载质心高度g GGUPL 2 L ：为质心距前轴距离S PP1 2h1：前悬架侧倾中心离地面高度L1：前悬架侧倾中心距前轴水平距离h2：后悬架侧倾中心离地面高度其中前、后悬架的侧倾中心离地高度可用两种方法来求解：点即是该悬架的侧倾中心。中心就是瞬时中心即侧倾中心。有些悬架假设装有较大弧高的钢板弹簧，侧向力的传递是沿着有弧高的主议按比较保守的方法，统一选在车轴上板簧主片的上外表。稳态侧倾角计算:汽车做稳态圆周运动时，非独立悬架系统稳态侧倾角计算按下式：V2gR

hCG 9.8hSV2/R0.4g〔侧向加速度〕GS：为簧载质量C：为整车侧倾角刚度，是前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度φ之和h：为侧倾力臂空气悬架的抗侧倾力量一般较差，应依据使用要求来确定。我们推举稳态5－6゜，高档车取下限。而不能起缓冲作用，汽车的侧向角振动反而更大。提高抗侧倾力量的方法承受独立悬架到四倍以上。加大空气弹簧的跨距方成正比，这方法很有效。缺点是重量很大，本钱高，质量好坏取决于材料及工艺。〔或扭力梁〕构成一个很强的稳定杆，有以下几种方案：①承受刚度很大的四分之一椭圆钢板弹簧，一般为单片或双片少片簧。②刚性单臂通过两个橡胶衬套再与车轴连接。架。刚性臂可用一个或两个橡胶衬套与车轴连接。④刚性臂直接刚性地与前轴连接，这时，前工字梁就成为扭力梁。加装横向稳定杆前轮偏离角大于后轮，则前悬架角刚度应相对地大于后悬架。会导致应力过高，使用中会塑变或断裂。度。

提高弹性元件刚度，包括提高复合式空气悬架中半椭圆板簧的刚合考虑。高度掌握系统设计目标：确保静态和准静态下起作用功能：有效掌握悬架高度，满足各种设计要求1〕高度掌握阀分类不耗气。耗气量，可在阀内或阀外增设节流孔，或将阀门空程加大。对于客车，因加、卸载很大的货车，承受有延时的高度阀较适宜。2〕可调整车身高度的高度阀长度来实现，也可以另设阀门及管路来掌握。车身特别低的客车，可以靠它提高离地间隙，在坏路上改善通过性。电控高度阀掌握继电器及气路系统。用电量掌握简洁实现延时、下跪、举升等要求。高度阀的布置12较合理。左、右相通的气簧往往要加节流，使动态侧摇时增加角刚度。用。四个阀属于超定位，只适用于在平路面上行驶的客车。〔左、右气〕。这种布置属于严峻超定位，有一个高度阀对应的车轮或车轴下落，会将全部的压缩空气放光。装车后高度阀也很难调整。汽车的左、右支撑全靠稳定杆和导向臂来实现。这种布置极罕见。5〕空气管路及相关系统各元件的气密性〔如：气簧、高度阀、储气筒、单向阀等〕就不行能牢靠工作。车的其它系统的元件、管路也应保证气密性，主要是气制动系隔离开，这样可能延长停车后气簧塌下来的时间。其他联接系统设计目标：满足强度与疲乏寿命要求、外形美观，并