摘 要

随着我国汽车产业的迅猛发展和高速公路网建设的加快，商用汽车行业为了迎合市场需要，适应日益完善的交通道路法规而不断进行技术改进以提升整车性能。悬架系统作为汽车的重要组成部分在很大程度上影响着整车的平顺性和操纵稳定性。空气弹簧悬架相比较于传统的钢板弹簧悬架在性能方面拥有更多的优势，被优先选择于商用车的开发设计之中。

本文阐述了将空气悬架应用于商用车设计的优势及发展前景，商用车配备空气悬架可增加产品的市场竞争力，是未来的发展趋势。并以某配备了空气悬架的重型牵引车为技术背景，根据设定的目标参数对其后桥进行复合式空气悬架的匹配设计开发。设计路线包括以下几个部分：从参考车型的结构及工作要求出发，确定所匹配空气悬架的结构形式与相关配件。由载荷，设计高度等约束条件对空气弹簧匹配设计，并校核所选弹簧的工作性能。与目标参数校对，完成悬架导向机构的选型设计，用调整法设计出符合要求的导向机构。最后，以上述设计为基础对减振装置进行匹配设计。对悬架进行不同工况下的可靠性检验。同时用Catia软件建立各零部件的3D模型，直观的展现出复合式空气悬架系统的设计。

本次设计为重型商用车的空气悬架匹配设计提供可行方法，对类似车型匹配空气悬架的设计有指导意义。

关键词：重型牵引车；空气悬架；板簧导向臂；减振器；匹配设计

Abstract

With the acceleration of China's automobile industry and the rapid development of the highway network construction, To meet the needs of the market, adapt to the increasingly perfect road traffic regulations, commercial vehicle industry is ongoing technological improvements to enhance the performance of the vehicle. Suspension system as an important part of the automobile affects the vehicle ride comfort and handling stability to a large extent. Air spring suspension has more advantages compared to the traditional leaf spring suspension, and is preferred in the development and design of the commercial vehicle.

This paper expounds the advantages and development prospects of air suspension in commercial vehicle design, The commercial vehicle equipped with air suspension can increase the market competitiveness of products, It’s the development trend of the future. With the technical background of a heavy tractor equipped with air suspension, the matching design and development of the composite air suspension was carried out according to the set of target parameters. The design route consists of the following parts: From the structure of the reference models and the requirements of the work, to determine the structure of the air suspension and related accessories. The design of the air spring is matched by the load and the height of the design, and the working performance of the spring is checked. According to the target parameter, the type selection design of the suspension guide mechanism is completed, and the guide mechanism is designed according to the requirement. On the basis of the above design, the design of the damping device is matched. Test the reliability of the suspension in the condition of possible working conditions. At the same time using Catia software to establish the 3D model, the visual display of air suspension system.

This design provides a feasible method for the design of the air suspension of heavy commercial vehicle, which has guiding significance to the design of similar vehicle.

Key words: heavy truck； air suspension,；spring guide arm,；shock absorber； matching design

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2空气悬架的发展 1

1.3本次设计的主要内容及意义 2

第2章 空气悬架系统的结构及特性 3

2.1空气悬架系统的组成 3

2.2空气悬架系统工作原理 3

2.3空气弹簧的特点 3

2.4空气悬架对整车性能影响 4

2.5重型车应用空气悬架对高速公路的影响 4

第3章 相关结构的匹配选型 5

3.1悬架结构形式的选择 5

3.1.1非独立悬架 5

3.1.2独立悬架 5

3.1.3结构形式小结 5

3.2导向机构的选用设计 6

3.2.1钢板弹簧导向机构 6

3.2.2纵臂式导向机构 7

3.2.3 A型架导向机构 7

3.2.4少片变截面板簧 8

3.2.5导向机构小结 8

3.3空气弹簧 9

3.3.1 囊式空气弹簧 9

3.3.2 膜式空气弹簧 10

3.3.3空气弹簧小结 10

3.4减振器的选用： 11

3.4.1减振器分类 11

3.4.2减振器小结 11

3.5相关连接件 12

3.5.1 板簧支架 12

3.5.2空气弹簧支架 12

3.5.3减振器支架 13

3.6车桥与板簧连接部件 13

第4章 空气悬架匹配计算 14

4.1基本参数 14

4.2空气悬架结构布置介绍 14

4.3气囊的匹配 16

4.4钢板弹簧的设计计算 19

5.5钢板弹簧总刚度 21

4.6悬架偏频的计算 21

4.7侧倾角刚度计算 22

4.8减振器设计的计算 23

第5章 钢板弹簧不同工况的强度校核 26

5.1静载2.5倍工况校核 26

5.2最强制动工况的校核 29

6.3倒车制动工况校核 31

6.4侧倾工况校核 31

6.5钢板弹簧强度分析计算结果汇总 34

总结 35

参考文献 36

致 谢 38

附录A 38

第1章 绪论

1.1引言

悬架系统在整车中定位是传递载荷，它的作用是将汽车承载系统（车架或承载式车身）和车桥（或车轮）弹性的连接起来。在行驶的过程中，路面与车轮相互作用会对车轮产生力和力矩，悬架通过自身的弹性功能将这些力和力矩传递并反馈到汽车承载系统。削弱衰减汽车在不平的路面上行驶时产生的由于车轮跳动而带给车架的冲击和振动，保证汽车行驶过程中有良好的平顺性。

随着国内经济发展的加速，人民生活条件和消费观念渐渐发生变化，汽车已成为人们日常生活不可缺少的一部分。消费者对汽车的动力，舒适，安全等性能方面也提出了更高的要求。现阶段我国的商用车主要应用的是刚度较大的钢板弹簧悬架，无法获得理想的行驶平顺性。另外钢板弹簧在应用于悬架系统时由于它本身的质量就很大，而近年来设计的普遍趋势是重型卡车的轻量化，所以钢板弹簧的悬架很明显不能满足未来的设计要求^[1]。

将空气弹簧引入悬架系统来替代老式的钢板弹簧，实现悬架内弹性元件的作用，是一个新的发展趋势。空气弹簧非线性的弹性特征可以加以利用，把所需的理想悬架系统的弹性特性曲线通过空气弹簧得到实现。空气弹簧的刚度可以根据实际工况需要进行调节改变的特点，为了提高舒适性，可将弹簧调节的较“软”，降低车身的固有振动的频率。当弹簧调节的较“硬”的时候，汽车的操纵性得到了提高。由此兼顾了车辆在行驶过程中很重要的两大特征：平顺性和操纵稳定性。由于空气弹簧的气压可根据载荷和道路情况进行适当协调变化，所以无论汽车是处于哪种载荷情况都可以保持在适当的整车工作高度。提高车辆的乘坐舒适性，对运输稳定性的提升有很大的帮助。空气悬架降低了汽车的整备质量，减轻了车辆对道路的损坏。空气悬架在商用车领域的应用可降低能源消耗，提升产品性能，提高了我国物流运输的效率和稳定性，在未来有很大的发展前景^[2]。

1.2空气悬架的发展

十九世纪中期人们开始对空气弹簧进行开发设计，最初的用途是起到隔离的作用。避免机械设备工作时产生振动对其他部件造成不良影响。美国凡士通公司于二十世纪三十年代初研制出的空气悬架系统是空气柱型式的，首次将空气弹簧应用于汽车工业。在与通用汽车公司1944年的共同开发中完成了空气悬架在商用车上的首轮试验。此次试验结果显示：与传统悬架系统相比，空气悬架系统具有更多性能上的优势。在经过的长期的产品研发工作之后，通用汽车公司在1953年将客车配备了空气悬架，开启了商用车采用空气悬架新的历史，并在五年之后成功生产了应用空气悬架的牵引车^[3]。随之不久，由于空气控制系统的进步，空气悬架技术的发展取得了巨大的助力，在欧洲等地的汽车业发达国家也相继开展了空气悬架的研发工作。