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1、学号10110209102毕 业 设 计（论 文）大客车前空气悬架设计教 学 系： 汽车系 指导教师： 唐新蓬 专业班级： 车辆1091 学生姓名： 朱冰 二0一三年五月毕业设计(论文)任务书学生姓名朱冰专业班级车辆1091指导教师唐新蓬工作单位汽车系设计(论文)题目大客车前空气悬架设计设计（论文）主要内容：1. 查阅相关文献，了解空气弹簧悬架的结构，写出开题报告；2. 选择、确定空气弹簧悬架的结构型式和主要参数；3. 对主要零件进行强度校核； 4. 绘制空气弹簧悬架的装配图、主要零部件图以及部分零件的三维图；5. 撰写毕业设计说明书要求完成的主要任务及其时间安排:1. 查阅的相关参考文献不少
2、于10篇，其中外文资料2篇；2. 开题报告应符合学院对开题报告的要求；3. 二维装配图和零件图应按国家标准绘制，总图纸量不少于2张A0幅面图纸，其中至少 要有一张A1幅面的手工绘制图纸；4. 设计说明书要能真实反映设计内容，设计计算正确，书写格式符合学院的撰写要求，字数不少于1万字时间安排： 1.2012年11月2012年12月 查阅资料，撰写开题报告。2012年12月30日前完成； 2.2013年1月3月 确定设计方案，完成主要参数、性能和强度的校核计算； 3.4月5月17日 完成图纸的绘制和设计说明书的撰写； 4.5月18日5月24日 修改设计图纸和设计说明书，准备答辩； 5.5月27日
3、6月7日 答辩必读参考资料：1. 王望予. 汽车设计M 北京：机械工业出版社 （第三版）2. 唐新蓬. 汽车总体设计M 北京：高等教育出版社 20103. 张小虞，叶平. 汽车工程手册(设计篇)M.人民交通出版社20014. 张英会主编 弹簧M 北京：机械工业出版社 19825. 机械制图、公差与配合等国家标准6. 其它相关设计资料指导教师签名： 教研室主任签名： 毕业设计(论文)开题报告题目大客车前空气悬架设计1目的及意义（含国内外的研究现状分析）：随着人们对乘坐舒适性要求的提高，与钢板弹簧悬架相比，空气弹簧悬架因其独特的性能和适应性，正在逐步打入传统的钢板和螺旋弹簧领域。空气悬架系统是以空
4、气弹簧为弹性元件，利用气体的可压缩性实现其弹性作用的。通过压缩气体的气压能够随载荷和道路条件变化而进行自动调节，不论满载还是空载，整车高度不会变化，可以大大提高乘坐的舒适性。空气弹簧的运动性能特点是：(1)负载能力可调；(2)弹性系数随负载变化；(3)负载变化肘,固有频率几乎不变；(4)固有频率较低。这些特点决定了空气悬架具有以下优点：(1)乘坐更舒适安全；(2)改善车辆的行驶平顺性；(3)延长轮胎和制动片的使用寿命；(4)负载变化时车身高度不变；(5)减少电气、空调、排气系统、车桥、车身和底盘的维修成本；(6)减少对道路的冲击，保护路面，降低高速公路的维修费用；(7)延长车辆的使用寿命并增加
5、折旧值。对于我国汽车业界而言，空气悬架项目不仅仅是一个难得的商机，更重要的是，谁先掌握了汽车空气悬架的开发技术，谁领先开发出配置空气悬架的成熟车型，谁就掌握了今后若干年内商用车市场的先机。我国公路条件的改善为汽车空气悬架创造了基本的使用条件。国内高速公路的发展对汽车的操纵稳定性、平顺性、安全性提出了更高的要求，对空气悬架国内市场产生了很大的促进作用。此外，重型汽车对路面破坏机理的研究及认识进一步加深，政府对高速公路养护的重视，限制超载逐步在国内各地受到重视，使空气悬架在重型车市场的应用也将进一步扩大，为适应高速公路运输的需要，高级客车和大型载货车都必须使用空气悬架。客车市场的快速发展将大大拉动
6、空气悬架的需求增长。近几年，空气悬架的需求主要是与高等级客车的销售量直接相关，据统计，我国高级客车的市场以每年15的速度增长。根据国家汽车行业“十五规划”要求：我国的客车将“重点发展适应高速公路需要的大中型客车，专用客车底盘及关键总成”并“根据市场需求适当发展高档旅游客车”。“十五规划”预测，2005年大中型客车年需求量为1216万辆(其中大型客车为35万辆，中型客车为911万辆)，2002年7月，交通部颁布实施营运客车类型划分及等级评定(JT/T325-2002)行业标准，新颁布实施的标准里面对大中型客车配置悬架类型作了规定，其中高级大中型客车必须采用空气悬架，这为空气悬架产品的推广使用创造
7、了一个良好的外部环境。国内外概况国外的应用目前国外高级大客车几乎全部使用空气悬架，重型载货车使用空气悬架的比例已达80%以上，空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升，部分轿车也逐渐安装使用空气悬架，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，空气悬架几乎为唯一选择。国外汽车空气悬架发展经历了“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的变化。ECAS应用了电子控制系统，使传统的空气悬架系统的性能得到很大改善，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
8、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，可以预见，ECAS在汽车上的应用将越来越普及。我国空气悬架的应用发展空气悬架在我国的应用落后国外几十年，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，空气悬架的配置率还很低，基本上还属于“导入”阶段。据不完全统计，国内部分数量相对较大的应用主要集中在郑州宇通、厦门金龙、苏州金龙、扬州亚星、一汽客底、东风杭汽等规模较大的主要客车及底盘厂家。20022003年的大致情况是：郑州宇通
9、在2003年自主开发，加上选配NEWWAY及Reyco的的空气悬架，年装车近500800台套；扬州亚星年产客车及底盘8000多台，其中选用Neway及Reyco的空气悬架；东风杭汽近两年客车及客车底盘的产量都在80009000台水平徘徊，先后采用Neway和科曼的空气悬架；一汽客底主要选用Neway或Reyco的空气悬架；厦门金龙、苏州金龙一边选用Neway、科曼或其他国外公司的产品，一边在进行自主开发。此外，国内其它一些客车厂家也都是以选装国外空气悬架产品为主。总之，目前汽车空气悬架在载重货车的应用国内尚处于起步阶段。2基本内容和技术方案：预计需达到的目标 设计的客车悬架有良好的行使平顺性、
10、具有合适的衰减振动能力、保证客车具有良好的操纵稳定性、有良好的隔声能力并且结构紧凑，占用空间尺寸要小等关键理论和技术、技术指标1. 空气弹簧的刚度特性汽车空气悬架中的空气弹簧具有非线性刚度特性。理论计算时空气弹簧刚度 式中为刚度比，Pa为绝对压力（/），A为空气弹簧的有效面积，V为弹簧的体积，P为示压强这是空气弹簧刚度的一般表达式。而常用的空气弹簧的静刚度和动刚度。所谓的静刚度是指空气弹簧低频时的归纳刚度（一般认为频率F0.2),由于弹簧的振动较快，假定空气弹簧内部气体和外界没有热交换，其内部气体变化过程为绝热过程，取n=1.4。2.空气弹簧有效面积特性由于空气弹簧气囊是一个弹性体，一般情况下
11、在空气弹簧变形时有效面积不是固定不变的，但不同结构形式的空气弹簧，有效面积的的变化是不同的。3.空气悬架频率特性传统的金属弹簧悬架的固有频率刚度一般是固定的，当空气弹簧质量变化时，根据公式，则悬架系统的固有频率也随之发生变化，随着弹簧质量的增加，悬架系统的固有频率f下降，反之f上升，如果汽车的簧载质量变化较大的话，这种影响就更加突出。故固有频率的剧烈变化会恶化汽车的舒适性，汽车设计时一般希望保持固有频率不变。对于模式空气弹簧，采用圆柱活塞，就可以利用简化前面的空气弹簧感度计算公式今后在以下几个方面应该是研究的重点：空气弹簧的匹配技术。由于空气弹簧的刚度特性是一组非线性弹性特性曲线，研究这一类刚
12、度非线性系统的振动传递规律是空气弹簧匹配的关键空气弹簧橡胶气囊在有气体压力作用的情况下弯曲产生的弹簧性力对整个空气弹簧性力的 贡献只得进一步研究。 空气弹簧设计和制造技术。这包括两个方面：一是根据悬架设计所要的参数设计空气弹簧，这些参数包括空气弹簧频率，刚度，容积，有效面积等；二是空气弹簧橡胶囊的设计和制造技术，橡胶气囊的设计和制造直接决定空气弹簧的性能和寿命。当空气弹簧压缩，气体压力增加时，橡胶气囊要发生膨胀变形，橡胶气囊帘线层帘线角的设计决定了其膨胀变形的规律，而这种膨胀变形影响着空气弹簧直径和有效面积的变化规律，从而影响到空气弹簧的弹性特性。橡胶气囊的设计还要考虑气囊和金属连接件之间的封
13、密问题。空气悬架导向机构的设计，由于空气弹簧只能够传递垂直载荷，在空气选悬架系统当中必须设置导向杆系来传递纵向力和侧向力，但空气悬架系统中的导向杆系通常回形成过约束，在车轮跳动过程当中在导向杆内产生超静定力，导向杆系的 设计必须使这种超静定力尽可能地小，导向杆系的设计还涉及到车轮定位参数的 变化，传动轴角度的 变化，与转向系干涉等问题，另外导向杆系的设计与汽车的纵倾中心，侧倾中心也有密切关系。空气悬架的控制技术空气悬架的控制包括空气弹簧的刚度控制，车身高度控制，车身姿态控制等多方面，空气悬架在结构保证了控制的方便性，因此控制算法、控制系统的结构（包括控制硬件）应是研究的关键。今后电子控制式空气
14、悬架将成为空气悬架发展的必然趋势。3进度安排：1. 查阅资料，熟悉结构2. 翻译外文，开题报告3 结构选型，参数选择，设计计算4 绘制总装图，零件图5 撰写设计说明书，准备答辩4指导老师意见：明确了设计目标和设计任务，对空气悬架的设计方法进行了说明，但对缺少具体设计方案，因此下阶段还需修改、充实设计方案，按时完成毕业设计任务。指导教师签名： 年 月 日注：1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在学院规定时间内完成；2设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；3指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建
15、立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。郑 重 声 明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名： 日期： 目录摘要 1Abstract 21绪论 31.1悬架的概述 31.2悬架的分类41.3悬架技术的研究现状及发展趋势52空气悬架结构72.1空气悬架结构简介72.2 空气悬架系统的工作原理83 空气悬架系统结构方案设计103.1空气弹簧悬架与机械弹簧悬架比较103.2空气弹簧的种类及布置问
16、题103.3高度控制阀113.4反弹限位133.5减振器133.6导向机构的选择及布置.144 悬架主要参数的确定164.1 大客车的结构参数164.2 悬架静挠度184.3 悬架动挠度184.4 悬架弹性特性195 弹性元件的设计205.1 空气弹簧力学性能215.2 高度控制阀226 悬架导向机构的设计246.1 悬架导向机构的概述及强度受力计算246.2 横向稳定杆的选择266.3 稳定杆的横向载荷及强度266.4 悬架及整车的刚度277 减振器机构类型及主要参数的选择计算307.1 减震器分类307.2减震器的选定及阻尼力的计算32总结34参 考 文 献 35致 谢 36摘要本设计书首
17、先收集了悬架的一些知识，在此基础上提出了空气悬架优缺点。空气悬架的现状发展趋势等等。给出了设计全空气悬架时所需的设计过程和相关知识。设计的客车悬架有良好的行使平顺性、具有合适的衰减振动能力、保证客车具有良好的操纵稳定性、有良好的隔声能力并且结构紧凑，占用空间尺寸要小等由于把这些设计方法用于实际设计时，有必要验证其设计结果的正确性，因此，在本说明书中，把全空气悬架的设计作为实例，对规范书中介绍的设计方法进行了说明。另外，为了提高设计的速度，还把空气悬架的导向杆受力，减震器的弹簧刚度等的计算都程序化了，我在设计中都一起使用了。空气弹簧及减振器引用了标准，关于该部分的内容，在文章末尾有注释。关键词：
18、 空气弹簧；悬架；大客车ABSTRACTThe design of the book first collect some knowledge of suspension, based on the advantages and disadvantages of the air suspension. Air suspension on the current development trend. Design process is presented for design of air suspension and the related knowledge.Due to these des
19、ign methods used in practical design, correctness, it is necessary to verify the design result and therefore, in the specification, the design of full air suspension as an example, the design method of the specification are described.In addition, in order to improve the design speed, but also the gu
20、ide rod air suspension force, calculation of absorber spring stiffness are programmed, the design can be used together.Air spring and shock absorber cited the standard。 Key words: air suspension；suspension；motor bus1绪论1.1 悬架的概述悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（牵引力和制动力
21、）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车的正常行驶。现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但是一般都由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，特别是在坏路面上高速行驶时，这种冲击力将达到很大的数值。冲击力传到车架和车身时，可能引起汽车机件的早期损坏，传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受到损伤。为了缓和冲击，在汽车行驶系统中，除了采用弹性的充气轮胎之外，在悬架中还必须装有弹性元件，使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间作弹性联系。但弹性系统在受到冲击后，将产生振动。持
22、续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳。故悬架还应当具有减振作用，使振动迅速衰减（振幅迅速减小）。为此，在许多结构形式的汽车悬架中都设有专门的减振器。以下对悬架重要的组成部分进行简单的介绍。(一)弹性元件弹性元件主要是把车架或车身与车桥或车轮弹性的连接起来，主要有空气弹簧，钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧等。(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。随着科学技术突飞
23、猛进，生活水平的不断提高，人们对汽车的乘坐舒适性及各方面的性能提出了更高的要求，这便迫使各汽车生产厂家不断的引进先进技术，生产出更好的产品，保持强大的竞争能力。从而空气弹簧的设计与研究也越来越受到车辆设计人员的青睐。在本论文主要是对空气弹簧进行了研究与探讨。(2)钢板弹簧由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。钢板弹簧除具有缓冲作用外，还有一定的减震作用。(3)螺旋弹簧只具备缓冲作用，多用于轿车独立悬挂装置。由于没有减震和传力的功能，还必须设有专门的减震器和导向装置。(4)扭杆弹簧将用弹簧杆做成的扭杆一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到缓冲作用，适合于独立悬
24、挂使用。(二)导向装置导向装置是指悬架中的某些用来传力同时还承担着使车轮按一定轨迹相对车架和车身跳动的任务的机构。导向装置主要有以下几点作用：在车架或车桥之间传递力矩。使车桥或车轮按一定轨迹相对车身或车架跳动。(三)减振装置减振装置主要是用来消耗振动能量，衰减振动。弹性系统在受到冲击后，将会产生振动，减震器可以使振幅迅速减小，以避免持续的振动给驾驶员的不舒适和疲劳。车轮相对于车架和车身跳动时，车轮（特别是转向轮）的运动轨迹应符合一定的要求，否则对汽车某些行驶性能（特别是操纵稳定性）有不利的影响。因此，悬架中某些传力构件同时还承担着使车轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动的任务，因而这些传力构件还起
25、导向作用，故称导向机构。由此可见，上述这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。432151弹性元件 2纵向推力杆 3减振器 4横向稳定器 5横向推力杆图1.1 汽车悬架组成示意图1.2 悬架的分类根据导向机构型式的不同，汽车悬架又可分为非独立悬架和独立悬架。非独立悬架的结构特点是，左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架和车价（或车身）连接；独立悬架的结构特点是，左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接。独立悬架是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架悬挂在车架或车身下面的。其优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改
26、善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车大都是采用独立式悬架，按其结构形式的不同，独立悬架又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等。图1.2 独立悬架非独立悬架的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架或车身的下面。非独立悬架具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点，但由于其舒适性及操纵稳定性都较差，在现代轿车中基本上已不再使用，多用在货车和大客车上。图1.3
27、 非独立悬架1.3 悬架技术的研究现状及发展趋势1.3.1悬架技术的研究现状机械装置的基本规律指出：载货汽车良好的舒适性，操纵稳定性及良好的承载能力在使用定刚度和定阻尼减震器的传统悬架中是不能同时满足的。因此，传统的悬架在设计过程中不可避免的要进行乘坐舒适性和操纵稳定性的折衷，尽管近年来传统悬架在结构上的不断更新和完善，采用优化设计方法进行设计，已使汽车(特别是轿车)的乘坐舒适性和操纵稳定性有很大提高，例如横臂式独立悬架、纵臂式独立悬架、车轮沿主销移动的悬架(烛式和麦弗逊式)等等的采用，但传统悬架系统仍然受到许多限制，如最终设计的悬架参数(弹簧刚度、减振器阻尼系数)是不可调节的，致使传统悬架系
28、统只能保证汽车在一种特定的道路和速度条件下达到性能最优的折衷。1.3.2悬架技术的发展趋势当前在大型商用汽车、半挂车中采用空气悬架系统越来越多。空气悬架突出的优点是平顺性好，维修少，寿命长，对承运的乘客和货物的保护比钢板弹簧悬架有着很大的提高，而对整车和路面的损坏程度也大大减少。钢板弹簧在不同的载荷下产生不同的弯曲，这样会导致整车到地面的距离总是在发生变化，如果保持弹簧的弹性而增加载荷的话，这会降低弹簧的固有频率甚至使弹簧的特性发生改变。空气弹簧基于空气的可压缩性，封闭在气囊里的空气是弹性元件，空气弹簧通过不同气囊的压力来平衡不同的载荷。空气弹簧的固有频率稳定，因此它的弹性性能也稳定，这样就意
29、味着空气弹簧更加的接近理想状态。随着我国高速公路的迅速发展，公路运输量的增加，对汽车性能的要求也越来越高，空气悬架凭着其自身的优越性能在货车上的应用必将越来越广泛。另外，随着重型载货汽车对路面的破坏机理的研究及认识的进一步加深，以及政府对高速路养护的进一步重视，空气悬架在重型货车上的应用也必将进一步增加。因此，对空气悬架的设计进行深入的研究也显得越来越重要。1.3.3悬架设计的技术要求对悬架提出的设计要求有：（1）保证汽车有良好的行驶平顺性；（2）具有适合的衰减振动的能力；（3）保证汽车具有良好的操纵稳定性；（4）汽车制动或加速时，要保证车身稳定性，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要适合；（5）
30、有良好的隔声能力；（6）结构紧凑、占用空间尺寸要小；（7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。2 空气悬架结构2.1 空气悬架结构简介2.1.1 空气悬架系统的基本结构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
31、较理想的弹性特性。(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)高度控制阀高度控制阀是空气弹悬架系统的一个重要组成部分，其主要功能是：随整车载
32、荷变化保持合理的悬架行程；高速时降低车身高度，保持车身稳定性，减少空气阻力；在起伏不平的路面上，可以提高车身高度从而提高了汽车的通过性，空气弹簧的优越性通过安装高度控制阀充分的显现出来。(5)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
33、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。2.1.2 空气弹簧的类型空气弹簧的结构可以设计成很多类型，根据压缩空气所用容器不同，可以将空气弹簧分为囊式、膜式两种形式。(1)囊式空气弹簧囊式空气弹簧是由夹有帘线的橡胶气囊、密闭在容器中的压缩气体所组成。气囊的内层用气密性好的橡胶制成，而外层则用耐油橡胶制成。根据橡胶气囊曲数不同可将其分为单曲、双曲和多曲的囊式空气弹簧。气囊各段之间镶嵌有金属轮缘，用于承受气体的内压张力。囊式空气弹簧的有效面积变化率较大，刚度较大，振动频率也较高。所以对于囊式空气弹簧来说，适当的选择空气弹簧的有效面积变化率和辅助气室容积，可以有效地降低振动频率。随
34、着段数的增加，空气的弹簧的刚度会变小。主要是由于气囊的变形可由各个曲部平均分担，因而曲段数越多，空气弹簧的有效直径变化率就会越小。(2)膜式空气弹簧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从
35、而得到改变。从而可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。2.1.3 导向机构导向传力机构是空气悬架的重要组成部件，要承受汽车的侧向力，纵向力及其力矩。因此要有一定的强度，布置的方式要合理。空气弹簧悬架中空气弹簧主要承受垂直载荷。如果导向机构布置的不合理则会给空气弹簧带来很大的负担，使其发生扭曲，摩擦等现象，恶化减震的效果，从而缩短了空气弹簧的寿命。汽车空气悬架导向机构主要有以下几点作用：在车架或车桥之间传递力矩。是车桥或车轮按一定轨迹相对车身或车架跳动。这是空气悬架中导向机构的最重要的一
36、个作用。2.1.4 高度控制阀高度控制阀是空气悬架系统的重要组成部分，其作用是保证车辆在任何静载荷下与路面保持一定的高度，而且空气弹簧的优势也只有在采用了高度控制阀的情况下才能得到充分的体现。汽车空气悬架的高度控制阀一般分为机械式和电磁式，按其组成可分为带延时机构高度控制阀和不带延时机构高度控制阀-由于目前在国内空气悬架多采用机械式高度阀，因而在此针对带延时机构和不带延时机构的两种机械式高度阔进行简单介绍。延时机构由缓冲弹簧和油压减振器组成。其作用是：在车辆运行时的正常振动中，保证空气弹簧的高度虽有变化但不起进、排气作用，而当静载荷变化或以极低频率振动时，保证空气弹簧进行充、排气，以使在汽车正
37、常的振动中高度阀的进、排气阀不会频繁地打开，从而减少压缩空气的浪费。在使用不带延时机构的高度阀时，车辆在运行过程中高度阀的进、排气阁不断地关闭，空气消耗量大，为此一般在空气通道上设置一节流孔，或在排气通道外加一长橡胶软管，以便限制空气流量，避免空气中的水分和灰尘堵塞小孔。2.2 空气悬架系统的工作原理在理想状态下，装有空气弹簧悬架的汽车通过压缩空气的压力能够随载荷和道路条件变化进行自动调节，不论满载还是空载整车高度几乎不会发生变化。可以大大提高乘坐的舒适性。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
38、。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，
39、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. 空气悬架系统结构方案设计3.1空气弹簧悬架与机械弹簧悬架比较3.1.1空气弹簧悬架与机械弹簧悬架性能的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
40、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%。3.1.2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
41、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。3.2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。3.2.1膜式空气弹簧的特点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。3.2.2囊式空气弹簧和复合式空气弹簧的特
42、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dF/dx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。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，在此选用囊式空气弹簧。3.2.3空气弹簧的选用及布置问题由于大客车轴载荷很大，所以我在这里选用囊式的空气弹簧，由于囊式弹簧的刚度较大，最好解决这方面的问题，有一个办法比较好，就是采用2个空气弹簧，可以有效的减低空气弹簧的刚度，并且，2个空气弹簧可
43、以增加负荷，提高客车的性能。对于囊式空气弹簧振动频率高的问题，由空气弹簧频率计算公式可以看出，当空气弹簧的容积愈大时，其刚度愈低。因此，采用辅助气室能减小空气弹簧的刚度。在压力较高的情况下，增加辅助气室的容积对刚度的影响更明显。但这种影响将随容积的增加而减小。所以，对囊式空气弹簧来说，适当选择弹簧的有效面积变化率和辅助气室的容积，可得到较低的振动频率。所以可以选用囊式空气弹簧。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，关于这方面的理论，在后面关于侧倾刚度的计算中可以有更加明确的解释3.3
44、高度控制阀在大客车的空气悬架中，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指。 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
45、，将排气门关闭，高度阀又处于一个平衡状态。它的主要作用时：1)保证汽车高度不随汽车的载荷而变化，汽车高度可以调整，保持一定高度，便于乘客上下车。2)保持空气弹簧中的空气容积为一定值，从而保证在不同载荷下，得到大致相同的振动频率。3)当空气弹簧出现微量泄漏时，可由高度控制阀不断进行充气，以保证空气弹簧正常工作。 为了保证汽车的车身稳定的平置于悬架上，在后轴上布置两个高度控制阀 图3.1 高度阀控制原理图车身的升降是通过车身升降电控开关的控制，在二位三通电磁阀A、二位三通电磁阀B、单向阀和空气弹簧高度控制阀（以下称高度阀）的共同作用下空气弹簧内充气或排气而实现的。下面将各种状态及其调节过程中悬架的
46、主要元件的工作状况介绍如下：1、车身定高位置的自动调节：（1） A阀的气源口被打开，排气口被关闭。（2） B阀的气源口被关闭，排气口被打开。（3） 杠杆保持在水平状态。（4） 高度阀的充、排气阀均为关闭状态。（5） 空气弹簧中的压缩空气被高度阀封闭。车身载荷变化是原始定高位置的自动调节过程： 当车载增加，车身相对下降（气囊被压缩）时，杠杆相对于高度阀向上回转，使高度阀的充气门打开，气源的高压空气经A阀和高度阀的气源阀门和充气阀门向气囊内充气，这时车身开始回升，杠杆随之向下回转，高度阀充气阀门的开度逐渐变小，直到重新关闭为止。此时车身恢复到定高位置（气囊回伸到原来高度）。空气弹簧的压缩空气重新被高度阀封闭。当车载减小，车身相对升高（气囊在其腔内压缩空气的作用下伸长）时，杠杆相对于高度阀向下
