載貨汽車(chē)前空氣懸架總成的設(shè)計(jì),載貨,汽車(chē),空氣,懸架,總成,設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 載貨汽車(chē)前空氣懸架總成的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 提交日期 2016年 月 日 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 日期：2016年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本人完全了解華南理工大學(xué)廣州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：按照有關(guān)要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本；華南理工大學(xué)廣州學(xué)院圖書(shū)館有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；可以采用復(fù)印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的的前提下，可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 學(xué)位論文作者簽名： 日期：2016年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 日期：2016年 月 日 作者聯(lián)系電話： 電子郵箱： 摘 要 當(dāng)今社會(huì)，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展無(wú)時(shí)不刻都在影響著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)的進(jìn)步離不開(kāi)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展。在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大環(huán)境下，中國(guó)各個(gè)行業(yè)被其他國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)影響的同時(shí)，越來(lái)越多的外國(guó)企業(yè)和品牌傳播到中國(guó)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。在新的市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，對(duì)載貨汽車(chē)前空氣懸架進(jìn)行改良和優(yōu)化是當(dāng)務(wù)之急。生產(chǎn)載貨汽車(chē)前空氣懸架的企業(yè)，必須充分考慮到在載貨汽車(chē)前空氣懸架運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，盡量使載貨汽車(chē)前空氣懸架的標(biāo)準(zhǔn)化程度越高越好，穩(wěn)定和強(qiáng)度越來(lái)越好，國(guó)內(nèi)載貨汽車(chē)前空氣懸架的研發(fā)及制造要與全球號(hào)召的穩(wěn)固牢靠、性能穩(wěn)定主題保持一致。載貨汽車(chē)前空氣懸架的發(fā)展與人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是載貨汽車(chē)前空氣懸架總成的設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)出載貨汽車(chē)前空氣懸架總成，來(lái)了解它的結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)之進(jìn)行優(yōu)化，使得設(shè)計(jì)出來(lái)的載貨汽車(chē)前空氣懸架總成的結(jié)構(gòu)更合理，更安全。 關(guān)鍵詞：汽車(chē) 載貨汽車(chē)前空氣懸架 原理 結(jié)構(gòu) Abstract In today's society, the development of the automobile industry is affecting the development of the national economy, and the progress of human being can not be separated from the development of the automobile industry. In the global economic development environment, China's various industries are affected by the advanced technology of other countries at the same time, more and more foreign enterprises and brand spread to China has become a reality. Under the impetus of new market demand, it is urgent to improve and optimize the front air suspension. The production of truck air suspension of the enterprise, must give full consideration to the problems that may appear in the truck front air suspension operation, try to make the truck before the standardization of the air suspension, the higher the better, stability and strength is getting better and better, the domestic truck before R & D and manufacturing of air suspension to consistent with the call for a global firm, stable performance theme. The development of front air suspension is closely related to the progress of human society and the level of science and technology. The topic of this graduation design is the truck front air suspension assembly design, through the design of the truck front air suspension assembly, to understand its structure and working principle, and the optimization, makes the design of truck front air suspension assembly structure more reasonable and more secure. Keywords：Driving roller Crankshaft Processing craft Significance 目 錄 1 緒論 1 1.1課題的來(lái)源與研究的目的和意義 1 1.2本課題研究的內(nèi)容 3 1.3懸架的概述 3 1.4懸架的分類(lèi) 3 2 空氣懸架結(jié)構(gòu) 7 2.1空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 9 3 載貨汽車(chē)前空氣懸架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12 3.1推力桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3.2推力桿的強(qiáng)度計(jì)算與校核 16 3.3螺栓的選型計(jì)算 18 3.4彈性元件的設(shè)計(jì) 20 3.5空氣彈簧力學(xué)性能 21 3.6高度控制閥 22 4 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24 4.1懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的概述及強(qiáng)度受力計(jì)算 24 4.2橫向穩(wěn)定桿的選擇 25 4.3穩(wěn)定桿的橫向載荷及強(qiáng)度 25 4.4懸架及整車(chē)的剛度 26 結(jié) 論 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 29 1 緒論 1.1 課題的來(lái)源與研究的目的和意義 我國(guó)公路條件的改善為汽車(chē)空氣懸架創(chuàng)造了基本的使用條件。國(guó)內(nèi)高速公路的發(fā)展對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求，對(duì)空氣懸架?chē)?guó)內(nèi)市場(chǎng)產(chǎn)生了很大的促進(jìn)作用。此外，重型汽車(chē)對(duì)路面破壞機(jī)理的研究及認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，政府對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)的重視，限制超載逐步在國(guó)內(nèi)各地受到重視，使空氣懸架在重型車(chē)市場(chǎng)的應(yīng)用也將進(jìn)一步擴(kuò)大，為適應(yīng)高速公路運(yùn)輸?shù)男枰?，高?jí)載貨汽車(chē)和大型載貨車(chē)都必須使用空氣懸架。 載貨汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展將大大拉動(dòng)空氣懸架的需求增長(zhǎng)。近幾年，空氣懸架的需求主要是與高等級(jí)載貨汽車(chē)的銷(xiāo)售量直接相關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)高級(jí)載貨汽車(chē)的市場(chǎng)以每年15％的速度增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)“十五規(guī)劃”要求：我國(guó)的載貨汽車(chē)將“重點(diǎn)發(fā)展適應(yīng)高速公路需要的大中型載貨汽車(chē)，專(zhuān)用載貨汽車(chē)底盤(pán)及關(guān)鍵總成”并“根據(jù)市場(chǎng)需求適當(dāng)發(fā)展高檔旅游載貨汽車(chē)”。“十五規(guī)劃”預(yù)測(cè)，2005年大中型載貨汽車(chē)年需求量為12～16萬(wàn)輛(其中大型載貨汽車(chē)為3～5萬(wàn)輛，中型載貨汽車(chē)為9～11萬(wàn)輛)，2002年7月，交通部頒布實(shí)施《營(yíng)運(yùn)載貨汽車(chē)類(lèi)型劃分及等級(jí)評(píng)定》(JT/T325-2002)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，新頒布實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)里面對(duì)大中型載貨汽車(chē)配置懸架類(lèi)型作了規(guī)定，其中高級(jí)大中型載貨汽車(chē)必須采用空氣懸架，這為空氣懸架產(chǎn)品的推廣使用創(chuàng)造了一個(gè)良好的外部環(huán)境。 本論文主要對(duì)載貨汽車(chē)前空氣懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)載貨汽車(chē)前空氣懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)，來(lái)了解載貨汽車(chē)前空氣懸架的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及以后的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀。 我國(guó)生產(chǎn)的載貨汽車(chē)前空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)陋，穩(wěn)定系數(shù)始終不高，雖然經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，近期產(chǎn)品的質(zhì)量較早期有所提高。但受?chē)?guó)產(chǎn)配套件質(zhì)量及設(shè)計(jì)水平等的影響，我國(guó)目前生產(chǎn)的載貨汽車(chē)前空氣懸架的總體水平與進(jìn)口產(chǎn)品及港口用戶(hù)的要求仍有較大差距，載貨汽車(chē)前空氣懸架的生產(chǎn)也是如此，為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)出一種新型的載貨汽車(chē)前空氣懸架勢(shì)在必行！本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識(shí)，提出了載貨汽車(chē)前空氣懸架的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，構(gòu)建了載貨汽車(chē)前空氣懸架總的指導(dǎo)思想，從而得出了該載貨汽車(chē)前空氣懸架的優(yōu)點(diǎn)是高效，經(jīng)濟(jì)，并且校正質(zhì)量高，運(yùn)行平穩(wěn)的結(jié)論。 通過(guò)設(shè)計(jì)載貨汽車(chē)前空氣懸架，要求學(xué)生掌握大學(xué)四年所學(xué)到的知識(shí)，了解機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，綜合運(yùn)用繪圖軟件對(duì)載貨汽車(chē)前空氣懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用水平和設(shè)計(jì)能力。 相信此種載貨汽車(chē)前空氣懸架的出現(xiàn)將會(huì)大大提高載貨汽車(chē)前空氣懸架的穩(wěn)定性和質(zhì)量，為企業(yè)的生產(chǎn)的年產(chǎn)能方面，以及經(jīng)濟(jì)效益方面能夠帶來(lái)顯著的進(jìn)步，同時(shí)也在某種程度上推進(jìn)了汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展。 1.2 本課題研究的內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)載貨汽車(chē)前空氣懸架進(jìn)行設(shè)計(jì)，從載貨汽車(chē)前空氣懸架的整體方案出發(fā)，然后具體細(xì)化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面： （1）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和圖書(shū)館查找各種關(guān)于載貨汽車(chē)前空氣懸架的相關(guān)資料，對(duì)載貨汽車(chē)前空氣懸架進(jìn)行方案的比較和預(yù)定。 （2）分析載貨汽車(chē)前空氣懸架的結(jié)構(gòu)與參數(shù) （3）確定設(shè)計(jì)總體方案 （4）確定具體設(shè)計(jì)方案 （5）載貨汽車(chē)前空氣懸架圖紙的繪制。 （6）說(shuō)明書(shū)的整理 1.3懸架的概述 懸架是車(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱(chēng)。它的功用是把路面作用于車(chē)輪上的垂直反力（支承力）、縱向反力（牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車(chē)架（或承載式車(chē)身）上，以保證汽車(chē)的正常行駛。 現(xiàn)代汽車(chē)的懸架盡管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但是一般都由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。由于汽車(chē)行駛的路面不可能絕對(duì)平坦，路面作用于車(chē)輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時(shí)，這種沖擊力將達(dá)到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車(chē)架和車(chē)身時(shí)，可能引起汽車(chē)機(jī)件的早期損壞，傳給乘員和貨物時(shí)，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷。為了緩和沖擊，在汽車(chē)行駛系統(tǒng)中，除了采用彈性的充氣輪胎之外，在懸架中還必須裝有彈性元件，使車(chē)架（或車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間作彈性聯(lián)系。但彈性系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適和疲勞。故懸架還應(yīng)當(dāng)具有減振作用，使振動(dòng)迅速衰減（振幅迅速減?。榇?，在許多結(jié)構(gòu)形式的汽車(chē)懸架中都設(shè)有專(zhuān)門(mén)的減振器。 1.4 懸架的分類(lèi) 根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)型式的不同，汽車(chē)懸架又可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車(chē)輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過(guò)懸架和車(chē)價(jià)（或車(chē)身）連接；獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，左、右車(chē)輪通過(guò)各自的懸架與車(chē)架（或車(chē)身）連接。 獨(dú)立懸架是每一側(cè)的車(chē)輪都是單獨(dú)地通過(guò)彈性懸架懸掛在車(chē)架或車(chē)身下面的。其優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，減少了車(chē)身受到的沖擊，并提高了車(chē)輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車(chē)的舒適性；可以使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低，汽車(chē)重心也得到降低，從而提高汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性；左右車(chē)輪單獨(dú)跳動(dòng)，互不相干，能減小車(chē)身的傾斜和震動(dòng)。不過(guò)，獨(dú)立懸架存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修不便的缺點(diǎn)?，F(xiàn)代轎車(chē)大都是采用獨(dú)立式懸架，按其結(jié)構(gòu)形式的不同，獨(dú)立懸架又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸架等。 圖1.2 獨(dú)立懸架 非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車(chē)輪由一根整體式車(chē)架相連，車(chē)輪連同車(chē)橋一起通過(guò)彈性懸架懸掛在車(chē)架或車(chē)身的下面。非獨(dú)立懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車(chē)中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車(chē)中基本上已不再使用，多用在貨車(chē)和大客車(chē)上。 圖1.3 非獨(dú)立懸架 2 空氣懸架結(jié)構(gòu) 2.1空氣懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 空氣彈簧懸架具有變剛度、剛度小、振動(dòng)頻率低、車(chē)身高度不變等優(yōu)點(diǎn)。典型的機(jī)械式空氣懸架主要包括以下幾個(gè)部分： (1)空氣彈簧 空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個(gè)密閉容器，在其中貯入壓縮空氣，利用空氣的可壓縮性實(shí)現(xiàn)其彈簧的作用。這種彈簧的剛度是可變的，因?yàn)樽饔迷趶椈缮系妮d荷增加時(shí)，容器內(nèi)的定量氣體氣壓升高，彈簧剛度增大。反之，當(dāng)載荷減小時(shí)，彈簧內(nèi)的氣壓下降，剛度減小，故空氣彈簧具有較理想的彈性特性。 (2)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是承受汽車(chē)的縱向力、力矩及橫向力。由于空氣懸架只能承受垂直載荷，所以需要安裝導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以承受橫向力、縱向力及力矩以使車(chē)橋(或者車(chē)輪)按一定的軌跡相對(duì)車(chē)身或車(chē)架跳動(dòng)。 (3)減振裝置 減振裝置主要是用來(lái)消耗振動(dòng)能量，衰減振動(dòng)。空氣作為空氣彈簧的工作介質(zhì)，內(nèi)摩擦極小，與板簧相比空氣彈簧本身只有少量阻尼，所以空氣懸架必須裝有阻尼器，而且其阻尼要相應(yīng)增加以達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的。但如果阻尼過(guò)大又會(huì)使反應(yīng)遲鈍并向車(chē)身傳遞過(guò)多的高頻振動(dòng)和沖擊，所以減振器阻尼的匹配是否合理將影響懸架的性能。 (4)高度控制閥 高度控制閥是空氣彈懸架系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其主要功能是：①隨整車(chē)載荷變化保持合理的懸架行程；②高速時(shí)降低車(chē)身高度，保持車(chē)身穩(wěn)定性，減少空氣阻力；⑨在起伏不平的路面上，可以提高車(chē)身高度從而提高了汽車(chē)的通過(guò)性，空氣彈簧的優(yōu)越性通過(guò)安裝高度控制閥充分的顯現(xiàn)出來(lái)。 (5)其它附屬裝置 空氣彈簧以壓縮空氣作為介質(zhì)，所以必須裝有壓氣機(jī)以產(chǎn)生壓縮空氣，另外為了進(jìn)一步提高空氣彈簧的性能大部分空氣懸架還裝有輔助氣室?，F(xiàn)如今，隨著科技的迅速發(fā)展，很多高檔的客車(chē)、轎車(chē)以及商用車(chē)上已經(jīng)成功的使用了電控空氣懸架，這種懸架使用高度傳感器和電子控制單元來(lái)控制空氣彈簧的充氣和排氣，從而更加提高了空氣懸架的控制精度和反應(yīng)速度。但在功能好的同時(shí)也有其缺點(diǎn)：這種汽車(chē)懸架的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，而且成本非常高。所以在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的還不是很廣泛，但是這是汽車(chē)懸架發(fā)展的必然趨勢(shì)。 3 載貨汽車(chē)前空氣懸架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1推力桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 本次設(shè)計(jì)的載貨汽車(chē)前空氣懸架的轉(zhuǎn)推力桿主要是起到推動(dòng)的功能，所以它的尺寸和強(qiáng)度的校核計(jì)算非常重要。 （1）初步確定推力桿的直徑 mm （3.32） 根據(jù)工作條件，取mm （2）傳動(dòng)推力桿受力分析 N （3.33） N （3.34） N （3.35） 圖4.1 傳動(dòng)推力桿的受力簡(jiǎn)圖 （3）繪制傳動(dòng)推力桿的受力簡(jiǎn)圖，求支座反力 ①垂直面支反力： 由，得： （3.36） 由，得： N （3.37） ②水平面支反力： 由，得： （3.38） N 由，得： N （3.39） （4）作彎矩圖： ①垂直面彎矩圖： C點(diǎn) N·mm （3.40） ②水平面彎矩圖： C點(diǎn) N·mm （3.41） ③合成彎矩圖： C點(diǎn) N·mm （3.42） （5）作轉(zhuǎn)矩T圖： N·mm （6）校核推力桿的強(qiáng)度： 按彎扭合成應(yīng)力校核推力桿的強(qiáng)度 校核推力桿上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。由文獻(xiàn)[1，15-5]可知，取，推力桿的計(jì)算應(yīng)力 MPa （3.43） 選定推力桿的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[1]表可知，MPa。因此，，故安全。 （7）精確校核推力桿的疲勞強(qiáng)度 ①判斷危險(xiǎn)截面 從應(yīng)力集中對(duì)推力桿的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面IV和V引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來(lái)看，截面C的應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。 ②截面V左側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm （3.44） 抗扭截面系數(shù) mm （3.45） 截面V左側(cè)的彎矩M為 Mpa （3.46） 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng) Mpa （3.47） 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力MPa （3.48） 推力桿的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[1]表可知，MPa，MPa，MPa。 由文獻(xiàn)[1] 附表可知，用插入法求出 ， 推力桿按精車(chē)加工，由文獻(xiàn)[1] 附圖可知，表面質(zhì)量系數(shù)為： 推力桿未經(jīng)表面強(qiáng)化處理， 固得綜合系數(shù)為 （3.49） 由文獻(xiàn)[1] §，§可知，碳鋼的特性系數(shù) 取 取 所以推力桿在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 （3.50） （3.51） （3.52） 故該推力桿在截面V左側(cè)的強(qiáng)度是足夠的。 3.2推力桿的強(qiáng)度計(jì)算與校核 截面V右側(cè) 抗彎截面系數(shù) mm 抗扭截面系數(shù) mm 截面V左側(cè)的彎矩M為 MPa 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應(yīng)力 MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa 截面上由于推力桿肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按文獻(xiàn)[1]附表查取。因，， ， 又由文獻(xiàn)[1]附圖可得推力桿的材料的敏感系數(shù)為 ， 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻(xiàn)[1，附]為 （3.53） 由文獻(xiàn)[1]附圖可得推力桿的截面形狀系數(shù)為 由文獻(xiàn)[1]附圖可得推力桿的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為 綜合系數(shù)為 所以推力桿在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為 故該推力桿在截面V左側(cè)的強(qiáng)度是足夠的。 3.3螺栓的選型計(jì)算 螺栓的強(qiáng)度在機(jī)械聯(lián)接中至關(guān)重要，特別是在重要的場(chǎng)合，其強(qiáng)度校核和計(jì)算尤其重要。其受力簡(jiǎn)圖如上圖所示，圖中以合力代替均勻分布的作用力假設(shè)應(yīng)力在剪切面內(nèi)是均勻分布的，若為剪切面面積，則應(yīng)力為：? 與剪切面相切，故為剪應(yīng)力。 2、擠壓實(shí)用計(jì)算 在工程上也使用相似剪切的計(jì)算方法，假設(shè)擠壓應(yīng)力是均勻分布的，則? 擠壓面面積為擠壓面的正投影面積。對(duì)于平鍵接觸面面積就是擠壓面面積；對(duì)于螺栓擠壓面面積就是直徑平面面積，其值為。? 3、強(qiáng)度條件? 剪切和擠壓的強(qiáng)度條件如下：? 剪切強(qiáng)度條件：≤ 擠壓強(qiáng)度條件：≤ 式中 塑性材料： ? 脆性材料： ?先按剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)：? ≤??≤ d≥ 再用擠壓強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，擠壓力為，所以? ≤? ?≤ d≥ 最后得到螺栓的抗大強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度是合適的。 3.4 彈性元件的設(shè)計(jì) 空氣懸架多應(yīng)用于大型客車(chē)和無(wú)軌電車(chē)上，在高級(jí)轎車(chē)、長(zhǎng)途運(yùn)輸重型載貨汽車(chē)和掛車(chē)上有所應(yīng)用。其彈性元件是由夾有簾線的橡膠囊或模和充入其內(nèi)腔的壓縮空氣所組成的。這種懸架除彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)外，一般還裝有車(chē)身高度調(diào)節(jié)裝置。 由于空氣彈簧可以設(shè)計(jì)的比較柔軟，因而空氣懸架可以得到較低的固有頻率，同時(shí)空氣彈簧的變剛特性使得這一頻率在較大的載荷變化范圍內(nèi)保持不變，從而提高了汽車(chē)的平順性?？諝鈶壹艿牧硪粋€(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)調(diào)節(jié)車(chē)身高度使得大客車(chē)的地板高度和載貨汽車(chē)的貨箱高度哦隨載荷的變化基本保持不變。此外，空氣懸架還具有空氣彈簧壽命長(zhǎng)、質(zhì)量小以及噪音低等一些優(yōu)點(diǎn)。 按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，空氣彈簧可以分為囊式和膜式兩大類(lèi)，囊式空氣彈簧結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，制造方便，但剛度較高，因而常用于大型客車(chē)、無(wú)軌電車(chē)和載貨汽車(chē)，并且常配有輔助氣室以降低彈簧剛度，膜式空氣彈簧剛度小，適應(yīng)于用作轎車(chē)懸架，但同等空氣壓力和尺寸下其承載能力小，并且動(dòng)剛度會(huì)增大。 本設(shè)計(jì)的膜式的空氣彈簧。 圖5.1 空氣彈簧 24 3.5 空氣彈簧力學(xué)性能 空氣彈簧的支承、彈性作用取決于空氣彈簧內(nèi)的壓縮空氣。容積比、氣體壓縮系數(shù)基本上決定了理想空氣彈簧的力學(xué)性能。 空氣彈簧是利用橡膠氣囊內(nèi)壓縮空氣的反作用力作為彈性恢復(fù)力的彈性元件。剛度是空氣彈簧的重要性能參數(shù)，用如下理論公式空氣彈簧垂直剛度K計(jì)算： (5.1) 式中γ為剛度比，Pa為絕對(duì)壓力（/），A為空氣彈簧的有效面積，V為彈簧的體積，P為示壓強(qiáng) 由式（4一l）可知，空氣彈簧的有效承壓面積及其交化率對(duì)空氣彈簧剛度的影響顯著。囊式空氣彈簧工作時(shí)有效承壓面積交化率較大，彈簧剛度較大。由于分擔(dān)氣囊形變的曲囊越多，氣囊有效承面積變化率越小，因此曲囊增多可減小囊式空氣彈簧的剛度。在橡膠氣囊正常工作氣壓范圍內(nèi)，膜式空氣彈簧的有效承壓積面變化率比囊式氣彈簧小，即膜式空氣彈簧的剛度比囊式空氣簧小。同時(shí)，膜式空氣彈簧可以通過(guò)改變活塞底部形狀來(lái)控制有效承壓面積變化率，以獲得理想彈性特性。另外，囊式空氣彈簧可以通過(guò)添加輔助氣室，膜式空氣彈簧可利用活塞底座空心內(nèi)腔作為輔助氣室來(lái)增大氣體體積，從而降低彈簧剛度。 前懸的空氣彈簧剛度K計(jì)算: =10600 =114γ+17.78 當(dāng)靜剛度比γ=1時(shí) 131.78 當(dāng)動(dòng)剛度比γ=1.4時(shí) 177.38 用下式計(jì)算固有頻率： （5.2） 式中g(shù)為重力加速度980;W為簧上質(zhì)量 當(dāng)用靜剛度比時(shí)則 合格 當(dāng)用動(dòng)剛度比時(shí)則 合格 彈簧的剛度公式為 從中可以看出，要想獲得較軟的剛度，應(yīng)該增大V，但在布置上又不允許占用過(guò)高的空間，因而常常采用增加輔助氣室的辦法來(lái)達(dá)到增大V，減小剛度的目的。 由于空氣彈簧無(wú)法承受側(cè)向力及轉(zhuǎn)矩，必須為懸架選擇恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)向桿系。目前常用的有以下三種方式：①用鋼板彈簧作為導(dǎo)向元件，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以利用以前的零部件，便于改裝，同時(shí)板簧與空氣彈簧聯(lián)合作用可使懸架彈性特性更接近理想，懸架的偏頻在很大載荷范圍內(nèi)近似保持不變。②縱臂式，這種方式增加了設(shè)計(jì)的靈活性，可以較好地保證懸架的縱傾特性，車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)主銷(xiāo)傾角的變化量也能滿(mǎn)足要求。③A型架式，實(shí)際上為縱臂式的變形，其側(cè)向剛度較大，可減小車(chē)身側(cè)向擺動(dòng)的加速度，從而減小懸架中出現(xiàn)的附加載荷，多用于重型車(chē)的懸架。在轎車(chē)上，一般前懸采用雙橫臂，后懸采用縱臂式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 空氣懸架車(chē)身高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是一端固定在車(chē)架、一端固定在車(chē)身上的聯(lián)動(dòng)閥，當(dāng)車(chē)引高度變化時(shí)，閥動(dòng)作打開(kāi)相應(yīng)的氣路，向彈簧氣室中補(bǔ)充或由彈簧氣室放出空氣，達(dá)到測(cè)節(jié)車(chē)身高度的目的。 汽車(chē)在正常行駛過(guò)程中，由于垂向振動(dòng)或側(cè)傾，車(chē)身與車(chē)橋之間總會(huì)發(fā)生相對(duì)位移。在設(shè)計(jì)車(chē)身高度調(diào)節(jié)器時(shí)，必須采取必要的措施以防止在此類(lèi)情況下車(chē)身高度調(diào)節(jié)器頻繁動(dòng)作。 3.6 高度控制閥 高度控制閥是空氣懸架系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是保證車(chē)輛在任何靜載荷下與路面保持一定的高度，而且空氣彈簧的優(yōu)勢(shì)也只有在采用了高度控制閥的情況下才能充分體現(xiàn)。 高度控制閥（以下稱(chēng)高度閥）分為機(jī)械式和電磁式，按組成分為帶延時(shí)機(jī)構(gòu)和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)。考慮到目前國(guó)內(nèi)空氣懸架多采用機(jī)械式高度閥，因此針對(duì)帶延時(shí)機(jī)構(gòu)和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的兩種機(jī)械式高度閥進(jìn)行研究。 不帶延遲機(jī)構(gòu)的高度閥工作原理：車(chē)體荷重增加時(shí)，車(chē)體下降，空氣彈簧壓縮，控制桿被推向上方，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞頂開(kāi)進(jìn)、排氣閥，風(fēng)缸中的壓縮空氣通過(guò)一段節(jié)流通道流入空氣彈簧；車(chē)架恢復(fù)到一定高度后，控制桿會(huì)返回平衡位置，此時(shí)進(jìn)氣閥被關(guān)閉，壓縮空氣關(guān)斷。當(dāng)車(chē)體荷重減少時(shí)，車(chē)體上升，空氣彈簧伸長(zhǎng)，與荷重增加時(shí)情況相反，控制桿被拉下，進(jìn)、排氣閥打開(kāi)，空氣彈簧內(nèi)的空氣經(jīng)節(jié)流通道和活塞內(nèi)的通道排出。 4 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的概述及強(qiáng)度受力計(jì)算 空氣懸架的主要組成部分除了空氣彈簧以外，還有導(dǎo)向桿件、減振器、橫向穩(wěn)定器、高度控制組件及緩沖限位部件等組成。其中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)發(fā)揮著非常重要的作用。 導(dǎo)向傳力機(jī)構(gòu)是空氣懸架中的重要部件，要承受汽車(chē)的縱向力、側(cè)向力及其力矩，因此要有一定的強(qiáng)度，布置方式要合理，避免運(yùn)動(dòng)干涉?？諝鈴椈稍趹壹苤兄饕惺艽怪保瑴p振、消振，如果導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得不合理，則會(huì)增加空氣彈簧的負(fù)擔(dān)，甚至?xí)l(fā)生扭曲、摩擦等現(xiàn)象，惡化減振效果，縮短彈簧的壽命。 汽車(chē)空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要作用是：①在車(chē)架(或承載式車(chē)身)與車(chē)橋(或車(chē)輪)之間傳遞力或力矩。②使車(chē)橋(或車(chē)輪)按一定軌跡相對(duì)車(chē)身或車(chē)架跳動(dòng)。 圖4.1 導(dǎo)向桿受力分析 圖4.2 導(dǎo)向桿斷面圖 （6.1） （6.2） (6.3) (6.3) （6.4） (6.5) 式中c=337 mm e=346.4 mm A=844.46 得 =5.47 =5.4 導(dǎo)向桿材料的 則高的破壞安全率及降伏安全率分別為=8.7＞1.6 合格 =5.1＞1.3 合格 則低的破壞安全率及降伏安全率分別為=8.9＞1.6 合格 =5.19＞1.3 合格 4.2 橫向穩(wěn)定桿的選擇 為了降低汽車(chē)的固有振動(dòng)頻率以改善行駛平順性，現(xiàn)在轎車(chē)懸架的垂直剛度值較小，從而使汽車(chē)的側(cè)傾角剛度值也較小，結(jié)果是汽車(chē)轉(zhuǎn)彎側(cè)傾嚴(yán)重，影響了汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。為此，現(xiàn)代汽車(chē)大多都裝有橫向穩(wěn)定桿來(lái)加大懸架的側(cè)傾角剛度以改善汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。橫向穩(wěn)定桿帶來(lái)的好處除了可以增加懸架的側(cè)傾角剛度，從而減小汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)身的側(cè)傾角外，適當(dāng)?shù)剡x擇前、后懸架的側(cè)傾角剛度比值，也有助于使汽車(chē)獲得所需的不足轉(zhuǎn)向特性。通過(guò)，在汽車(chē)的前、后懸架中都裝有橫向穩(wěn)定桿，或者只在前懸架中安裝。若只在后懸架中安裝，則會(huì)使汽車(chē)趨于過(guò)多轉(zhuǎn)向。橫向穩(wěn)定桿帶來(lái)的不利因素有：當(dāng)汽車(chē)在坑洼不平的路面行駛時(shí)，左右輪之間有垂向相對(duì)位移，由于橫向穩(wěn)定桿的作用，增加了車(chē)輪處的垂向剛度，會(huì)影響汽車(chē)的平順性。 在有些懸架中，橫向穩(wěn)定桿還兼起部分導(dǎo)向桿系的作用，其余情況下則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意避免與懸架的導(dǎo)向桿系發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。為了緩沖隔振和降低噪聲，橫向穩(wěn)定桿與車(chē)輪及車(chē)架的連接處均有橡膠支承。 4.3 穩(wěn)定桿的橫向載荷及強(qiáng)度 圖6.3 橫拉桿的受力 軸力 （6.6） 式中=3300 kg θ= 則=3415 kg 施加在桿上的拉伸（或壓縮）應(yīng)力= 則＞1.6 合格 ＞1.3 合格 4.4 懸架及整車(chē)的剛度 先分別計(jì)算前、后軸的側(cè)傾剛度，然后再計(jì)算整車(chē)側(cè)傾剛度 6.4.1前軸的側(cè)傾剛度 圖6.4 前軸的整車(chē)參數(shù) 6.4.2后軸的側(cè)傾剛度及側(cè)傾中心 圖6.5 后軸的整車(chē)參數(shù) 整車(chē)的側(cè)傾剛度 連接前后側(cè)傾中心的軸線稱(chēng)為側(cè)傾軸。 側(cè)傾力矩和側(cè)傾角 這里 μ=0.3 , W=16000kg , H=1310mm 把 h=635mm , G=6.707X107kgmm 代入得： 因?yàn)橐鬂M(mǎn)足的側(cè)傾角為： （允許有的誤差），所以合格 結(jié) 論 直到今天，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算接近尾聲了，通過(guò)這次對(duì)于載貨汽車(chē)前空氣懸架總成的設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，特別是對(duì)載貨汽車(chē)前空氣懸架總成的設(shè)計(jì)有了深刻的體會(huì)，讓我收益頗多。特別是針對(duì)機(jī)械的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)這部分，我感觸最深，在以后的工作中，我相信我還會(huì)遇到很多類(lèi)似的問(wèn)題，但是有了這次的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)經(jīng)歷，我想我已經(jīng)初步具備了設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械設(shè)備的能力，我已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，在以后的工作中，邊工作邊學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取在工作中提高，在工作中學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取做一個(gè)對(duì)于社會(huì)，對(duì)家庭有用的人。 致 謝 時(shí)間過(guò)得很快，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動(dòng)，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因?yàn)橛辛死蠋煹恼佌伣虒?dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識(shí)和做人的道理，由衷地感謝我親愛(ài)的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對(duì)我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無(wú)微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識(shí)，同時(shí)我的生活中的也有了一個(gè)明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過(guò)去的那個(gè)愛(ài)玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無(wú)私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過(guò)近半年的設(shè)計(jì)計(jì)算，查找各類(lèi)載貨汽車(chē)前空氣懸架總成的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因?yàn)槲沂窃趺聪氲?，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來(lái)自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻(xiàn) [1]張福學(xué)編著.載貨汽車(chē)前空氣懸架的應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2000：59-62 [2]何發(fā)昌著，邵遠(yuǎn)編著.載貨汽車(chē)前空氣懸架的原理.北京：高等教育出版社，1996：77-80 [3]張利平著. 實(shí)用技術(shù)速查手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.12：15-18 [4]李寶仁著. 氣動(dòng)技術(shù)—低成本綜合自動(dòng)化. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.9：80-82 [5]宋學(xué)義著. 載貨汽車(chē)前空氣懸架速查手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.3：99-101 [6]陳奎生著. 氣與氣壓傳動(dòng). 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.5：208-212 [7]SMC（中國(guó)）有限公司. 載貨汽車(chē)前空氣懸架實(shí)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.10:230-232 [8]徐文燦著. 載貨汽車(chē)前空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995：320-323 [9]高微,楊中平,趙榮飛等.載貨汽車(chē)前空氣懸架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì). 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2006.1：187-189 [10]馬光,申桂英.工業(yè)載貨汽車(chē)前空氣懸架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)2002年:28-30 [11]李如松.載貨汽車(chē)前空氣懸架的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望. 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)1994年第4期:55-58 [12]李明.載貨汽車(chē)前空氣懸架設(shè)計(jì).制造技術(shù)與機(jī)床2005年第7期:77-79 [13]李杜莉，武洪恩，劉志海.載貨汽車(chē)前空氣懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析. 煤礦機(jī)械2007年2月:52-55 [14]Technological study of liquid die forging for the aluminum alloy connecting rod of an air compressor[J].journal of materials processing technology，2003:462-464 [15] Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space:388-390