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ICS XXXXXXX X XX 中 華 人 民 共 和 國(guó) 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T XXXXX-XXXX 商用汽車空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 Design Criteria of Air Suspension System for Commercial Vehicle XXXX-XX-XX 發(fā)布 XXXX-XX-XX 實(shí)施 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局 中 國(guó) 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 化 管 理 委 員 會(huì) 發(fā) 布 GB/T XXXXX-XXXX 目 次 前言 Ⅱ 1 目的與適用范圍 1 2 規(guī)范性引用文件 1 3 采用空氣懸架的目的 1 4 對(duì)空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 1 5 空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整車總體設(shè)計(jì)的關(guān)系 2 6 主要結(jié)構(gòu)件選型及布置 3 附錄 A (規(guī)范性附錄) 空氣彈簧剛度和固有頻率的理論計(jì)算公式 10 附錄 B (規(guī)范性附錄) 空氣彈簧彈性特性曲線及剛度、固有頻率 12 附錄 C (規(guī)范性附錄) 減振器額定阻力的計(jì)算 15 附錄 D (規(guī)范性附錄) 汽車側(cè)傾角和抗側(cè)傾能力計(jì)算 17 附錄 E (規(guī)范性附錄) 汽車縱傾角和抗縱傾能力計(jì)算 23 I GB/T XXXXX-XXXX 前 言 本標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)第一個(gè)涉及商用汽車空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范化的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目的是為了使產(chǎn)品設(shè) 計(jì)人員了解空氣懸架的基本概念、站在整車的高度了解空氣懸架的要求，提供并規(guī)范實(shí)用的空氣懸 架系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，促進(jìn)空氣懸架系統(tǒng)在汽車行業(yè)的應(yīng)用。 本標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)提出。 本標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)提出。 本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。 本標(biāo)準(zhǔn)起草單位： II GB/T XXXXX-XXXX 商用汽車空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 1 目的與適用范圍 為了使設(shè)計(jì)人員了解空氣懸架的基本概念、空氣懸架在整車設(shè)計(jì)中的地位、與整車及其它系統(tǒng)的相 關(guān)性，并提供實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，特制定本規(guī)范。 本規(guī)范適用于所有商用汽車的空氣懸架系統(tǒng)，是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)的支持性文件，僅涉及到設(shè)計(jì)、 開發(fā)流程中前期的方案設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容。 ２ 規(guī)范性引用文件 下列文件中的條款通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注明日期的引用文件，其隨后所有 的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研 究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。 GB/T GB/T GB/T 商用汽車空氣懸架術(shù)語(yǔ) 商用汽車懸架用空氣彈簧 商用汽車懸架用橡膠鉸接頭 QC/T 474 客車平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)及限值 QC/T 491 汽車筒式減振器尺寸系列及技術(shù)條件 QC/T 545 汽車筒式減振器臺(tái)架試驗(yàn)方法 GB/T 4783 汽車懸掛系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比測(cè)定方法 GB/T 4970 汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法 GB/T 7031 車輛振動(dòng)輸入 路面平度表示方法 ３ 采用空氣懸架的目的 采用空氣懸架的主要目的是改善汽車的行駛平順性和減小車輪對(duì)地面的動(dòng)載、延長(zhǎng)車輛零部件的使 用壽命。 3.1 影響行駛平順性的主要系統(tǒng)是懸架、輪胎、座椅等，其中懸架系統(tǒng)是關(guān)鍵。平順性決定乘員的舒 適性和貨物的完好率。 3.2 影響車輪對(duì)地面動(dòng)載系數(shù)的主要參數(shù)是懸架剛度與阻尼、輪胎剛度、簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量的比 值。動(dòng)載系數(shù)決定了輪胎與地面的附著能力從而影響操縱穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)路面的破壞程度和零部件的使 用壽命有顯著的影響。 4 對(duì)空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 4.1 空氣懸架應(yīng)達(dá)到較高的平順性指標(biāo) 客車空氣懸架的平順性指標(biāo)必須達(dá)到 QC/T 474 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。而該指標(biāo)是根據(jù) GB/T 4970 標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定的方法及 GB/T 7031 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的路面條件進(jìn)行試驗(yàn)的。為達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)限值，推薦選擇下述設(shè)計(jì)參 數(shù)： 4.1.1 空氣懸架系統(tǒng)自然振動(dòng)固有頻率——偏頻 現(xiàn)階段選擇 1.2～1.4 Hz（72～85 cpm），路面平度進(jìn)一步改善之后，高檔次客車選擇 1.0～1.16 Hz （60～70 cpm）。 4.1.2 空氣懸架系統(tǒng)相對(duì)阻尼系數(shù)（或稱阻尼比，非周期系數(shù)） 選擇滿載狀態(tài)的相對(duì)阻尼系數(shù) 0.25～0.35（山區(qū)使用可加大到 0.5）作為平均值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或樣 本選擇減振器規(guī)格尺寸和額定復(fù)原阻力及額定壓縮阻力，參見 6.3.3 及附錄 C。 4.2 空氣懸架應(yīng)具有較低的輪荷動(dòng)載系數(shù) 盡量選擇較低的偏頻和適度的相對(duì)阻尼系數(shù)，增大簧載和非簧載質(zhì)量比，就可以減小動(dòng)載系數(shù)，這些與 平順性的改善是一致的。目前還沒(méi)有定量的設(shè)計(jì)方法和指標(biāo)，只需在設(shè)計(jì)中定性地考慮。 4.3 空氣懸架應(yīng)保證有足夠的抗側(cè)傾和抗縱傾能力 1 GB/T XXXXX-XXXX 4.3.1 抗側(cè)傾能力 一般按一定側(cè)向加速度或側(cè)向力作用下，車身或簧載質(zhì)量對(duì)地面的穩(wěn)態(tài)側(cè)傾角大小來(lái)衡量抗側(cè)傾能 力。也可以用其倒數(shù)，即，產(chǎn)生單位側(cè)傾角（弧度）所需要的側(cè)向加速度（以 g 為單位）或慣性力強(qiáng)度 （即單位簧載重量的慣性力，無(wú)量綱）來(lái)評(píng)價(jià)，后者稱為側(cè)傾阻抗或側(cè)傾穩(wěn)定性系數(shù)。 推薦在 0.4g 側(cè)向加速度作用下，客車的穩(wěn)態(tài)側(cè)傾角取 4～6，高速客車取下限，低速客車取上限。 相當(dāng)于側(cè)傾阻抗 3.8～5.7。多數(shù)非空氣懸架汽車側(cè)傾阻抗5。 4.3.2 抗縱傾能力 抗縱傾能力主要是抗制動(dòng)點(diǎn)頭，同樣可以用一定制動(dòng)減速度或慣性力作用下的縱傾角來(lái)衡量。也可 以用其倒數(shù)，即，產(chǎn)生單位縱傾角（弧度）所需要的縱向減速度（以 g 為單位）或慣性力強(qiáng)度（即單位 簧載重量的慣性力，無(wú)量綱）來(lái)評(píng)價(jià)，后者稱為縱傾阻抗或縱傾穩(wěn)定性系數(shù)。 推薦縱傾阻抗20，相當(dāng)于在制動(dòng)減速度為 0.5g 作用下，縱傾角1.5。 4.4 空氣懸架設(shè)計(jì)中應(yīng)充分利用其特有優(yōu)點(diǎn) 4.4.1 較理想的彈性特性，包括： 4.4.1.1 空、滿載之間有較好的等頻性。 4.4.1.2 彈性特性呈反 S 形，增大動(dòng)容量，防止懸架"擊穿"。 4.4.2 可達(dá)到較低的剛度，且不會(huì)引起空、滿載之間因靜撓度即車身高度變化太大而受到限制。 4.4.3 高度控制閥除了自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)位置的車身高度不變之外，還可用來(lái)調(diào)節(jié)車身抬高或下降（下跪）， 以提高通過(guò)性或方便乘客上、下車。對(duì)于載貨車或半掛車，可維持貨箱底板與裝卸貨平臺(tái)等高。 4.4.4 幾乎消除了全部摩擦阻尼，懸架系統(tǒng)全部由粘性阻尼消振，其效果是： 4.4.4.1 降低微幅振動(dòng)的動(dòng)剛度，改善高頻域的傳遞特性。 4.4.4.2 消除由于摩擦引起的懸架異響。 5 空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整車總體設(shè)計(jì)的關(guān)系 5.1 整車總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 整車總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是給系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并為其后續(xù)的結(jié)構(gòu)工程化設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。包括進(jìn) 行合理的底盤系統(tǒng)及附件的布置、前后輪跳動(dòng)空間的確定、轉(zhuǎn)向桿系的布置、初步結(jié)構(gòu)的確定、整車性 能匹配計(jì)算、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析、主要結(jié)構(gòu)件有限元分析和制造工藝分析、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析、系統(tǒng)成本初步 分析、繪制總體設(shè)計(jì)方案圖等。 5.2 空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整車總體設(shè)計(jì)的相關(guān)性 傳動(dòng)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 產(chǎn)品"三化" 空氣懸架系統(tǒng) 輪胎 制動(dòng)系統(tǒng) 車身結(jié)構(gòu) 車架結(jié)構(gòu) 車橋結(jié)構(gòu) 操縱穩(wěn)定性 行駛平順性 安全性 舒適性 圖 1 2 GB/T XXXXX-XXXX 6 主要結(jié)構(gòu)件選型及布置 在確定總體方案后，就應(yīng)該進(jìn)行結(jié)構(gòu)件的選型及布置。商用汽車空氣懸架的結(jié)構(gòu)件主要有：彈性元 件--氣簧組件、阻尼元件--減振器、導(dǎo)向元件--板簧導(dǎo)向臂及推力桿等、控制元件--高度控制閥或電控 系統(tǒng)（ECAS）、其他附件--穩(wěn)定桿及結(jié)構(gòu)連接件等。 6.1 彈性元件--氣簧組件，參見標(biāo)準(zhǔn) GB/T 6.1.1 氣簧承載能力 商用汽車懸架用空氣彈簧。 6.1.1.1 在氣簧內(nèi)壓 5～9.5 bar(氣源為 8 bar，氣簧內(nèi)壓 5～5.5 bar；氣源為 10 bar，氣簧內(nèi)壓 7～ 7.5 bar；氣源為 12 bar，氣簧內(nèi)壓 9～9.5 bar)時(shí)，氣簧載荷能力必須大于等于設(shè)計(jì)滿載狀態(tài)下的簧 載質(zhì)量。對(duì)公交車等超載情況較多的車型，氣簧內(nèi)壓要取下限；對(duì)旅游、客運(yùn)等超載情況不多的車型， 氣簧內(nèi)壓可取上限。 6.1.1.2 在氣簧允許最小內(nèi)壓時(shí)，氣簧載荷能力必須小于等于設(shè)計(jì)空載狀態(tài)下的簧載質(zhì)量。對(duì)半掛牽 引車，氣簧載荷能力必須小于等于牽引車單車狀態(tài)下的簧載質(zhì)量。對(duì)于客車，必須小于等于自行底盤狀 態(tài)下的簧載質(zhì)量。 6.1.2 氣簧工作行程及空間 6.1.2.1 氣簧許用行程：必須大于設(shè)計(jì)要求的最大行程（注意：要計(jì)算杠桿比和傾角的影響）。 6.1.2.2 氣簧在設(shè)計(jì)位置盡量避免活塞相對(duì)上蓋偏心，跳動(dòng)過(guò)程中避免產(chǎn)生內(nèi)部干涉。 6.1.2.3 氣簧布置空間：比氣簧的最大半徑大 25 mm 以上，以防止異物刮傷。 6.1.3 左右氣簧跨距 在滿足布置空間要求的前提下，盡可能增大橫向中心距。 6.1.4 氣簧剛度及固有頻率 可以根據(jù)理論計(jì)算公式，更多的是利用供應(yīng)商提供的氣簧彈性特性曲線或表格，查到在設(shè)計(jì)高度和 設(shè)計(jì)氣壓條件下的氣簧剛度和/或頻率，并按照具體設(shè)計(jì)的杠桿比關(guān)系，求到空氣懸架系統(tǒng)的剛度和偏 頻（參見附錄 A、B）。 6.2 控制元件--高度閥數(shù)目和安裝 6.2.1 三閥：理論上講三點(diǎn)定一平面，所以采用三閥布置最合理。因?yàn)椴捎脝伍y的懸架，左、右空氣 彈簧氣路相通，其角剛度為零。一般車型采用前 1 后 2 布置方式，獨(dú)立懸架車型可采用前 2 后 1 布置方 式。兩個(gè)高度閥應(yīng)盡量布置在側(cè)傾角剛度大的懸架，以增大整車角剛度。 6.2.2 四閥：對(duì)于前懸架采用獨(dú)立懸架，后懸架采用 C 形梁大跨距氣簧，為了充分發(fā)揮其增大角剛度 的設(shè)計(jì)，可以前、后都采用兩個(gè)高度閥。對(duì)于 62 特大型客車，二、三橋單側(cè)氣簧連通，也是左、右 各布置一個(gè)高度閥；如果前懸架采用兩個(gè)高度閥，就成為四閥布置。但四閥布置屬超定位，只適宜用于 行駛在較好路面而且停放在平地上的大、中型客車。 6.2.3 五閥：對(duì)于特大型的 62 通道（鉸接）式客車，一般采用前 1 中 2 后 2 的布置，也有采用前 2 （獨(dú)立懸架）中 1 后 2 的布置。 6.2.4 二閥：前、后懸架各只裝一個(gè)閥，左、右氣簧連通，其角剛度為零。汽車的左、右支撐即角剛 度全靠穩(wěn)定桿和導(dǎo)向臂來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種布置僅用于單縱臂空氣懸架系統(tǒng)，是比較罕見的設(shè)計(jì)。 6.2.5 高度控制閥的安裝：高度控制閥水平擺臂的臂長(zhǎng)應(yīng)200 mm，臂端與柔性接頭相連，可上下調(diào) 節(jié)。如果整車的另一懸架為非空氣懸架，其高度會(huì)隨載荷變化，則空氣懸架高度閥的擺臂應(yīng)布置成與汽 車縱軸線垂直，以免高度受其影響。 6.2.6 空氣懸架與非空氣懸架混合的多軸汽車，如果超定位，就不宜采用高度控制閥，應(yīng)改用感載閥。 6.3 阻尼元件--減振器 6.3.1 減振器的作用 減振器是一種粘性阻尼元件，它能產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相反，與運(yùn)動(dòng)速度成比例的阻力。 6.3.2 減振器的功能 減振器的阻力與運(yùn)動(dòng)速度的比值稱為阻尼系數(shù)，在振動(dòng)系統(tǒng)即懸架系統(tǒng)中它與簧載質(zhì)量、彈性元件 剛度等形成相對(duì)阻尼系數(shù)（又稱阻尼比或非周期系數(shù)），對(duì)系統(tǒng)的振動(dòng)起重要影響。相對(duì)阻尼系數(shù)的功 能主要有兩方面： 6.3.2.1 對(duì)自然振動(dòng) 當(dāng)懸架系統(tǒng)受到單一脈沖后，產(chǎn)生自然振動(dòng)，減振器能使振幅衰減，而且系統(tǒng)的固有頻率略為降低。 相對(duì)阻尼系數(shù)越大，兩者的降幅越大。 3 GB/T XXXXX-XXXX 6.3.2.2 對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng) 汽車行駛中，懸架系統(tǒng)實(shí)際上處在隨機(jī)輸入的強(qiáng)迫振動(dòng)工況，通常用頻率響應(yīng)（幅頻特性）來(lái)描述 這種工況。系統(tǒng)的相對(duì)阻尼系數(shù)增大，使共振區(qū)的加速度增益明顯減小，但非共振區(qū)的增益卻增大，反 之亦然。所以，減振器阻尼值對(duì)不同頻域振動(dòng)的抑制作用是不同的，應(yīng)合理選擇。 6.3.3 減振器額定阻力和工作缸直徑的選擇方法 6.3.3.1 選定期望的相對(duì)阻尼系數(shù) a) 對(duì)于摩擦較大的彈性元件，如鋼板彈簧，取=0.1～0.2； b) 對(duì)于摩擦較小的彈性元件，如空氣彈簧，取=0.25～0.35； c) 行駛路面較好的取下限，反之取上限，山區(qū)使用可加大到 0.5。 6.3.3.2 按標(biāo)準(zhǔn) QC/T 545-1999 規(guī)定的臺(tái)架試驗(yàn)規(guī)范選定運(yùn)動(dòng)速度 =0.52(m/s)。 6.3.3.3 確定懸架設(shè)計(jì)載荷，一般按滿載簧載質(zhì)量 m。 6.3.3.4 確定懸架剛度 C。 6.3.3.5 確定減振器安裝位置的杠桿比和安裝角。 6.3.3.6 將以上參數(shù)代入相關(guān)公式（見附錄 C），計(jì)算出復(fù)原與壓縮的平均阻力 Fm。 6.3.3.7 參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或供應(yīng)商樣本的復(fù)原、壓縮阻力比值 q，代入相關(guān)公式（見附錄 C），計(jì)算出復(fù) 原阻力和壓縮阻力。 6.3.3.8 參照標(biāo)準(zhǔn) QC/T 491-1999 或供應(yīng)商樣本，選定額定的復(fù)原阻力和壓縮阻力，以及對(duì)應(yīng)的減振 器工作缸直徑。 6.3.4 減振器行程和長(zhǎng)度的確定 6.3.4.1 減振器最大壓縮（上跳）行程 對(duì)于空氣懸架，其上跳行程取決于空氣彈簧的壓縮行程，一般由氣簧內(nèi)的限位塊來(lái)限止。減振器的 最大壓縮行程也是由它決定。應(yīng)該注意的是，減振器的行程要計(jì)入杠桿比和安裝角的影響。對(duì)于非獨(dú)立 懸架，如果左、右減振器的跨距和限位塊的跨距不同，側(cè)傾時(shí)行程會(huì)被放大或縮小，要計(jì)入這個(gè)差異。 減振器的極限壓縮行程要比上述的計(jì)算最大行程多 5～10 mm，避免減振器活塞桿被頂彎。 6.3.4.2 減振器最大拉伸（下跳）行程 幾乎所有空氣懸架都借助減振器來(lái)達(dá)到下跳行程的限位，所以減振器的極限拉伸行程就是懸架的最 大下跳行程。這里也要計(jì)入杠桿比、安裝角以及跨距不同產(chǎn)生的放大或縮小的影響。減振器的極限拉伸 行程必須要小于折算后的空氣彈簧允許的最大拉伸量，以保證氣簧的安全性、不脫囊。 6.3.4.3 減振器的總行程和長(zhǎng)度 a) 減振器的總行程=極限壓縮行程+極限拉伸行程 b) 減振器的最小長(zhǎng)度=總行程+減振器基長(zhǎng)（基礎(chǔ)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度） c) 減振器的最大長(zhǎng)度=最小長(zhǎng)度+總行程=基長(zhǎng)+2 倍總行程 d) 從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 491-1999 或供應(yīng)商樣本，就可選到標(biāo)準(zhǔn)化的減振器行程。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或樣本中 具體設(shè)計(jì)的基長(zhǎng)，就可以確定減振器的最小、最大長(zhǎng)度。 6.3.5 減振器的鉸接頭和安裝角度 減振器兩端都是用橡膠件鉸接固定，分為吊環(huán)襯套式和螺桿襯墊式?？梢允莾啥送恍褪剑部梢? 是不同型式。由于減振器伸縮時(shí)伴有擺動(dòng)，這些鉸接頭產(chǎn)生轉(zhuǎn)角。為了保證橡膠件承受的應(yīng)力不致于過(guò) 大或發(fā)生滑轉(zhuǎn)，避免早期損壞，對(duì)橡膠鉸接頭的最大轉(zhuǎn)角以及減振器的安裝角度必須給于限制。 6.3.5.1 減振器橡膠鉸接頭的最大轉(zhuǎn)角 表１ 扭轉(zhuǎn)角 偏轉(zhuǎn)角 6.3.5.2 減振器的安裝角度 吊環(huán)襯套式 15 4 螺桿襯墊式 6 為了使鉸接頭的轉(zhuǎn)角達(dá)到上述要求，同時(shí)也為了減小由此引起的減振器活塞側(cè)向力，對(duì)減振器的安 裝角要求： a) 減振器中心線與地面鉛垂線的夾角，一般15，個(gè)別懸架允許＜45，這種布置應(yīng)核對(duì)鉸接 頭轉(zhuǎn)角。 4 GB/T XXXXX-XXXX b) 半掛車或某些車型的隨動(dòng)轉(zhuǎn)向橋所用的減振器，若減振器中心線與地面鉛垂線夾角45，則 需選用特殊規(guī)格減振器，該減振器儲(chǔ)油筒有特殊標(biāo)記，布置時(shí)標(biāo)記部位必須向上。 c) 減振器布置應(yīng)盡可能使下鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與減振器中心線一致，即減振器中心線垂直于下鉸接 頭與瞬時(shí)中心的連線。這時(shí)效率最高，擺角最小。 6.3.6 帶有反向限位的減振器 絕大多數(shù)空氣懸架都采用帶有反向（下跳）限位吸能的減振器，個(gè)別不用這種減振器的懸架必須有 其它裝置，例如：限位鋼絲繩、箍帶、半橢圓板簧、反向限位橡膠塊等。反向限位減振器有兩種結(jié)構(gòu)型 式： 6.3.6.1 橡膠緩沖圈。當(dāng)活塞被拉伸到最高點(diǎn)前與橡膠圈接觸，壓縮橡膠圈，阻力急驟增大，起到緩 沖限位作用。 6.3.6.2 液壓節(jié)流。當(dāng)活塞被拉伸到最高點(diǎn)附近，節(jié)流孔被逐漸關(guān)閉，阻力急驟增大，上腔油壓也急 驟增大，起到緩沖限位作用。 6.3.7 阻尼可調(diào)的減振器 6.3.7.1 調(diào)節(jié)阻尼的目的 a) 使空、滿載的相對(duì)阻尼系數(shù)接近，在不同載荷條件下，都得到較理想的減振效果。 b) 根據(jù)路面不平度狀況調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)，即，在壞路面（低頻大振幅）上行駛，增大相對(duì)阻尼系數(shù)， 以抑制共振區(qū)幅值；在好路面（高頻小振幅）上行駛，減小相對(duì)阻尼系數(shù)，以減小振動(dòng)增益。 6.3.7.2 調(diào)節(jié)阻尼的手段 a) 使用磁流變液，控制磁場(chǎng)變化以改變減振液的粘度，從而調(diào)節(jié)阻尼。 b) 借助電磁閥調(diào)節(jié)節(jié)流孔大小的變化。 c) 借助氣壓控制節(jié)流孔大小的變化，對(duì)于空氣懸架，可利用空氣彈簧內(nèi)的氣壓（反映載荷狀況） 進(jìn)行控制。 6.3.7.3 調(diào)節(jié)阻尼的方法 有手動(dòng)或自動(dòng)。若按路面狀況進(jìn)行閉環(huán)自動(dòng)控制，就成為半主動(dòng)懸架。 6.4 導(dǎo)向元件 6.4.1 導(dǎo)向元件的結(jié)構(gòu)型式及分類 6.4.1.1 獨(dú)立懸架 商用汽車空氣懸架的獨(dú)立懸架至今多數(shù)采用不等長(zhǎng)雙橫臂結(jié)構(gòu)。獨(dú)立懸架的主要優(yōu)點(diǎn)是： a) 在懸架垂直剛度相同的條件下，它比非獨(dú)立懸架的側(cè)傾角剛度大得多，約等于其 4 倍。這樣， 在選取合適的角剛度前提下，可大大降低其垂直剛度，即降低偏頻，改善平順性。 b) 由于非簧載質(zhì)量減小，使簧載與非簧載的質(zhì)量比增大，從而降低了車輪對(duì)地面的動(dòng)載系數(shù)，加 大附著能力，改善操縱穩(wěn)定性，同時(shí)減小了對(duì)道路的破壞力，延長(zhǎng)車輛零部件使用壽命。 c) 減小陀螺效應(yīng)，避免高速行駛中轉(zhuǎn)向輪擺振。 獨(dú)立懸架的主要缺點(diǎn)是： a) 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般情況下成本會(huì)增加。 b) 硬點(diǎn)的安裝尺寸要求精度高，制造和調(diào)整比較困難。 c) 鉸接點(diǎn)很多，可靠性不易保證，容易引發(fā)松動(dòng)或磨損，從而造成轉(zhuǎn)向輪擺振、制動(dòng)跑偏、輪胎 磨損等問(wèn)題。 6.4.1.2 非獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)型式非常多，常用的有： a) 縱置四連桿機(jī)構(gòu)，即雙縱臂。又可構(gòu)成多種型式： 1) 下 2 縱，上 1 縱 1 橫，又稱為四桿式四連桿。有的下縱臂同時(shí)承受垂直負(fù)荷。 2) 下 2 縱，上 V 形桿或 V 形架，又稱為 V 形桿四連桿式或 V 形架四連桿式。 3) 下 V 形桿，上 2 縱，多數(shù)用于超低地板客車。 4) 上下均為 2 縱，再加 1 橫桿，又稱為五桿式四連桿。這種結(jié)構(gòu)必須使 4 根縱桿等長(zhǎng)且平行， 側(cè)傾時(shí)才不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 b) 柔性單縱臂 一般用一根剛性臂，通過(guò)兩個(gè)彈性橡膠鉸接頭與車軸連接，成為柔性的導(dǎo)向臂。側(cè)傾時(shí)由 于橡膠鉸接頭有彈性變形，使該導(dǎo)向臂與車軸形成一個(gè)橫向穩(wěn)定桿。 5 GB/T XXXXX-XXXX 往往在剛性臂后端通過(guò)縱軸線布置的橡膠襯套與一根橫管連接，成為扭力梁，增大側(cè)傾角 剛度。該扭力梁又成為空氣彈簧活塞的支承。 c) 鋼板彈簧 根據(jù)其結(jié)構(gòu)型式，又分為： 1) 半橢圓鋼板彈簧導(dǎo)向。鋼板彈簧與空氣彈簧并聯(lián)各承受部分彈性力，成為復(fù)合式空氣懸架。 縱向及橫向均由板簧傳力和導(dǎo)向，運(yùn)動(dòng)軌跡較好，但合成剛度偏高。 2) 四分之一橢圓鋼板彈簧導(dǎo)向，又稱為鋼板彈簧導(dǎo)向臂。實(shí)質(zhì)上也是一種特殊的柔性單縱臂， 借助板簧的彈性變形起柔性作用，側(cè)傾時(shí)與車軸一起形成一個(gè)橫向穩(wěn)定桿。如果該板簧也 承受部分彈性力，就成為復(fù)合式空氣懸架，否則就是全空氣懸架，板簧只起導(dǎo)向和穩(wěn)定桿 的作用。一般要加橫向推拉桿，對(duì)橫向?qū)嵤﹤髁蛯?dǎo)向。 盡管可以將板簧剛度選取很大以獲得足夠的側(cè)傾角剛度，然而整個(gè)空氣懸架的合成剛 度仍較低。 3) 立置的四分之一橢圓鋼板彈簧，實(shí)際上是剛性單縱臂，只是橫向柔性較大。側(cè)傾時(shí)強(qiáng)迫前 工字梁扭轉(zhuǎn)變形，成為扭力梁，產(chǎn)生較大的側(cè)傾角剛度。這種結(jié)構(gòu)只適合配用于扭轉(zhuǎn)剛度 相對(duì)較小的前軸，不適合配用于后橋。也要加橫向推拉桿，對(duì)橫向?qū)嵤﹤髁蛯?dǎo)向。 d) A 形架導(dǎo)向臂 實(shí)質(zhì)上是剛性單縱臂，將左右臂鉸接頭合并成一個(gè)點(diǎn)，再加一個(gè)橫向推拉桿傳遞側(cè)向力。 一般將臂長(zhǎng)盡量加大以改善運(yùn)動(dòng)軌跡，多數(shù)用在后懸架。 6.4.2 導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 6.4.2.1 側(cè)傾力臂與抗側(cè)傾能力的校核 空氣懸架的導(dǎo)向元件決定了車輪或車軸相對(duì)車身在橫向平面里的運(yùn)動(dòng)和約束反力的傳遞，從而影響 側(cè)傾力臂的大小，是校核懸架抗側(cè)傾能力的重要方面。 a) 校核步驟,詳見附錄 D 1） 確定車輪相對(duì)車身運(yùn)動(dòng)的瞬心。 2） 確定約束反力的作用線和匯交點(diǎn)。 3） 確認(rèn)對(duì)稱中心面就是中性面。 4） 確定約束反力總合力。 5） 確定力矩中心。 6） 確定側(cè)傾力臂。 7） 計(jì)算側(cè)傾角剛度。 8） 計(jì)算側(cè)傾角和側(cè)傾阻抗。 b） 提高抗側(cè)傾能力的措施 1） 減短側(cè)傾力臂 ① 降低簧載質(zhì)量質(zhì)心高度。 ② 提高前、后懸架力矩中心離地高度。 2） 加大側(cè)傾角剛度 ① 采用獨(dú)立懸架。 ② 加大左、右氣簧中心距。 ③ 采用角剛度大的導(dǎo)向臂。 ④ 加裝橫向穩(wěn)定桿。 ⑤ 增大空氣彈簧垂直剛度。 ⑥ 采用電控系統(tǒng)，對(duì)單高度閥控制的空氣懸架實(shí)施左、右氣路隔離。 ⑦ 采用電控系統(tǒng)，在側(cè)傾時(shí)對(duì)受壓一側(cè)的懸架實(shí)施快速限位或施加反力。 6.4.2.2 縱傾力臂與抗縱傾能力的校核 空氣懸架的導(dǎo)向元件決定了車輪或車軸相對(duì)車身在縱向平面里的運(yùn)動(dòng)和約束反力的傳遞，從而影響 縱傾力臂的大小，是校核懸架抗縱傾能力的重要方面。 a） 校核步驟，詳見附錄 E 1） 確定前、后車輪相對(duì)車身運(yùn)動(dòng)的瞬心。 2） 確定約束反力的作用線和匯交點(diǎn)。 6 GB/T XXXXX-XXXX 3） 確定縱向力大小和分配。 4） 確定約束反力總合力。 5） 確定中性面的位置。 6） 確定力矩中心。 7） 確定縱傾力臂。 8） 計(jì)算縱傾角剛度。 9） 計(jì)算縱傾角和縱傾阻抗。 b） 提高抗縱傾能力的措施 1） 減短縱傾力臂 ① 降低簧載質(zhì)量質(zhì)心高度。 ② 提高力矩中心離地高度。 2）加大縱傾角剛度 ① 增大前、后懸架垂直剛度。 ② 加大軸距。 ③ 將約束反力匯交點(diǎn)布置得靠近中性面，且總合力的斜度盡量小，則縱傾角剛度就會(huì)接 近或達(dá)到最大值。 ④ 采用電控系統(tǒng)，在縱傾時(shí)對(duì)受壓一端的懸架快速限位或施加反力。 6.4.2.3 控制車輪定位參數(shù)的變化 和其它懸架一樣，空氣懸架導(dǎo)向桿系尤其是獨(dú)立懸架對(duì)車輪特別是轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)變化有決定性 作用，從而影響到操縱穩(wěn)定性以及輪胎磨損、制動(dòng)跑偏等，必須進(jìn)行校核并控制在許用范圍內(nèi)。主要的 項(xiàng)目有： a) 車輪接地點(diǎn)的橫向位移即輪距變化。 b) 車輪接地點(diǎn)的縱向位移即軸距變化。 c) 前束或前束角即轉(zhuǎn)向角變化。 d) 外傾角變化。 e) 主銷內(nèi)傾角及偏置距變化。 f) 主銷后傾角及拖距變化。 g) 非獨(dú)立懸架的軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)。 校核的方法一般是應(yīng)用專門軟件，也可用 2 維或 3 維作圖法。通常用曲線圖顯示校核結(jié)果，橫坐標(biāo) 為懸架或車輪的上、下跳動(dòng)量（行程），縱坐標(biāo)為所求參數(shù)或其變化量。往往還列出行程為50mm、 100mm 或?qū)嶋H設(shè)計(jì)極限行程所對(duì)應(yīng)的參數(shù)變化值。 6.4.2.4 干涉量的校核 空氣懸架導(dǎo)向桿系在車輪上、下跳動(dòng)或承受力矩時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的相關(guān)點(diǎn)按一定軌跡運(yùn)動(dòng)，該軌跡應(yīng) 與相關(guān)零件的連接方式所確定的軌跡協(xié)調(diào)，因而應(yīng)進(jìn)行干涉量和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的校核，并控制在許用范圍內(nèi)。 應(yīng)進(jìn)行干涉量校核的零部件有：轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿（對(duì)于獨(dú)立懸架）、傳動(dòng)軸、空氣彈簧活塞底 座等。為了減小干涉量，懸架導(dǎo)向桿系的當(dāng)量桿與上述零部件的布置應(yīng)依次遵循下列三原則： a) 固定端同向。 b) 桿向平行。 c) 桿長(zhǎng)相等。 推薦下列校核的干涉量限值為： a) 轉(zhuǎn)向縱拉桿 1) 垂直跳動(dòng)工況的校核，控制的限值：懸架車輪上跳+100 mm，縱拉桿球頭干涉量4 mm； 懸架車輪下跳-100 mm，縱拉桿球頭干涉量12 mm。 2) 縱扭工況的校核，一般只對(duì)柔性單縱臂或板簧導(dǎo)向臂進(jìn)行校核，控制的限值：最強(qiáng)制動(dòng)時(shí)， 前軸縱扭角6；縱拉桿球頭（轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭）中心置于板簧導(dǎo)向臂主片斷面中性層附 近。 b) 轉(zhuǎn)向橫拉桿 在校核前束角變化時(shí)進(jìn)行。 c) 傳動(dòng)軸 7 GB/T XXXXX-XXXX 1) 花鍵伸縮量 傳動(dòng)軸拉伸到最長(zhǎng)時(shí)，花鍵工作長(zhǎng)度不得小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，壓縮到最短時(shí)，花鍵軸與套 不得頂死。或者，按供應(yīng)商確定的傳動(dòng)軸最長(zhǎng)、最短尺寸校核。 2) 萬(wàn)向節(jié)夾角 最大夾角不得超過(guò)該傳動(dòng)軸的最大夾角，也可以反過(guò)來(lái)，按校核時(shí)求到的最大夾角， 設(shè)計(jì)或選擇傳動(dòng)軸。對(duì)于后置發(fā)動(dòng)機(jī)的客車，一般25～27。 d) 氣簧活塞底座 上、下跳動(dòng)到極限位置時(shí)，活塞中心線相對(duì)于上蓋中心線的橫向偏移量，以及偏轉(zhuǎn)角，必 須小于該空氣彈簧所規(guī)定的限值。 6.4.2.5 橡膠鉸接頭，參見標(biāo)準(zhǔn) GB/T 商用汽車懸架用橡膠鉸接頭 a) 橡膠鉸接頭的設(shè)計(jì)，一般采用各向位移（徑向拉壓、同軸扭轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)）都由橡膠變形來(lái)實(shí)現(xiàn)， 絕不能使橡膠與金屬分離并發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。這只能靠選擇合適的自由面積和封閉面積的比例， 加上合適的粘結(jié)和預(yù)壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。 b) 有些重型汽車的導(dǎo)向桿鉸接頭，為了降低受力時(shí)的拉壓應(yīng)力，往往減薄襯套厚度，這就引起扭 轉(zhuǎn)角位移許用值過(guò)小。為了消除橡膠的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，橡膠內(nèi)圓只和金屬套或復(fù)合襯套的外圓粘結(jié) 或壓配，襯套內(nèi)圈與銷軸間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種襯套內(nèi)腔要加有潤(rùn)滑脂或采用自潤(rùn)滑材料，且密 封要好。 c) 橡膠硫化之后都要收縮，凡與金屬粘結(jié)的橡膠都會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，而且是拉應(yīng)力。收縮應(yīng)力對(duì) 橡膠鉸接頭的使用壽命非常不利，容易產(chǎn)生表面裂紋，而且擴(kuò)展很快。對(duì)于自由面小，封閉面 大的襯套，收縮應(yīng)力很大。解決措施則是采用預(yù)壓縮裝配（軸向或徑向），使拉伸預(yù)應(yīng)力變?yōu)? 壓縮預(yù)應(yīng)力。當(dāng)前的橡膠鉸接頭幾乎全都采取這種措施。 d) 采用材料性能優(yōu)異的聚氨酯橡膠做襯套，利用其硬度較高，強(qiáng)度和耐磨性好的特點(diǎn)，工作時(shí)既 有變形又允許有滑動(dòng)，也可滿足某些導(dǎo)向元件鉸接頭的使用要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 e) 橡膠鉸接頭在所有工況下都應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)、樣本或圖紙所規(guī)定的承載能力、最大扭轉(zhuǎn)角、最大偏 轉(zhuǎn)角的限制。例如，最大扭轉(zhuǎn)角允許15，最大偏轉(zhuǎn)角10～13。 6.5 橫向穩(wěn)定桿 橫向穩(wěn)定桿實(shí)際上是一種特殊的彈性元件，在懸架垂直跳動(dòng)時(shí)，它隨車軸或車輪擺動(dòng)，不產(chǎn)生任何 彈性力；在車軸或車輪相對(duì)車身有角位移即有側(cè)傾時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彈性變形，在簧載與非簧載質(zhì)量之間，或 與地面之間產(chǎn)生側(cè)傾角剛度，成為懸架側(cè)傾角剛度的一部分。 6.5.1 橫向穩(wěn)定桿吊桿的布置 橫向穩(wěn)定桿一般由 U 形彎桿和垂直吊桿組成，個(gè)別重型汽車的穩(wěn)定桿由直扭桿通過(guò)花鍵和擺臂連接 形成彎桿。吊桿與 U 形彎桿的連接方式有兩種： 6.5.1.1 吊桿端與中間直桿鉸接，兩吊桿跨距應(yīng)盡量加大。這種布置對(duì)于非獨(dú)立懸架比較緊湊，吊桿 上端與車架連接，穩(wěn)定桿端頭與車橋支座鉸接。其缺點(diǎn)是： a) 穩(wěn)定桿兩端頭跨距和車橋相應(yīng)安裝點(diǎn)的尺寸精度要求較高，否則裝配困難，甚至無(wú)法裝配。 b) 吊桿下端與直桿部分沒(méi)有軸向定位，工作中有時(shí)會(huì)竄動(dòng)，必要時(shí)可用一根細(xì)桿將左右吊桿的間 距固定，也可在直桿加箍套限位。 6.5.1.2 吊桿和穩(wěn)定桿端頭鉸接。這種布置對(duì)獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)型式比較適合，而且，對(duì)穩(wěn)定桿端頭跨距 尺寸精度要求較低，工作中吊桿也沒(méi)有竄動(dòng)問(wèn)題，但穩(wěn)定桿應(yīng)軸向定位。 吊桿與車架相連或是與車橋（或獨(dú)立懸架擺臂）相連取決于布置方便性，穩(wěn)定桿布置在車橋前方或 后方視空間條件而定，這些，對(duì)性能及受力沒(méi)有多大影響。 6.5.2 橫向穩(wěn)定桿主要參數(shù)校核 6.5.2.1 側(cè)傾角剛度 橫向穩(wěn)定桿設(shè)計(jì)的最基本參數(shù)是側(cè)傾角剛度。穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)型式很多，應(yīng)按具體形狀推導(dǎo)出相應(yīng)的計(jì) 算公式，或從相關(guān)資料中找到相適應(yīng)的公式。 6.5.2.2 強(qiáng)度校核 橫向穩(wěn)定桿應(yīng)校核極限工況的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力或合成的主應(yīng)力，并小于等于許用值： ──扭轉(zhuǎn)應(yīng)力[]700 MPa； ──彎曲應(yīng)力[]1250 MPa。 8 GB/T XXXXX-XXXX 極限工況按最大側(cè)傾角Фmax 來(lái)計(jì)算，不同車型按其使用條件有所區(qū)別： ──在好路面行駛的客車 Фmax=6～8； ──在較差路面行駛的載貨車 Фmax=10～12； ──裝有平衡懸架的越野車 按懸架左、右側(cè)上、下限位換算。 6.5.2.3 端頭垂直負(fù)荷及轉(zhuǎn)角校核 a) 根據(jù)最大側(cè)傾角和穩(wěn)定桿角剛度，可以計(jì)算出穩(wěn)定桿端頭和直桿支點(diǎn)位置的垂直負(fù)荷，以此來(lái) 校核橡膠鉸接頭的承載能力，必須小于等于其許用值。 b) 根據(jù)懸架上、下跳的極限位置以及最大側(cè)傾時(shí)穩(wěn)定桿的極限變形狀態(tài)，求到端頭和直桿支點(diǎn)鉸 接頭的極限扭轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角，必須小于等于其許用值。如下表所示： 表２ 扭轉(zhuǎn)角 偏轉(zhuǎn)角 襯套式 12 4 襯墊式 6 6.6 空氣懸架的供氣系統(tǒng) 6.6.1 空氣懸架專用儲(chǔ)氣筒總?cè)莘e原則上與空氣彈簧的總?cè)莘e相當(dāng)，對(duì)有舉升和升降功能要求的空氣 懸架，其儲(chǔ)氣筒總?cè)莘e為空氣彈簧總?cè)莘e的 1.5～2 倍。 6.6.2 隔離單向閥 在空氣懸架專用儲(chǔ)氣筒之后，或在高度控制閥之前，必須安裝隔離單向閥，防止空氣彈簧內(nèi)的空氣 倒流。在專用儲(chǔ)氣筒之前，最好也安裝單向閥，防止因其它系統(tǒng)泄漏引起空氣懸架系統(tǒng)也泄漏，維持空 氣懸架能長(zhǎng)時(shí)間停放并支撐車身。 6.6.3 氣密性和清潔度 空氣懸架氣路各元件，包括氣簧、高度控制閥、儲(chǔ)氣筒、單向閥以及管接頭、氣管等都必須有良好 的氣密性，才能保證空氣懸架正常工作。氣路系統(tǒng)必須有油水分離裝置和干燥器，所有元件必須防銹處 理，保證氣路中空氣的清潔度。當(dāng)然，裝用空氣懸架的汽車，也應(yīng)該采用密封性好的其它系統(tǒng)，如制動(dòng)、 離合器助力以及客車的車門開閉系統(tǒng)等。 9 GB/T XXXXX-XXXX 附錄 A （規(guī)范性附錄） 空氣彈簧剛度和固有頻率的理論計(jì)算公式 A.1 剛度計(jì)算公式 C0 = p 0 ? 式中： C 0 ── 在設(shè)計(jì)高度空氣彈簧的剛度 p0 = P0 A 0 dA dx + m ?( p 0 + p a ) ? A0 V 0 2 ┈┈┈┈┈(Ａ.1） 在設(shè)計(jì)高度空氣彈簧的相對(duì)氣壓 P 0 ── 在設(shè)計(jì)高度空氣彈簧承受的負(fù)荷 A 0 ── 在設(shè)計(jì)高度空氣彈簧的有效承壓面積 V 0 ── 在設(shè)計(jì)高度空氣彈簧的總?cè)莘e（包括附加氣室的容積） p a ── 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，其值與運(yùn)算單位有關(guān)： 2 采用 N、mm 時(shí)， p a =0.09810.1 MPa（N/mm ） 2 采用 kgf、cm 時(shí)， p a =1 bar（kgf/cm ） 2 采用 lb、in 時(shí)， p a =14.223 lb/in （psi） m ── 多變指數(shù)： 靜態(tài)即等溫過(guò)程， m =1 動(dòng)態(tài)即絕熱過(guò)程， m =1.4 一般狀態(tài)，可取 m =1.33 dA dx ── 有效面積變化率，與活塞形狀有關(guān) A.2 空氣彈簧自然振動(dòng)固有頻率 f 0 = ? 2 A dx 0 1 g dA ( p 0 + p a ) m ? g ? A0 + ? p0 V0 （Hz） ┈┈┈┈┈(A.2） 式中： f 0 ── 在設(shè)計(jì)高度，空氣彈簧相對(duì)氣壓為 p 0 時(shí)的固有頻率 g ── 重力加速度 A.3 杠桿比的影響 對(duì)于空氣彈簧不安裝在車軸上，或幾個(gè)空氣彈簧的垂向彈性力的合力不位于車軸上的空氣懸架，必 須計(jì)入杠桿比的影響： 剛度： C = C 0 ?i f = f 0 ? i 2 ┈┈┈┈┈（A.3） 固有頻率： ┈┈┈┈┈（A.4） 式中： C ── 空氣懸架在車軸或車輪上的剛度（折算剛度） f ── 空氣懸架自然振動(dòng)固有頻率 10 GB/T XXXXX-XXXX C 0 ── 空氣彈簧剛度 f 0 ── 空氣彈簧固有頻率 a i = 為杠桿比，其中 b a ── 空氣彈簧到鉸接點(diǎn)的距離 b ── 車軸或車輪到鉸接點(diǎn)的距離 11 GB/T XXXXX-XXXX 附錄 B （規(guī)范性附錄） 空氣彈簧彈性特性曲線及剛度、固有頻率 B.1 彈性特性曲線 圖 B.1 圖 B.1 和圖 B.2 為兩種不同型號(hào)的空氣彈簧彈性特性曲線。其中圖 B.1 中的實(shí)線表示一種活塞內(nèi)腔 容積，幾種設(shè)計(jì)氣壓的彈性特性；圖 B.2 中的實(shí)線和點(diǎn)劃線表示兩種活塞內(nèi)腔容積，幾種設(shè)計(jì)氣壓的彈 性特性?？梢?，氣壓即負(fù)荷不同，或者容積不同時(shí)，曲線的斜率即剛度是變化的。 圖中的虛線表示容積為無(wú)窮大時(shí)的彈性特性，其斜率除以氣壓則是有效面積變化率 見，有效面積變化率在某些行程區(qū)段可以是零，甚至可以降為負(fù)值，取決于活塞形狀。 dA dx 。從圖中可 12 GB/T XXXXX-XXXX 圖 B.2 B.2 剛度和固有頻率 將圖 B.1 或圖 B.2 中某條曲線單獨(dú)取出，在其上求出剛度、折算靜撓度，進(jìn)而計(jì)算出固有頻率，見 圖 B.3。在彈簧設(shè)計(jì)高度即彈簧變形為零所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷力或氣壓的點(diǎn)，作彈性特性曲線的切線，交于橫 坐標(biāo)，求到次切距即折算靜撓度。 圖 B.3 13 GB/T XXXXX-XXXX 將縱坐標(biāo)的負(fù)荷力除以折算靜撓度就得到這時(shí)的斜率即剛度。按式： f 0 = 15.76088 （Hz） ┈┈┈┈┈(B.1） 就可求到固有頻率。 式中為次切距即折算靜撓度，單位必須取 mm。 有時(shí)為了作圖方便，可用割線代替切線。見圖 B.4 所示，在變形20mm 處取等值縱坐標(biāo) e，經(jīng)過(guò)零 變形點(diǎn)（即設(shè)計(jì)高度）與 e 值下端點(diǎn)連接，作直線 A，交于彈簧變形 100mm 處縱坐標(biāo)，直線 A 的斜率就 是設(shè)計(jì)高度的剛度?？捎孟率奖磉_(dá)： C 0 = ?P 100 ┈┈┈┈┈(B.2） 式中： C 0 ── 在設(shè)計(jì)高度的彈簧剛度 ?P = P 100 P 0 為彈簧變形 100mm 后與零變形的負(fù)荷力差值 P 100 ── 彈簧變形 100mm 的負(fù)荷力 P 0 ── 零變形即在設(shè)計(jì)高度的負(fù)荷力 圖 B.4 從圖 B.4 可看出，直線 A 和割線 B 是平行的，其斜率相等。所以，同樣按20mm 變形找到割線上 兩點(diǎn)，根據(jù)割線上兩點(diǎn)的負(fù)荷力之差，除以 40mm，就求到割線斜率即彈簧剛度。這種方法對(duì)非線性程 度較小且兩向斜率變化相差不大者，才能代替切線。 有的供應(yīng)商可直接提供一定高度、氣壓或負(fù)荷條件下的剛度和頻率。 14 GB/T XXXXX-XXXX 附錄Ｃ （規(guī)范性附錄） 減振器額定阻力的計(jì)算 Ｃ.1 線性減振器的阻尼特性 理論上的線性減振器，其阻力與速度成正比： k = 式中： F ── 阻尼力，與運(yùn)動(dòng)速度方向相反 F v ┈┈┈┈┈(C.1） v ── 減振器上、下接頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，簡(jiǎn)稱活塞線速度 k ── 阻尼系數(shù)，對(duì)線性減振器， k 為常數(shù) C.2 實(shí)際減振器的非線性 實(shí)際使用的減振器都是非線性的，主要反映在兩個(gè)方面： a) 速度變化之后，特別是在卸荷閥開啟前后，阻尼系數(shù)變化很大； b) 復(fù)原（拉伸）行程和壓縮行程其阻尼系數(shù)變化更大（對(duì)于常用的雙筒式減振器）。 因此，設(shè)計(jì)計(jì)算一般都采用分段、分級(jí)，按線性理論公式進(jìn)行計(jì)算。 C.3 減振器示功試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 按照汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 545 所規(guī)定的條件： a) 減振器上、下端相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度即活塞線速度為:近似的簡(jiǎn)諧波運(yùn)動(dòng)。 b) 試驗(yàn)溫度：202℃。 c) 試驗(yàn)行程： s =（1001）mm（即振幅為50 mm）。 d) 試驗(yàn)頻率：n =（1002）cpm（次/分）。 根據(jù)上述條件，可計(jì)算出在試驗(yàn)循環(huán)中，減振器活塞的最大線速度為： vmax = ? s ? n 6 10 4 = 0.52(m / s) ┈┈┈┈┈(C.2） 對(duì)應(yīng)這個(gè)速度的復(fù)原阻力稱為額定復(fù)原阻力，對(duì)應(yīng)這個(gè)速度的壓縮阻力稱為額定壓縮阻力，均可以 從標(biāo)準(zhǔn)示功試驗(yàn)求到，即復(fù)原和壓縮行程中的最大阻力值。 C.4 懸架系統(tǒng)相對(duì)阻尼系數(shù)與減振器阻尼系數(shù)的關(guān)系 從線性振動(dòng)理論可導(dǎo)出： = k 2 C ? m = k 2 ? m ┈┈┈┈┈(C.3） 式中： ── 相對(duì)阻尼系數(shù)，或稱阻尼比、非周期系數(shù) C ── 懸架剛度 m ── 簧載質(zhì)量 ── 懸架固有圓頻率， = 2 ? f = f ──懸架固有頻率（Hz） C m 如果減振器安裝位置對(duì)車軸或車輪有杠桿比，則： = k ?i ?cos k ?i ?cos 2 2 2 Cm 2 2 = 2 ? m ┈┈┈┈┈(C.4） 式中： 15 GB/T XXXXX-XXXX i = 為杠桿比 b a ── 減振器下支點(diǎn)到鉸接點(diǎn)的距離 b ── 車軸或車輪到鉸接點(diǎn)的距離 ── 減振器中心線對(duì)沿垂線的夾角 C.5 計(jì)算額定阻尼力 C.5.1 求平均阻尼力 Fm = 式中： Fm = FR + FB 2 a 2 ?vmax i 2 ?cos ? C ? m 2 ┈┈┈┈┈(C.5） 速度為 vmax 時(shí)，復(fù)原阻力和壓縮阻力的平均值 F R ── 速度為 vmax 時(shí)的復(fù)原阻力，即額定復(fù)原阻尼力 F B ── 速度為 vmax 時(shí)的壓縮阻力，即額定壓縮阻尼力 vmax ── 按標(biāo)準(zhǔn)示功試驗(yàn)條件的最大活塞線速度，即 vmax C.5.2 求復(fù)原阻尼力和壓縮阻尼力 令 FR FB = q ，則： =0.52 m/s F F R = B = 2q 1 + q 2 1+ q ? Fm ? Fm ┈┈┈┈┈(C.6） ┈┈┈┈┈(C.7） 式中： q ── 拉、壓阻力比 參照標(biāo)準(zhǔn) QC/T 491 或樣本，也可按設(shè)計(jì)者意圖選取 q 值。一般 q =2～5，個(gè)別的達(dá)到 q =10。 C.6 相對(duì)阻尼系數(shù)的校驗(yàn) C.6.1 校驗(yàn)計(jì)算 上述減振器額定阻力的計(jì)算，是在特定工況，即載荷為滿載，懸架剛度或固有頻率為滿載的對(duì)應(yīng)值 所期望的相對(duì)阻尼系數(shù)，按照運(yùn)動(dòng)速度為臺(tái)架試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的等幅峰值速度而求到的?？諝鈶壹軠p振器的實(shí) 際工況是變化的，包括： a) 載荷和剛度或偏頻的變化，至少有滿載、空載 2 種。 b) 懸架跳動(dòng)時(shí)減振器的振幅和頻率是變化的，即活塞線速度不是固定的，因而其阻尼系數(shù)及阻尼 力也是變化的。一般要取 3 個(gè)常用值（0.13、0.26、0.52 m/s）來(lái)校驗(yàn)。可以從供應(yīng)商獲得幾 種速度所對(duì)應(yīng)的阻尼力或阻尼系數(shù)。 C) 復(fù)原和壓縮兩種行程的阻尼力或阻尼系數(shù)是不同的。 這樣，共有 232=12 種參數(shù)應(yīng)代入式（C.3）或（C.4），求到 12 種相對(duì)阻尼系數(shù)。可據(jù)此判別 不同工況時(shí)減振器的效能，也可在不同車型之間對(duì)比。 C.6.2 試驗(yàn)校核 按照 GB/T 4783-1984 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在懸架系統(tǒng)固有頻率試驗(yàn)中，測(cè)出偏頻和相對(duì)阻尼系數(shù)： 讓汽車過(guò)單一凸塊或吊起一端后扔下，使懸架系統(tǒng)產(chǎn)生自然振動(dòng)，測(cè)出車身相對(duì)車軸（簧載質(zhì)量對(duì) 非簧載質(zhì)量）的幅值時(shí)間歷程，其中： a) 周期（平均值）的倒數(shù)就是偏頻； b) 從相鄰振幅的差值，或測(cè)出幾個(gè)周期后振幅完全衰減掉，就可算出非周期系數(shù)，也就是相對(duì)阻 尼系數(shù)。 16 GB/T XXXXX-XXXX 附錄Ｄ （規(guī)范性附錄） 汽車側(cè)傾角和抗側(cè)傾能力計(jì)算 D.1 車輪相對(duì)車身運(yùn)動(dòng)的瞬心 獨(dú)立懸架單邊車輪對(duì)車身在橫向平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)屬單自由度剛體運(yùn)動(dòng)，在某一瞬間存在一個(gè)確定的瞬 心，瞬心一定是處在某些已知點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的垂線上。所以，只要知道車輪上兩個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向，就可以 求到車輪相對(duì)車身運(yùn)動(dòng)的瞬心。如果兩個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相同，即其垂線平行不相交，瞬心則位于該平行 線無(wú)窮遠(yuǎn)處。圖 D.1 示出雙橫臂獨(dú)立懸架左、右輪的瞬心 O 1、O 2，它位于上、下兩橫臂桿向延線的交點(diǎn) 上。對(duì)于滑柱單橫臂導(dǎo)向，瞬心位于滑柱上鉸接點(diǎn)的滑柱垂線方向，與下橫臂的桿向延線的交點(diǎn)上。對(duì) 于單橫臂，瞬心就在它的鉸接點(diǎn)。 圖 D.1 雙橫臂獨(dú)立懸架的力矩中心 D.2 左、右車輪約束反力的作用線和匯交點(diǎn) 單邊車輪（非簧載質(zhì)量）對(duì)車身（簧載質(zhì)量）的約束反力之合力，在理想約束條件下，必定通過(guò)瞬 時(shí)中心。左、右車輪接地點(diǎn)與瞬心的連線便是左、右輪約束反力合力的作用線，其交點(diǎn)就是約束反力匯 交點(diǎn)，見圖 D.1。 D.3 確認(rèn)對(duì)稱中心面就是中性面 定義中性面為，在該平面里作用垂直力，只引起車身的垂直位移而不產(chǎn)生角位移，即沒(méi)有側(cè)傾角變 化。由于左、右懸架的對(duì)稱性，側(cè)傾時(shí)的中性面在初始瞬間，就是汽車的縱向?qū)ΨQ中心面。 D.4 約束反力總合力 D.4.1 獨(dú)立懸架 由于左、右懸架的對(duì)稱性，左、右車輪約束反力的作用線匯交在對(duì)稱中心面上，其總合力也匯交在 同一點(diǎn)。如果作用在車輪接地點(diǎn)上的側(cè)向力左、右相同，則約束反力總合力平行于地面，且等于左、右 車輪側(cè)向力之和，見圖 D.1。 D.4.2 非獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架的車軸（車橋）相對(duì)車身的運(yùn)動(dòng)是兩自由度系統(tǒng)，不存在確定的瞬心，無(wú)法用瞬心的方 法來(lái)分析側(cè)傾運(yùn)動(dòng)，但可以用約束反力來(lái)求解。只要求到車軸（非簧載質(zhì)量）對(duì)車身（簧載質(zhì)量）的橫 向約束反力總合力，并求到它與中性面即對(duì)稱中心面的交點(diǎn)，就可分析其側(cè)傾運(yùn)動(dòng)。 17 GB/T XXXXX-XXXX D.4.2.1 橫向推拉桿 橫向推拉桿為二力桿件，延桿向傳遞橫向力，其約束反力作用線就在桿向。如果橫向推拉桿處在車 軸中心面，桿向力就是約束反力總合力，它與對(duì)稱中心面的交點(diǎn)就是合力匯交點(diǎn)。如果該推拉桿上下斜 置，其匯交點(diǎn)上的垂直分力只會(huì)引起車身垂直平移運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有角位移。只有其水平分力與簧載質(zhì)量重心 的側(cè)向慣性力構(gòu)成一個(gè)力偶，產(chǎn)生側(cè)傾運(yùn)動(dòng)，如圖 D.2 所示。如果該推拉桿不位于車軸中心面里，將該 匯交點(diǎn)與另一橫向約束反力傳遞點(diǎn)作連線，該連線與車軸中心面的交點(diǎn)則為總合力匯交點(diǎn)。如果沒(méi)有另 一橫向力傳遞點(diǎn)，因橫向力偏移產(chǎn)生的力偶由縱向?qū)驐U系傳遞，將該匯交點(diǎn)沿縱向?qū)驐U的平行線平 移到車軸中心面，成為該懸架車軸橫向約束反力匯交點(diǎn)。 圖 D.2 非獨(dú)立懸架橫向推拉桿的力矩中心 D.4.2.2 鋼板彈簧 作為導(dǎo)向桿系，簧載與非簧載之間的橫向約束反力由板簧主片傳遞。傳遞的交接點(diǎn)取決于"簧載" 與"非簧載"的分界處。這一點(diǎn)位于基線與主片中性層之間，不管弧高大小都處在這范圍內(nèi)。對(duì)于弧高 不大的，可取在主片中心孔上表面處，對(duì)于弧高較大的，可取在基線與車軸中心面的交點(diǎn)。 D.4.2.3 V 形推力桿 橫向力由 V 形推力桿的交點(diǎn)傳遞。如果這個(gè)交點(diǎn)不是位于車軸中心面，而下推力桿在水平面斜向布 置也有交點(diǎn)，則兩交點(diǎn)在縱向平面內(nèi)的連線與車軸中心面的交點(diǎn)，為總合力匯交點(diǎn)。如果下推力桿平行 不相交，橫向力偏移產(chǎn)生的力偶由下推力桿的反力偶平衡，將