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1、 金龙客车空气悬架系统的设计学 院： 工业自动化学院专 业： 姓 名： 指导老师： 车辆工程 叶弘韬 学 号： 职 称： 160404106613周靖 刘显贵讲师 副教授中国珠海二二 年 五 月北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业论文金龙客车空气悬架的设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。承诺人签名： 日期： 年 月 日北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计金龙客车空气悬架系统的设计摘 要汽车产业快速发展，安全性和舒适性成为汽车产品设计越来越重要的考虑
2、因素。悬架系统直接关系到轿车行驶过程中的安全性和可靠性，是汽车不可缺少的组成部分。悬架性能、工作的可靠程度等是轿车发挥整体性能的关键所在，所以汽车制造企业都十分重视轿车悬架系统的研发，本次设计通过全面系统了解车辆的悬架系统性能及特点，为后续的工作和学习奠定基础。悬架是车辆重要的组成结构。悬架由弹性元件、导向装置、减震器、缓冲块和横向稳定器等组成，囊式空气弹簧是弹性元件的其中一种，它含有帘布层结构的橡胶气囊内冲入空气，并以空气为介质，利用空气可以压缩的特点来实现弹性作用。通过高度控制阀，来保证车身高度不随汽车载荷变化而变化，保证汽车的平顺性和稳定性。关键词：空气悬架；金龙客车；大型；弹簧；三维D
3、esign of Air Suspension System of Kinglong BusAbstractThe rapid development of the automotive industry, safety and comfort have become increasingly important considerations in the design of automotive products. The suspension system is directly related to the safety and reliability of the car during
4、 driving, and is an indispensable part of the car. Suspension performance and reliability of work are the key to the overall performance of the car. Therefore, automobile manufacturers attach great importance to the research and development of the car suspension system. This design provides a compre
5、hensive understanding of the vehicle suspension system performance and characteristics for the follow-up. Lay the foundation for work and study.Suspension is an important component of the vehicle. The suspension is composed of an elastic element, a guide device, a shock absorber, a buffer block, a l
6、ateral stabilizer, etc. The bladder air spring is one of the elastic elements. It contains the ply cloth structure of the rubber airbag, and takes air as the air. Medium, the use of air can be compressed characteristics to achieve elasticity. Through the height control valve, it is ensured that the
7、height of the vehicle does not change with the change of the vehicle load, ensuring the smoothness and stability of the vehicle.Keywords: air suspension; passenger car; large-scale; spring; three-dimensional目 录1 绪论11.1 国外研究情况11.2 国内研究现状12 空气悬架42.1 悬架组成及工作原理42.1.1 悬架组成42.1.2 悬架类型52.1.3 空气弹簧悬架分析62.2 空
8、气弹簧的特点62.3 空气弹簧72.3.1 囊式空气弹簧72.3.2 膜式空气弹簧72.3.3 复合式空气弹簧72.4 客车空气弹簧前悬架设计72.4.1 悬架静挠度72.4.2 悬架动挠度82.4.3 悬架弹性特性92.5 弹性元件的设计102.5.1 空气弹簧力学性能112.5.2 高度控制阀132.6 悬架导向机构的设计142.6.1 悬架导向机构的概述及强度受力计算142.6.2 横向稳定杆的选择162.6.3 稳定杆的横向载荷及强度172.6.4 悬架及整车的刚度172.7 减震器分析183 后空气悬架的设计213.1 空气弹簧刚度计算213.2 减震器的选择213.3 后悬架空气弹
9、簧的校核234 龙门空气悬架三维造型244.1 solidworks软件244.1.1 软件简介244.1.2 造型方法及步骤244.2 空气悬架的三维建模254.2.1 solidworks截面254.2.2 创建空气悬架系统三维模型254.3 空气悬架的装配图274.4 本章小结285 结 论295.1 结论295.2 展望29参考文献30致 谢31附录132附录2351绪论悬架是构成汽车的主要部件之一，车身车架和车轮通过悬架连接在一起3。悬架的主要工作是传递地面经车轮施加给车身的所有作用力和力矩，例如附着力、悬架力和驱动力等，同时缓和路面施加给车身的冲击载荷、衰减振动的振幅和频率、保证汽
10、车的乘坐舒适性、降低货物损坏的概率和缓解汽车因行驶带来的动载荷1-2。1.1国外研究情况位于十九世纪的中期阶段，在欧洲已经开始出现了空气悬架运用在汽车当中。在十九世纪时期，因为蒸汽机在运行过程中会产生震动，导致运行的不畅，因此空气悬架被运用在蒸汽机上作为隔离的环节，降低其震动的频率。在1954年，位于美国的哈威富特及托马艾迪森的协同帮助下，共同研制出了空气弹簧悬架系统。1947年，空气悬架首先使用在美国的赫尔曼轿车上。4 在美国通用汽车下的客车于1953年第一次使用空气悬架系统，与其他汽车厂商的对比中取得了领先位置。在接下来的时日里，诸如德国，日本等国家都开展了对于空气悬架这一领域的深入思考及
11、研究，像德国的奔驰，美国的福特公司，瑞典的沃尔沃等厂商。随着各类厂商在悬架这块领域的深入探讨和交流，空气悬架得以在全球进行大面积的推广。美国的JohnWoodrooffe5通过实验比较了采用空气悬架和钢板弹簧悬架货车的行驶平顺性和地面附着性能。德国All Homeyer等提出将有限元方法应用于空气弹簧结构的优化中，为空气弹簧使用提供了一定的借鉴作用，更为空气弹簧的设计制造开辟了一条新的道路。6汽车空气悬架在诞生之初，是与传统钢板弹簧悬架相混合。即空气弹簧只承受车身的垂向载荷，纵向载荷和冲击力矩由钢板弹簧和悬架的导向系统承担。7 近年来随着汽车革命的掀起和技术的交替融合，空气悬架开始往半主动悬架
12、这一模块发展，其中空气悬架为弹性元件，同时搭配着可以调节阻尼的减振器进行整体前悬架及后悬架在驾驶过程中的运用，降低自身振动频率。在高端汽车品牌中，如凌志，梅赛德斯奔驰等高端SUV，轿车上运用了主动式空气悬架，为乘客提供更好的舒适性和路面的通过性。悬架的刚度和阻尼的变化均由电子控制单元根据车辆的行驶情况来决定，极大地提高了悬架的工作效率和车辆行驶性能。81.2国内研究现状1957年1月份，长春第一汽车制造厂领先于国内其他制造厂商，对空气弹簧进行了拆解和研究，做到了在1957年年底将空气弹簧这一新型弹性系统的零部件，安装在了“解放”牌货车上，做到了中国客车领域的一大进步。火车上应用空气弹簧始于19
13、58年，沈阳机车厂以苏联机车为原型仿制的“东风号”蒸汽机车上应用了空气弹簧。9 在此这段研究过程的时间里，我国汽车行业的科研人员对空气悬架这一弹性元件，借鉴和拆装各类国内外的零部件，攻克重重困难和考验，成功设计出十几种不同类型的空气弹簧和高度空气阀。但也存在着很多不足，如高度控制阀故障率高，系统存在漏气现象、系统极度不稳定、空气弹簧的刚度特性也没有得到充分研究。10 但从大致研究方向和整体层面而言，我国对于空气悬架的研究高度还处在相较于国外研究阶段中的初级。近十年来，国内的汽车研究院以及各类高等院校花费了大量的精力和学术投资在空气悬架上。重庆大学的丁良旭博士提出了拟合空气弹簧特性曲线的方法，并
14、证明了正确性的存在。吉林大学的陈燕虹博士对空气弹簧特性进行了研究分析。北京理工大学进行了空气悬架的仿真，通过台架试验验证了可行性。上海交通大学的周劲松等通过有限元方法对空气弹簧进行了模态和瞬态分析，为设计空气弹簧找到了一种新的思路。12 这一系列对空气悬架的深入研究，在一定意义上取得了喜人的成果。但我国对空气悬架的研究缺乏自主创新能力，与西方国家相比存在较大的差距，目前我国空气悬架的设计、生产和控制系统皆由国外进口，且没有自己的设计理论，对空气悬架的研究还有很长的一段路要走13-15。现阶段我国的空气悬架占有比例在逐年递增，随着国家在道路基础设施的建设投入越来越大，道路上行驶的空气悬架速度越来
15、越快，这也就对车企关于门式起重方面提出了更高的要求，相关行业标准也渐渐接近国际，国内已经参照国际标准，制定了包括空气悬架、安全系统等的相关法律标准。在空气悬架设计领域，CAD技术也越来越多地得到应用。北京理工大学的张滨刚采用理论分析和真实实验数据相结合的方法，于1998年建立了以空气悬架为对象的起重过程中的数学模型。为了获取真实可靠地实验数据，张滨刚分别在不同起重速度、不同载荷以及不同移动工况进行起重试验，测得了大量的数据。根据这些数据对起重性能进行整理并确定出函数表达式，进而建立起数学模型。南京理工大学的王良模于2000年将目前已有的关于轻型空气悬架液压起重系设计理论和计算方法进行了系统的整
16、理与总结，并且在此基础上开发出一套仿真软件，通过试验证明，这套仿真软件能够在实际中得到应用。但是这套仿真系统并没有将空气弹簧的旋转零部件纳入计算范围，并进行进一步的仿真模拟，从而在一定基础上模糊了数据的可靠性。手绘设计，只需要用电脑对模型进行三维造型分析以及运动仿真，就能知道设计的结构是否合理，对于部件进行受力分析可以直接看出能否完成预期动作，包括动作流畅程度，会不会出现断裂等问题。采用有限元分析方法确定了强度、寿命和疲劳强度，大大节约了成本和开发周期。 目前，空气悬架设计方法的主要应用是计算机辅助设计，这主要得益于虚拟现实技术和计算机辅助功能的帮助和参考，在现阶段3D打印的技术推动下，在现有
17、汽车的外观设计和零部件制造也由过去的传统的绘图、生产、实验，变成现在直接使用3D打印，缩短了整个过程的时间，更加具有效率。随着汽车行业对空气悬架这类部件的看好，空气弹簧及其导向机构等研究获得了行业内部人士的重点看好。伊文斯等人对空气弹簧在火车整体上的运用进行了深入的探讨，在1970年对火车进行了空气弹簧垂直特性的试验，并建立了动态特性模型进行模拟。1994年通过空气弹簧的侧向特性试验，在频率和幅值较大的情况下，测量了弹簧在不同大小载荷下的变形状况和侧向力大小；运用了锯齿波等波形侧向特性因速度而产生的改变。随着计算机技术发展而产生的有限元理论多体系统动力学和数字化仿真技术为解决空气悬架的设计和分
18、析提供了有力的工具,采用模拟技术进行产品设计和开发是重型汽车空气弹簧工程技术的发展方向，以空气弹簧悬架取代传统的钢板弹簧悬架也是商用车发展的必然趋势13。空气悬架这个新型的项目，在我国的汽车市场中，是一个不可多得的良机。通过对其进行大力度的推广和应用可以更好地对国内汽车制造业的水平，市场竞争力度进行一个量级的拔高。在扩大和巩固国有汽车行业的市场占比具有重大意义及价值。通常而言，安装空气悬架的客车通过调节高度阀等组件来实现高度的调节，工作人员旋转阀门手柄进行空气弹簧内部压力的调控，更好地调节车身高度。电子控制空气悬架将以往的机械式旋转阀和高度阀进行代替。除此以外，还有限制高度等功能。翟维丽等14
19、建立了传统空气悬架高度控制阀的力学模型，分析了高度控制阀动作延迟时间与阻尼、不感带缓冲弹簧预紧等的关系；鲍卫宁等15推导了空气弹簧、高度阀、连接管路子模块的力学方程，提出了模块化的耦合空气弹簧悬架模型，该模型考虑了高度阀的死区及节流管路的流量特性等非线性的影响；宋宇16对自适应空气悬架系统进行分析、建模，并采用 PID 和 PD 控制策略设计了悬架控制器。2空气悬架针对某型4大型客车汽车进行空气悬架的设计。该车的满载总质量为15t，前轴的轴载质量为6000kg，后轴的轴载质量为9000kg，轴距为4500mm，前轮距为1900mm，后轮距为1800mm，车轮静力半径450mm，满载时整车中心高
20、度为1000mm。空气悬架有压气机、油水分离器、调压阀、储气筒、高度控制阀、控制连杆、空气弹簧、储气罐、空气滤清器、管路、导向传力杆、减振器、横向稳定器等部分组成。空气弹簧是在含有帘布层结构的橡胶气囊内充入空气，并以空气为介质，利用空气可以压缩的特点来实现弹性作用。2.1悬架组成及工作原理2.1.1悬架组成悬架系统作为车身与地面的连接构件，起到了支撑的作用。在确保安全性的前提下，提高了行驶的舒适和转向能力。同时其组成包括了减振器，悬架弹性部件，防侧倾装置和悬架的安装机构。包括连接杆件，橡皮衬套以及悬架连杆系统等。悬架的主要作用是缓冲汽车在行驶过程中地面波动产生的震动对车身的影响。当车辆在路面行
21、驶过程中，由于地面的起伏造成车辆颠簸、震动以及冲击。此时这些冲击作用一部分由车轮的轮胎实现缓冲，另一部分的主要是通过在车轮和车身之间的悬架结构来实现缓冲减震作用，保证车辆行驶过程中的舒适性。悬架结构把车轮和车身总体，实现连接，同时保证车辆过弯的平衡性，以及抑制车辆的侧倾等。悬架系统是车辆的三大总成之一。悬架系统的结构组成，不同类型的机械设计公司在悬架的整体设计上有着质的区分度，但是悬架系统的组成主要包括的部分基本是一致的，主要包括向弹性元件、横向稳定元件以及减震器和缓冲结构等等，这些结构的主要形式主要，功能包括实现力的传递、减振、缓冲以及限位和车辆侧倾的抑制等。图2.1 后拖拽臂悬架示意图现有
22、市场的弹性元件有着不同的表现形式，目前的悬架系统中主要的弹性元件有空气弹簧，橡胶弹簧，钢板弹簧等。在轿车的悬架中，主要采用螺旋弹簧作为主要的元件进行减振，但是在承受力的方向上，只能承受垂直载荷，并且减缓车辆在满载时地面对整体车身的冲击力。该种结构的特点是空间小、质量小，而且不需要任何的润滑。对于独立悬架结构弹性元件也一般选择螺旋弹簧结构。当然对于高级轿车或者是相应的如大型豪华客车采用空气弹簧结构。减震器是悬架系统中为了实现振动快速衰减的一种弹性部件，减震器的主要类型包括了筒式减震器和可调式充气减震器以及阻力减震器等等。减震器的结构相对比较复杂，也是悬架系统中最精密的组成部件。目前普通轿车所用的
23、减震器一般采用的是筒式减振器结构。悬架系统的其他组成部分为悬架的主要结构件，包括摆臂结构、连杆结构等，这些结构通过一定的组合方式实现车轮与车体之间的相互连接支撑。2.1.2悬架类型对于客车的后部悬架而言，选用非独立悬架进行应用。非独立悬架如图2.2所示，左右车轮通过安装在同一根车轴上，车轴通过悬架和整体车身进行链接。当路过崎岖路面时，一边的车轮受到地面的冲击时，其传递的垂直载荷会影响另一侧的车轮，从而导致相互影响，缩短了轮胎寿命。如果选用钢板弹簧，可以起到降低成本，结构简化和制造简单的作用。目前钢板弹簧大面积运用在货车等车型上，较少的老款轿车在后悬架上进行使用。但是独立悬架在整体悬下质量上的占
24、比较大，不容易减小动载荷对车身的影响，平顺性较独立悬架而言，处在较差的地位。图2.2 非独立式悬架结构示意图2.1.3空气弹簧悬架分析在发动机的牵动下，通过油水分离器与调节阀的双重调节使得压缩空气机内的空气进入储气筒。高度控制阀经由控制连杆控制充气阀和放气阀门，来进行对空气弹簧的充气和放气的操作。当汽车满载时，车架与车桥之间的距离被缩短，通过打开空气阀门让压缩空气进入气囊中使得内部压力增加，带动车架进行高度上的调整，恢复到原有的高度。当汽车进行卸载货物等操作时，车桥与车架间的间隙又恢复到空载前的距离，通过打开放气阀门，使得气囊内部的高压气体进行排气的操作，让车架慢慢缓升到原有的高度。通过装载空
25、气悬架，保证现有的车辆无论是在空载还是满载都能保持在一定的高度，不会因为整体承重的改变而发生路面通过性的问题，提高了乘客的乘坐体验。2.2空气弹簧的特点大部分的公共汽车采用空气弹簧作为弹性元件，同时越来越多的牵引车等也都采用了空气弹簧。利用空气弹簧的弹性性质，更好的保护拖载的货物，减小对路面产生的应力，提高了驱动桥的抓地力。同时通过对气囊进行充放气的操作，进而调整车身与地面的高度。在通过路面环境较差的情况下，抬升车身；在路面条件平稳时，降低车身高度，更好的获得较低的车辆质心和较小的空气阻力。在悬架左右轮的簧载质量不等的时候，车辆能够稳定行驶主要靠高度控制阀进行一个可调节的高度把控。相较于以前采
26、用钢板弹簧的汽车，通过采用空气弹簧的汽车侧倾角的变化比后者来的小。每年道路的损伤主要是因为车辆满载质量超过标定值，不断进行超重的载货运行导致的。当汽车运行时，车辆对路面有一定量的冲击性，冲击力与车速在一定范围内呈正比，质量越大的汽车，对路面的损伤更为严重。装载了空气悬架的汽车，能够更好地缓和对路面的冲击力，车辆对路面的动载荷较小。高度控制阀根据阻尼的类别，又可以分为无阻尼与有阻尼高度控制阀，无阻尼控制阀保证车身高度不会随着载荷发生较大的变化，即使是车轴与车架有较小的距离变化时，高度空气阀会根据变化量来进行微量的调节，进而导致进排气阀门不必要的磨损。2.3空气弹簧根据气囊结构形式的不同，将空气弹
27、簧分类为囊式空气弹簧、膜式空气弹簧和复合式空气弹簧。空气弹簧的控制采用高度控制阀，高度控制阀分为无阻尼高度控制阀和有阻尼高度控制阀，无阻尼高度控制阀能保证车身高度不随汽车载荷变化而变化，当车桥与车身之间存在很小的相对位移时，也会使高度控制阀产生重启或者排气动作，浪费压缩空气并增加了阀的磨损，排气时还伴有噪声。2.3.1囊式空气弹簧囊式空气弹簧以橡胶弹簧作为其主要的组成构件，在承受车身载荷的压力时，通过钢质环对橡胶囊的位置束缚下，气囊在设计者的分割下，分为了不同的节的数量。有单曲、双曲以及多曲气囊三种类别。囊式空气弹簧结构简单，成本低廉；而且因为工作时曲率变化较小，使用寿命长得以被广泛采用。图2
28、.3 双曲囊式空气弹簧示意图2.3.2膜式空气弹簧膜式空气弹簧可以将其结构想象为小型活塞，这种改变对空气弹簧特性有所改善，得到了更好的弹性曲线。在一定量的工作范围之内，膜式的刚度变化相较于囊式变化较小，在振动性能方面进行对比，囊式相较于膜式要差。2.3.3复合式空气弹簧复合式空气弹簧同时具有上述前两者的特点，但是在制造生产方面，结构复杂与成本高的特点导致在市场上较小运用。综上所述，本文金龙客车悬架的空气弹簧元件选择膜式空气弹簧。针对某型4大型客车汽车进行空气悬架的设计。该车的满载总质量为15t，前轴的轴载质量为6000kg，后轴的轴载质量为9000kg，轴距为4500mm，前轮距为1900mm
29、，后轮距为1800mm，车轮静力半径450mm，满载时整车中心高度为1000mm。2.4客车空气弹簧前悬架设计2.4.1悬架静挠度悬架静挠度，其具体所指的是在车辆实际满载静止的时候其悬架载荷、同一刻所拥有的悬架刚度c，这两者间的具体比值，故其意为。对于绝大多数车辆而言，其车上悬架所拥有的质量分配的系数应当选定于一个特定的范围中，即，故可基本选其值为，故其前与后的车桥上，车身所拥有的集中质量会受互为独立状态的垂直振动，同时，可借助于偏频，来代指其各具的对应的自由振动频率。在频率趋于小的状态下时，整车也会拥有更高的平顺性。载货汽车上装设了钢板弹簧，这使其偏频比轿车车辆要高一点，其前悬架大概是，而其
30、后悬架则大概能高于，在采纳了空气弹簧之后，此数值能够有某种程度的降低。；（式2.1），所指代的是车辆前悬架以及车辆后悬架各具的刚度（）；，所指代的是车辆前悬架以及车辆后悬架各具备的簧上质量，在已选的悬架属于具线性的变化弹性特性的类型时，其前与后的悬架对应的静挠度以下方公式来完整表示；在此公式之中，具体指代了其拥有的重力加速度，而且其值具体选定为，单位：/。在公式（2.1）之中代入了，（）后可求出；（式2.2）基于上式可大体知，悬架本身的静挠度能够对车的振动偏频n予以决定。故而，若想确保整车具备优良的行驶过程平稳性，就务必要为悬架选定出确切的静绕度。在为前后的悬架选定其拥有的静绕度及时，应改让后
31、悬架所对应的静挠度小于前悬架对应的静挠度，也就是，以防范车身出现比较大的纵方向的角振动。经理论分析后已经证明了：若是车体用比较高的车速从单路障驶过的话，则在的时候，车辆的车身所对应的纵向角振动是小于的，故而推荐的具体数值应该适于条件。用途方向不一样的车辆，将和各异的车辆行驶平顺性的要求相符。譬如说轿车根本的用途还是载人，故对行驶平顺性的要求排序而言，以轿车，大客车和载货车进行依次排序。2.4.2悬架动挠度悬架动挠度以来指代，其所指的是自满载平衡的位置起，悬架经压缩后可被结构所接受的最大形变。具体来讲，悬架需要具备特定的动挠度，以防在路上行驶的过程中频繁地去撞击到缓冲块。对于大客车的，具体选值处
32、于间。经对最新的汽车手册的具体查询后，对此参数值选定为。2.4.3悬架弹性特性悬架包含特定的弹性特性，其具体是指悬架在承受了某种程度的垂直外力即F之后，F与由此所构成的车轮的中心以及车体的位移间所构得的关系曲线。并且，其切线斜率恰恰就是悬架的刚度。在悬架具备的弹性特性中还细分为了2种，其中一种为非线性式，另外的一种则为线性式。在悬架变形厂及其受得的F垂直外力间恰恰属于固定式比例变化之中时，那么弹性特性本质上为单直线，我们将其称作线性弹性，与此同时，悬架本身的刚度属于常数属性。在悬架出现的变形和其承受的实际垂直应力F间并非呈出固定的比例变化时，其弹性特性具体如下方的图2.4。与此同时，悬架刚度恰
33、恰处在了一个变化状态中，其刚好同满载的点8接近（请详见于图示中的点8），其刚度较小，曲线呈缓慢变化，故而我们知，其具备了绝佳的平顺性；在和满载的点距离较为远一些的2端的位置上，其曲线陡然地变陡了，且刚度显见增大。故而其能于动挠度的可允许的取值界限内，对比线性悬架具有的动容量来说，非线性悬架能在此期间获得更大值，对缓冲块进行冲撞的可能性就大大降低。关于悬架的动容量进行分析，从悬架在静载荷所处的高度进行纵向的位移，变形程度达到结构的最大的可变形度后告止的总体耗功。倘若悬架的动容量逐步地趋大，则其缓冲块被完全击穿的发生率就趋小。货车及客车不论是空载还是满载的时候，在车载弹簧上所承受的垂直外力在单位时
34、间内都有较大程度的发生改变，同时为了避免车身相对于地面的高度和自身的振动频率在一定程度上的变化会对整体进行影响，因此选择能够变化可控刚度的非线性悬架。轿车的簧载质量在使用中，尤其是现实生活中不会产生较为明显的改变，但考虑到要尽量避免车轴撞击车架的情况，同时减少汽车在进行过弯的过程中产生侧向倾斜，制动的行程中前俯角与加速过程中的后倾角对行驶稳定性的影响，选用刚度能进行改变的非线性悬架。在钢板弹簧非独立型式的悬架中其弹性特性属于线性性质，而带有副簧装设部分的钢板弹簧以及空气弹簧、油气弹簧，它们均属于刚度不固定的非线性式弹性悬架。 图2.4 悬架的弹性特性曲线2.5弹性元件的设计空气悬架大体上常被用
35、在大型客车上，牵引车、高端轿车上有定量的使用。空气悬架上的弹性元件的组构部分囊括了橡胶囊（或者是模）以及其内腔内的压缩空气。此悬架不但有着弹性元件以及必须的导向机构、车用减振器，而且也装设了对车身予以调节的装置。因其空气弹簧能被设定得偏柔软一些，故而其悬架可收获相应的较低的固有频率，并且空气弹簧本身所拥有的变刚特性能够让该频率固定于一个比较大的载荷变化取值范围内，继而使得整车的平稳性大幅提高。空气悬架亦有其他的优点，具体表现于，可基于对车身高度的有效调节而让大客车所拥有的地板高度、货车的整体货箱高度在持续的载荷变化中始终不变。另外，其优点还囊括了寿命较长、质量较小、噪声较低等。基于其结构特点的
36、不同，可将空气弹簧划定成2个大类，即囊式以及膜式。囊式结构的空气弹簧所具的特点是，其特点尤其简单，便于制造及具较高的刚度，故它通常被投于载货的车辆以及大型的客车，还有无轨电车上，并且加配了单个辅助气室，以让其弹簧的刚度实效降低。在膜式结构的空气弹簧中，其弹簧刚度比较小，更适于在轿车上使用，不过在一样的空气压力以及尺寸下，其具备的承载能力会比较小，而且其动刚度会有所加大。此次设计中的膜式空气弹簧可详见于下图。图2.5 膜式空气弹簧2.5.1空气弹簧力学性能空气弹簧其自身起到了承载车身重量及发挥弹性元件应有的功能，但若想此两种功能实现，但若想此两种作用实现，就需由空气弹簧内实际充进去的压缩空气来最
37、终决定。另一方面，容积比、气体压缩的系数实际上可对理想化的空气弹簧所具备的力学性能予以确定。2.5.1.1空气弹簧刚度计算空气弹簧其实是借助于橡胶气囊之中的压缩空气所发挥而出的反作用力来当作自己的弹簧来当作弹簧从被压缩到恢复正常高度的弹性元件。在空气弹簧中亦有许多性能等参数需要进行计算，刚度就是其中的一种。以下列的功理论公式可求算出空气弹簧具备的垂直刚度K：（式2.3）在此公式之中，所指代的为刚度比，Pa所指代的则为绝对压力（/），而A所指代的为空气弹簧拥有的有效的面积，V所指代的则为弹簧的整体体积，P所指代的是压强。由上方的（式2.3）可知晓，在空气弹簧上其有效承压面积以及交化率能够在较大的
38、程度上影响其弹簧强度。对于囊式型式的空气弹簧而言，其在工作的过程中会有较大有效承压面积的变化率以及弹簧刚度。因分担气囊的实际形变问题的曲囊若是越多，则气囊所对应的有效承面积就会有逐步减小的变化率，故曲囊如果增多，则在曲囊内部的小型囊空气弹簧的刚度相较于实际作用时的刚度是很小的。在橡胶作为气囊材质选用的气压允许工作范围内，囊式气弹簧所对应的有效承压面积的变化率比膜式空气弹簧大，也就是说囊式气弹簧所具的刚度要大于膜式气弹簧。并且，膜式的空气弹簧能够基于对活塞底部的形状的调整来对有效承压面积的变化率实现控制，以求得一种理想的弹性特性。此外，囊式的空气弹簧还能够基于引入辅助气室来使其弹簧刚度实际降低，
39、而膜式的空气弹簧则可借助于活塞底部所装设的空心内腔来充当辅助气室，以此来加大其气体体积，继而使其弹簧刚度有效降低。综上对比，在本设计中，选用膜式空气弹簧。求算前悬布置空气弹簧的刚度K =10600 =114+17.78在静刚度比其值刚好为=1时 在动刚度比其值刚好为=1.4时 2.5.1.2空气弹簧的固有频率求算对其固有频率可用下列的式来求出：（式2.4）在此公式当中，W所指代的为簧上质量，g所指代的则为重力加速度;在所选的是静刚度比时，那么 完全合格在所选的是动刚度比时，那么 完全合格2.5.1.3空气弹簧刚度特性的分析弹簧刚度的求算式具体为 （式2.5）故而可知，若想求得相对更软的刚度，就
40、要让V增大，不过在布置方面又不能占用太大的空间，故往往采纳了辅助气室设法来促使V实际增大，刚度实际减小。因空气弹簧根本不能够承受转矩以及侧向力，故务必为悬架配出合适的导轨杆系。现下通常可接受的3种方式具体为：选钢板弹簧来充当导向元件，该法能够对以往的一些零部件多加利用，方便作出改装，并且空气弹簧及板簧所结合的作用能够让悬架拥有更具理性化程度的弹性特性，悬架对应的偏频可接近于固定地处于极大的载荷取值范围内。纵臂式，此方式本身加大了其设计灵活性，能够使得悬架具更具保障的在汽车行驶时轮胎在纵向平面内进行上下跳动时，主销倾角的变化量对行驶的特定条件能实现。A型架式，事实上它属于纵臂式变形，其具体特点是
41、侧向刚度比较大，可让车辆的车身在真正地侧向摆动时具较小化的加速度，并使得悬架中恰好拥有的附加载荷相应减小，其大多用在了重型车上，充当悬架。而在轿车上的前悬部分往往选定了双横臂，其后悬部分多选定了纵臂式。在悬架上的用于调节车身其具体高度的调节器中，其一端是被紧固于车架上的，其另外一端则被紧固设于车身所设的联动阀上，在车体高度有所变化的时候，阀动作能将对应的气路有效开启，并对着副设的气室内有效地充入一些空气，又或是从弹簧气室内部对外放出空气，以使得车身的高度能够被测定。汽车车辆在自己的正常行车的过程中，因受垂直振动又或是侧倾的施力，其车身以及车桥二者间会出现相对的位移。在对该装置展开设计的时候，务
42、必要采取相应的措施以避免在该类情形下此装置动作过于频繁。2.5.2高度控制阀高度控制阀是组构为空气悬架机构的一个重要的组构部分，其能够保障汽车在任一的静载荷条件下始终和道路的路面维持着特定的高度，此外，当空气弹簧恰好处于具备高度阀的情形下时，其能够将自己的优势最有利地表现出来。高度阀（即高度控制阀）具体囊括了2种形式，即电磁式和机械式，按其具体的组成可划定为带有延时的机构以及不带延时的机构。因现阶段下中国的空气悬架大多选定了机械型式的高度阀，故而，应针对不带延时机构以及带延时的高度控制阀展开相应的研究。不带延时机构型高度阀的基本的工作原理即是：在其车体的荷重实际加大时，车身当即就会下降，而车用
43、空气弹簧亦会有所压缩，并且，其还会将控制杆按照向上的趋势去推动，经凸轮的有效转动，活塞当即会因受带动的原因而把进气以及排气的2个阀用力顶开。在风缸之中的压缩空气，此时会经一段有限的节流通道，从此通过，然后再流入到车用空气弹簧之中；在整个车架刚好被还原至某一要求的高度后，则控制杆当即会返回至其平衡点位，相同的时刻，进气阀极快地关闭，压缩空气同样被即刻关断。而在车辆的荷重真正地减少时，车辆的车体上升，其空气弹簧将会有所伸长，和荷重加大时的情形相反，会就此落下控制杆，此刻，排气以及进气阀均会当即被打开，而处于空气弹簧空间内的空气则会从节流通道以及活塞内的通道处流过，并最终有效排出。图2.6 不带延时
44、机构时的高度阀图对于高度控制阀的几个特定参数里面，其截止频率通常取值，其不感带的大概处于mm间，其动作延时的时间大概为s，低流量的取值是，标准的流量取值则是，而排气时的气流流速则确定为。2.6悬架导向机构的设计2.6.1悬架导向机构的概述及强度受力计算空气悬架具体的组成构建部分具体为导向杆件以及车用空气弹簧、缓冲限位件、高度控制的组件以及横向稳定器、减振器等。在组成部分中，导向机构发挥了其重要的作用。在空气悬架中，导向机构是较为重要的组成部件之一，它需要承受行驶过程中的纵向、侧向力矩，需要足够的刚度进行承受。并具高度合理化的有效布置方式，免得不慎遭遇了相应的运动干涉。在整个悬架当中，空气弹簧实
45、际承受了减振以及消振、垂直，倘若其导向机构根本为非合理化的设计，就会使其实际的负担被加大，或将带来摩擦以及扭曲等不良情况，让减振的总体效果不良，同时让弹簧的寿命大幅地缩短。在汽车中的空气悬架具有相应的导向机构，其具体作用为：在承载式的车身又或是车架、车轮又或是车桥这2者间所出现的力矩（又或是传递力）。使得车桥又或是车辆的车轮可按某一轨迹来实现和车架进行对应的上下跳动的过程。（1）前平行导向杆所具的受力及强度1）前后的载荷（即D2载荷的状态）图2.7 导向杆的受力分析图2.8 导向杆的断面图（式2.6）（式2.7）（式2.8）（式2.9）（式2.10）（式2.11）在此式中，于是得 =5.47
46、=5.4 导向杆的材料获得 那么高的相应的破坏安全率以及降伏安全率各选取了以及=5.11.3 显然均是合格的那么低的相应的破坏安全率以及降伏安全率各选取了 以及 皆已合格2.6.2横向稳定杆的选择 为了让车能有更低的固有振动频率，以求对其行驶平稳性作出改善，现代轿车所设的悬架总体具偏小的垂直刚度，继而使得车辆亦有着实际较小的一个侧倾角的刚度值，最终使得车辆的车体转弯侧倾恶化，并使整车的驾驶平稳性备受影响。为对此予以解决，现代的汽车绝大部分会装设必须的横向稳定杆，基于此来让悬架的总体侧倾角的刚度变大，并帮车辆获得更优秀的车行稳定性。具体到横向稳定杆的而言，其具备的优点是能够使得悬架本身的侧倾角刚度有所增大，继而将汽车在专项的过程中的车身侧倾角有效减小，除此之外，为其前后部的悬架选出合适的侧倾角比值，这亦可帮助车辆收获其所需求的不足转向特性。在车辆的前后两个悬架上均装设了相应的横向稳定杆，又或是仅在前悬架当中去装设它。倘若仅在后悬架当中去装设的话，那么车辆就会趋向于过度转向。使用横向稳