畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-載貨汽車后空氣懸架總成的設(shè)計(jì)（全套圖紙）.pdf

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 載貨汽車后空氣懸架總成的設(shè)計(jì)載貨汽車后空氣懸架總成的設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 院院 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 提交日期提交日期 2016 年年 月月 日日 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(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(dú) 立進(jìn)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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的 研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人 完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 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 摘摘 要要 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(dòng),以保證汽車的正常行駛。本次文就是對(duì)載貨汽車后懸架主副簧進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì) 設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行校核，保證設(shè)計(jì)滿足汽車對(duì)安全方面的要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目 是載貨汽車后空氣懸架總成的設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)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(duì)之進(jìn)行優(yōu)化，使得設(shè)計(jì)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：關(guān)鍵詞：懸架 力矩 總成 安全 全套圖紙，加全套圖紙，加153893706 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 vehicles 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 目目 錄錄 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(guó)空氣懸架的市場(chǎng)前景 . 6 1.4 主要研究?jī)?nèi)容 . 2 2 空氣懸架結(jié)構(gòu) . 7 2.1 空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 . 9 2.2 空氣懸架的優(yōu)缺點(diǎn) . 9 3 載貨汽車后空氣懸架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 11 3.1 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 12 3.2 橫向穩(wěn)定桿的強(qiáng)度校核 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 3.3 螺栓的選型計(jì)算 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 3.4 彈性元件的設(shè)計(jì) . 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(jì) . 19 4.1 懸架設(shè)計(jì)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(xiàn) . 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(duì)載貨汽車后空氣懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過對(duì)載貨汽車后空氣懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)， 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(shì)和現(xiàn)狀。 我國(guó)生產(chǎn)的載貨汽車后空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)產(chǎn)配套件質(zhì)量及設(shè)計(jì)水平等的影響，我國(guó)目 前生產(chǎn)的載貨汽車后空氣懸架的總體水平與進(jìn)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(chǎng)需求，開發(fā)出一種新型的載貨汽車后空氣 懸架勢(shì)在必行！本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識(shí)，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(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，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(diǎn)是高效，經(jīng)濟(jì)，并且校正質(zhì) 量高，運(yùn)行平穩(wěn)的結(jié)論。 通過設(shè)計(jì)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(shí)， 了解機(jī)械原理， 機(jī)械設(shè)計(jì)，以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，綜合運(yùn)用繪圖軟件對(duì)載貨汽車后空氣懸架進(jìn) 行設(shè)計(jì)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用水平和設(shè)計(jì)能力。 相信此種載貨汽車后空氣懸架的出現(xiàn)將會(huì)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(jì)效益方面能夠帶來顯著的進(jìn)步，同時(shí)也在某 種程度上推進(jìn)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(dòng),以保證汽車的正常行駛。本次文就是對(duì)載貨汽車后懸架主副簧進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)設(shè)計(jì) 結(jié)果進(jìn)行校核，證設(shè)計(jì)滿足汽車對(duì)安全方面的要求。本次設(shè)計(jì)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(shí)根據(jù)汽車軸距來確定鋼板彈簧的長(zhǎng)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(gè)鋼板彈簧的長(zhǎng)度。 最后對(duì)鋼板彈簧進(jìn)行校核，保證鋼板彈簧滿足要求。做固定鉸鏈連接時(shí)，就可擔(dān)負(fù)起決定 3 車輪運(yùn)動(dòng)軌跡的任務(wù)，因而就沒有必要再設(shè)置其它導(dǎo)向機(jī)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(duì)減振要求不高時(shí)，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(guó)空氣懸架的市場(chǎng)前景 我國(guó)公路及高速公路的發(fā)展對(duì)汽車的*縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求， 對(duì)國(guó)內(nèi)空氣懸架市場(chǎng)產(chǎn)生了很大的促進(jìn)作用。此外，重型汽車對(duì)路面破壞機(jī)理的研究及認(rèn) 識(shí)進(jìn)一步加深、政府對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)的重視、限制超載逐步在國(guó)內(nèi)各地受到重視等因素， 使空氣懸架在重型車市場(chǎng)的應(yīng)用也將進(jìn)一步擴(kuò)大。為適應(yīng)高速公路運(yùn)輸?shù)男枰?，高?jí)客車 和大型載貨車都必須使用空氣懸架。 客車市場(chǎng)的快速發(fā)展也將大大拉動(dòng)空氣懸架的需求增長(zhǎng)。近幾年，空氣懸架的需求主 要是與高級(jí)客車的銷售量直接相關(guān)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 我國(guó)高級(jí)客車的市場(chǎng)以每年 15的速度增長(zhǎng)。 “十五規(guī)劃”預(yù)測(cè)，2005 年大中型客車年需求量為 1216 萬輛(其中大型客車為 35 萬 輛，中型客車為 911 萬輛)，2002 年 7 月，交通部頒布實(shí)施營(yíng)運(yùn)客車類型劃分及等級(jí) 評(píng)定 (JT/T325-2002)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 新頒布實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大中型客車配置懸架類型作了規(guī)定， 其中高級(jí)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(chǎng)的支撐點(diǎn)。“十五規(guī)劃”預(yù)測(cè)，到 2005 年重型載貨汽 車需求為 911 萬輛。僅從東風(fēng)汽車有限公司 2002 年 4 月公開發(fā)布的 20042007 年中期 事業(yè)計(jì)劃來分析，預(yù)計(jì)未來幾年“東風(fēng)有限”系列商用車的空氣懸架配置數(shù)量約在 1500030000 套；一汽集團(tuán)的系列商用車的空氣懸架配置數(shù)量也不低于這個(gè)數(shù)字。綜合上 述分析，預(yù)計(jì)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(huì)有一個(gè)較快的增長(zhǎng)幅度，其中大型客車將有 1500020000 輛采用空氣懸 架彈簧；重型載貨汽車預(yù)計(jì)有 5000 輛采用空氣懸架系統(tǒng)。 1.4 主要研究?jī)?nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)載貨汽車后空氣懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)，從載貨汽車后空氣懸架的整體方案 出發(fā)，然后具體細(xì)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(gè)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(duì)載貨汽車后空 氣懸架進(jìn)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(jì)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(jiǎn)介 空氣彈簧懸架具有變剛度、剛度小、振動(dòng)頻率低、車身高度不變等優(yōu)點(diǎn)。典型的機(jī)械 式空氣懸架主要包括以下幾個(gè)部分： (1)空氣彈簧 空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個(gè)密閉容器，在其中貯入壓縮空氣，利用空氣的可壓 縮性實(shí)現(xiàn)其彈簧的作用。這種彈簧的剛度是可變的，因?yàn)樽饔迷趶椈缮系妮d荷增加時(shí)，容 器內(nèi)的定量氣體氣壓升高，彈簧剛度增大。反之，當(dāng)載荷減小時(shí)，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(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)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(jī)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(duì) 車身或車架跳動(dòng)。 (3)減振裝置 減振裝置主要是用來消耗振動(dòng)能量，衰減振動(dòng)?？諝庾鳛榭諝鈴椈傻墓ぷ鹘橘|(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(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。但如果阻尼過大又會(huì)使反應(yīng)遲鈍并向車身傳 遞過多的高頻振動(dòng)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(gè)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(shí)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(jī)以產(chǎn)生壓縮空氣，另外為了進(jìn)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的控制精 5 度和反應(yīng)速度。但在功能好的同時(shí)也有其缺點(diǎn)：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(guó)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(shì) 3 。 2.2 空氣懸架的優(yōu)缺點(diǎn) 空氣懸架工作原理就是用空氣壓縮機(jī)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(hào)，微機(jī)判斷出車身高度的變化，再控制壓縮機(jī)和排氣閥，使彈簧壓縮或伸長(zhǎng)， 從而起到減振的效果。 空氣懸架給予了汽車更多的靈性。當(dāng)你在高速行駛時(shí)懸架可以變 硬來提高車身的穩(wěn)定性；而長(zhǎng)時(shí)間在低速不平的路面行駛時(shí)，控制單元會(huì)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(xiàng)： 1車高的控制：分標(biāo)準(zhǔn)、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(shì)，因此隨著這種技術(shù)的普及與改進(jìn)，必然會(huì)在以后的汽車工業(yè)中得到 更廣泛的應(yīng)用。 當(dāng)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(diǎn)：運(yùn)動(dòng)底盤并沒有一定的標(biāo)準(zhǔn),只是這種底盤穩(wěn)定的操縱性比較好,可以簡(jiǎn)單地 理解為運(yùn)動(dòng)性好,但運(yùn)動(dòng)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(dòng)頻率低、車身高度不變等優(yōu)點(diǎn)。典型的機(jī)械 式空氣懸架主要包括以下幾個(gè)部分： (1)空氣彈簧 空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個(gè)密閉容器，在其中貯入壓縮空氣，利用空氣的可壓 縮性實(shí)現(xiàn)其彈簧的作用。這種彈簧的剛度是可變的，因?yàn)樽饔迷趶椈缮系妮d荷增加時(shí)，容 器內(nèi)的定量氣體氣壓升高，彈簧剛度增大。反之，當(dāng)載荷減小時(shí)，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(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)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(jī)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(duì) 車身或車架跳動(dòng)。 (3)減振裝置 減振裝置主要是用來消耗振動(dòng)能量，衰減振動(dòng)?？諝庾鳛榭諝鈴椈傻墓ぷ鹘橘|(zhì)，內(nèi)摩 6 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(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。但如果阻尼過大又會(huì)使反應(yīng)遲鈍并向車身傳 遞過多的高頻振動(dòng)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(jì) 3.1 橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 本次設(shè)計(jì)的載貨汽車后空氣懸架的轉(zhuǎn)穩(wěn)定桿主要是起到推動(dòng)的功能，所以它的尺寸和強(qiáng) 度的校核計(jì)算非常重要。 （1）初步確定穩(wěn)定桿的直徑 3 . 81 3 379 55 1303 0 0 0 = n p Admm 根據(jù)工作條件，取60=dmm （2）傳動(dòng)穩(wěn)定桿受力分析 44.5144 360 1026 . 9 22 5 1 1 = = m t d T FN 54.1731062222cos2044.5144cos 1 = oo tgtgFF tr N 57.712062222sin2044.5144062222sin = ooo tgtgFF ta N （3）繪制傳動(dòng)穩(wěn)定桿的受力簡(jiǎn)圖，求支座反力 垂直面支反力： 由= 0 C M，得： 0 2 570 32 = arBY FLFLR N L FLF R ar BY 13.629 5 . 761 2/36057.7125 .20254.17312/360 2 3 = + = + = 由= 0Y，得： 67.236013.62954.1731=+=+= BYrCY RFRN 水平面支反力： 由= 0 C M，得： 0 32 =LFLR tBZ 7 02.1368 5 . 761 5 . 20244.5144 2 3 = = L LF R t BZ N 由= 0Z，得： 56.309902.136854.1731=+=+= BZrCZ RFRN （4）作彎矩圖： 垂直面彎矩 Y M 圖： C 點(diǎn) 495.479082 5 . 76113.629 2 =LRM BYCY Nmm 水平面彎矩 Z M 圖： C 點(diǎn) 675.478035 5 . 20267.2360 2 =LRM BZCZ Nmm 合成彎矩M 圖： C 點(diǎn) 153.676785675.478035495.479082 2222 =+=+= CZCY MMMNmm （5）作轉(zhuǎn)矩 T 圖： 6 102 . 3=TNmm （6）校核穩(wěn)定桿的強(qiáng)度： 按彎扭合成應(yīng)力校核穩(wěn)定桿的強(qiáng)度 校核穩(wěn)定桿上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 C）的強(qiáng)度。由文獻(xiàn)1，15-5 可知，取6 . 0=，穩(wěn)定桿的計(jì)算應(yīng)力 3 . 14 1501 . 0 )1026 . 9 6 . 0(153.676785 )( 3 252 2 3 2 = + = + = W TM c MPa 選定穩(wěn)定桿的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)1表115可知，60 1 = MPa。因此， 1 = + = + =S SS SS Sca 故該穩(wěn)定桿在截面 V 左側(cè)的強(qiáng)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(qiáng)度校核 截面 V 右側(cè) 抗彎截面系數(shù) 2197001301 . 01 . 0 33 =dWmm 3 抗扭截面系數(shù) 4394001302 . 02 . 0 33 =dWTmm 3 截面 V 左側(cè)的彎矩 M 為 628.626570 5 . 761 705 153.676785=MMPa 截面 V 上的扭矩 T 為 3200000=TMPa 截面上的彎曲應(yīng)力 85 . 2 219700 628.626570 = W M b MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 28 . 7 439400 3200000 1 = T T W T MPa 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(xiàn)1附表23查取。因 023 . 0 130 3 = d r ，08 . 1 130 140 = d D ， 05 . 2 = ，3 . 1= 又由文獻(xiàn)1附圖13可得穩(wěn)定桿的材料的敏感系數(shù)為 83 . 0 = q，87. 0= q 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻(xiàn)1，附43為 87 . 1 ) 105 . 2 (83 . 0 1) 1(1=+=+= qk （3.53） 26 . 1 ) 13 . 1 (87 . 0 1) 1(1=+=+= qk 由文獻(xiàn)1附圖23可得穩(wěn)定桿的截面形狀系數(shù)為58 . 0 = 由文獻(xiàn)1附圖33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 . 3 1 84 . 0 1 58 . 0 87 . 1 1 1 =+=+= k K 84 . 1 1 84 . 0 1 76 . 0 26 . 1 1 1 =+=+= k K 11 所以穩(wěn)定桿在截面 V 左側(cè)的安全系數(shù)為 29.28 01 . 085 . 2 41 . 3 275 1 = + = + = ma K S 96.24 2 83 . 5 05 . 0 2 83 . 5 84 . 1 275 1 = + = + = ma K S 5 . 172.18 96.2429.28 96.2429.28 2222 = + = + =S SS SS Sca 故該穩(wěn)定桿在截面 V 左側(cè)的強(qiáng)度是足夠的。 3.3 螺栓的選型計(jì)算 螺栓的強(qiáng)度在機(jī)械聯(lián)接中至關(guān)重要，特別是在重要的場(chǎng)合，其強(qiáng)度校核和計(jì)算尤其重 要。其受力簡(jiǎn)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(shí)用計(jì)算 在工程上也使用相似剪切的計(jì)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(duì)于平鍵接觸面面積就是擠壓面面積； 對(duì)于螺 栓擠壓面面積就是直徑平面面積，其值為。 12 3、強(qiáng)度條件 剪切和擠壓的強(qiáng)度條件如下： 剪切強(qiáng)度條件： 擠壓強(qiáng)度條件： 式中 塑性材料： 脆性材料： 先按剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)： ? d 再用擠壓強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，擠壓力為，所以 13 ? ? d 最后得到螺栓的抗大強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度是合適的。 3.4 彈性元件的設(shè)計(jì) 空氣懸架多應(yīng)用于大型客車和無軌電車上，在高級(jí)轎車、長(zhǎng)途運(yùn)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(jī)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(jì)的比較柔軟，因而空氣懸架可以得到較低的固有頻率，同時(shí)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(gè)優(yōu)點(diǎn)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(zhǎng)、質(zhì)量小 以及噪音低等一些優(yōu)點(diǎn)。 按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(dāng)簡(jiǎn)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(dòng)剛度會(huì)增大 7 。下圖即為本設(shè)計(jì)的膜式的空氣彈簧： 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(jì)算： + = x aa d d P V Ap k 2 (5.1) 式中為剛度比，Pa 為絕對(duì)壓力（kg/ 2 cm ），A 為空氣彈簧的有效面積 2 cm ，V 為彈簧的體積 3 cm ，P 為示壓強(qiáng) 2 /cmkg 由式（4 一 l）可知，空氣彈簧的有效承壓面積及其交化率對(duì)空氣彈簧剛度 的影響顯著。囊式空氣彈簧工作時(shí)有效承壓面積交化率較大，彈簧剛度較大。由 于分擔(dān)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(shí)， 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(jì)算: 69 . 5 4252 4840 2 = = f fu f A W P 2 /cmkg 2 /69 . 6 1cmkgpp fa =+= 425= f A 2 cm V=10600 2 cm 125 . 3 69 . 5 10600 42569 . 6 2 + = f K =114+17.78 當(dāng)靜剛度比=1 時(shí) = f K 131.78 cmkg / 當(dāng)動(dòng)剛度比=1.4 時(shí) = f K 177.38 cmkg / 用下式計(jì)算固有頻率： 16 W gk f 2 1 2 = （5.2） 式中 g 為重力加速度 980 2 /scm ;W 為簧上質(zhì)量 當(dāng)用靜剛度比時(shí)則 16 . 1 2420 78.131980 2 1 = =f z H 2 . 11 f 合格 當(dāng)用動(dòng)剛度比時(shí)則 35 . 1 2420 38.177980 2 1 = =f z H 4 . 12 . 1 f 合格 彈簧的剛度公式為 + = x aa d d P V Ap k 2 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(dá)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(dāng)?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(diǎn)在于可 以利用以前的零部件，便于改裝，同時(shí)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?？v臂式，這種方 式增加了設(shè)計(jì)的靈活性，可以較好地保證懸架的縱傾特性，車輪跳動(dòng)時(shí)主銷傾角 的變化量也能滿足要求。 A 型架式， 實(shí)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(dòng)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(jī)構(gòu)。 空氣懸架車身高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是一端固定在車架、一端固定在車身上的聯(lián)動(dòng) 閥，當(dāng)車引高度變化時(shí)，閥動(dòng)作打開相應(yīng)的氣路，向彈簧氣室中補(bǔ)充或由彈簧氣 室放出空氣，達(dá)到測(cè)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(dòng)或側(cè)傾，車身與車橋之間總會(huì)發(fā)生相 對(duì)位移。在設(shè)計(jì)車身高度調(diào)節(jié)器時(shí)，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(dòng)作 9 。 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 17 荷下與路面保持一定的高度， 而且空氣彈簧的優(yōu)勢(shì)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(jī)械式和電磁式，按組成分為帶延時(shí)機(jī)構(gòu)和不 帶延時(shí)機(jī)構(gòu)?？紤]到目前國(guó)內(nèi)空氣懸架多采用機(jī)械式高度閥，因此針對(duì)帶延時(shí)機(jī) 構(gòu)和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的兩種機(jī)械式高度閥進(jìn)行研究。 不帶延遲機(jī)構(gòu)的高度閥工作原理：車體荷重增加時(shí)，車體下降，空氣彈簧壓縮， 控制桿被推向上方，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞頂開進(jìn)、排氣閥，風(fēng)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(huì)返回平衡位置， 此時(shí)進(jìn)氣閥被關(guān)閉，壓縮空氣關(guān)斷。當(dāng)車體荷重減少時(shí)，車體上升，空氣彈簧伸 長(zhǎng)，與荷重增加時(shí)情況相反，控制桿被拉下，進(jìn)、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(jì) 汽車懸架系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)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(jì)的領(lǐng)域也相應(yīng)地分為兩