毕业设计（论文）-客车独立前空气悬架系统设计

哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）-PAGEIVI客车独立前空气悬架系统设计摘要现阶段客车多采用平顺性、舒适性较好，使用寿命长的空气悬架。目前，就国内应用来说空气悬架主要以引进组装为主,真正具有自主设计、开发、制造空气悬架系统能力的公司很少。因此，有必要对客车空气悬架系统的设计开发进行研究，以提高空气悬架的自主研发能力，并为空气悬架的实际应用提供技术支持。本研究课题以某客车为技术背景，对现行空气悬架结构进行分析选型，并根据总体技术参数和总体布置要求，对空气悬架系统进行设计开发，主要工作如下:（1）空气悬架整体布置方案的设计：进行了空气弹簧，减振器，导向机构的三维建模。悬架参数设计与匹配：根据整车结构布置及载荷情况，对悬架刚度和导向机构进行了设计匹配，在此基础上进一步进行了空气弹簧和减振器的设计与选型。（2）对空气悬架的部件进行有限元分析：具体对导向杆和空气弹簧支架进行了有限元静力分析，得到应力分布云图和总变形图。课题涉及到利用CATIA软件进行三维建模，并应用ANSYS软件对客车车空气前悬架系统的关键零部件进行有限元分析，为客车空气前悬架系统的开发提供了一定的参考。关键词：客车；空气前悬架；有限元分析PAGEPAGEII目录摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1本课题研究的目的和意义 11.1.1空气悬架结构简介 11.1.2空气悬架系统的工作原理 21.1.3研究的目的和意义 31.2国内外研究现状概述 31.2.1国外研究现状 31.2.2国内研究现状 41.3本文主要研究内容 5第2章空气悬架的零部件选取及整体布置方案 62.1空气弹簧的初步选取 62.1.1空气弹簧悬架与机械弹簧悬架比较 62.1.2空气弹簧的种类及布置问题 62.2高度控制阀 82.3减振器的选取 92.4导向机构的选择及布置 102.4.1导向机构的分类 102.4.2导向机构选取 112.5本章小结 12第3章悬架主要参数的确定及三维建模 133.1CATIA介绍 133.2悬架的挠度计算 143.2.1悬架静挠度 143.2.2悬架动挠度 143.3悬架弹性特性 153.4空气弹簧主要参数的确定 163.4.1空气弹簧刚度计算 163.4.2空气弹簧固有频率的计算 173.4.3空气弹簧的刚度特性分析 173.4.4空气弹簧的尺寸参数及建模 183.4.5空气弹簧支架的设计及建模 193.5导向机构主要参数的确定 203.5.1悬架导向机构的概述及强度受力计算 203.5.2四连杆机构上V型杆的布置问题 213.5.3导向机构及连接件的尺寸参数确定及建模 223.6筒式液压减振器主要参数的确定 243.6.1减振器的选定及阻尼力的计算 243.6.2减振器的尺寸参数确定及建模 263.7客车前悬架总装配图建模 273.8本章小结 28第4章空气悬架导向杆及支架的分析 294.1ANSYS介绍 294.2有限元模型的建立 304.2.1几何模型的建立及简化 304.2.2几何模型的导入 314.2.3定义材料属性 314.2.4网格划分 324.3有限元的静力分析 334.3.1约束及载荷的确定 334.3.2结果分析 344.4本章小结 35结论 36致谢 37参考文献 38PAGEPAGE35绪论本课题研究的目的和意义客车对底盘的稳定性和可靠性要求非常高，它具有低速度、低地板、大容量、温度高的基本运行条件。为提高客车的乘坐舒适性，要求悬架设计得较“软”，以降低车身的固有频率。空气弹簧以其良好的减振和隔振性能而被广泛应用于客车车上。空气悬架在减小车辆振动及提高车辆行驶平顺性和乘坐舒适性等方面的优点是传统的钢板弹簧或螺旋弹簧悬架所无法比拟的。由于车辆行驶的平顺性关注的是低频振动，空气弹簧比钢板弹簧或螺旋弹簧的自振频率低，在低频段具有良好的减振性能，在高频段具有良好的隔振性能，并且空气悬架系统刚度和阻尼调节比较容易实现，这是满足乘坐舒适性要求所必需的。空气悬架技术的发展，使车辆的乘坐舒适性和安全性都得到保证的条件下，使悬架系统适应在不同道路条件下行驶成为可能。空气悬架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。目前对空气悬架的研究还有许多工作要做。国内相关课题的理论和实验研究工作还做得比较少，研究起步也比较晚。空气悬架的应用已经落后国外几十年，车用空气悬架行业突出存在着“技术空心化”的问题。这就需要我们不断地探索和研究，进行技术积累，从而掌握空气悬架核心技术，缩小与国外空气悬架技术、等级差距，最终实现我国汽车整体技术水平和竞争力的提升[1]。1.1.1空气悬架结构简介空气弹簧悬架具有变刚度、刚度小、振动频率低、车身高度不变等优点。典型的机械式空气悬架主要包括以下几个部分：（1）空气弹簧，空气弹簧是由橡胶囊所围成的一个密闭容器，在其中贮入压缩空气，利用空气的可压缩性实现其弹簧的作用。这种弹簧的刚度是可变的，因为作用在弹簧上的载荷增加时，容器内的定量气体气压升高，弹簧刚度增大。反之，当载荷减小时，弹簧内的气压下降，刚度减小，故空气弹簧具有较理想的弹性特性。空气弹簧是将来汽车弹性元件的发展方向[2]。（2）导向机构，导向机构是承受汽车的纵向力、力矩及横向力。由于空气悬架只能承受垂直载荷，所以需要安装导向机构以承受横向力、纵向力及力矩以使车桥（或者车轮）按一定的轨迹相对车身或车架跳动。（3）减振装置，减振装置主要是用来消耗振动能量，衰减振动。空气作为空气弹簧的工作介质，内摩擦极小，与板簧相比空气弹簧本身只有少量阻尼，所以空气悬架必须装有阻尼器，而且其阻尼要相应增加以达到迅速衰减振动的目的。但如果阻尼过大又会使反应迟钝并向车身传递过多的高频振动和冲击，所以减振器阻尼的匹配是否合理将影响悬架的性能。（4）其它附属装置，空气弹簧以压缩空气作为介质，所以必须装有压气机以产生压缩空气，另外为了进一步提高空气弹簧的性能大部分空气悬架还装有辅助气室。现如今，随着科技的迅速发展，很多高档的客车、轿车以及商用车上已经成功的使用了电控空气悬架，这种悬架使用高度传感器和电子控制单元来控制空气弹簧的充气和排气，从而更加提高了空气悬架的控制精度和反应速度。但在功能好的同时也有其缺点：这种汽车悬架的结构更为复杂，而且成本非常高。所以在国内应用的还不是很广泛，但是这是汽车悬架发展的必然趋势。上述三个组成部分分别起缓冲、减振和导向的作用，然而三者共同的任务则是传力。1.1.2空气悬架系统的工作原理空气悬架的工作原理：空气压缩机供给储气筒压缩空气，储气筒上装有压力保护阀，当储气筒的压力超出设定压力时，压力保护阀会自动打开把过载压力卸掉。当车辆在平直路面上行驶时，高度阀的充气阀门和排气阀门均关闭，空气弹簧气囊内即不充气也不放气，车架高度保持不变。当车辆行驶在不平路面或转弯时，车轮产生跳动或转弯离心力都会使车架产生倾斜，连接在车架上的高度控制阀的控制杆就会转过一定的角度，当车辆载荷增加时，空气弹簧被压缩，车架整体下移，高度控制阀控制杆向上旋转，使控制阀的充气阀门打开，压缩空气经高度控制阀向气囊内充气，在气压的作用下，车架回升，高度控制阀的控制杆随之向下旋转，使控制阀的充气阀门的开度逐渐变小直至关闭，此时车架恢复到设定高度，即空气弹簧气囊回升到原来的高度；当车辆载荷下降时，空气弹簧气囊在其腔内压缩空气的作用下伸长，车架整体上移，高度控制阀控制杆向下旋转，使控制阀的放气阀门打开，压缩空气经高度控制阀向外界排出，车架下降，高度控制阀控制杆随之向上旋转，使控制阀的放气阀门的开度逐渐变小直至关闭，此时车架逐渐恢复到设定高度[3]。工作原理如图1-1所示。图1-1空气悬架的工作原理1.1.3研究的目的和意义空气悬架系统是流行于当今发达国家汽车行业的先进产品。在发达国家，100%的中型以上客车都用了空气悬架系统，40%以上的卡车、挂车和牵引车用了空气悬架系统。其最大的优点是：不仅可以提高乘员的乘坐舒适性，而且可以对道路起到重要的保护作用。因此，空气悬架的设计在整车设计中显得非常重要[4]。通过调研与设计的过程，掌握空气前悬架的基本设计思路及设计过程，可以巩固汽车构造与理论知识，加深对汽车底盘构造的理解，提高通过理论知识解决实际问题的能力。国内外研究现状概述1.2.1国外研究现状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，空气悬架几乎成为唯一选择[5]。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：electroni-controlledairsuspension电控空气悬架系统）的变化[6]。ECAS应用了电子控制系统，使汽车在各种路面、各种工况条件下能实现调节、主动控制，并增加了许多辅助功能（如故障诊断功能等），目前在欧洲一些国家的大客车上已经大量应用[7]，可以预见，ECAS在汽车上的应用将越来越普及。电控空气悬架（ElectronicallyControlledAirSuspension）应用了电子控制系统，取消了传统的高度控制阀，增加了高度传感器和电磁阀，使汽车在各种路面、各种工况条件下能实现主动调节、主动控制，并增加了许多辅助功能（如故障诊断功能等），是空气悬架发展的方向[8]。1.2.2国内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成熟起来。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。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。近年来，我国高速公路事业迅速发展，公路条件的改善为空气弹簧创造了基本的使用条件。我国高速公路的迅速发展和运输量的增加以及对高性能客车的需求，都对汽车的操纵稳定性、平顺性和安全性提出了更高的要求，这将促使空气悬架得到等广泛的应用，因此国内对空气悬架理论研究及产品开发工作又重新重视起来。国内各大汽车厂、研究所、大专院校都对空气悬架进行过开发设计和理论研究。如郑州宇通、厦门金龙、苏州金龙从2002年开始自主开发和引进空气悬架的产品，主要选配Neway、科曼及Reyco的空气悬架，东风汽车研究所对混合式空气悬架进行过设计，中国重型汽车集团公司斯泰尔车上安装了浮动桥空气悬架；交通部重庆公路科学研究所对大客车非独立空气悬架的导向机构进行了研究，北京理工大学也进行了日野RC420型客车空气弹簧的台架试验，并进行了空气弹簧静、动特性和气室容积特性分析，华南理工大学对空气悬架的振动传递特性进行了研究，取得了一些初步研究结果。在国内，虽然我国对空气悬架也进行了一定的研究，但是对空气悬架的特性问题还没有很好地解决，譬如对空气悬架的高度控制阀的可靠性和整个系统的密封性问题、悬架的稳定性问题以及空气弹簧的特性理论问题等没有很好地解决。而且随之而来的问题也就是这个时期国产空气悬架存在的主要问题是橡胶弹簧的寿命偏低，高度控制阀的泄露问题一直没有解决。所以，严格地说，目前我国还没有整套空气悬架的生产厂家，而且在载重汽车上的应用也还处于起步阶段，自主开发能力还有待于进一步的提高。本文主要研究内容本论文的研究内容是对客车空气前悬架进行结构设计，建立三维实体模型，并对导向机构进行有限元分析。主要研究内容如下：（1）客车空气前悬架总体方案设计；（2）空气悬架零部件设计；（3）用CATIA绘制三维实体图；（4）空气悬架导向机构和空气弹簧支架的强度校核，有限元分析。空气悬架的零部件选取及整体布置方案空气弹簧的初步选取2.1.1空气弹簧悬架与机械弹簧悬架比较空气弹簧与机械弹簧悬架的目的是一样的，都是为了保护车辆不受振动和路面冲击振动的影响。但是，机械弹簧悬架也可能加强振动，因为一些小的来自路面的跳动都可能引起共振。而空气弹簧消除振动的性能从而提高车辆的行驶平顺性，乘坐柔软性和舒适性是机械弹簧悬架系统所无法比拟的。机械弹簧悬架的吸振相差太大，在俯仰摆动时，机械弹簧悬架的减振效果更差，只有空气弹簧悬架的25%。空气弹簧的优点（1）性能优点：由于空气弹簧可以设计得比较柔软，因而空气悬架可以得到较低的固有振动频率，同时空气弹簧的变刚度特性使得这一频率在较大的载荷变化范围内保持不变，从而提高了汽车的行驶平顺性。空气悬架的另一个优点在于通过调节车身高度使大客车的地板高度随载荷的变化基本保持不变。此外，空气悬架还具有空气弹簧寿命长，质量小以及噪音低等一些优点。而这些都明显优越于机械弹簧悬架。（2）空气弹簧的刚性导向臂与车架支架用橡胶衬套相连接，在加速和刹车时，允许车桥有控制的运动，以减少桥壳应力，防止损坏。对于高扭矩/低转速发电机车辆而言，这是一个重要考虑因素。刹车时，车桥略向前和向下运动，保持轮胎贴近地面，缩短刹车距离，刹车不跑偏，从而更安全。轮胎和刹车片寿命增加。（3）系统简单，没有大的冲击载荷。2.1.2空气弹簧的种类及布置问题空气弹簧有三大类，包括囊式，膜式和复合式空气弹簧。膜式空气弹簧的特点:膜式空气弹簧的构造是在金属外筒与内筒，或缸筒与活塞之间放置橡皮膜，通过膜的变形实现整体伸缩。在外筒的内壁与内筒的外壁上预先给出适当的倾斜或曲面，据此橡皮膜伸缩时可沿该壁面发生变形，受压面积随变形而变化。这就可以获得在标准高度下很软，而在大位移时变硬的特性，即合适的非线性弹簧特性。膜式空气弹簧在国内外大客车上的应用日益广泛。因膜式空气弹簧有效直径变化较小，其刚度较低，自振频率较低。膜式空气弹簧的底座同时也是活塞，该空气弹簧的有效直径能通过改变活塞的外形而得到改变，从而以得到所需的弹性特性。许多膜式空气弹簧的底座还作为辅助气室以增加空气弹簧的总容积，改善空气弹簧的性能。这是提高空气弹簧系统隔振效果的有效措施之一。可以把它看成是囊式空气弹簧下盖板变成一个活塞而形成的。由于这种改变大大改善了空气弹簧的弹性特性，得到了比囊式空气弹簧更为理想的反“S”形弹簧特性曲线。可看出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空气弹簧小，因而就振动性能来说，膜式空气弹簧要比囊式空气弹簧优越的多。但是载荷不高。囊式空气弹簧和复合式空气弹簧的特点：囊式有可以分为圆形膜式和椭圆形膜式，还可以分为单节式，双节式和三节式，节数越多，弹簧显的越柔软。囊式较膜式寿命长，载荷高，制造方便，但刚度大。空气弹簧的刚度与弹簧的有效面积的变化率有关，所以对于有效面积变化率较大的囊式空气弹簧来说，弹簧刚度较大，振动频率较高。囊式空气弹簧是由橡皮膜制成的提灯（灯笼）形结构，可以是一段或由数段串接而成，分别称为单曲、双曲或多曲囊式空气弹簧。在各段之间镶有金属轮缘，借以承受内压张力的作用。随着串接段数的增加，刚度变小。囊式空气弹簧的特点是结构为平面形式，与弹簧有效振幅成比例。压缩时囊壁折到一起，空气弹簧的有效直径迅速增大。所以其刚度较高，自振频率较高。为了获得低的振动频率，一般设置辅助气室。但过大的辅助气室对降低频率的效果己不显著，故通常辅助气室的容积不超过原气囊容积的三倍。囊式空气弹簧的刚度随曲数增加而降低。囊式有可以分为圆形膜式和椭圆形膜式，还可以分为单节式，双节式和三节式，节数越多，弹簧显的越柔软。囊式较膜式寿命长，载荷高，制造方便，但刚度大[9]。复合式空气弹簧兼有膜式空气弹簧和囊式空气弹簧的优点，但是结构复杂，制作成本较高。空气弹簧气囊工作环境恶劣，不仅压力、温度不断变化，而且容易受到酸碱物质的侵蚀。因此，要求气囊能适应不同温度的变化，并能抗磷化物质、酸碱溶剂和臭氧的等的侵蚀。要求在24小时内压降不超过0.02MPa。囊式空气弹簧和膜式空气弹簧如图2-1所示。图2-1两种不同的空气弹簧空气弹簧的选用及布置问题：由于膜式弹簧刚度较小，尺寸小，弹性曲线特性理想；囊式空气弹簧刚度较大，寿命长，制造简单，主要用于重型卡车，本设计选用膜式的空气弹簧，解决平顺性和减振性方面的问题。由于膜式空气弹簧的承载能力不强，所以采用多个空气弹簧，可以有效的减低空气弹簧的刚度，从而调高承载能力，提高客车的性能[10]。关于布置方面的问题，对比各种布置方法和理论，可以知道，空气弹簧的中心距在考虑到车身及车架尺寸时可以做的越大越好，因为这样，可以提高汽车的抗侧倾性能。高度控制阀在客车的空气悬架中，都装有高度控制阀。高度控制阀安装在车身上，根据车辆载荷，调节气囊气压以保持车身高度为一恒定值。高度控制阀是空气悬架系统的重要组成部分，它的主要作用就是调节空气弹簧内部的气压，用以平衡外部的载荷从而使它保持在一定的高度范围内，最终目的达到车身高度保持不变。此外，当汽车在高低不平的路面上行驶时，通过调节高度控制阀，增加车身高度，提高汽车的通过性；当汽车高速行驶时，通过高度控制阀的调节作用，使车身高度降低，保持车身稳定性，减少空气阻力。当车辆载荷增加时，装有高度控制阀的车身将下移，连接车桥和高度控制阀的摆杆转动，带动凸轮转轴转动，从而使活塞和顶杆上移，将排气关闭，进气门打开。随着气囊内气压的上升，空气弹簧高度增加，车身也随之上升，进气门则因为摆杆的移动而关闭，此时高度控制阀处于一个平衡状态。当车辆载荷减少时，因气囊内多余的气压，使空气弹簧升高，从而车身也上升，因此，摆杆转动，带动凸轮转动，从而使活塞和顶杆下移，使排气门打开，进气门关闭，气囊中多余的气压排至大气。车身又回到正常水平，此时，顶杆又上移，将排气门关闭，高度阀又处于一个平衡状态[10]。减振器的选取根据结构形式不同，减振器分为摇臂式和筒式两种。虽然摇臂式减振器能够在比较大的工作压力条件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨损和工作温度变化的影响大而遭淘汰。筒式减振器工作压力虽然仅为2.5～5MPa，但是因为工作性能稳定而在现代汽车上得到广泛应用。筒式减振器又分为单筒式、双筒式和充气筒式三种。双筒充气液力减振器具有工作性能稳定、干摩擦阻力小、噪声低、总长度短等优点，在轿车上得到越来越多的应用。设计减振器时应当满足的基本要求是在使用期间保证汽车行驶平顺性的性能稳定。现代汽车大多都是采用筒式减振器，当车架与车轴相对运动时，减振器内的油液与孔壁间的摩擦形成了对车身振动的阻力，这种阻力工程上称为阻尼力。阻尼力会将车身的振动能转化为热能，被油液和壳体所吸收。人们为了更好地实现轿车的行驶平稳性和安全性，将阻尼系数不固定在某一数值上，而是随汽车运行的状态而变化，使悬挂性能总是处在最优的状态附近。因此，有些汽车的减振器是可调式的可根据传感器信号自动选择。（1）在压缩行程（车桥和车架相互靠近），减振器阻尼力较小，以便充分发挥弹性元件的弹性作用，缓和冲击。这时，弹性元件起主要作用。（2）在悬架伸张行程中（车桥和车架相互远离），减振器阻尼力应大，迅速减振。（3）当车桥（或车轮）与车桥间的相对速度过大时，要求减振器能自动加大液流量，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。双向作用筒式减振器工作原理说明：在压缩行程时，指汽车车轮移近车身，减振器受压缩，此时减振器内活塞向下移动。活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞杆占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，一部分油液于是就推开压缩阀，流回贮油缸。这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀关闭，上腔内的油液推开伸张阀流入下腔。由于活塞杆的存在，自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积，主使下腔产生一真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀流进下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力设计的大于压缩阀，在同样压力作用下，伸张阀及相应的常通缝隙的通道载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道截面积总和。这使得减振器的伸张行程产生的阻尼力大于压缩行程的阻尼力，达到迅速减振的要求。本次设计选取双筒式液力减振器。筒式液压减振器的组成如图2-2所示。图2-2筒式液压减振器组成导向机构的选择及布置2.4.1导向机构的分类汽车空气悬架导向机构的种类及特点：（1）钢板弹簧导向机构钢板弹簧导向机构又分为纵置半椭圆钢板导向机构和四分之一的椭圆钢板弹簧导向机构等。这些导向机构。由于板簧刚度较大，不容易得到较低的振动频率，因此一般不用到它。（2）纵向单臂式导向机构一些大客车前悬架采用这种导向机构，采用这种导向机构，当车轮上下跳动时主销后倾角变化较大，为减少主销后倾角变化，一般将纵向单臂做的较长，采用这种机构可减低汽车纵向倾复力矩中心的位置，增加悬架抵抗车身纵向倾斜的能力，但车身倾斜时，由于左右导向臂支点转动的角度不同，产生导向臂扭转车桥的趋势，这将在导向机构中产生较大的附加载荷。（3）A形架导向机构一些大客车的后悬架采用这种机构。可将A形架导向机构看成是纵向单臂式导向机构的一种特殊形式，将二根纵向单臂与车架连接处的铰链点合在一起，构成A形架，A形架可避免导向机构内的附加载荷，克服了纵向单臂式导向机构的缺点。A形架的另一优点是可使左右空气弹簧中心距较大，这将大大提高悬架的侧倾角刚度。但采用这种结构时，为增加摇臂长度以减少车桥运动中转动角度过大的问题，一般将A形架做的较大，这使得该机构尺寸和质量较大。（4）双纵臂四连杆导向机构双纵臂式四连杆空气悬架。在重型汽车空气悬架设计中，广泛采用双纵臂四连杆导向机构。其导向杆布置非常灵活，可根据整车的不同布置情况，合理的布置导向机构，而且导向机构对于轮胎的姿态控制可以达到很精确地程度。一般双纵臂四连杆的导向机构有以下几种：1）下面两纵臂在两侧平行布置，上面有一纵臂、一横臂。2）下面两纵臂在两侧平行布置，上面两杆成V形结构在轴附近交于一点。3）下面两杆组成V形杆，上面两纵杆平行布置，多用于低地板客车。4）上下均为两纵臂，再加上一个横向推力杆。2.4.2导向机构选取由于客车具有客车的基本功能和性能，但对底盘的稳定性和可靠性要求非常高。并且具有低速度、低地板、大容量、温度高的基本运行条件。所以在本次设计中采用上述双纵臂四连杆导向机构的第三种形式，即下面两杆组成V形杆，上面两纵杆平行布置，对于有车架纵梁结构的，V形杆的固定端往往要布置在纵梁外侧，如图2-3所示。图2-3双纵臂四连杆导向机构本章小结本章首先简要对悬架的类型进行分析，根据使用要求和悬架的性能要求确定了客车车前悬架的类型为多连杆非独立空气悬架；其次客车悬架主要参数的选择和悬架导向结构的布置要求和设计要求；然后确定了弹性元件和减振器的类型；为下一步客车前悬架的参数确定和三维建模做好了准备工作。悬架主要参数的确定及三维建模CATIA介绍CATIA是由法国达索系统（DassaultSystemesS.A.）公司开发的，跨平台的商业3维CAD设计软件。CATIA作为达索系统产品生命周期管理软件平台的核心，是其最重要的软件产品。CATIA是英文ComputerAidedTri-DimensionalInterfaceApplication的缩写，是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件。早在上世纪70年代DassaultAviation成为了第一个用户，CATIA也应运而生。从1982年到1988年，CATIA相继发布了1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，现在的CATIA软件分为V4版本和V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX平台，V5版本应用于UNIX和Windows两种平台。V5版本的开发始于1994年。为了使软件能够易学易用，DassaultSystem于1994年开始重新开发全新的CATIAV5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了CAD/CAE/CAM软件的一种全新风格。CATIA广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子/电器和消费品等行业，它的集成解决方案覆盖了所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA提供的方便解决方案，迎合了所有工业领域的大、中、小型企业需要，包括：从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。目前，世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。虽然CATIA源于航空航天业，但其强大的功能已得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业，其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA在CAD/CAE/CAM行业内的领先地位。CATIAV5版本是IBM和达索系统公司长期以来在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIAV5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护[14]。V5版本可以和Enovia，Smarteam以及其他计算机辅助工程分析软件兼容。悬架的挠度计算3.2.1悬架静挠度静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度c之比即。对于大多数汽车而言，其悬架质量分配系数可以近似地认为，即前、后桥上方车身部分的集中质量的垂直振动是相互独立的，并用偏频n表示自由振动频率。偏频越小，则汽车的平顺性越好。采用钢板弹簧的载货汽车的偏频略高于轿车，前悬架约为1.3Hz，采用空气弹簧后，这一数值可以进一步降低。 （3-1）式中c——前悬架的刚度（N/cm）；m——前悬架的簧上质量（kg）；当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前悬架的静挠度可以用下式表示fc=mg/c式中g——重力加速度（m/s2），g=9.80m/s2将fc代人式（3-1）得到：（3-2）由式（3-2）可知，悬架的静挠度=147mm。在选取前悬架的静挠度值fc时，希望后悬架的静挠度比前悬架的静挠度小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。用途不同的汽车，对平顺性要求不一样。以运送人为主的轿车对平顺性的要求最高，大客车次之，载货车更次之。3.2.2悬架动挠度悬架的动挠度fd是指从满载平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大形变。要求悬架应有足够的动挠度，防止破坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块。对大客车，fd取5-8cm。据汽车最新使用手册得，本设计选取fd=80mm。悬架弹性特性悬架受到的垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于车身位移（即悬架的变形）的关系曲线称为悬架的弹性特性。其切线的斜率是悬架的刚度。悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种。当悬架变形与所受垂直外力F之间呈固定比例变化时，弹性特性为一直线，称为线性弹性特性，此时悬架刚度为常数。当悬架变形f与所受垂直外力F之间不呈固定比例变化时。此时，悬架刚度是变化的，其特点是在满载位置（图中点8）附近，刚度小且曲线变化平缓，因而平顺性良好；距满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大。这样可在有限的动挠度fd范围内，得到比线性悬架更多的动容量。悬架的动容量系指悬架从静载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止消耗的功。悬架的动容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小。空载与满载时簧上质量变化大的客车，为了减少振动频率和车身高度的变化，应当选用刚度可变的非线性悬架。悬架的弹性特性曲线如图3-1所示。1-缓冲块复原点2-复原行程缓冲块脱离支架3-主弹簧弹性特性曲线4-复原行程5-压缩行程6-缓冲块压缩期悬架弹性特性曲线7-缓冲块压缩时开始接触弹性支架8-额定载荷图3-1悬架弹性特性曲线空气弹簧主要参数的确定空气弹簧的支承、弹性作用取决于空气弹簧内的压缩空气。容积比、气体压缩系数基本上决定了理想空气弹簧的力学性能。3.4.1空气弹簧刚度计算空气弹簧的支承、弹性作用取决于空气弹簧内的压缩空气。容积比、气体压缩系数基本上决定了理想空气弹簧的力学性能。空气弹簧是利用橡胶气囊内压缩空气的反作用力作为弹性恢复力的弹性元件。刚度是空气弹簧的重要性能参数，用如下理论公式空气弹簧垂直刚度K计算： （3-3）式中γ——刚度比；pa——绝对压力(kg/）；A——空气弹簧的有效面积（cm2）；V——弹簧的体积（cm3）；P——压强(kg/cm2)。由式（3-3）可知，空气弹簧的有效承压面积及其交化率对空气弹簧刚度的影响显著。囊式空气弹簧工作时有效承压面积交化率较大，弹簧刚度较大。由于分担气囊形变的曲囊越多，气囊有效承面积变化率越小，因此气囊增多可减小囊式空气弹簧的刚度。在橡胶气囊正常工作气压范围内，膜式空气弹簧的有效承压积面变化率比囊式气弹簧小，即膜式空气弹簧的刚度比囊式空气簧小。同时，膜式空气弹簧可以通过改变活塞底部形状来控制有效承压面积变化率，以获得理想弹性特性。另外，囊式空气弹簧可以通过添加辅助气室，膜式空气弹簧可利用活塞底座空心内腔作为辅助气室来增大气体体积，从而降低弹簧刚度。前悬架的空气弹簧刚度K计算:kg/cm2=10600当静刚度比γ=1时Kf=258.5；当动刚度比γ=1.4时Kf=346.93.4.2空气弹簧固有频率的计算用下式计算固有频率：式中g——重力加速度9.80m/s2；W——簧上质量（kg）。当用静刚度比时则，满足，所以合格；当用动刚度比时则，满足，所以合格。3.4.3空气弹簧的刚度特性分析弹簧的刚度公式为下式（3-4）：从式中可以看出，要想获得较软的刚度，应该增大V，但在布置上又不允许占用过高的空间，因而常常采用增加辅助气室的办法来达到增大V，减小刚度的目的。（3-4）由于空气弹簧无法承受侧向力及转矩，必须为悬架选择恰当的导向杆系。目前常用的有以下三种方式：首先用钢板弹簧作为导向元件，这种方法的优点在于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。其次是纵臂式，这种方式增加了设计的灵活性，可以较好地保证悬架的纵倾特性，车轮跳动时主销倾角的变化量也能满足要求。空气悬架车身高度调节机构是一端固定在车架、一端固定在车身上的联动阀，当车引高度变化时，阀动作打开相应的气路，向弹簧气室中补充或由弹簧气室放出空气，达到测节车身高度的目的。汽车在正常行驶过程中，由于垂向振动或侧倾，车身与车桥之间总会发生相对位移。在设计车身高度调节器时，必须采取必要的措施以防止在此类情况下车身高度调节器频繁动作。3.4.4空气弹簧的尺寸参数及建模本次设计采用的是自由膜式空气弹簧，气囊内压力自封，它是由盖板和深拉钢板或铸钢制成的底座，并在它们之间安放圆柱形橡胶气囊构成的。如图3-2所示。图3-2膜式空气弹簧设计示意图本设计选取空气弹簧参数如表3-1所示。表STYLEREF1\s31空气弹簧尺寸参数表序号参数名称数值（mm）1工作高度2482底座直径2063气囊直径2804盖板直径2605底座高度1166膜片厚度3.0在CATIA中建立空气弹簧三维的实体模型，分解图和实体模型分别如图3-3和图3-4所示。图3-3空气弹簧分解图图3-4气囊实体模型1-活塞2-缓冲块3-气囊4-上盖板3.4.5空气弹簧支架的设计及建模弹簧支架属于典型的实体结构,主要承受来自车身的垂直载荷（簧载质量）。此外,在车辆行驶过程中还承受来自导向机构的横向载荷。在本设计中，空气弹簧和减振器分别垂向固定在支架上，上导向杆通过球头纵向固定在支架上，支架通过四个地脚螺栓连接在车桥上。支座的三维实体模型和剖视图分别如图3-5和图3-6所示。图3-5支架实体模型图3-6支架剖视图导向机构主要参数的确定3.5.1悬架导向机构的概述及强度受力计算空气悬架的主要组成部分除了空气弹簧以外，还有导向杆件、减振器、横向稳定器等组成。其中，导向机构发挥着非常重要的作用。导向传力机构是空气悬架中的重要部件，要承受汽车的纵向力、侧向力及其力矩，因此要有一定的强度，布置方式要合理，避免运动干涉。空气弹簧在悬架中主要承受垂直，减振、消振，如果导向机构设计得不合理，则会增加空气弹簧的负担，甚至会发生扭曲、摩擦等现象，恶化减振效果，缩短弹簧的寿命[12]。（1）前平行导向杆的受力和强度：导向杆的受力分析如图3-7所示，悬架杆的断面如图3-8所示。前后载荷（D2载荷状态）图3-7导向杆受力分析图3-8导向杆断面图式中c=337mme=346.4mmA=844.46得到：，，，=5.47，=5.4。导向杆材料的，。则高的破坏安全率及降伏安全率分别为：=8.7＞1.6合格，=5.1＞1.3合格。则低的破坏安全率及降伏安全率分别为：=8.9＞1.6合格，=5.19＞1.3合格。3.5.2四连杆机构上V型杆的布置问题（1）关于V形杆夹角的选择夹角越大，V形杆在承受侧向力时杆向力越小，但承受纵向力时杆向力越大，若与下杆受力情况对比，V形杆有富裕的承载能力，所以夹角应尽可能选大些。（2）关于V形杆固定端，活动端跨距的选择本设计选用固定端跨距大，活动端小的倒八字结构。多数空气悬架采用这种结构。现代悬架推力杆绞接头主要采用橡胶寸套，沿杆向，垂直杆向，以及扭转都有一定的弹性，这种布置对车轴的偏转，侧移提供了较强的约束。3.5.3导向机构及连接件的尺寸参数确定及建模本次设计导向机构采用导向杆形式，上导向杆为纵向推力杆，平行于汽车纵向中心线放置，下导向杆呈V字行，夹角为60°，上、下杆分别通过球头连接在气囊支架和车桥上。导向机构尺寸参数如表3-2所示。表32导向机构尺寸参数序号参数名称数值（mm）序号参数名称数值（mm）1上导向杆长度7106球头直径882下导向杆长度7607球头总长度1663导向杆直径508球头体长度704套筒外直径1129连接块宽度305套筒内直径8810连接孔直径18在三维软件中建立导向杆实体模型，如图3-9所示。图3-9导向杆总成1-杆体2-球头根据导向杆的尺寸设计导向连接件的外形尺寸如表3-3所示。表STYLEREF1\s33导向连接件尺寸参数序号参数名称数值（mm）1连接件总长3862连接件厚度403槽宽844凸台宽度375螺栓孔直径186螺纹孔直径12V形杆的连接示意如图3-10所示，在三维软件中建立导向机构连接件的实体模型，如图3-11所示。图3-10V形杆连接示意图图3-11导向杆下连接件筒式液压减振器主要参数的确定3.6.1减振器的选定及阻尼力的计算在本设计中，主要进行了阻尼力的计算。(1)阻尼力的求法：式中ψ——阻尼比；C——减振器的阻尼系数；Cc——悬架的临界阻尼系数（kg·s/mm）；K——悬架的刚度（kg/mm）W——分在弹簧上的质量（kg）g——重力加速度，g=9.8m/s2F——阻尼力（N）V——车轮端速度（mm/s）阻尼力比的分布见表3-4表3-4阻尼比分布V前轴ψ后轴ψ0.1m/s(100mm/s)0.2~0.60.2~0.60.3m/s(300mm/s)0.2~0.60.2~0.60.6m/s(600mm/s)0.1~0.40.1~0.4（2）减振器的阻尼力首先求最初的临界阻尼系数在这里，弹性刚度使用以前在实际中采用的k=13.178kg/mm。W是弹簧上质量：2420kg，g是重力加速度：9.80m/s2。在阻尼比的推荐范围内取下限值，平均值，上限值三点计算数据如表3-5：表3-5阻尼力分布V(m/s)Ccψ范围ψF=Cc·ψ·V(Kg)0.1(100mm/s)3.6070.2~0.60.272.140.4144.30.6216.40.3(300mm/s)3.6070.2~0.60.22160.44330.66490.6(600mm/s)3.6070.1~0.40.12160.255400.4864一般的，用阻尼比在0.3～0.4左右的范围内，对应于各个不同速度，求每个减振器的阻尼力的方法较多。但由于在生产减振器时，是把V=0.3m/s时的阻尼力定为基准，因此，在V=0.1m/s，V=0.6m/s时，阻尼力与计算值不吻合的情况也很多。为此，一般的方法是把V=0.3m/s，为基准，预备2～3件在其基准上下变化的试制品，进行实车乘坐舒适性评价。3.6.2减振器的尺寸参数确定及建模通过对客车空气悬架的减振器进行阻尼力的计算，得出减振器外缸筒直径为90mm，对减振器进行选型匹配，尺寸参数如表3-6。表36减振器尺寸参数序号参数名称数值（mm）序号参数名称数值（mm）1外缸筒直径905螺钉直径102内缸筒直径806连接台直径803活塞杆直径647连接台长度304减振器总长6808防尘罩长度361减振器实体模型和剖视图，如图3-12和图3-13所示。图3-12减振器实体模型图3-13减振器剖视图客车前悬架总装配图建模在CATIA软件中建立客车空气前悬架的整体模型，分解示意图和总装配图分别如图3-14和图3-15所示。图3-14前悬架分解图图3-15前悬架装配图三维模型本章小结本章首先计算了悬架的动、静挠度，空气弹簧的力学性能，导向机构的受力强度以及减振器的阻尼力，确定了客车空气前悬架的参数设计与匹配，然后对空气气囊，减振器，导向机构以及附属部件进行了基于CATIA的三维实体建模，得到了完整的悬架结构和参数，为下一步进行关键部件的有限元分析做好了准备。空气悬架导向杆及支架的分析本章利用三维建模软件CATIA建立有限元分析的几何模型，应用有限元分析软件ANSYS对模型进行结构静力分析，通过有限元计算，对空气悬架的导向机构及空气弹簧支架应力/应变特性进行相应的分析研究，考察其强度是否符合设计要求。ANSYS介绍（1）ANSYS概述ANSYS软件是大型通用有限元分析软件。有限元法是一种采用电子计算机求解结构静、动态力学特性等问题的数值解法。由于有限元法具有精度高，适用性强以及计算格式规范统一等优点，故在短短50多年间已广泛应用于机械、航空航天、汽车、船舶、土木、核工程及海洋工程等许多领域，已成为现代机械产品设计中的一种重要工具。特别是随着电子计算机技术的发展和软、硬件环境的不断完善，以及高档计算机和计算机工作站的逐步普及，为ANSYS的推广应用创造了更为良好的条件，并展示出更为广阔的工程应用前景。美国ANSYS公司是CAE行业的知名公司，在设计分析类软件中第一个通过了IS09001质量认证。软件主要包括三部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。ANSYS除了具有强大的程序功能外，它友好的用户界面（GUI）也使其具有易学易用的特点。通用GUI可以方便地交互访问程序的各种功能、命令、用户手册和参考材料，可以一步一步地完成整个分析，因而使ANSYS易于使用。同时，它还能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如CATIA、Pro/Engineer、NASTRAN、Alogor、I-DEAS、AutoCAD等。该类软件有多种不同版本，可运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上。作为用户在购买和使用此类软件时，可以从以下五个方面考评：网格划分、几何建模、与CAD软件的数据传递、图形技术和导航技术。只有这几方面都运行良好，才能充分满足设计分析和仿真计算的需要。（2）ANSYS分析的一般流程[15]利用ANSYS进行有限元分析的过程有三步：一是前处理，主要是建立结构的有限元模型，选择合适的分析单元和定义结构的材料属性和一些单元选项，然后定义边界条件，包括定义约束条件和加载；二是计算，主要用来选择计算类型和计算参数；三是后处理，让用户可以根据自己的需要察看计算结果，包括有通用后处理和时间历程后处理。有限元模型的建立与实体相符合的模型的建立，是对实体进行模拟仿真的基础。模型建立是否准确直接关系到分析结果与实验结果的吻合。一般来说模型的建立包括：几何模型建立、模型导入、对模型进行检查和修改、划分网格、添加材料属性等。4.2.1几何模型的建立及简化由于空气悬架部件的结构比较复杂，而且各部件的形状也不规则，故在模型建立的时候采用了保证模型主要结构不缺失的原则对其模型做出了相应的简化，而CATIA在建模方面又具有很强的优势。因此本章采用CATIA软件建立空气悬架部件的几何模型，并对其进行适当的简化处理[16]。（1）几何模型的建模技巧及模型的简化在建立几何模型之前，先仔细观察、分析模型结构的主要特征是什么，哪些是主体结构，哪些是次要结构，确定从哪里开始建模，分几步做好。一般先做出重要特征，再做出局部特征，最后通过修建、挖空、缝合等操作建立准确的模型，也就是从整体到局部的建模思路。另外，最好将各种几何元素，如线、面、实体、片体、基准等划定相应的图层，这样思路清晰，最后提取所要的特征也很方便。几何模型简化是有限元分析模型的基础，在考虑几何模型的简化问题时，既要考虑到几何模型建立的特点，也要考虑有限元模型建立的特点。本次所建几何模型为实体模型，模型要能反映危险部位具体结构对支架应力的影响，其好坏直接决定着有限元模型的优劣乃至分析工作的进展，因此几何模型要尽量保留原实体结构的细节，以保证有限元分析结果的正确性。但在保证模型正确及几何元素相互关联的基础上，也要提高建模效率，要对非危险部位的细节进行结构简化，以达到事半功倍的效果。简化原则要保证计算结果的准确性，尽量减少节点数量，保持总体结构不变，保留危险部位的细节结构。简化方法有略去不必要的圆角，以倒斜角取代倒圆角，略去工艺结构，略去不重要区的小孔及小尺寸细节结构，简化非危险区的小尺寸细节结构。（2）导向杆的几何模型建立创建模型文件，首先，进入草图设计模块，绘制零件的各部分草图；然后，进入零件设计模块，利用Pad命令创建拉伸体；形成导向杆的实体模型；细化结构的局部特性，保存文件。因为最终是要将CATIA文件导入到ANSYS中进行分析，这里需要考虑到导入文件格式的问题。由于ANSYS中已经有与CATIA的接口程序，且CATI能够集成到ANSYS中，所以可以直接保存CATIA文件，以part文件的格式导入ANSYS中。4.2.2几何模型的导入首先，导入CATIA模型，生成数据库文件。具体的方法是进入ANSYS用户操作界面，选择UtilityMenu>File>Import>CATIA菜单，弹出对话框，然后导入原先在CATIA中创建的悬架实体模型文件。然后，在ANSYS中对导入的导向杆和空气弹簧支架的CATIA模型进行检查。4.2.3定义材料属性在有限元建模过程中把导向杆和空气弹簧支架假设成一个材料属性处处相同的结构，其材料具体数据见表4-1。表4-1材料属性名称弹性模量（MPa）泊松比密度（g/cm3）导向杆2.11×1050.317.85空气弹簧支架2.09×1050.277.854.2.4网格划分有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式将直接影响计算精度和计算规模。为建立正确、合理的有限元模型，应掌握划分网格的基本原则，包括网格的数量、疏密、阶次、质量、布局等[16]。网格数量：网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模的大小。一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，所以确定网格数量时应权衡这两个因数综合考虑。当网格数量增加到一定程度后，再继续增加网格，精度提高甚微，而计算时间却大幅度增加，所以增加网格时要注意经济性。实际应用时可比较两种网格划分的计算结果，如果两次计算结果相差很大，就继续增加网格；反之则停止增加网格。另外，在进行结构静力分析时，若仅计算结构的变形，网格的数量可少一些；若计算应力，则在精度要求相同的情况下，网格数量应多一些[17][18]。网格疏密：网格疏密是指在结构不同部位采用大小不同的网格，这是为了适应计算数据的分布特点。在计算数据变化梯度较大的部位，为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。单元阶次：许多单元都有线性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的单元称为高阶单元。选用高阶单元可提高计算精度，所以当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。但在网格数量相同的情况下，由高阶单元组成的模型，计算规模大，使用时应注意计算精度和时间问题。网格质量：网格质量是指网格几何形状的合理性。网格质量好坏将影响计算精度，质量太差的网格会终止计算[19]。划分网格时，在重点研究的结构关键部位，应保证划分高质量的网格，即使是个别质量很差的网格也会引起很大的局部误差，而在结构次要部位，网格质量可以适当降低。网格布局：当结构形状对称时，其网格也应划分成对称网格，以使模型表现出相应的对称性。本次仿真是通过hypermesh前处理软件中的网格划分功能，对空气悬架模型采用三单元排列规则，大小适中，没有产生畸形。网格划分参数如图4-1所示。图4-1网格划分参数分别对导向杆和空气弹簧支架进行网格划分，如图4-2，图4-3所示。图4-2导向杆网格划分图4-3支架网格划分有限元的静力分析4.3.1约束及载荷的确定对于导向杆，在铰链座处只施加x、y、z的位移约束，在安装衬套处只保留在x的旋转运动。有限元分析时假设车身是运动的，前悬架下推力杆在衬套处和推杆座处施加载荷力为13530N和15000N。对于支架，由于车辆在静止状态下空气悬架仅承受来自车身载荷的竖直作用力，而此力直接作用在空气弹簧上，因此约束x、y方向的平动和绕y、z方向的转动。加载到空气悬架每个气囊支架面上的加载力为5450×9.8/4=1.3352×105N。根据角度关系，求得加载到减振器连接面上的加载力为1.2897×105N。4.3.2结果分析在ANSYS的求解模块（Solution）中只要施加上面所述的约束和载荷后就可以进行求解（Solve），然后在通用后处理器中即可查看各工况下的弹簧支架应力、应变和变形结果，所求得的导向杆应力图及变形图见图4-4和图4-5。图4-4导向杆应力分布图图4-5导向杆总变形图在不考虑由于约束影响造成的局部应力过大的情况下，根据应力、位移分布云图可知最大应力出现的位置，导向杆的最大应力为max=47.038MPa＜[]，最大总变形0.039mm，最大位移变形很小，导向杆的强度符合要求。同样，在求解模块中对空气弹簧支架施加上面所述的约束和载荷后就可进行求解，得到支架的应力图和总变形图，如图4-6和4-7所示。图4-6支架应力分布图图4-7支架的总变形图从图中可以看出空气弹簧支架的位移最大变形为4.32mm，有一定的变形，但对比客车的尺寸参数来说影响较小。最大的应力为271.74MPa，小于45钢的屈服强度355MPa，符合设计要求，但中间部位应力接近屈服强度，可以做一些结构优