悬架主要参数的确定

悬架主要参数的确定
悬架结构形式的选择
汽车的悬架主要有独⽴悬架和⾮独⽴悬架，独⽴悬架的结构特点是，左右车轮通过各⾃的悬架与车架连接；⾮独⽴悬架的结构特点是，左右车轮⽤⼀根整体轴连接，再经过悬架与车架连接。

独⽴悬架与⾮独⽴悬架的优缺点对照见表1：
表1 独⽴悬架与⾮独⽴悬架的优缺点对照
所以前后轴都⽤⾮独⽴悬架。

从表格中可以看出可以可以⽅便维修，制造成本也低。

⽬前在客车上普遍应⽤的是空⽓弹簧做弹性元件的悬架。

悬架是连接车⾝和车轮之间⼀切传⼒装置的总称，主要由空⽓弹簧，减振器和导向机构三部分组成。

弹性元件⽤来传递垂直⼒，并和轮胎⼀起缓和路⾯不平引起的冲击和振动，减振器将振动迅速衰减。

导向机构⽤来确定车轮相对于车架或车⾝的运动，传递除垂直⼒以外的各种⼒矩和⼒。

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%。

空⽓悬架在客车的应⽤上具有许多优点，⽐如空⽓弹簧可以设计的⽐较柔软，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。

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。

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。

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。

2囊式空⽓弹簧和复合式空⽓弹簧的特点：
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空⽓弹簧的选⽤及布置问题
由于⼤客车后轴载荷很⼤，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，就是后轴采⽤两个c型梁⽀撑4个空⽓弹簧，可以有效的减低空⽓弹簧的刚度，并且，四个空⽓弹簧可以增加负荷，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。

4反弹限位
由于空⽓弹簧的反向刚度很⼩，如不采取反向限位措施，必然会出现以下⼏个问题：
1)因为⽓囊的⾃由度有限，所以⽆⽌境的反弹，必然会出现脱囊（若⽆夹紧措施）
或拉断⽓囊（有夹紧措施）的现象。

2)因为减振器的⾃由长度及连接强度有限，所以⽆⽌境的反弹，必然会造成减振器的破坏。

3)囊式⽓囊在反跳时的有效承压⾯积最⼩，泄压⾯积最⼤，所以，反弹⾏程过⼤易于引起⽓囊的爆破。

考虑以上情况，在⼤客车的空⽓悬架系统中⼀般均装有钢丝绳反向限位装置。

导向机构的选择及布置
2.1汽车空⽓悬架导向机构的种类及特点
1.钢板弹簧导向机构
钢板弹簧导向机构⼜分为纵置半椭圆钢板导向机构和四分之⼀的椭圆钢板弹簧导向机构等。

这些导向机构。

由于板簧刚度较⼤，不容易得到较低的振动频率，因此⼀般不⽤到它。

2.纵向单臂式导向机构
⼀些⼤客车前悬架采⽤这种导向机构，采⽤这种导向机构，当车轮上下跳动时主销后倾⾓变化较⼤，为减少主销后倾⾓变化，⼀般将纵向单臂做的较长，采⽤这种机构可减低汽车纵向倾复⼒矩中⼼的位置，增加悬架抵抗车⾝纵向倾斜的能⼒，但车⾝倾斜时，由于左右导向臂⽀点转动的⾓度不同，产⽣导向臂扭转车桥的趋势，这将在导向机构中产⽣较⼤的附加载荷。

如图2所⽰。

图2 V形杆受⼒分析
3.A形架导向机构
⼀些⼤客车的后悬架采⽤这种机构。

可将A形架导向机构看成是纵向单臂式导向机构的⼀种特殊形式，将⼆根纵向单臂与车架连接处的铰链点合在⼀起，构成A形架，A形架可避免导向机构内的附加载荷，克服了纵向单臂式导向机构的缺点。

A形架的另⼀优点是可使左右空⽓弹簧中⼼距较⼤，这将⼤⼤提⾼悬架的侧倾⾓刚度。

但采⽤这种结构时，为增加摇臂长度以减少车桥运动中转动⾓度过⼤的问题，⼀般将A形架做的较⼤，这使得该机构尺⼨和质量较⼤。

如图3所⽰。

图3 A形架导向机构悬架
4.四连杆式导向机构
现在⼤部分⼤客车的空⽓悬架都采⽤这种机构。

这种机构集成了以上机构的优点，下⾯的部分有更详细的阐述。

2.2四连杆机构⾥上V形杆的布置问题
1.关于V形杆夹⾓的选择
（1）从上下受⼒均匀考虑
推⼒杆承受纵向⼒的频次⽐承受侧向⼒的频次要多，我们⾸先分析纵向受⼒情况，如图4，
图4 V形杆受⼒分析设上下个杆均平⾏布置，距地⾯⾼度分别为a.b，作⽤在地⾯上的纵向⼒为T，
则上下杆的杆向受⼒为F1=bT/(a-b),F2=aT/(a-b),多数情况下，布置成a=2b，则有F1＝T,F2=2T
这⾥，为了使上，下杆受⼒均等，，采⽤⼀根上杆，两根下杆，可以得到合理的结构受⼒。

采⽤V型杆，由两根斜杆组成，令每根杆轴向受⾥为R，垂直⽅向受⼒为L1，并且⽔平⽅向每根杆受⼒为F1/2，夹⾓为θ。

则R=F1/2cos（θ/2），如果要使上杆与下杆在承受纵向⼒时的杆向⼒均等，则令
R＝F2/2＝F1=T
Cos（θ/2）＝0.5，所以θ/2=60,θ=120
这说明采⽤120以下的夹⾓，在纵向⼒作⽤时，上杆受⼒不会⼤于下杆。

（2）从承受侧向⼒时减轻上杆受⼒考虑
令每杆⽔平⽅向的⼒为S，垂直⽅向的⼒为L/2，则
R=L/2 sin（θ/2）,当θ＝120时，R＝0.577L
为了保证上杆的侧倾投影杆长不能太短，以获得较好的车轴运动轨迹，θ不可能选太⼤，现有的V形杆多是49，57和76，这⼏种布置的杆向⼒分别为：
θ＝57时，R=1.05L
θ=76时，R＝0.812L
显然，夹⾓越⼤，V形杆在承受侧向⼒时杆向⼒越⼩，但承受纵向⼒时杆向⼒越⼤，若与下杆受⼒情况对⽐，V形杆有富裕的承载能⼒，所以夹⾓应尽可能选⼤些。

2.关于V形杆固定端，活动端跨距的选择
我在这⾥选⽤固定端跨距⼤，活动端⼩的倒⼋字结构。

多数空⽓悬架采⽤这种结构。

现代悬架推⼒杆绞接头主要采⽤橡胶⼨套，沿杆向，垂直杆向，以及扭转都有⼀定的弹性，这种布置对车轴的偏转，侧移提供了较强的约束。

2.3空⽓悬架总体布置⽅案
⽬前空⽓悬架有着多种布置⽅案，如下图所⽰
图 5 空⽓悬架系统布置
⽅案
经过以上的结构分析，我们选择图5做为我本次设计的结构⽅案，即将四个空⽓弹簧和四个减振器安装在两根c型梁上，这样做有利于在车宽范围内增加空⽓弹簧的簧距。

然后将空⽓弹簧安装在车架两端延伸出来的四个⽀梁上，将c型梁安装在车桥上，然后通过导向机构将悬架，车桥和车架联系起来，构成以个整体。