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。