載貨汽車前空氣懸架總成的設計,載貨,汽車,空氣,懸架,總成,設計 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 載貨汽車前空氣懸架總成的設計 學 院 汽車工程學院 專業(yè)班級 姓 名 學生學號 指導教師 填表日期 一：選題背景和意義 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架與車輛彈性連接起來。其重要任務是傳遞作用在車輪和車架之間的一切力和力矩，緩和路面?zhèn)鬟f給車架的沖擊載荷，衰減由此一起的承載系統(tǒng)的震動，保證汽車的行駛平衡，保證車輪在路面不平和載荷變化時有理想的 特性。保證汽車的操縱穩(wěn)定性，使車獲得高速行駛的能力. 懸架系統(tǒng)是保證重型載貨汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的重要部件，空氣懸架系統(tǒng)以空氣彈簧為彈性元件，利用氣體的可壓縮性實現(xiàn)其彈性作用，具有高強度，高舒適性和高吸振性能力等優(yōu)點。目前空氣懸架在國外重型載貨汽車已經(jīng)得到了廣泛的應用，國內重型載貨車正在用空氣懸架逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼板彈簧和螺旋彈簧懸架。 面對國內重型載貨汽車的快速發(fā)展及目前產品開發(fā)水平相對較低的狀況，在車輛開發(fā)過程中對如何綜合考慮懸架機構，彈簧剛度和阻尼速度特性，使平順性能得到有效的控制，最終提高整車性能水平提出來強烈的需求。整車平順性控制涉及范圍廣大，同時也與操縱穩(wěn)定性息息相關，這一點在重型載貨汽車的設計上尤為重要。 二．研究目標、內容（論文提綱）及擬解決關鍵問題 主要研究內容 空氣懸架系統(tǒng)是以空氣為彈性元件，利用氣體的可壓縮性實現(xiàn)其彈性作用。 壓縮氣體的氣壓能夠隨著載荷和道路條件變化而進行自動調節(jié)，不論滿載還是空載，整車高度不會變化，可以大大提高乘坐的舒適性。 空氣懸架的主要組成部分除了空氣彈簧以外，還有導向桿，減震器，橫向穩(wěn)定器，高度控制組件及緩沖限位部件等組成。其中，導向機構發(fā)揮著非常重要的作用。 主要理論 本文主要用剛體動力學理論，空氣力學理論，強度校核等方面知識。從空氣懸架入手，著重研究空氣彈簧的結構形式和懸架機構，對空氣懸架的核心部件就（空氣彈簧）進行分析。針對目前我國載貨汽車后空氣懸架系統(tǒng)進行結構上的分析。對空氣懸架的工作原理進行必要的了解?？諝鈶壹苁腔诳諝鈮嚎s行成壓縮空氣，并將壓縮空氣送到彈簧和減震器中以此來改變車輛高度。在車輛前輪和后輪附近設有車高傳感器，按車高傳感器的輸出信號，微機判斷車高變化。再控制壓縮機和排氣閥，使得彈簧壓縮或者伸長，從而起到減震效果?？諝鈴椈山o予了汽車更多的靈活性，控制單元提高了整車的舒適性和操縱穩(wěn)定性。 主要內容（論文提綱） 目 錄 摘 要 Abstract 第1章 緒 論 1.1 本課題研究的目的和意義 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 1.3 本課題的研究內容 第2章 空氣懸架的概述及主要參數(shù) 2.1 概述 2.11空氣彈簧簡介 2.12空氣彈簧在汽上的應用 2.13空氣懸架系統(tǒng)的結構 2.13空氣懸架系統(tǒng)的原理及特點 2.2 主要參數(shù) 2.21主要尺寸 2.22開發(fā)目標值 2.23空氣懸架固有頻率 2.3 設計載荷 第3章 元件的設計 3.1 彈性元件的設計 3.11空氣氣囊的設計計算 3.12基本參數(shù) 3.13空氣彈簧的垂直剛度計算 3.14 空氣彈簧的彎曲剛度計算 3.2 導向機構的設計 3.3 減振器 3.31概述 3.32設計計算 3.33校核減振器長 3.4 橫向穩(wěn)定器 3.41概述 3.42設計計算 結 論 致 謝 參考文獻 附 錄 解決關鍵問題 1.高強度、輕量化的材料，載貨汽車后空氣懸架盡量輕量化 2.對空氣彈簧驚醒分析，針對我國發(fā)展較為滯后的空氣懸架導向機構進行結構上的分析。 研究方法及技術路線 1.進行總體方案分析、總體參數(shù)設計和計算，完成總體設計全部內容； 2.進行零部件設計和校核計算、標準件選擇和校核等； 3.進行空氣懸架各個部件的二維工程圖總體設計； 4.進行總體和主要零部件三維設計； 5.撰寫畢業(yè)設計說明書； 四.研究工作基礎 本文主要用剛體動力學理論，空氣力學理論，強度校核等方面知識。評價懸架性能的指標主要有汽車車身加速度、懸架動撓度、懸架動載荷,這三個評價指標在懸架參數(shù)優(yōu)化的過程中具有一定的不可調和性。為了能夠得到更好的懸架性能,本文中應用了交互式滿意協(xié)調的多目標優(yōu)化方法,對三個評價懸架的性能指標進行優(yōu)化處理,經(jīng)過對載貨汽車空載、部分載荷、滿載的三種工況下進行優(yōu)化處理,得出了某型號載貨汽車懸架系統(tǒng)的載荷剛度曲線和剛度位移曲線,所得到的曲線可以作為設計空氣彈簧的理論依據(jù)。? 五.主要參考文獻及出處（10篇以上） 1劉惟信，汽車設計，青華大學出版社，2001。 2孫為群等，汽車空氣彈簧的理論分析與試驗研究，汽車科技出版社，1999。 3張建文等，汽車用空氣彈簧懸架系統(tǒng)綜述，公路交通科技出版社，2002。 4郭榮生，SYS?系列空氣彈簧的開發(fā)和應用，鐵道車輛出版社，1999。 5張清俊，橡膠空氣彈簧的研制，中國橡膠出版社，1994。 6王松文等，大曲囊空氣彈簧無搖枕轉向架的性能及發(fā)展，鐵道車輛出版社，2003。 7陳亞洲，汽車用橡膠空氣彈簧膠料配方研究，橡膠工業(yè)出版社，2001。 8王福天等，康迪泰克空氣彈簧系統(tǒng)及其在鐵道車輛上的應用，鐵道車輛出版社，2002。 9黃志高等，空氣彈簧的結構及應用，湖北汽車出版社，2003。 10韓小娟，空氣彈簧的特性及應用研究，機械設計與制造出版社，2001。 11俞渭雄，空氣彈簧的研究及在防微振領域的應用，建筑結構出版社，1996 六．實施計劃： 起止時間 具體項目計劃 預期進展 2015年10月 收集相關資料、論文、書籍，對資料進行分類，對項目進行分析 完成項目的大綱等，對項目的整個框架有個大致的了解 2015年11月 對資料進行深入理解，并完成一定數(shù)量的書籍論文的閱讀、分析文章的觀點和思想，完成開題報告。 完成開題報告 2015年11月至12月中 對載貨汽車后空氣懸架開始選型并開始收集相關參數(shù)進行計算分析，完成相關計算后并進行校驗分析 對各種數(shù)據(jù)進行收集分析計算，大致完成論文初稿 2015年12月中至2016年3月 整理好記錄內容并撰寫論文。 完成《載貨汽車后空氣懸架總成的設計》論文的書寫 2016年5月 對論文進行修整，完成答辯 完成論文的答辯 指導教師（導師組）意見： 簽 名： 年 月 日 審查小組意見： 審查小組負責人（簽 名）： 年 月 日 備注： 1、 要有10篇以上相關文章的閱讀量。 2、 理、工科開題報告撰寫要求在2500字左右，人文社科開題報告在3500字左右，包括論文選題的背景和意義、工作任務分析、調研報告、方案擬定與分析、畢業(yè)論文撰寫提綱及實施計劃、文獻綜述（理、工科可不提交文獻綜述）等。 3、 電腦打印，用A4紙，內容為小四號宋體，行距為固定值20磅。 4、 文獻綜述（按文獻綜述格式打?。└皆陂_題報告后面一起裝訂。 文獻綜述內容： 本科畢業(yè)設計（論文） 載貨汽車前空氣懸架總成的設計 學 院 機械工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 提交日期 2016年 月 日 華南理工大學廣州學院 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，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果由本人承擔。 學位論文作者簽名： 日期：2016年 月 日 學位論文版權使用授權書 本人完全了解華南理工大學廣州學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：按照有關要求提交學位論文的印刷本和電子版本；華南理工大學廣州學院圖書館有權保存學位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；可以采用復印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；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容。 學位論文作者簽名： 日期：2016年 月 日 指導教師簽名： 日期：2016年 月 日 作者聯(lián)系電話： 電子郵箱： 摘 要 當今社會，汽車工業(yè)的發(fā)展無時不刻都在影響著國家經(jīng)濟的發(fā)展，人類的進步離不開汽車工業(yè)的發(fā)展。在全球經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境下，中國各個行業(yè)被其他國家的先進技術影響的同時，越來越多的外國企業(yè)和品牌傳播到中國已經(jīng)成為現(xiàn)實。在新的市場需求的推動下，對載貨汽車前空氣懸架進行改良和優(yōu)化是當務之急。生產載貨汽車前空氣懸架的企業(yè)，必須充分考慮到在載貨汽車前空氣懸架運行中可能出現(xiàn)的問題，盡量使載貨汽車前空氣懸架的標準化程度越高越好，穩(wěn)定和強度越來越好，國內載貨汽車前空氣懸架的研發(fā)及制造要與全球號召的穩(wěn)固牢靠、性能穩(wěn)定主題保持一致。載貨汽車前空氣懸架的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術的水平密切相關。 本次畢業(yè)設計的題目是載貨汽車前空氣懸架總成的設計，通過設計出載貨汽車前空氣懸架總成，來了解它的結構和工作原理，并對之進行優(yōu)化，使得設計出來的載貨汽車前空氣懸架總成的結構更合理，更安全。 關鍵詞：汽車 載貨汽車前空氣懸架 原理 結構 Abstract In today's society, the development of the automobile industry is affecting the development of the national economy, and the progress of human being can not be separated from the development of the automobile industry. In the global economic development environment, China's various industries are affected by the advanced technology of other countries at the same time, more and more foreign enterprises and brand spread to China has become a reality. Under the impetus of new market demand, it is urgent to improve and optimize the front air suspension. The production of truck air suspension of the enterprise, must give full consideration to the problems that may appear in the truck front air suspension operation, try to make the truck before the standardization of the air suspension, the higher the better, stability and strength is getting better and better, the domestic truck before R & D and manufacturing of air suspension to consistent with the call for a global firm, stable performance theme. The development of front air suspension is closely related to the progress of human society and the level of science and technology. The topic of this graduation design is the truck front air suspension assembly design, through the design of the truck front air suspension assembly, to understand its structure and working principle, and the optimization, makes the design of truck front air suspension assembly structure more reasonable and more secure. Keywords：Driving roller Crankshaft Processing craft Significance 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本課題研究的內容 3 1.3懸架的概述 3 1.4懸架的分類 3 2 空氣懸架結構 7 2.1空氣懸架結構簡介 9 3 載貨汽車前空氣懸架總體結構的設計 12 3.1推力桿的設計計算 14 3.2推力桿的強度計算與校核 16 3.3螺栓的選型計算 18 3.4彈性元件的設計 20 3.5空氣彈簧力學性能 21 3.6高度控制閥 22 4 懸架導向機構的設計 24 4.1懸架導向機構的概述及強度受力計算 24 4.2橫向穩(wěn)定桿的選擇 25 4.3穩(wěn)定桿的橫向載荷及強度 25 4.4懸架及整車的剛度 26 結 論 27 參考文獻 28 致 謝 29 1 緒論 1.1 課題的來源與研究的目的和意義 我國公路條件的改善為汽車空氣懸架創(chuàng)造了基本的使用條件。國內高速公路的發(fā)展對汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求，對空氣懸架國內市場產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各地受到重視，使空氣懸架在重型車市場的應用也將進一步擴大，為適應高速公路運輸?shù)男枰?，高級載貨汽車和大型載貨車都必須使用空氣懸架。 載貨汽車市場的快速發(fā)展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等級載貨汽車的銷售量直接相關，據(jù)統(tǒng)計，我國高級載貨汽車的市場以每年15％的速度增長。根據(jù)國家汽車行業(yè)“十五規(guī)劃”要求：我國的載貨汽車將“重點發(fā)展適應高速公路需要的大中型載貨汽車，專用載貨汽車底盤及關鍵總成”并“根據(jù)市場需求適當發(fā)展高檔旅游載貨汽車”。“十五規(guī)劃”預測，2005年大中型載貨汽車年需求量為12～16萬輛(其中大型載貨汽車為3～5萬輛，中型載貨汽車為9～11萬輛)，2002年7月，交通部頒布實施《營運載貨汽車類型劃分及等級評定》(JT/T325-2002)行業(yè)標準，新頒布實施的標準里面對大中型載貨汽車配置懸架類型作了規(guī)定，其中高級大中型載貨汽車必須采用空氣懸架，這為空氣懸架產品的推廣使用創(chuàng)造了一個良好的外部環(huán)境。 本論文主要對載貨汽車前空氣懸架進行設計。通過對載貨汽車前空氣懸架進行設計，來了解載貨汽車前空氣懸架的結構組成、工作原理以及以后的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀。 我國生產的載貨汽車前空氣懸架結構簡陋，穩(wěn)定系數(shù)始終不高，雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展，近期產品的質量較早期有所提高。但受國產配套件質量及設計水平等的影響，我國目前生產的載貨汽車前空氣懸架的總體水平與進口產品及港口用戶的要求仍有較大差距，載貨汽車前空氣懸架的生產也是如此，為滿足市場需求，開發(fā)出一種新型的載貨汽車前空氣懸架勢在必行！本文運用大學所學的知識，提出了載貨汽車前空氣懸架的結構組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，構建了載貨汽車前空氣懸架總的指導思想，從而得出了該載貨汽車前空氣懸架的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且校正質量高，運行平穩(wěn)的結論。 通過設計載貨汽車前空氣懸架，要求學生掌握大學四年所學到的知識，了解機械原理，機械設計，以及傳動機構設計等方面的知識，綜合運用繪圖軟件對載貨汽車前空氣懸架進行設計。通過本次畢業(yè)設計，綜合提高學生的實際應用水平和設計能力。 相信此種載貨汽車前空氣懸架的出現(xiàn)將會大大提高載貨汽車前空氣懸架的穩(wěn)定性和質量，為企業(yè)的生產的年產能方面，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 本課題研究的內容 本次設計主要針對載貨汽車前空氣懸架進行設計，從載貨汽車前空氣懸架的整體方案出發(fā)，然后具體細化出具體內部結構，其具體內部結構主要包括以下幾個方面： （1）通過網(wǎng)絡和圖書館查找各種關于載貨汽車前空氣懸架的相關資料，對載貨汽車前空氣懸架進行方案的比較和預定。 （2）分析載貨汽車前空氣懸架的結構與參數(shù) （3）確定設計總體方案 （4）確定具體設計方案 （5）載貨汽車前空氣懸架圖紙的繪制。 （6）說明書的整理 1.3懸架的概述 懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力）、縱向反力（牽引力和制動力）和側向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架（或承載式車身）上，以保證汽車的正常行駛。 現(xiàn)代汽車的懸架盡管有各種不同的結構形式，但是一般都由彈性元件、減振器和導向機構三部分組成。由于汽車行駛的路面不可能絕對平坦，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時，這種沖擊力將達到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車架和車身時，可能引起汽車機件的早期損壞，傳給乘員和貨物時，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車行駛系統(tǒng)中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸架中還必須裝有彈性元件，使車架（或車身）與車橋（或車輪）之間作彈性聯(lián)系。但彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將產生振動。持續(xù)的振動易使乘員感到不舒適和疲勞。故懸架還應當具有減振作用，使振動迅速衰減（振幅迅速減?。榇?，在許多結構形式的汽車懸架中都設有專門的減振器。 1.4 懸架的分類 根據(jù)導向機構型式的不同，汽車懸架又可分為非獨立懸架和獨立懸架。非獨立懸架的結構特點是，左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過懸架和車價（或車身）連接；獨立懸架的結構特點是，左、右車輪通過各自的懸架與車架（或車身）連接。 獨立懸架是每一側的車輪都是單獨地通過彈性懸架懸掛在車架或車身下面的。其優(yōu)點是：質量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；可以使發(fā)動機位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪單獨跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動。不過，獨立懸架存在著結構復雜、成本高、維修不便的缺點?，F(xiàn)代轎車大都是采用獨立式懸架，按其結構形式的不同，獨立懸架又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架等。 圖1.2 獨立懸架 非獨立懸架的結構特點是兩側車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。非獨立懸架具有結構簡單、成本低、強度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點，但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。 圖1.3 非獨立懸架 2 空氣懸架結構 2.1空氣懸架結構簡介 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)導向機構 導向機構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，所以需要安裝導向機構以承受橫向力、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?？諝庾鳛榭諝鈴椈傻墓ぷ鹘橘|，內摩擦極小，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：①隨整車載荷變化保持合理的懸架行程；②高速時降低車身高度，保持車身穩(wěn)定性，減少空氣阻力；⑨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，所以必須裝有壓氣機以產生壓縮空氣，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?，F(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度和反應速度。但在功能好的同時也有其缺點：這種汽車懸架的結構更為復雜，而且成本非常高。所以在國內應用的還不是很廣泛，但是這是汽車懸架發(fā)展的必然趨勢。 3 載貨汽車前空氣懸架總體結構的設計 3.1推力桿的設計計算 本次設計的載貨汽車前空氣懸架的轉推力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）初步確定推力桿的直徑 mm （3.32） 根據(jù)工作條件，取mm （2）傳動推力桿受力分析 N （3.33） N （3.34） N （3.35） 圖4.1 傳動推力桿的受力簡圖 （3）繪制傳動推力桿的受力簡圖，求支座反力 ①垂直面支反力： 由，得： （3.36） 由，得： N （3.37） ②水平面支反力： 由，得： （3.38） N 由，得： N （3.39） （4）作彎矩圖： ①垂直面彎矩圖： C點 N·mm （3.40） ②水平面彎矩圖： C點 N·mm （3.41） ③合成彎矩圖： C點 N·mm （3.42） （5）作轉矩T圖： N·mm （6）校核推力桿的強度： 按彎扭合成應力校核推力桿的強度 校核推力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，推力桿的計算應力 MPa （3.43） 選定推力桿的材料為45鋼，調質處理，由文獻[1]表可知，MPa。因此，，故安全。 （7）精確校核推力桿的疲勞強度 ①判斷危險截面 從應力集中對推力桿的疲勞強度的影響來看，截面IV和V引起的應力集中最嚴重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應力最大，但應力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。 ②截面V左側 抗彎截面系數(shù) mm （3.44） 抗扭截面系數(shù) mm （3.45） 截面V左側的彎矩M為 Mpa （3.46） 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應 Mpa （3.47） 截面上的扭轉切應力MPa （3.48） 推力桿的材料為45鋼，調質處理。由文獻[1]表可知，MPa，MPa，MPa。 由文獻[1] 附表可知，用插入法求出 ， 推力桿按精車加工，由文獻[1] 附圖可知，表面質量系數(shù)為： 推力桿未經(jīng)表面強化處理， 固得綜合系數(shù)為 （3.49） 由文獻[1] §，§可知，碳鋼的特性系數(shù) 取 取 所以推力桿在截面V左側的安全系數(shù)為 （3.50） （3.51） （3.52） 故該推力桿在截面V左側的強度是足夠的。 3.2推力桿的強度計算與校核 截面V右側 抗彎截面系數(shù) mm 抗扭截面系數(shù) mm 截面V左側的彎矩M為 MPa 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應力 MPa 截面上的扭轉切應力 MPa 截面上由于推力桿肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按文獻[1]附表查取。因，， ， 又由文獻[1]附圖可得推力桿的材料的敏感系數(shù)為 ， 故有效應力集中系數(shù)按文獻[1，附]為 （3.53） 由文獻[1]附圖可得推力桿的截面形狀系數(shù)為 由文獻[1]附圖可得推力桿的材料的敏感扭轉剪切尺寸系數(shù)為 綜合系數(shù)為 所以推力桿在截面V左側的安全系數(shù)為 故該推力桿在截面V左側的強度是足夠的。 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應力在剪切面內是均勻分布的，若為剪切面面積，則應力為：? 與剪切面相切，故為剪應力。 2、擠壓實用計算 在工程上也使用相似剪切的計算方法，假設擠壓應力是均勻分布的，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。? 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： ?先按剪切強度設計：? ≤??≤ d≥ 再用擠壓強度條件設計，擠壓力為，所以? ≤? ?≤ d≥ 最后得到螺栓的抗大強度和抗剪強度是合適的。 3.4 彈性元件的設計 空氣懸架多應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用。其彈性元件是由夾有簾線的橡膠囊或模和充入其內腔的壓縮空氣所組成的。這種懸架除彈性元件、減振器和導向機構外，一般還裝有車身高度調節(jié)裝置。 由于空氣彈簧可以設計的比較柔軟，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保持不變，從而提高了汽車的平順性?？諝鈶壹艿牧硪粋€優(yōu)點在于通過調節(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、質量小以及噪音低等一些優(yōu)點。 按照結構特點，空氣彈簧可以分為囊式和膜式兩大類，囊式空氣彈簧結構相當簡單，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。 本設計的膜式的空氣彈簧。 圖5.1 空氣彈簧 24 3.5 空氣彈簧力學性能 空氣彈簧的支承、彈性作用取決于空氣彈簧內的壓縮空氣。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性能。 空氣彈簧是利用橡膠氣囊內壓縮空氣的反作用力作為彈性恢復力的彈性元件。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) 式中γ為剛度比，Pa為絕對壓力（/），A為空氣彈簧的有效面積，V為彈簧的體積，P為示壓強 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，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腔作為輔助氣室來增大氣體體積，從而降低彈簧剛度。 前懸的空氣彈簧剛度K計算: =10600 =114γ+17.78 當靜剛度比γ=1時 131.78 當動剛度比γ=1.4時 177.38 用下式計算固有頻率： （5.2） 式中g為重力加速度980;W為簧上質量 當用靜剛度比時則 合格 當用動剛度比時則 合格 彈簧的剛度公式為 從中可以看出，要想獲得較軟的剛度，應該增大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向力及轉矩，必須為懸架選擇恰當?shù)膶驐U系。目前常用的有以下三種方式：①用鋼板彈簧作為導向元件，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近似保持不變。②縱臂式，這種方式增加了設計的靈活性，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。③A型架式，實際上為縱臂式的變形，其側向剛度較大，可減小車身側向擺動的加速度，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，后懸采用縱臂式導向機構。 空氣懸架車身高度調節(jié)機構是一端固定在車架、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，由于垂向振動或側傾，車身與車橋之間總會發(fā)生相對位移。在設計車身高度調節(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節(jié)器頻繁動作。 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和不帶延時機構。考慮到目前國內空氣懸架多采用機械式高度閥，因此針對帶延時機構和不帶延時機構的兩種機械式高度閥進行研究。 不帶延遲機構的高度閥工作原理：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；車架恢復到一定高度后，控制桿會返回平衡位置，此時進氣閥被關閉，壓縮空氣關斷。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，空氣彈簧內的空氣經(jīng)節(jié)流通道和活塞內的通道排出。 4 懸架導向機構的設計 4.1 懸架導向機構的概述及強度受力計算 空氣懸架的主要組成部分除了空氣彈簧以外，還有導向桿件、減振器、橫向穩(wěn)定器、高度控制組件及緩沖限位部件等組成。其中，導向機構發(fā)揮著非常重要的作用。 導向傳力機構是空氣懸架中的重要部件，要承受汽車的縱向力、側向力及其力矩，因此要有一定的強度，布置方式要合理，避免運動干涉?？諝鈴椈稍趹壹苤兄饕惺艽怪保瑴p振、消振，如果導向機構設計得不合理，則會增加空氣彈簧的負擔，甚至會發(fā)生扭曲、摩擦等現(xiàn)象，惡化減振效果，縮短彈簧的壽命。 汽車空氣懸架導向機構的主要作用是：①在車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間傳遞力或力矩。②使車橋(或車輪)按一定軌跡相對車身或車架跳動。 圖4.1 導向桿受力分析 圖4.2 導向桿斷面圖 （6.1） （6.2） (6.3) (6.3) （6.4） (6.5) 式中c=337 mm e=346.4 mm A=844.46 得 =5.47 =5.4 導向桿材料的 則高的破壞安全率及降伏安全率分別為=8.7＞1.6 合格 =5.1＞1.3 合格 則低的破壞安全率及降伏安全率分別為=8.9＞1.6 合格 =5.19＞1.3 合格 4.2 橫向穩(wěn)定桿的選擇 為了降低汽車的固有振動頻率以改善行駛平順性，現(xiàn)在轎車懸架的垂直剛度值較小，從而使汽車的側傾角剛度值也較小，結果是汽車轉彎側傾嚴重，影響了汽車的行駛穩(wěn)定性。為此，現(xiàn)代汽車大多都裝有橫向穩(wěn)定桿來加大懸架的側傾角剛度以改善汽車的行駛穩(wěn)定性。橫向穩(wěn)定桿帶來的好處除了可以增加懸架的側傾角剛度，從而減小汽車轉向時車身的側傾角外，適當?shù)剡x擇前、后懸架的側傾角剛度比值，也有助于使汽車獲得所需的不足轉向特性。通過，在汽車的前、后懸架中都裝有橫向穩(wěn)定桿，或者只在前懸架中安裝。若只在后懸架中安裝，則會使汽車趨于過多轉向。橫向穩(wěn)定桿帶來的不利因素有：當汽車在坑洼不平的路面行駛時，左右輪之間有垂向相對位移，由于橫向穩(wěn)定桿的作用，增加了車輪處的垂向剛度，會影響汽車的平順性。 在有些懸架中，橫向穩(wěn)定桿還兼起部分導向桿系的作用，其余情況下則設計時應當注意避免與懸架的導向桿系發(fā)生運動干涉。為了緩沖隔振和降低噪聲，橫向穩(wěn)定桿與車輪及車架的連接處均有橡膠支承。 4.3 穩(wěn)定桿的橫向載荷及強度 圖6.3 橫拉桿的受力 軸力 （6.6） 式中=3300 kg θ= 則=3415 kg 施加在桿上的拉伸（或壓縮）應力= 則＞1.6 合格 ＞1.3 合格 4.4 懸架及整車的剛度 先分別計算前、后軸的側傾剛度，然后再計算整車側傾剛度 6.4.1前軸的側傾剛度 圖6.4 前軸的整車參數(shù) 6.4.2后軸的側傾剛度及側傾中心 圖6.5 后軸的整車參數(shù) 整車的側傾剛度 連接前后側傾中心的軸線稱為側傾軸。 側傾力矩和側傾角 這里 μ=0.3 , W=16000kg , H=1310mm 把 h=635mm , G=6.707X107kgmm 代入得： 因為要求滿足的側傾角為： （允許有的誤差），所以合格 結 論 直到今天，畢業(yè)設計總算接近尾聲了，通過這次對于載貨汽車前空氣懸架總成的設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，特別是對載貨汽車前空氣懸架總成的設計有了深刻的體會，讓我收益頗多。特別是針對機械的機構設計這部分，我感觸最深，在以后的工作中，我相信我還會遇到很多類似的問題，但是有了這次的學習和設計經(jīng)歷，我想我已經(jīng)初步具備了設計一個機械設備的能力，我已經(jīng)做好了準備，在以后的工作中，邊工作邊學習，爭取在工作中提高，在工作中學習，爭取做一個對于社會，對家庭有用的人。 致 謝 時間過得很快，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導，才讓我學到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學術上對我精心指導，在生活上面也給予我無微不至的關懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學階段的學業(yè)，也學到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，創(chuàng)新的學術風格，認真負責，無私奉獻，寬容豁達的教學態(tài)度都是我們應該學習和提倡的。通過近半年的設計計算，查找各類載貨汽車前空氣懸架總成的相關資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻 [1]張福學編著.載貨汽車前空氣懸架的應用.北京：電子工業(yè)出版社，2000：59-62 [2]何發(fā)昌著，邵遠編著.載貨汽車前空氣懸架的原理.北京：高等教育出版社，1996：77-80 [3]張利平著. 實用技術速查手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.12：15-18 [4]李寶仁著. 氣動技術—低成本綜合自動化. 北京：機械工業(yè)出版社，1999.9：80-82 [5]宋學義著. 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