毕业设计（论文）-重型载货汽车悬架系统结构设计与3D建模

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1、重型载货汽车悬架系统结构设计与3D建模摘要本文将对某重型载货汽车悬架系统重新设计，以囊式空气弹簧为弹性元件，尽可能地改善提升汽车缓冲减振的性能。本文主要研究设计空气悬架系统及其所组成的元件。空气悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成，囊式空气弹簧是弹性元件其中一种，它含有帘布层结构的橡胶气囊内冲入空气，并以空气为介质，利用空气可以压缩的特点来实现弹性作用。通过高度控制阀，来保证车身高度不随汽车载荷变化而变化，保证汽车的平顺性和稳定性。减振器是保证汽车在使用期限行驶平顺性的性能稳定的主要元件。关键词：重型载货汽车，悬架系统，空气弹簧全套图纸加扣 3346389411或3012

2、250582Structure Design and 3D Modeling of Suspension System for Heavy TrucksABSTRACTThis article will redesign the suspension system of a heavy-duty truck with bladder-type air springs as the elastic components to improve the performance of buffering and damping of the car as much as possible. This

3、article focuses on designing the components of the suspension system: elastic elements, shock absorbers, and guide mechanisms.The air suspension is composed of an elastic element, a guide device, a shock absorber, a buffer block, a lateral stabilizer, etc. The bladder air spring is one of the elasti

4、c elements. It contains the ply-ply structure of the rubber airbag and injects air into the air. For the medium, the elasticity can be achieved by utilizing the characteristics that the air can be compressed. Through the height control valve, it is ensured that the height of the vehicle does not cha

5、nge with the change of the vehicle load, ensuring the smoothness and stability of the vehicle. The shock absorber is the main component that ensures the stable performance of the car during the service life.Key words：heavy-duty truck,automotive suspension system, air spring,目 录第一章 绪论11.1 悬架系统的简介11.2

6、 悬架系统的分类21.3 空气悬架的发展意义31.4 本章小结3第二章 汽车悬架系统结构42.1.空气悬架系统的基本结构组成42.2悬架的主要元件简介42.2.1空气弹簧的类型42.2.2导向机构62.2.3高度控制阀62.3 空气悬架的工作原理62.4 本章小结7第三章 悬架系统主要参数的确定83.1 载货汽车的主要参数83.2 悬架的偏频83.3 悬架的静挠度93.4 悬架的动挠度93.5 悬架弹性特性曲线93.6 本章小结10第四章 弹性元件的设计114.1 空气弹簧主要参数计算114.1.1空气弹簧垂直刚度计算114.1.2空气弹簧固有频率的计算124.2 空气悬架系统气压控制工作原理

7、134.3 本章小结14第五章 导向机构的设计与计算155.1 悬架导向机构的概述155.2 横向稳定杆的选择155.3 侧顷力臂的计算165.4 稳定杆的角刚度计算175.5 悬架的侧倾角校核185.6 本章小结19第六章 减振器机构类型及主要参数的选择计算206.1 筒式减振器的结构简述206.2减振器主要参数的计算216.3 本章小结24结论25参考文献26谢辞27附录一 CAD二维图28附录二 三维图43V重型载货汽车后悬架系统结构设计与3D建模第一章 绪论1.1 悬架系统的简介所谓汽车悬架，即是把汽车悬挂质体悬置和架设起来的装置，也就是联系汽车悬挂质体和非悬挂质体的所有部件的总成1。

8、简单来说，悬架具有缓冲和分散能量、承载力和调控车身高度的功能。普通悬架通常由弹性元件、减振器和导向机构组成，但是汽车悬架的类型各有不同，元件组成也各不相同，要因不同的悬架类型而论。本设计中研究对象为重型载货汽车，重型汽车由于吨位大，载重量大，对地面的压力和受到的反作用力都很大，同时灵活性不好，在转弯、制动时都会受到较大的冲击，对汽车的结构损害十分明显，对驾驶员驾驶的舒适性也有影响。汽车悬架系统中的弹性元件（即弹簧）和专门的减振器可以有效的减少振动和冲击，达到一个保护汽车性能稳定和提升驾驶舒适性的效果。汽车悬架有各种各样的，通常其构件组成如图1-1所示，如图1-11。以下为简述悬架系统的主要元件

9、：(一)弹性元件弹性元件即是弹簧，主要有空气弹簧、钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧和油气弹簧等，是悬架系统中的核心构件，作用是承担载荷和缓和冲击力，还保证着悬架系统和汽车车身的弹性联系1。本文对重型货车悬架系统进行研究，所以为了改进重型货车的平顺性和安全性，本论文主要对空气弹簧进行研究。空气弹簧是一个密闭空间的容器，由橡胶材料制成，在里面加入压缩的空气，利用压缩空气的弹性和气压做到弹簧的效果，是一种非金属弹簧，同时空气弹簧具有良好的弹性特性，即弹簧刚度和载荷的关系成正比，当汽车载荷增大，空气气囊内气压增大，弹簧刚度也提升，反之载荷小时，气囊内气压变小，弹簧的刚度也较小。由于这种特性，可以很好的应用

10、于吨位大的汽车，如大客车和载货汽车。 (二)导向机构导向机构即是若干推力杆和控制臂的组成，是传递和导向力和力矩的装置，悬架的命名也常由单臂和双臂式控制臂而定，是任何悬架系统都不可少的。导向机构控制着车辆的运动方向，决定车轮胎的轨迹和参数的变化，影响着汽车的稳定性和平顺性1。(三)减振器减振器即是所谓缓冲器，阻尼元件，也是减少振动和缓释能量的装置，若汽车悬架系统中无阻尼元件，只有弹簧作为弹性元件减少振动是远远不够的，因为弹簧元件在散能的性能不足，因此减振器是汽车必不可少的元件。减振器的类型有很多种，按结构的不同，可分为摇臂式减振器和筒式液压减振器2。筒式减振器又分单筒和双筒，而双筒式减振器使用比

11、例最高。1.2 悬架系统的分类根据导向机构的不同，汽车悬架系统分为独立悬架和非独立悬架2。（一） 独立悬架独立悬架车架与车轮独立连接，两侧车轮相互独立，当一侧受到冲击时，另一个车轮不受影响。但是独立悬架缺点在于结构复杂、成本高、维修不便等3。独立式悬架由于高成本，主要用于轿车。其结构如图1-22所示。图1-2 独立悬架（二） 非独立悬架系统非独立悬架，其结构特点是具有一个连接两个车轮的刚性轴，两侧车轮安装于一整体式车桥上3。当非独立悬架系统的一侧车轮收到冲击，另外一侧会直接受到影响。非独立悬架具有强度高、行车中前轮定位变化小等特点，重型货车大多采用非独立悬架，因为其对舒适性及操纵稳定性的要求都

12、不高，其结构简图如图1-32所示。 本设计为重型载货汽车悬架系统结构设计，故采用非独立悬架设计。图1-3 非独立悬架1.3 空气悬架的发展意义大型汽车、重型载货汽车的工作环境恶劣，其采用传统的钢板悬架难以满足较好的舒适性和平顺性同时具有良好的承载能力和抗振能力。因此，传统悬架系统难以满足汽车在道路上达到良好的平顺性、舒适性和良好的车载性能、抗振性能的平衡，在传统悬架存在的缺陷情况下，将空气悬架系统用于重型汽车上的意义十分大。空气悬架的优点是强度高，寿命长，便于维修，舒适性好，也有利于保护货物的运输，对货运人员和货物的保护比传统弹簧悬架有着莫大的优势。随着现代科技的高速发展，我国国力的增强，对汽

13、车行驶的平顺性要求也越来越高，越来越多的载重汽车和挂车采用空气悬架，因此对空气悬架系统的研究具有十分长远的发展意义。1.4 本章小结本章分析了悬架的结构组成、种类和发展意义。悬架由导向机构、弹性元件、减振装置、稳定装置等，以及组成元件的简介。悬架的种类按导向机构的不同，又分为独立悬架和非独立悬架，由于本文目的是设计重型载货汽车悬架，故采用非独立悬架系统。还简述了空气悬架的特点，以及研究空气悬架的发展前景。第二章 汽车悬架系统结构2.1.空气悬架系统的基本结构组成如图2-12所示，空气悬架系统主要包括以下结构：空气弹簧、导向机构、减振装置、高度控制阀、其它附属装置。 2.2悬架的主要元件简介2.

14、2.1空气弹簧的类型根据压缩空气所用容器不同，如图2-21，可以将空气弹簧分为三种形式1。图2-2 空气弹簧的分类 (1)膜式空气弹簧膜式空气弹簧，结构如图2-3所示，底座由盖板和铁碳合金板制成,主体部分是橡胶气囊4。工作原理是通过圆柱形的橡胶气囊的力学变形实现整体伸缩产生减振作用。根据连接方式不同，如图2-31所示，膜式空气弹簧有三种类型。膜式空气弹簧的缺点是结构较复杂，使用寿命较短，承载能力较差，刚度较低，因此一般不用于高吨位的汽车5。图2-3 模式空气弹簧的分类(2)囊式空气弹簧如图2-53，囊式空气弹簧主要部分是弯曲的橡胶囊，上盖板由金属制成，节数中间夹着腰环以提高稳定性。囊式空气弹簧

15、的结构简单，稳定性好，制造成本低，被广泛用于空气悬架。同时根据气囊的节数的多少分为如图2-41的三种类型。图2-4 囊式空气弹簧的分类图2-5 双曲气囊实物图（3）复合式空气弹簧复合式空气弹簧一般适用于工作环境恶劣的情况，复合式空气弹簧特点是结构复杂，制造成本高，同样因为刚度较低，一般不用于重型载货汽车。2.2.2导向机构导向机构即是若干推力杆和控制臂的组成，是传递和导向力和力矩的装置，也是帮助汽车承受各方向的力和力矩的元件，汽车悬架系统的独立性和相关也由单臂和双臂式控制臂而定。车辆运动的方向轨迹由导向机构决定，同样影响着重型载货车的稳定性和平顺性，因此也需要合理的布置位置，是任何悬架系统都不

16、可少的6。2.2.3高度控制阀高度控制阀是空气悬架系统的重要组成部分，分为带延时机构高度控制阀和不带延时机构高度控制阀4，其作用是能够保证车身高度不受载荷的影响。带延时机构高度控制阀，也叫有阻尼高度控制阀，能够减少汽车排气时的噪音，也能减少控制阀浪费空气的情况。不带延时机构高度控制阀，也叫做无阻尼高度控制阀，能保证汽车载荷的变化不影响到车身高度，缺点在于车轴与车身之间存在小的相对位移时，同时使高度控制阀充气或者泄气，将增加控制阀的磨损和浪费压缩空气，但是汽车噪音也较大。2.3 空气悬架的工作原理如图2-5所示，在发动机的带动下，压气机产生压缩空气，进入储气筒，储气筒内的压缩空气可流入高度控制阀

17、2。当储气筒内气压过高时，调压阀打开，卸载部分压力，高度控制阀内有充气阀和放气阀，均由控制连杆控制4。如图2-5（b）4，当汽车载荷增加时，车架和车轴之间的距离缩短，车轮产生跳动或转弯离心力都会使车架产生倾斜。通过控制连杆机构的作用，高度控制阀的充气阀打开，压缩空气流入气囊，使气囊内的压力提高，刚度提升，从而车架升高，到充气阀关闭为止，此时车架恢复到载荷增加之前的高度2。如图2-5（c）4,汽车卸载时，载荷下降，车架和车轴之间的距离增大，此时高度控制阀的放气阀打开，气囊排出压缩空气，气囊内压力降低，从而车身车架下降，直至控制阀的放气阀口关闭，此时车架高度恢复到卸载前的位置2。根据空气悬架系统的

18、特性，在高度控制阀的作用下，能帮助车身的高度在满载和卸载时都不变8。载荷增加 载荷下降图2-5 高度控制阀的工作原理简图2.4 本章小结本章主要是介绍悬架系统的结构组成介绍和分析，以及空气悬架的工作原理。以及介绍了空气弹簧的分类，如囊式空气弹簧、膜式空气弹簧等，重要的元件减振装置和高度控制阀的介绍。 并说明了空气弹簧系统的工作原理。第三章 悬架系统主要参数的确定3.1 载货汽车的主要参数本文选用重型载货汽车东风日产柴牌某重型载货汽车作为研究目标，在传统钢板弹簧悬架载货汽车的基础上，进行空气悬架改装的重新设计，对该车前后悬架设计成空气悬架。其整车参数如下所示。表一 整车参数该车主要参数数值轴距4

19、615+1300mm轮距（前/后）2045/1860mm前悬1400mm后悬2835mm整车整备质量9805kg额定载质量15000kg最大总质量25000kg前轴与中轴的轴距3800mm中轴与后轴的轴距1380mm前悬轮距1958mm后悬轮距1680mm车轮静力半径540mm满载时整车重心高度1800mm主销内倾角330主销后倾角130前轮外倾角130前轮前束0mm1mm3.2 悬架的偏频悬架的偏频可表示为：（3-1）式中，k为悬架刚度；m为簧上质量。不同用途的汽车，对平顺性的要求不同，偏频也不同，对于货车，前悬架的满载偏频要求是1.52.1Hz，后悬架的满载偏频要求是1.7Hz2.17Hz

20、。3.3 悬架的静挠度悬架的静挠度（mm）可表示为：g取9.8m/， 将前后悬架静挠度，代入3-1中得到； （3-2）由3-2式可知，汽车偏频和静挠度成平方反比的关系，因此静挠度的取值直接影响了汽车的偏频，即直接影响汽车行驶的平稳性和舒适性，选择合适的静挠度十分重要。为防止汽车产生较大的纵向角振动，如果汽车较高速驶过单个路障，前后悬架的偏频之比/1的车身纵向角振动，要比/1时的车身纵向角振动要小，且前后悬架的静挠度应该相近，因此前后悬架静挠度之比小于1，即2。在本次重型载货汽车悬架静挠度设计中，取前后悬架之比为， 即。3.4 悬架的动挠度悬架的动挠度定义为悬架从满载平衡位置，压缩到结构允许的最

21、大变形时（通常是指缓冲块压缩到其自由高度的一半或三分之二），车轮中心相当于车身的垂直位移2。则悬架应有足够的动挠度，避免破坏路面上行驶时经常碰撞缓冲块8。对于重型汽车，动挠度取mm。因此，本文选取动挠度前悬架mm，后悬架mm。3.5 悬架弹性特性曲线悬架的弹性特性是指悬架在收到垂直外力与由此所引起的车轮中心相当于车身位移的关系曲线。其切线的斜率是悬架的刚度，悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种4，如图3-14。线性弹性特性曲线是一条直线，此时悬架变形量和外界传来的垂直力成比例关系，且悬架的刚度k为常数。当悬架变形量和外界传来的垂直力成比例关系时，此时称为悬架的非线性特性曲线5。传统

22、重型载货汽车中以钢板弹簧为弹性元件的悬架的弹性特性为线性特性曲线，本设计中采用的空气弹簧是非线性弹性特性悬架。悬架的刚度k是变化的。非线性特性曲线比起线性特性曲线具有更高的动容量，动容量是指悬架变形到最大限额时做的功，因此具有更好的缓冲性和在恶劣环境下的平稳性。非线性特性曲线，在其额定载荷的位置时，弹性元件空气气囊的刚度小，曲线的斜率小，该点附近曲线平缓；两端附近的曲线陡峭，斜率值大，气囊内压缩空气气压大，刚度大，汽车稳定性较差。因此，吨位较大的汽车运输质量载荷较大且变化大，如载货汽车和客车，需要对环境更好的适应性，减少汽车的振动对车架的撞击，因此需要选用非线性弹簧特性的空气悬架，以获得更好的

23、平顺性和稳定性。3.6 本章小结本章选用东风日产柴牌某货车的悬架底座为研究目标，并用该车相关的参数展开计算。本章的目的是计算悬架的主要参数，有静挠度、动挠度的取值，悬架弹性特性曲线的分类和分析，根据刚度是否变化，其分为非线性弹性特性悬架和线性弹性特性悬架，本文设计的空气悬架为非线性弹性特性悬架。第四章 弹性元件的设计空气悬架二十世纪六十年代开始第一次应用于大客车，从此空气弹簧悬架系统开始应用于各类汽车上，尤其是重型客车。空气弹簧分为囊式、膜式和复合三种形式。囊式空气弹簧由橡胶囊为主体部分。囊式空气弹簧可分为单曲、双曲和多曲气囊三种7。囊式空气弹簧具有结构简单，制造容易，成本低，曲率变化小、使用

24、寿命长的特点，因而常用于大型客车、无轨电车和载货汽车4。本设计中，前后悬架设置4个双曲线囊式空气弹簧、4个筒式减振器、2个高度控制阀、1根横向推力杆和1根上纵向推力杆和2根下纵向推力杆构成的四连杆结构。4.1 空气弹簧主要参数计算4.1.1空气弹簧垂直刚度计算空气弹簧垂直刚度的计算公式2为： (4-1)式中，为气囊内压缩气体气压值，为大气压力，本文取MPa，为空气弹簧有效面积，,指有效半径，为空气弹簧有效行程，为空气弹簧有效承压面积变化率，本设计设定当空气弹簧在等压的条件下，取，为空气弹簧的有效体积；为多变指数，等温过程（如计算静刚度时），；在绝热过程中，本次设计选取12。则式4-1可表示为：

25、 （4-2）1）前后悬架的空气弹簧刚度计算根据对汽车悬架用空气悬架的标准，本次选取的弹簧型号为B7-210X215的囊式空气弹簧，即有效空气弹簧直接为210mm，设计高度为215mm，。前悬架各个空气弹簧的承受负载可表示为： （4-3）式中：为前悬架车轴载荷，为簧载质量，为非簧载质量,。根据数据得kg，分均各空气弹簧的力为,g取9.8m/，则N。为橡胶气囊内压缩气体内气压力，取；为空气弹簧有效承压面积，当载荷为14381.5N，高度为215mm时，为0.3Mpa，计算，为空气弹簧体积mm3，将上述数据代入公式（4-2），经计算可得前悬空气弹簧刚度=123.5N/mm。同理后悬架式中：，。代入推

26、出得，则N，N/mm。4.1.2空气弹簧固有频率的计算空气弹簧固有频率（Hz）可用下式计算表示：= （4-4）式中，为空气弹簧的有效直径，为气囊初始充气压力；为重力加速度。分析上式可知：1）空气弹簧固有频率与气囊初始充气压力有关，越大，固有频率越低，但是在太高时，对的影响并不大4。2）空气弹簧固有频率与有效面积的变化率有关，二者呈反比关系，面积变化率越大，频率值越小10。本次设计取在充气压力高的理想状态下，为降低初始充气压力对的影响，本次设计选取=1；为多变指数，；为有效直径变化率，一般囊式空气弹簧的有效直径变化率为0.350.402。本次设计选取=0.4；将上述参数代入（4-4）中空气弹簧固

27、有频率=1.26Hz。4.2 空气悬架系统气压控制工作原理高度控制阀是空气悬架系统的重要组成部分，分为有阻尼高度控制阀和无阻尼高度控制阀17。有阻尼高度控制阀，又称为带延时机构高度控制阀，它能保证车身高度不随载荷变化而变化，也能避免汽车因冲击而引发的充气、泄气现象，能减少气体消耗和阀的磨耗，降低排气的噪音。无阻尼高度控制阀，也称为不带延时机构高度控制阀，能保证汽车载荷的变化不影响到车身高度，缺点在于车轴与车身之间存在小的相对位移时，同时使高度控制阀充气或者泄气，将增加阀的磨损和浪费压缩空气，汽车噪音也较大。图4-2 不带延时机构的高度阀示意图16本次设计采用如图4-2的不带延时（无阻尼）高度控

28、制阀，其工作原理为： 不带延时的高度控制阀的工作位置分中立、充气、排气三种。在中立位置上，储气筒内的气囊装的压缩空气既不排出到外界也不吸入来自高度控制阀的气体，此时车身高度不需调整。在充气位置时，汽车载荷增加时，车架和车轴之间的距离缩短，车轮产生跳动或转弯离心力都会使车架产生倾斜。通过控制连杆机构的作用，高度控制阀的充气阀打开，压缩空气流入气囊，使气囊内的压力提高，刚度提升，从而车架升高，到充气阀关闭为止，此时车架恢复到载荷增加之前的高度，并恢复到中立位置1。在排气位置时，汽车卸载时，载荷下降，车架和车轴之间的距离增大，此时高度控制阀的放气阀打开，气囊排出压缩空气，空气气囊内压力降低，从而达到

29、车身车架下降，直至控制阀的放气阀口关闭，此时车架高度恢复到卸载前的位置2。4.3 本章小结空气弹簧内的压缩空气决定了空气弹簧的支承、弹性作用性能。气体压缩系数、容积比决定了空气弹簧的力学性能12。本章目的是对弹性元件的设计，即对空气弹簧的设计和相关计算，主要是空气弹簧刚度计算和弹簧固有频率的计算。高度控制阀的分类简述，以及采用的高度控制阀及相关参数。第五章 导向机构的设计与计算5.1 悬架导向机构的简述导向机构是导向和传力的机构，它关系到车轮相互间的位移特征并保证力和力矩的可靠传递11。是悬架系统中不可或缺的重要部件，因此要有一定的强度，布置方式要合理，避免运动干涉。而且，它还决定了悬架的独立

30、及相关。目前重型汽车的导向机构主要有：钢板弹簧混合式导向机构、双横臂式导向机构、纵臂式导向机构、半拖臂悬架导向机构、麦弗逊悬架导向机构等3。本设计中选用纵臂式导向机构，选自文献2，如图5-1：图5-1 纵臂四杆四囊式导向机构本设计采用纵臂四杆四囊式空气弹簧悬架，采用三个纵向推力杆和一个横向推力杆所组成的导向机构。5.2 横向稳定杆的选择横向稳定杆，也称为防侧倾杆，故名其意，是给汽车附加车体稳定性，防止侧倾的元件，常常与减振器或者杆件连接，布置于车轴上，两端连接在悬架的梁上，可以将整个悬架系统连接起来。在车体转弯时，横向稳定杆会产生反作用力使车体的侧倾得以控制，除横向稳定杆以外，还有纵向稳定杆，

31、但是本设计中重型货车轴距大，纵倾角小，因此装以横向稳定杆来加大悬架的侧倾角刚度以阻止车身倾斜14。横向稳定杆是一个横跨车轴向扭动的金属杆。两端处用橡胶与车架连接，这样做可以减少振动和带来的噪音。本次设计选取前后横向稳定杆的工作原理如下图5-216所示：图5-2 横向稳定杆的工作原理5.3 侧顷力臂的计算如图5316所示，纵臂式非独立前悬架布置简图:纵臂式导向机构的汽车悬架，车轮到车身的纵向力（力矩）从纵向推力杆传递，当车身收到侧倾力时，通过一根横向导向杆的反作用力的约束反力来平衡。此时车架的中心点为力矩中心，也是约束反力这车轴横向垂直方向的投影点。侧倾力臂的计算公式为： （5-1）式中：为悬架

32、质心高度，为整车侧倾力矩中心高度。根据质心公式，簧载质量质心高度为： （5-2）式中：为满载质量，；为非簧载总质量，；为车轮静力半径，；为满载时整车重心高度，。将上述参数代入公式可得。 （5-3）式中 ，为为前后悬架簧载质心到侧倾中心的距离，为悬挂质量重心到前轴的距离，为轴距；根据载荷分配关系，质心距前轴距离为： （5-4）根据第四章可知=5870kg=11740kg；为前轴与中轴间距，=3800mm；为中轴与后轴间距，=1380mm。将参数代入上面（5-4）的公式，可得a=2990mm。根据计算得出，为前悬架簧载质心到侧倾中心的距离，mm；为后悬架簧载质心到侧倾中心侧倾距离，mm，轴距，及式

33、（5-4）所得，代入5-3得到mm。最后得出整车侧倾力臂。5.4 稳定杆的角刚度计算横向稳定杆的刚度计算可分为两步进行：1. 计算稳定杆和橡胶件的变形量由于本设计中横向稳定杆的结构形式，稳定杆件的变形量fc的计算为：其中：为材料的弹性模量，；P为作用于横向稳定杆的垂直载荷，前后悬架不相同，J为惯性距，参数(N/)，其余参数如下图5-4所示,根据选取前横向稳定杆直径，=324mm，=702mm,=54mm，=216mm，=696mm，=328mm，=1698mm可计算得的值，如图5-417。 橡胶件的变形量的计算为：，式中为支座胶垫的垂直线刚度，一般为300500N/mm，本文取400N/mm，

34、代入数据可得的值。2. 横向稳定杆的角刚度计算： 横向稳定杆的角刚度为：（5-5）将以上数据代入5-5，可得前横向稳定杆角刚度为Nm/rad，后横向稳定杆角刚度为Nm/rad。整车侧倾角刚度为前后悬架刚度的总值为： （5-6）式中：为前、后悬架空气弹簧长度；将参数代入公式（5-6），可得=Nm/rad。5.5 悬架的侧倾角校核侧倾角的大小决定汽车在簧上质量产生侧倾时，悬架的弹性恢复力矩能力，不可过大也不可过小。侧倾角刚度过大而侧倾角过小的汽车又缺乏汽车发现侧翻的感觉，同时使轮胎侧偏角增大，如果发生在后轮，会使汽车增加了过多转向的可能5。根据要求，在侧向惯性力等于倍车重时，重型载货汽车车身侧倾角

35、不要超过。应该控制在的范围内，则侧倾角刚度满足设计要求。为对整车侧倾角进行校核，根据质量重心公式推出校核出侧倾角为： （5-7）式中：为向心加速度，在此选取，g为重力加速度。将本章各节所求的参数代入公式（5-7），即mm；mm；=Nm/rad。可得 = 0.04rad ，即=2.23，因此根据上述要求，侧倾角不能太大也不能太小，应该在内，所以满足校核要求。5.6 本章小结 本章是对悬架重要元件导向机构的设计，即对横向稳定杆的设计和选型。侧倾力臂的计算，角刚度计算和侧倾角刚度的校核。第六章 双筒式减振器设计与计算6.1 筒式减振器的结构简述减振器即是所谓缓冲器，阻尼元件，也是减少振动和缓释能量的

36、装置，若汽车悬架系统中无阻尼元件，只有弹簧作为弹性元件减少振动是远远不够的，因为弹簧元件在散能的性能不足，因此减振器是汽车必不可少的元件。减振器的类型有很多种，按结构的不同，可分为摇臂式减振器和筒式液压减振器，筒式减振器又分单筒和双筒，而双筒式减振器使用比例最高。汽车在车身和车轮振动时，减振器内的油液流经节流小孔、缝隙的节流压力差产生的阻尼力，能有效减少振动带来的英雄，提高车辆的行驶平顺性和舒适性。摇臂式减振器，其特点是活塞易磨损，耐热性差，但一般用于工作环境差的条件，因此市场上比例越来越小13。筒式减振器的结构如图6-117所示，其工作性能可靠、结构简单、价格低而在现代汽车上得到青睐，双筒减

37、振器有四个阀，即压缩阀、复原阀、流通阀和补偿阀1。6.2减振器主要参数的计算1.相对阻尼系数 减振器的阻尼力与振动速度的关系可表示为： (61)为阻尼系数，为减振器的阻尼力，为减振器的振动速度，为速度指数，在卸荷阀打开前，取1。图63b18示出减振器的阻力-速度特性曲线图,也是减振器的阻尼力所作的功（一周期）。该图具有如下特点：通常来说，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启前。如图所示，X轴负方向两段直线代表压缩行程，正方向两条代表伸张行程的，斜率就是阻尼系数，图中曲线四段即代表四个不同阻尼系数1。相对阻尼系数也叫相对阻尼比，意味着悬架的软硬度，是衡量性能的优良与否，振动衰减速度的数据13。可用下式

38、表达： (62)由6-2式可知，相对阻尼系数由悬架系统垂直刚度和簧上质量所决定，且成平方反比的关系。在弹性元件无内摩擦的理想状态下，压缩行程时的相对阻尼系数与伸张行程时的相对阻尼系数之比称为阻尼比，一般取，即。对于运输环境条件好的汽车，悬架和车架产生的振动较小，簧上质量小可以取小些，但是为降低悬架与车架碰撞损伤，本设计中的重型载货汽车路面行驶条件差，簧上质量大，取。2.减振器阻尼系数根据上一节，减振器阻尼系数可表示为：悬架系统固有振动频率可表示为：故： （6-3）如图6-419，目前减振器在悬架系统中的安装方法有以下三种，为减振器中心线与重力垂直线之间的夹角，垂直放置或有角度放置,阻尼系数的计

39、算方法也有不同：当如图中（a）安装时，减振器阻尼系数用下式计算： (64)如图（b）所示安装时，用下式计算： (65)如图（c）所示安装时，用下式计算： (66)分析式(64)式(66)可知：在下连杆臂长度不变时，减振器阻尼系数的大小取决于减振器中心线与重力垂直线之间的夹角和减振器与连杆臂的连接点与铰接点的大小1。3.最大卸荷力最大卸荷力在阀门打开的卸荷点，可表示为：为了降低传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度上升到一定值时，减振器打开卸荷。此时的活塞速度称为卸荷速度9。当减振器安装在如图64b所示位置时 (67)式中，为活塞卸载速度，一般为；为车身振幅，此处取，为悬架振动固有频率。4.简

40、式减振器工作缸直径筒式减振器的工作缸直径，根据伸张行程的最大卸荷力，可得： （68）式中，为工作缸最大允许压力，此处取；为连杆与缸筒直径比，双筒式减振器取。根据机械设计手册，减振器的工作缸直径有20、30、40、45、50、65mm等几种，选取时根据不同的要求选用标准件，储油筒直径（1.351.50），壁厚取为，材料可选20号钢2。1）前悬架的减振器的设计悬架阻尼力：式中：为悬架阻尼比，前悬架阻尼比取；为减振器测试时的加载速度，取；为汽车车轮和减振器跳动行程杠杆比，取；前悬架刚度；前悬架簧载质量，前减振器的安装方向与垂直方向夹角，则代入上述数据可得悬架阻尼力：。空气悬架压缩时，压缩阻力，复原阻

41、力（为复原行程与压缩行程阻力之比，取），代入得=4072.9N ,=20364.5N。根据减振器工作手册，根据压缩阻力和复原阻力选取减振器型号为号20。2)后悬架的减震器的设计根据前悬架的计算方法，同理：式中：后悬架取=0.6；=0.52m/s；=216.1；为11740kg，代入数据上式可得悬架阻尼力=0.5220.6=31430.1N压缩阻力= 5714.6N，复原阻力=28572.8N。同理，选择号的减振器，垂直布置。6.3 本章小结本章的目的是对减振器的介绍、选型和主要参数的计算。计算后选择双筒式液力减振器，前后悬架均垂直布置。结论本设计的目的是为重型载货汽车设计悬架系统，本文从东风日

42、产某型号重型载货汽车为研究目标，在原钢板弹簧悬架系统的改进下重新设计为空气弹簧悬架。 空气弹簧为弹性元件的悬架系统，是上个世纪六十年代起开始运用在客车上，如今随着现代工业的发展，人们对汽车行驶的要求越来越高，已经风靡大型汽车悬架系统市场，拥有弹簧刚度可变，减振性能好，使用寿命长的优点，因此为旧型传统悬架系统的汽车重新设计显得很有必要。本文从确定悬架系统的主要参数开始，选定悬架的动静挠度，再根据货车的参数选用空气弹簧的尺寸，计算空气弹簧的主要参数，其前后悬架的刚度和固有频率。第五章是对导向机构的设计，导向机构是悬架系统中传递力和力矩的重要部件，选择合适的横向稳定杆后，计算倾侧力臂的长度，以及稳定

43、杆的角刚度，最后校核倾侧角，符合所需的范围，故符合设计要求。第六章是对减振器的介绍和计算选型，计算前后悬架的阻尼比，阻尼系数，减振器的直径选型，压缩复原阻力的计算，和减振器的布置方式。参考文献1 彭莫，刁增祥，党潇正. 汽车悬架构件的设计计算M.机械工业出版社,2012,(06).2 周长城. 车辆悬架设计及理论M.北京大学出版社,2011,(06).3 张伟,金锋.客车板簧悬架的设计J.合肥工业大学学报(自然科学版).2009(S1).4 (德)耶尔森莱姆帕尔. 汽车悬架 M.北京机械工业出版社,2013,(06).5 范迪彬,陆友林. 汽车悬挂参数优化设计J.安徽工学院学报, 1988,(

44、01).6 杨啟梁. 重型货车非线性悬架结构参数动力学优化J.农业机械学报,2007,(06).7 王敬芝. 重型载货汽车空气悬架系统多目标优化设计系统的研究开发D.中国优秀硕士学位论文全文数据库,2009,(11).8 翟维丽,杨兆升,张广世. 汽车空气悬架高度控制阀动力学模型的研究J.汽车技术,2006,(05).9 张建文,庄德军,林逸,王望予,刘宏伟. 汽车用空气弹簧悬架系统综述J.公路交通科技,2002,(06).10 喻凡,黄宏成 ,管西强. 汽车空气悬架的现状及发展趋势J.汽车技术,2001,(08).11 杨啟梁. 重型货车非线性悬架结构参数动力学优化J.农业机械学报,2007

45、,(06).12 刘丹. 重型载货汽车车架的有限元分析及优化D.中国优秀硕士学位论文全文数据库,2009,(11).13 张伟,金锋.客车板簧悬架的设计J.合肥工业大学学报(自然科学版).2009(S1).14 程美娥.汽车变刚度悬架的动力特性研究D.重庆理工大学.2015.15L. Bereteu; A. Perescu; Quarter Car Suspension System With One Degree Of Freedom Simulated Using SimulinkJ.De Gruyter期刊.2012(1).16 王望予.汽车设计M.北京.机械工业出版社,200417 姜

46、鹏. 汽车悬架系统的仿真分析与参数优化设计D.浙江大学, 200618 杨啟梁. 重型货车非线性悬架结构参数动力学优化J.农业机械学报,2007,(06)19 韩燕. 重型载货汽车悬架系统多目标优化设计系统的研究开发D.中国优秀硕士学位论文全文数据库,2009,(11)20Hong Yan Shan.Vehicle Height Control of Automotive Air Suspension System Using Fuzzy Neural Network ApproachJ. Trans Tech期刊.2015(7).谢辞 随着写下这些文字，我意识到，大学四年即将过去，这次毕业设

47、计重型载货汽车的悬架设计，是学校留给我最后的任务，也是对我四年学习成果的检验，是对我四年以来学习到的技能和能力的证明，也是在大四的时光里最主心骨的事情。通过这次毕业设计，从了解课题，到深入研究和学习，使我成长了不少，汽车类的知识虽然只是我的选修科目，但里面的机械知识却一点一滴都不会少，从每个零部件的设计选型，每个标准件的翻阅资料，都渗透着大学四年里所学的机械知识。终于这次毕业设计要接近尾声，我不舍又激动，不舍青春最后的校园时间就要离我而去，激动在于学习的结晶终于即将完成。我永远不会忘记每一次在图书馆查阅资料，在电脑软件面前日夜不息的计算和画图，每一次导师的循循善诱，每一次同学们的指点迷津。在这

48、里要特别感谢我的指导老师XXX老师，每当我在毕业设计迷茫不知方向时，在我遇到怎么想也想不出来的瓶颈时，XXX老师总会耐心地教我方法，而不是怀疑我的能力，贬低我的自尊心，像是给我一盏明灯，仿佛在黑夜中为我照亮前行的路，遇到好的毕业设计导师，也是一种无与伦比的幸运。不管有多难，多幸苦，多困惑，这次毕业设计总算是要完成了。最后还要感谢我的父母亲，是他们把我含辛茹苦养大，给了我生命，送我来大学，给了我来接受高等教育的机会，给了我一切，没有他们就没有我！附录一 CAD二维图在此部分，将以具体的CAD二维图展示设计结果。图7-1 总装配图7-2 焊接图图7-3 空气弹簧图7-4 限位块图7-5 车架连杆图7-6 稳定杆图7-7 推力杆图7-8 腰环图7-9 盖板图7-9 T型杆图7-10 Z型挡板图7-11 固定架图7-12 挡板图7-13 支座胶垫图7-14 连杆附录二 三维图 在此部分，将以具体的三维图的装配图和爆炸图以展示设计结果。图8-1 装配图图8-2 爆炸图44