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本科畢業(yè)設(shè)計 論文 載貨汽車后空氣懸架總成的設(shè)計 學(xué) 院 機械工程學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 提交日期 2016 年 月 日 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨 立進行研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論 文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果 對本文的 研究做出重要貢獻的個人和集體 均已在文中以明確方式標明 本人 完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔 學(xué)位論文作者簽名 日期 2016 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解華南理工大學(xué)廣州學(xué)院關(guān)于收集 保存 使用學(xué)位 論文的規(guī)定 即 按照有關(guān)要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院圖書館有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版 并提供目錄檢索與閱覽服務(wù) 可以采用復(fù)印 數(shù)字化或其它復(fù)制手段 保存論文 在不以贏利為目的的前提下 可以公布論文的部分或全部 內(nèi)容 學(xué)位論文作者簽名 日期 2016 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名 日期 2016 年 月 日 作者聯(lián)系電話 電子郵箱 I 摘 要 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一 它把車架與車軸彈性的連接起來 其主 要任務(wù)是傳遞作用在車輪與車架 或承載式車身 之間的一切力和力矩 并且緩和 不平路面?zhèn)鹘o車架 或承載式車身 的沖擊載荷 衰減由沖擊載荷引起的承載系統(tǒng) 的震動 以保證汽車的正常行駛 本次文就是對載貨汽車后懸架主副簧進行設(shè)計 并對設(shè)計結(jié)果進行校核 保證設(shè)計滿足汽車對安全方面的要求 本次畢業(yè)設(shè)計的 題目是載貨汽車后空氣懸架總成的設(shè)計 通過設(shè)計出載貨汽車后空氣懸架總成 來了解它的結(jié)構(gòu)和工作原理 并對之進行優(yōu)化 使得設(shè)計出來的載貨汽車后空氣 懸架總成的結(jié)構(gòu)更合理 更安全 關(guān)鍵詞 懸架 力矩 總成 安全 II Abstract Suspension is an important modern automobile assembly of it is the frame and axle elastic connected Its main task is transmit the role of the wheel and the frame or the bearing body between the force and torque and easing the rough road surface to frame or the bearing body of the impact load caused by impact load of bearing system of vibration attenuation to ensure that the vehicle s normal running This text is to carry on the design of the main and auxiliary spring of the truck rear suspension and check the design result to ensure that the design meets the requirements of the safety of the car The topic of this graduation design is a truck rear air suspension assembly design through the design of a truck rear air suspension assembly to understand its structure and working principle and the optimization makes the design of truck rear air suspension assembly structure more reasonable and more secure Key words suspension torque assembly safety 1 目 錄 1 緒 論 1 1 1 課 題 的 來 源 與 研 究 的 目 的 和 意 義 1 1 2 懸 架 系 統(tǒng) 的 組 成 4 1 3 我 國 空 氣 懸 架 的 市 場 前 景 6 1 4 主 要 研 究 內(nèi) 容 2 2 空 氣 懸 架 結(jié) 構(gòu) 7 2 1 空 氣 懸 架 結(jié) 構(gòu) 簡 介 9 2 2 空 氣 懸 架 的 優(yōu) 缺 點 9 3 載 貨 汽 車 后 空 氣 懸 架 總 體 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 11 3 1 橫 向 穩(wěn) 定 桿 的 設(shè) 計 計 算 12 3 2 橫 向 穩(wěn) 定 桿 的 強 度 校 核 12 3 3 螺 栓 的 選 型 計 算 13 3 4 彈 性 元 件 的 設(shè) 計 14 3 5 空 氣 彈 簧 力 學(xué) 性 能 16 3 6 高 度 控 制 閥 18 4 懸 架 系 統(tǒng) 設(shè) 計 19 4 1 懸 架 設(shè) 計 要 求 20 4 2 懸 架 的 主 要 特 性 22 4 4 懸 架 的 垂 直 彈 性 特 性 23 4 5 減 振 器 的 特 性 24 結(jié) 論 25 參 考 文 獻 26 致 謝 27 2 1 緒論 1 1 課題的來源與研究的目的和意義 本論文主要對載貨汽車后空氣懸架進行設(shè)計 通過對載貨汽車后空氣懸架進行設(shè)計 來了解載貨汽車后空氣懸架的結(jié)構(gòu)組成 工作原理以及以后的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀 我國生產(chǎn)的載貨汽車后空氣懸架結(jié)構(gòu)簡陋 穩(wěn)定系數(shù)始終不高 雖然經(jīng)過幾十年的 發(fā)展 近期產(chǎn)品的質(zhì)量較早期有所提高 但受國產(chǎn)配套件質(zhì)量及設(shè)計水平等的影響 我 國目前生產(chǎn)的載貨汽車后空氣懸架的總體水平與進口產(chǎn)品及港口用戶的要求仍有較大差 距 載貨汽車后空氣懸架的生產(chǎn)也是如此 為滿足市場需求 開發(fā)出一種新型的載貨汽 車后空氣懸架勢在必行 本文運用大學(xué)所學(xué)的知識 提出了載貨汽車后空氣懸架的結(jié)構(gòu) 組成 工作原理以及主要零部件的設(shè)計中所必須的理論計算和相關(guān)強度校驗 構(gòu)建了載 貨汽車后空氣懸架總的指導(dǎo)思想 從而得出了該載貨汽車后空氣懸架的優(yōu)點是高效 經(jīng) 濟 并且校正質(zhì)量高 運行平穩(wěn)的結(jié)論 通過設(shè)計載貨汽車后空氣懸架 要求學(xué)生掌握大學(xué)四年所學(xué)到的知識 了解機械原 理 機械設(shè)計 以及傳動機構(gòu)設(shè)計等方面的知識 綜合運用繪圖軟件對載貨汽車后空氣 懸架進行設(shè)計 通過本次畢業(yè)設(shè)計 綜合提高學(xué)生的實際應(yīng)用水平和設(shè)計能力 相信此種載貨汽車后空氣懸架的出現(xiàn)將會大大提高載貨汽車后空氣懸架的穩(wěn)定性和 質(zhì)量 為企業(yè)的生產(chǎn)的年產(chǎn)能方面 以及經(jīng)濟效益方面能夠帶來顯著的進步 同時也在 某種程度上推進了汽車工業(yè)的不斷發(fā)展 1 2 懸架系統(tǒng)的組成 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一 它把車架 或承載式車身 與車軸 或與車輪 彈 性的連接起來 其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪與車架 或承載式車身 之間的一切力和力矩 并 且緩和不平路面?zhèn)鹘o車架 或承載式車身 的沖擊載荷 衰減由沖擊載荷引起的承載系統(tǒng)的 震動 以保證汽車的正常行駛 本次文就是對載貨汽車后懸架主副簧進行設(shè)計并對設(shè)計結(jié) 果進行校核 證設(shè)計滿足汽車對安全方面的要求 本次設(shè)計首先根據(jù)汽車后軸載荷和非 簧載質(zhì)量確定每副鋼板彈簧的載荷 通過鋼板彈簧滿載和空載載荷的不同來確定主副簧 的剛度分配 同時根據(jù)汽車軸距來確定鋼板彈簧的長度 根據(jù)公式算出鋼板彈簧所需總 慣性矩 這樣就能算出鋼板彈簧的大致厚度和寬度 用畫圖法可以確定每個鋼板彈簧的 長度 最后對鋼板彈簧進行校核 保證鋼板彈簧滿足要求 做固定鉸鏈連接時 就可擔 3 負起決定車輪運動軌跡的任務(wù) 因而就沒有必要再設(shè)置其它導(dǎo)向機構(gòu) 此外 一般鋼板 彈簧是多片疊成的 它本身即具有一定的減振能力 因而對減振要求不高時 在采用鋼 板彈簧作為彈性元件的懸架系統(tǒng)中 就可以不裝減振器 1 3 我國空氣懸架的市場前景 我國公路及高速公路的發(fā)展對汽車的 縱穩(wěn)定性 平順性 安全性提出了更高的要求 對國內(nèi)空氣懸架市場產(chǎn)生了很大的促進作用 此外 重型汽車對路面破壞機理的研究及 認識進一步加深 政府對高速公路養(yǎng)護的重視 限制超載逐步在國內(nèi)各地受到重視等因 素 使空氣懸架在重型車市場的應(yīng)用也將進一步擴大 為適應(yīng)高速公路運輸?shù)男枰?高 級客車和大型載貨車都必須使用空氣懸架 客車市場的快速發(fā)展也將大大拉動空氣懸架的需求增長 近幾年 空氣懸架的需求 主要是與高級客車的銷售量直接相關(guān) 據(jù)統(tǒng)計 我國高級客車的市場以每年 15 的速度 增長 十五規(guī)劃 預(yù)測 2005 年大中型客車年需求量為 12 16 萬輛 其中大型客車為 3 5 萬輛 中型客車為 9 11 萬輛 2002 年 7 月 交通部頒布實施 營運客車類型劃 分及等級評定 JT T325 2002 行業(yè)標準 新頒布實施的標準對大中型客車配置懸架類 型作了規(guī)定 其中高級大中型客車必須采用空氣懸架 這為空氣懸架產(chǎn)品的推廣使用創(chuàng) 造了良好的外部環(huán)境 載貨車必將成為空氣懸架市場的支撐點 十五規(guī)劃 預(yù)測 到 2005 年重型載貨汽 車需求為 9 11 萬輛 僅從東風汽車有限公司 2002 年 4 月公開發(fā)布的 2004 2007 年中 期事業(yè)計劃來分析 預(yù)計未來幾年 東風有限 系列商用車的空氣懸架配置數(shù)量約在 15000 30000 套 一汽集團的系列商用車的空氣懸架配置數(shù)量也不低于這個數(shù)字 綜合 上述分析 預(yù)計到 2005 年 適應(yīng)高速公路需要的大中型客車 高檔旅游客車的空氣懸架 彈簧的配置率將會有一個較快的增長幅度 其中大型客車將有 15000 20000 輛采用空氣 懸架彈簧 重型載貨汽車預(yù)計有 5000 輛采用空氣懸架系統(tǒng) 1 4 主要研究內(nèi)容 本次設(shè)計主要針對載貨汽車后空氣懸架進行設(shè)計 從載貨汽車后空氣懸架的整體方 案出發(fā) 然后具體細化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu) 其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個方面 1 通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館查找各種關(guān)于載貨汽車后空氣懸架的相關(guān)資料 對載貨汽車后空 氣懸架進行方案的比較和預(yù)定 2 分析載貨汽車后空氣懸架的結(jié)構(gòu)與參數(shù) 3 確定具體設(shè)計方案 4 4 載貨汽車后空氣懸架圖紙的繪制 5 說明書的編寫 2 空氣懸架結(jié)構(gòu) 2 1 空氣懸架結(jié)構(gòu)簡介 空氣彈簧懸架具有變剛度 剛度小 振動頻率低 車身高度不變等優(yōu)點 典型的機 械式空氣懸架主要包括以下幾個部分 1 空氣彈簧 空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個密閉容器 在其中貯入壓縮空氣 利用空氣的可 壓縮性實現(xiàn)其彈簧的作用 這種彈簧的剛度是可變的 因為作用在彈簧上的載荷增加時 容器內(nèi)的定量氣體氣壓升高 彈簧剛度增大 反之 當載荷減小時 彈簧內(nèi)的氣壓下降 剛度減小 故空氣彈簧具有較理想的彈性特性 2 導(dǎo)向機構(gòu) 導(dǎo)向機構(gòu)是承受汽車的縱向力 力矩及橫向力 由于空氣懸架只能承受垂直載荷 所以需要安裝導(dǎo)向機構(gòu)以承受橫向力 縱向力及力矩以使車橋 或者車輪 按一定的軌跡 相對車身或車架跳動 3 減振裝置 減振裝置主要是用來消耗振動能量 衰減振動 空氣作為空氣彈簧的工作介質(zhì) 內(nèi) 摩擦極小 與板簧相比空氣彈簧本身只有少量阻尼 所以空氣懸架必須裝有阻尼器 而 且其阻尼要相應(yīng)增加以達到迅速衰減振動的目的 但如果阻尼過大又會使反應(yīng)遲鈍并向 車身傳遞過多的高頻振動和沖擊 所以減振器阻尼的匹配是否合理將影響懸架的性能 4 高度控制閥 高度控制閥是空氣彈懸架系統(tǒng)的一個重要組成部分 其主要功能是 隨整車載荷 變化保持合理的懸架行程 高速時降低車身高度 保持車身穩(wěn)定性 減少空氣阻力 在起伏不平的路面上 可以提高車身高度從而提高了汽車的通過性 空氣彈簧的優(yōu)越 性通過安裝高度控制閥充分的顯現(xiàn)出來 5 其它附屬裝置 空氣彈簧以壓縮空氣作為介質(zhì) 所以必須裝有壓氣機以產(chǎn)生壓縮空氣 另外為了進 一步提高空氣彈簧的性能大部分空氣懸架還裝有輔助氣室 現(xiàn)如今 隨著科技的迅速發(fā) 展 很多高檔的客車 轎車以及商用車上已經(jīng)成功的使用了電控空氣懸架 這種懸架使 用高度傳感器和電子控制單元來控制空氣彈簧的充氣和排氣 從而更加提高了空氣懸架 5 的控制精度和反應(yīng)速度 但在功能好的同時也有其缺點 這種汽車懸架的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜 而且成本非常高 所以在國內(nèi)應(yīng)用的還不是很廣泛 但是這是汽車懸架發(fā)展的必然趨勢 3 2 2 空氣懸架的優(yōu)缺點 空氣懸架工作原理就是用空氣壓縮機形成壓縮空氣 并將壓縮空氣送到彈簧和減振 器的空氣室中 以此來改變車輛的高度 在前輪和后輪的附近設(shè)有車高傳感器 按車高 傳感器的輸出信號 微機判斷出車身高度的變化 再控制壓縮機和排氣閥 使彈簧壓縮 或伸長 從而起到減振的效果 空氣懸架給予了汽車更多的靈性 當你在高速行駛時懸 架可以變硬來提高車身的穩(wěn)定性 而長時間在低速不平的路面行駛時 控制單元會使懸 架變軟來提高車子的舒適一般說來空氣懸架控制的內(nèi)容包括車身高度 減振器衰減力 彈簧彈性系數(shù)等三項 1 車高的控制 分標準 升高和只升高后輪三種 2 減振器 的衰減力控制分低 中 高三擋 3 空氣彈簧的彈性系數(shù)分軟 硬兩擋 空氣懸架較 以往的普通懸架有著不可替代的優(yōu)勢 因此隨著這種技術(shù)的普及與改進 必然會在以后 的汽車工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用 當然 這是是擁有了升降底盤 并不代表就一定磨不到 底盤 那還要看路面狀況 缺點 運動底盤并沒有一定的標準 只是這種底盤穩(wěn)定的操縱性 比較好 可以簡單地理解為運動性好 但運動底盤的舒適性一般就比較差了 2 3 空氣懸架的結(jié)構(gòu) 空氣彈簧懸架具有變剛度 剛度小 振動頻率低 車身高度不變等優(yōu)點 典型的機 械式空氣懸架主要包括以下幾個部分 1 空氣彈簧 空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個密閉容器 在其中貯入壓縮空氣 利用空氣的可 壓縮性實現(xiàn)其彈簧的作用 這種彈簧的剛度是可變的 因為作用在彈簧上的載荷增加時 容器內(nèi)的定量氣體氣壓升高 彈簧剛度增大 反之 當載荷減小時 彈簧內(nèi)的氣壓下降 剛度減小 故空氣彈簧具有較理想的彈性特性 2 導(dǎo)向機構(gòu) 導(dǎo)向機構(gòu)是承受汽車的縱向力 力矩及橫向力 由于空氣懸架只能承受垂直載荷 所以需要安裝導(dǎo)向機構(gòu)以承受橫向力 縱向力及力矩以使車橋 或者車輪 按一定的軌跡 相對車身或車架跳動 3 減振裝置 6 減振裝置主要是用來消耗振動能量 衰減振動 空氣作為空氣彈簧的工作介質(zhì) 內(nèi) 摩擦極小 與板簧相比空氣彈簧本身只有少量阻尼 所以空氣懸架必須裝有阻尼器 而 且其阻尼要相應(yīng)增加以達到迅速衰減振動的目的 但如果阻尼過大又會使反應(yīng)遲鈍并向 車身傳遞過多的高頻振動和沖擊 所以減振器阻尼的匹配是否合理將影響懸架的性能 3 載貨汽車后空氣懸架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3 1 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計計算 本次設(shè)計的載貨汽車后空氣懸架的轉(zhuǎn)穩(wěn)定桿主要是起到推動的功能 所以它的尺寸和 強度的校核計算非常重要 1 初步確定穩(wěn)定桿的直徑 mm 3 81795130 npAd 根據(jù)工作條件 取 mm6d 2 傳動穩(wěn)定桿受力分析 N 4 513602 91 mtdTF N 54 173062cos0 cos 1 tgtgr N 2in4 52in ta 3 繪制傳動穩(wěn)定桿的受力簡圖 求支座反力 垂直面支反力 由 得 0CM 025732 arBYFLR N r 13 6295 761 3024 1 62 由 得 0Y N 230 954 173 BYrCRF 水平面支反力 由 得 0CM 圖 4 1 傳動穩(wěn)定桿的受力簡 圖 7 032 LFRtBZ N02 13685 762412 t 由 得 0Z N 3092 184 3 BrCRF 4 作彎矩圖 垂直面彎矩 圖 YM C 點 N mm 495 70825 613 29 LRBY 水平面彎矩 圖 Z C 點 N mm 675 48035 267 302 LRMBZ 合成彎矩 圖 C 點 N mm 153 6785 4780395 470222 CZY 5 作轉(zhuǎn)矩 T 圖 N mm61 3 6 校核穩(wěn)定桿的強度 按彎扭合成應(yīng)力校核穩(wěn)定桿的強度 校核穩(wěn)定桿上承受最大彎矩和扭矩的截面 即危險截面 C 的強度 由文獻 1 15 5 可知 取 穩(wěn)定桿的計算應(yīng)力6 0 MPa 3 14150 26 9 3768 3 252232 WTMc 選定穩(wěn)定桿的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 由文獻 1 表 可知 MPa 因此 601 故安全 1 ca 7 精確校核穩(wěn)定桿的疲勞強度 判斷危險截面 8 從應(yīng)力集中對穩(wěn)定桿的疲勞強度的影響來看 截面 IV 和 V 引起的應(yīng)力集中最嚴重 而 V 受的彎矩較大 從受載的情況來看 截面 C 的應(yīng)力最大 但應(yīng)力集中不大 故 C 面 不用校核 只需校核截面 V 截面 V 左側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm 27401 0 33 dW3 抗扭截面系數(shù) mm 582T 截面 V 左側(cè)的彎矩 M 為 Mpa 62 70 6153 678 截面 V 上的扭矩 T 為 MPa 201 截面上的彎曲應(yīng) Mpa 8 74 Wb 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa 3 5031 T 穩(wěn)定桿的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 由文獻 1 表 可知 1 MPa MPa MPa 640 B 2751 15 由文獻 1 附表 可知 用插入法求出83 k24 8 0 k 穩(wěn)定桿按精車加工 由文獻 1 附圖 可知 表面質(zhì)量系數(shù)為 3 84 0 穩(wěn)定桿未經(jīng)表面強化處理 1q 固得綜合系數(shù)為 9 284 021 kK 43 1 由文獻 1 可知 碳鋼的特性系數(shù)13 2 9 取2 0 1 1 0 取5 5 所以穩(wěn)定桿在截面 V 左側(cè)的安全系數(shù)為 34 01 289 751 mbKS 2 9 3 41a 5 1 702 19 2 SSca 故該穩(wěn)定桿在截面 V 左側(cè)的強度是足夠的 下圖即為橫向穩(wěn)定桿的零件圖 10 3 2 橫向穩(wěn)定桿的強度校核 截面 V 右側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm219703 01 3 dW3 抗扭截面系數(shù) mm42T 截面 V 左側(cè)的彎矩 M 為 MPa628 570 6153 678 截面 V 上的扭矩 T 為 MPa 20 截面上的彎曲應(yīng)力 MPa 92 Wb 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa8 74301 T 截面上由于穩(wěn)定桿肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按文獻 1 附表 查取 因 23 023 1 dr 08 14 dD 5 3 又由文獻 1 附圖 可得穩(wěn)定桿的材料的敏感系數(shù)為 8 0 q7 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻 1 附 為43 3 53 87 1 05 2 1 1 k 687 q 由文獻 1 附圖 可得穩(wěn)定桿的截面形狀系數(shù)為23 5 0 由文獻 1 附圖 可得穩(wěn)定桿的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為 76 0 綜合系數(shù)為 41 38 05 71 kK 6 2 11 所以穩(wěn)定桿在截面 V 左側(cè)的安全系數(shù)為 29 801 8524 371 maKS 6 423 1a 5 17 896 24 82 SSca 故該穩(wěn)定桿在截面 V 左側(cè)的強度是足夠的 3 3 螺栓的選型計算 螺栓的強度在機械聯(lián)接中至關(guān)重要 特別是在重要的場合 其強度校核和計算尤其 重要 其受力簡圖如上圖所示 圖中以合力 代替均勻分布的作用力假設(shè)應(yīng)力在剪切面內(nèi) 是均勻分布的 若 為剪切面面積 則應(yīng)力為 與剪切面相切 故為剪應(yīng)力 2 擠壓實用計算 在工程上也使用相似剪切的計算方法 假設(shè)擠壓應(yīng)力是均勻分布的 則 擠壓面面積 為擠壓面的正投影面積 對于平鍵接觸面面積就是擠壓面面積 對于 螺栓擠壓面面積 就是直徑平面面積 其值為 12 3 強度條件 剪切和擠壓的強度條件如下 剪切強度條件 擠壓強度條件 式中 塑性材料 脆性材料 先按剪切強度設(shè)計 d 再用擠壓強度條件設(shè)計 擠壓力為 所以 13 d 最后得到螺栓的抗大強度和抗剪強度是合適的 3 4 彈性元件的設(shè)計 空氣懸架多應(yīng)用于大型客車和無軌電車上 在高級轎車 長途運輸重型載貨汽車和 掛車上有所應(yīng)用 其彈性元件是由夾有簾線的橡膠囊或模和充入其內(nèi)腔的壓縮空氣所組 成的 這種懸架除彈性元件 減振器和導(dǎo)向機構(gòu)外 一般還裝有車身高度調(diào)節(jié)裝置 由于空氣彈簧可以設(shè)計的比較柔軟 因而空氣懸架可以得到較低的固有頻率 同時 空氣彈簧的變剛特性使得這一頻率在較大的載荷變化范圍內(nèi)保持不變 從而提高了汽車 的平順性 空氣懸架的另一個優(yōu)點在于通過調(diào)節(jié)車身高度使得大客車的地板高度和載貨 汽車的貨箱高度哦隨載荷的變化基本保持不變 此外 空氣懸架還具有空氣彈簧壽命長 質(zhì)量小以及噪音低等一些優(yōu)點 按照結(jié)構(gòu)特點 空氣彈簧可以分為囊式和膜式兩大類 囊式空氣彈簧結(jié)構(gòu)相當簡單 制造方便 但剛度較高 因而常用于大型客車 無軌電車和載貨汽車 并且常配有輔助 氣室以降低彈簧剛度 膜式空氣彈簧剛度小 適應(yīng)于用作轎車懸架 但同等空氣壓力和 尺寸下其承載能力小 并且動剛度會增大 下圖即為本設(shè)計的膜式的空氣彈簧 7 14 空氣彈簧 15 3 5 空氣彈簧力學(xué)性能 空氣彈簧的支承 彈性作用取決于空氣彈簧內(nèi)的壓縮空氣 容積比 氣體 壓縮系數(shù)基本上決定了理想空氣彈簧的力學(xué)性能 空氣彈簧是利用橡膠氣囊內(nèi)壓縮空氣的反作用力作為彈性恢復(fù)力的彈性元件 剛度是空氣彈簧的重要性能參數(shù) 用如下理論公式空氣彈簧垂直剛度 K 計算 5 1 xaadPVApk2 式中 為剛度比 Pa 為絕對壓力 A 為空氣彈簧的有效面積 kg2cm2cm V 為彈簧的體積 P 為示壓強3cm 由式 4 一 l 可知 空氣彈簧的有效承壓面積及其交化率對空氣彈簧剛度 的影響顯著 囊式空氣彈簧工作時有效承壓面積交化率較大 彈簧剛度較大 由于分擔氣囊形變的曲囊越多 氣囊有效承面積變化率越小 因此曲囊增多可 減小囊式空氣彈簧的剛度 在橡膠氣囊正常工作氣壓范圍內(nèi) 膜式空氣彈簧的 有效承壓積面變化率比囊式氣彈簧小 即膜式空氣彈簧的剛度比囊式空氣簧小 同時 膜式空氣彈簧可以通過改變活塞底部形狀來控制有效承壓面積變化率 以獲得理想彈性特性 另外 囊式空氣彈簧可以通過添加輔助氣室 膜式空氣 彈簧可利用活塞底座空心內(nèi)腔作為輔助氣室來增大氣體體積 從而降低彈簧剛 度 8 前懸的空氣彈簧剛度 K 計算 69 54280 fufAWP2 cmkg 1pfa 10600 5f2cmV2c 114 17 78 15 36910469 fK 當靜剛度比 1 時 131 78 fKcmkg 當動剛度比 1 4 時 177 38 f 16 用下式計算固有頻率 5 2 W gkf 21 式中 g 為重力加速度 980 W 為簧上質(zhì)量2 scm 當用靜剛度比時則 合格 16 4078 391 f zH2 1 f 當用動剛度比時則 合格 5 2 f z4 f 彈簧的剛度公式為 xaadPVApk 從中可以看出 要想獲得較軟的剛度 應(yīng)該增大 V 但在布置上又不允許 占用過高的空間 因而常常采用增加輔助氣室的辦法來達到增大 V 減小剛度 的目的 由于空氣彈簧無法承受側(cè)向力及轉(zhuǎn)矩 必須為懸架選擇恰當?shù)膶?dǎo)向桿系 目前常用的有以下三種方式 用鋼板彈簧作為導(dǎo)向元件 這種方法的優(yōu)點在 于可以利用以前的零部件 便于改裝 同時板簧與空氣彈簧聯(lián)合作用可使懸架 彈性特性更接近理想 懸架的偏頻在很大載荷范圍內(nèi)近似保持不變 縱臂式 這種方式增加了設(shè)計的靈活性 可以較好地保證懸架的縱傾特性 車輪跳動時 主銷傾角的變化量也能滿足要求 A 型架式 實際上為縱臂式的變形 其側(cè) 向剛度較大 可減小車身側(cè)向擺動的加速度 從而減小懸架中出現(xiàn)的附加載荷 多用于重型車的懸架 在轎車上 一般前懸采用雙橫臂 后懸采用縱臂式導(dǎo)向 機構(gòu) 空氣懸架車身高度調(diào)節(jié)機構(gòu)是一端固定在車架 一端固定在車身上的聯(lián)動 閥 當車引高度變化時 閥動作打開相應(yīng)的氣路 向彈簧氣室中補充或由彈簧 氣室放出空氣 達到測節(jié)車身高度的目的 汽車在正常行駛過程中 由于垂向振動或側(cè)傾 車身與車橋之間總會發(fā)生 相對位移 在設(shè)計車身高度調(diào)節(jié)器時 必須采取必要的措施以防止在此類情況 下車身高度調(diào)節(jié)器頻繁動作 9 17 3 6 高度控制閥 高度控制閥是空氣懸架系統(tǒng)的重要組成部分 其作用是保證車輛在任何靜 載荷下與路面保持一定的高度 而且空氣彈簧的優(yōu)勢也只有在采用了高度控制 閥的情況下才能充分體現(xiàn) 高度控制閥 以下稱高度閥 分為機械式和電磁式 按組成分為帶延時機構(gòu)和 不帶延時機構(gòu) 考慮到目前國內(nèi)空氣懸架多采用機械式高度閥 因此針對帶延 時機構(gòu)和不帶延時機構(gòu)的兩種機械式高度閥進行研究 不帶延遲機構(gòu)的高度閥工作原理 車體荷重增加時 車體下降 空氣彈簧壓縮 控制桿被推向上方 凸輪轉(zhuǎn)動帶動活塞頂開進 排氣閥 風缸中的壓縮空氣通 過一段節(jié)流通道流入空氣彈簧 車架恢復(fù)到一定高度后 控制桿會返回平衡位 置 此時進氣閥被關(guān)閉 壓縮空氣關(guān)斷 當車體荷重減少時 車體上升 空氣 彈簧伸長 與荷重增加時情況相反 控制桿被拉下 進 排氣閥打開 空氣彈 簧內(nèi)的空氣經(jīng)節(jié)流通道和活塞內(nèi)的通道排出 10 4 懸架系統(tǒng)設(shè)計 汽車懸架系統(tǒng)的研究與設(shè)計主要是為了提高汽車整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順 性 汽車懸架系統(tǒng)的研究與設(shè)計的領(lǐng)域也相應(yīng)地分為兩大部分 一是對汽車平 順性產(chǎn)生主要影響的懸架特性 另一是對汽車操縱穩(wěn)定產(chǎn)生主要影響的懸架特 性 前一部分主要是對懸架的彈性元件和阻尼元件特性展開工作 主要是將路面 輪胎 非簧載質(zhì)量 懸架 簧載質(zhì)量作為一個整體進行研究與設(shè)計 由于它主 要研究的是在路面的反作用力的激勵下 影響汽車平順性的彈性元件以及阻尼 元件的力學(xué)特性 因此可以稱之為懸架系統(tǒng)動力學(xué)研究 后一部分主要是對懸架的導(dǎo)向機構(gòu)進行工作 主要是研究在車輪與車身發(fā) 生相對運動時 懸架導(dǎo)向機構(gòu)如何引導(dǎo)和約束車輪的運動 車輪定位及影響轉(zhuǎn) 向運動的一些懸架參數(shù)的運動學(xué)特性 這一部分的研究稱為懸架的運動學(xué)研究 考慮了彈性襯套等連接件對懸架性能的影響 則懸架運動學(xué)即為懸架彈性運動 學(xué) 懸架彈性運動學(xué)是闡述由于輪胎和路面之間的力和力矩引起的車輪定位等 主要懸架參數(shù)的變化特性 這樣懸架系統(tǒng)的運動學(xué)研究就包括了懸架運動學(xué)和 彈性運動學(xué)兩個方面的內(nèi)容 18 4 1 懸架設(shè)計要求 如前所述 汽車懸架和簧載質(zhì)量 非簧載質(zhì)量構(gòu)成了一個振動系統(tǒng) 該振 動系統(tǒng)的特性很大程度上決定了汽車的行駛平順性 并進一步影響到汽車的行 駛車速 燃油經(jīng)濟性和運營經(jīng)濟性 該振動系統(tǒng)也決定了汽車承載系和行駛系 許多零部件的動載 并進而影響到這些零件的使用壽命 此外 懸架對整車操 縱穩(wěn)定性 抗縱傾能力也起著決定性的作用 因而在設(shè)計懸架時必須考慮以下 幾個方面的要求 8 9 1 通過合理設(shè)計懸架的彈性特性及阻尼特性確保汽車具有良好的行駛平順性 具有較低的振動頻率 較小的振動加速度值和合適的減振性能 并能避免在懸 架的壓縮伸張行程極限點發(fā)生硬沖擊 同時還要保證輪胎具有足夠的接地能力 2 合理設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu) 以確保車輪與車架或車身之間力和力矩可靠傳遞 3 導(dǎo)向機構(gòu)的運動應(yīng)與轉(zhuǎn)向桿系的運動相協(xié)調(diào) 避免發(fā)生運動干涉 否則可能 引起轉(zhuǎn)向輪擺振 4 側(cè)傾中心及縱傾中心位置恰當 汽車轉(zhuǎn)向時具有抗側(cè)傾能力 汽車制動和加 速時能保持車身的穩(wěn)定 避免發(fā)生汽車在制動和加速時的車身縱傾 即所謂 點 頭 和 后仰 5 懸架構(gòu)件的質(zhì)量要小尤其是其非懸掛部分的質(zhì)量要盡量小 6 便于布置 7 所有零部件應(yīng)具有足夠的強度和使用壽命 8 制造成本低 9 便于維修 保養(yǎng) 懸架設(shè)計可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細設(shè)計兩個階段 有 時還要反復(fù)交叉進行 由于懸架的參數(shù)影響到許多整車特性 并且涉及其他總 成的布置 因而一般要與總布置共同協(xié)商確定 19 4 2 懸架的主要特性 4 2 1 懸架的垂直彈性特性 汽車懸架的垂直彈性特性表示作用在懸架上的垂直載荷與在輪軸上方的變 形之間的關(guān)系 懸架彈性特性曲線 彈住特性上任意點的懸架剛度 c 為 2 1 KdS TC 當簧下質(zhì)量固定不動時 而又無減震器時 簧上質(zhì)量的自由振動偏頻 僅與有0n 效靜撓度有關(guān) 2 2 CT gn 210 4 2 2 減振器的特性 減振器阻力 P 與其活塞位移速度 y 之間的關(guān)系 經(jīng)常用的是雙向作用的 具有非對稱特性及卸荷閥的減振器 在現(xiàn)有的減振器 中 復(fù)原阻力系數(shù)比壓縮阻力系數(shù)要大 2 6 倍 20 減震器的外特性主要指的是阻力 速度特性 10 特性圖如下圖 減震器的外特性 21 結(jié) 論 至此 我的畢業(yè)論文總算接近尾聲了 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計里 讓我收獲很多 不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識 而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示 使我學(xué)會 了各種軟件的使用和如何用最快的方法查找相關(guān)設(shè)計資料 每每遇到不清楚的 作業(yè) 老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo) 確保設(shè)計進度 本文所設(shè)計的是載貨汽車后空氣懸架總成的設(shè)計 通過初期的定稿 查資 料和開始正式做畢設(shè) 讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性 從而讓我更加 深刻地體會到做一門學(xué)問不易 需要不斷鉆研 不斷進取才可要做的好 總之 本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下 在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同 學(xué) 是大家的幫助才使我的論文得以通過 22 致 謝 時光荏苒 轉(zhuǎn)眼幾個月就這樣無聲無息地過去了 看著論文的逐漸完成 心里充滿著成就感 在這里 我真心的感謝我的導(dǎo)師這年來我諄諄教導(dǎo) 感謝 我敬愛的老師 您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo) 同時還在思想給我以 無微不至的關(guān)懷支持和理解 給予我人生的啟迪 使我在順利地完成大學(xué)階段 的學(xué)業(yè)同時 也學(xué)到了很多有用的做人的道理 明確了人生目標 知道自己想 要什么了 不再是從前那個愛貪玩的我了 導(dǎo)師嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度 銳意創(chuàng) 新的學(xué)術(shù)作風 認真加負責 公而忘私的敬業(yè)精神 豁達開朗的寬廣胸懷 平 易近人 經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算 查找了各類的載貨汽車后空氣懸架總 成的設(shè)計資料 論文終于可以完成了 我的心里無比的激動和開心 雖然它不 是最完美的 也不是最好的 但是在我心里 它是我最珍惜的 因為我自己已 經(jīng)盡力的做了 它是我用心 用汗水成就的 也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識 的應(yīng)用和體現(xiàn) 四年的學(xué)習(xí)和生活 不僅豐富了我的知識 而且鍛煉了我的個 人能力 更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的 知識 在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_我由衷敬意 謝謝各位同學(xué)老師 23 參考文獻 1 鄭淑芳 載貨汽車后空氣懸架總成系統(tǒng)的設(shè)計 北京 科學(xué)出版社 2004 5 2 黃長藝 載貨汽車后空氣懸架總成系統(tǒng)概述 北京 機械工業(yè)出版社 2005 1 3 周宏甫 懸架系統(tǒng)的設(shè)計 高等教育出版社 2004 3 4 姜繼海 宋錦春 高常識 液壓與氣壓傳動 高等教育出版社 2002 8 5 張春林 曲繼方 張美麟 機械創(chuàng)新設(shè)計 機械工業(yè)出版社 2001 4 6 錢平 光電傳感器應(yīng)用技術(shù) 機械工業(yè)出版社 2005 1 7 張遼遠 懸架系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 機械工業(yè)出版社 2002 8 8 基恩士傳感器選擇手冊 2010版本 9 黃長藝 嚴普強 機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ) 機械工業(yè)出版社 2001 1 10 張桓 陳作模 機械原理 高等教育出版社 2000 8 11 王昆 何小柏 汪信遠 懸架系統(tǒng)原理 高等教育出版社 1995 12 12 徐錦康 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