《汽车设计》课程教学资源（书籍文献）悬架设计资料

结构·设计 悬架设计（下） 长春汽车研究所 四、其它型式弹性元件悬架的设计 汽车悬架除采用钢板弹簧之外，还可以采用其它型式的弹性元件（如螺旋弹簧、扭杆弹 簧、空气弹簧和油气弹簧等)。用这些弹性元件制的悬架，由于元件只能承受垂直力，因此需 要加装导向机构来承受除垂直力以外的力和力矩。 这些悬架，除油气弹簧本身又起液力减震器的作用外，其它弹性元件均无阻尼作用，因 此需要加装适当阻力的减震器。 (一)弹性元件的设计与计算 1,螺旋弹簧的设计与计算 设计螺旋弹簧时，与设计钢板弹簧一样，其基本参数也应由总布置给定，之后才能进行 螺旋弹簧各参数的计算。为计算方便，将所有计算代号列入表8。 表8 参数名称 代号单 位参数名称 代号单位 弹簧丝直径 d 毫米 弹簧间距 毫米 弹簧中径 D 毫米 弹簧最大负荷下的间距 61 毫米 弹簧外径 D外 凳米 弹簧静变形 f静 念米 弹簧内径 D内 毫米 弹簧动变形 f动 完米 弹簧静载荷 P静 公斤 弹簧工作圈数 弹簧动戟荷 P动 公斤 弹簧总圈数 台 弹簧静应力 T静 }公斤/毫米2 弹簧螺旋角 弹簧动应力 动 公斤/毫米2 曲度系数 弹簧静变形时的长度 毫米 弹簧指数 c 弹簧动变形时的长度 1动 毫米 弹簧刚度 公斤/毫米 弹簧自出长度 1自 凳米 弹簧材料比重 i 公斤/毫米3 弹簧并紧时的长度 1最小 密米 弹重量 公厅 弹簧展开长度 凳米 剪切弹性模数 G 公斤/毫米2 弹篮节距 t 毫米 材料的允许应力 〔r〕 【公斤/毫米2 （1)弹簧主要参数的确定 计算弹簧主要参数之前，应根据作用在车轮上的静载荷P悬静，求出弹簧的静载荷P静；根 据悬架的静变形悬静，求出弹簧的静变形静，之后，便可以计算弹簧的主要参数了。螺旋弹 簧的基本计算公式有两个： -1一 00 China Aeademic Joumal Publishing House.All rights reserved.hup://ww.nk

结构 · 设计 悬 架 设 计 下 长 春 汽 车 研 究 所 四 、 其 它型式弹性元件悬 架 的设 计 汽 车悬架 除采用钢板 弹簧之外 , 还可 以采用其它 型式 的弹性元 件 如 螺旋 弹簧 、 扭杆弹 簧 、 空气 弹簧和 油气 弹簧等 。 用这些 弹性元件 制的悬架 , 由于元件只 能承 受垂直 力 , 因此需 要加装导 向机构来承 受除垂直 力以外 的力和 力矩 。 这些 悬架 , 除油气 弹簧本 身又起液 力减震器 的作用 外 , 其它弹性元件均无 阻尼作用 , 因 此需要加 装适 当阻力的减 震器 。 一 弹性 元件的 设计 与计 算 螺旋 弹 簧的设计 与计算 设计螺旋 弹簧时 , 与设计钢板 弹簧一样 , 其基本参 数也应 由总 布置 给定 , 之后才能进行 螺旋 弹簧各参数的计算 。 为计算方便 , 将所 有计算代 号 列人 表 。 表 一 计算弹簧 弹 主 簧主 要参 要参 数 数 之前 的确 , 应 定 根据作用 在车轮 分 上 的静 载荷 . 悬静 , 求 出 一 弹簧的静载荷 静 根 据 悬架 的静变形 悬 静 , 求 出弹簧的静变形 静 , 之后 , 便 可以计算弹簧的主 要参 数了 。 螺旋弹 簧的基本计算公式有两个

应力公式w=K8部-K89 (64) 变形公式0=82P,82 (65 将上式改写，得： d=/9 (66) acap (67) 式中C=,一般取值为4~7。 用式(66)和(67)求得弹簧丝直径及工作圈数以后，应进行圆整，但还不能最后确 定，还要看结构布置的情况是否允许，如初步计算结果在结构布置上有问题，就要进行适当 的调整，直到合适时为止。当最后确定了弹簧丝直径及工作图数后，就可以求出螺旋弹簧的 全部参数。 i总=i+(1.5~2.5) 式中1.5~2.5为支承图（死圈）数。 小=di 1动=(d+8:)i总 1鹊=(d+δ)i总 1自=1静+f静=1静+「动+的 t=l是~di总 1 L=2Die cosa Q-L (2)材料与许用应力 为了使弹簧可靠地工作，制造螺旋弹簧的材料必须具有较高的弹性极限和疲劳强度，同 时应具备足够的韧性和塑性。汽车悬架螺旋弹簧常用的材料有：60SiMnA,7 MnMoVNb、 50CrVA,60Si2CrVA,其中57 MnMo VNb是我国发展的新钢种。上述几种常用材料的机械 性能见表9。 常用弹簧材料的机械性能 表9 热处理 机 械 性 能 得度回得度 冷却剂屈服强度抗拉强度「延伸率丁收缩事 (公斤/米2)（公斤/毫米2）(% () 60SiMnA 800 460 油1140 160 5 20 57MnMoVNb 880900 430 145 160 8,5 50CrVA 850 620 油 110 130 10 45 60SiCrVA 850 410 170 190 5 20 一2 194-2009 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net

应 力公 式 静 二 静 ‘ 下到, 一 、 一 飞 一 一 互、 二二 万下一 兀 , 几 变 形 公式 静 二 静 静 将上式 改写 , 得 丫作鸽旦 静 静 。 , 。 、 、, , , 双 甲 七 “ 一了一 , 一取 肚 且刀 一 ‘ 。 用式 和 求得 弹簧丝直 径及 工作 圈数以后 , 应进行 圆整 , 但还不 能 最 后 确 定 , 还要 看结构 布置 的情况是 否允许 , 如 初步计算结果在结构 布置上 有问题 , 就要进行适 当 的调整 , 直 到合适时 为止 。 当最后 确定 了 弹簧丝直径及工作 圈数后 , 就可 以求 出螺 旋弹簧的 全 部参 数 。 总 二 一 式 中 为支承 圈 死 圈 数 。 最小 二 · 总 动 十 乙 总 静 占 总 怕 静 十 静 静 十 动 挣 一 二鳖二 当鱼 兀 草 二 — 一‘ 二 ‘ 且 材料 与许 用应力 — 为 了使 弹簧可靠地工作 , 制造螺旋 弹簧的材料必须 具 有较高的弹性极限和 疲劳强度 , 同 时应具备足 够 的韧性和 塑性 。 汽车 悬架 螺旋 弹簧常用 的材料 有 、 、 、 , 其中 是我 国发展 的新钢种 。 上 述 几种常用 材料 的机械 性能见表 。 常 用弹簧材料 的机械性能 表 二 卜众才俞一 潺.菊蒸扩护零 一币孟甲 丽一丁几刃 一 油 。 . 。 . 。 “ 卜 。 ‘ 。 油 . “ . ‘“ . · 】 。 油 “ 。 . ‘ 。 . ‘ ‘ “ ‘ “ 】 ‘ 油 . ‘ . ‘ . ”

螺旋弹簧因受刷烈的交变载荷作用而发生疲劳破坏。若直接进行疲劳强度计算，须建立 在大量的试验工作的基础上，但到目前为止，还没有这种全面系统的工作，所以玻劳强度计 算还有一定的困难。故只计算弹簧的静强度，在选取〔静〕时，考虑拔劳的影响即可。一般 推荐〔r静】=1200~1300V骑。 （3)绘制工作图 绘制螺旋弹簧工作图（图44），应按机械工业通用指导性技术文件(J265一60)规定的典 型工作图进行，其技术要求可参考气门弹簧的技术要求（汽24一63）或参照有关汽车悬架螺 旋弹簧图纸。 技术要求 1.弹簧材 2.展开长度L(毫米)： 4工作图数i(圈) 5,总西数i总（图）包括公差 6,热处 7.表面处理 图44弹簧工作图 8,造，试脸和验收的技术条件。 2.扭杆弹簧的设计与计算 扭杆弹簧按其断面形状可分为：圆形、管形、片状和组合式等几种。下面对几种断面形 状的扭杆弹簧加以分析、比较： 圆形扭杆制造简单、应用很广，管形扭杆材料利用较合理，由圆形和管形组成的组合扭 杆，可以大大缩短弹性元件的长度，有利于结构布置，由儿片固定在四方孔套筒内的扁钢组 成的片状扭杆，亦可大大减短弹簧的长度。在断面面积和最大剪应力相同时，组合扭杆的扭 角比圆形或管形的大得多，在保持悬架有必要的变形值时，组合扭杆较短，有利于布置；从 重量方面比较，也比片状扭杆轻，但组合扭杆的制造工艺较复杂。 扭杆弹簧计算所用的代号列入表10。 表10 参数名称代号 位 数名称代号单位 作用于杠杆管端的力 公斤 片状扭杆矩形断面长边 b 毫米 臂端的线刚度 C 公厅/毫米 受力P时，杠杆柠与水平线夹舟 臂端的变形 米 无负付时，杠杆与水平线夹角 杠杆臂长度 毫米 扭转应力 公斤/毫米2 扭冠 M 公斤毫米 剪切弹性恢数 G !公斤/毫米2 扭特刚度 C年 公斤毫米/红度片状扭杆的应力系数 02 知 弧度 片状扭杆的刚度系数 13 扭杆有效长度 亮兴 较荷系数 粗杆直径 d 毫米 比例系数 9 片伏扭杆矩形断面短边 毫米 静变形系数 C3 -3一 194-2009 China Academic Joumal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net

螺旋弹簧因受剧烈 的交 变载荷作用而发生疲劳破 坏 。 若直接 进行 疲劳强度计算 , 须建立 在大量 的试验 工作的基础上 , 但到 目前 为止 , 还没有这种全面 系统 的工作 , 所 以疲劳强度计 算还 有一定的 困难 。 故 只 计算 弹簧的静强度 , 在选 取 〔静 〕时 , 考虑疲劳 的影响 即可 。 一般 推荐 〔静 〕二 一 侧曝 。 绘 制工作 图 绘 制螺旋 弹簧工作 图 图 , 应按机械 工业通 用 指导性技术 文件 一 规定 的典 型 工作 图进行 , 其技术 要求 可参 考气 门 弹簧 的技 术要 求 汽 一 或参照 有关汽车 悬架螺 , 八 八 击 — 八 八 产 一八钾 ’ 酉 一 八叭 ‘ 叭 曰 如认 ’ 旋 弹簧 图纸 技术要求 弹簧材料 展开长度 毫米 图 弹簧工作图 旋间 工作圈 数 圈 总圈数 总 圈 包括公差 热处 理 表而处理 制造 、 试验和 验收 的技术条件 。 扭 杆 弹簧 的设 计 与计算 扭杆弹簧按其断面形 状可 分为 圆形 、 管形 、 片状和组合式 等 几种 。 下 面对 几种断 面形 状 的扭杆 弹簧加 以分析 、 比较 圆形扭杆制造 简单 、 应 用 很广 管形 扭杆材料 利用 较合理 由圆形和管形组成 的组合扭 杆 , 可 以大 大缩短弹性元件 的长度 , 有利 于结构 布置 由儿 片 固定在四 方孔 套筒 内的扁钢组 成 的片状 扭杆 , 亦可 大大减短 弹簧的长度 。 在断面面积和最大剪应 力相 同时 , 组合 扭杆的扭 角比 圆形或 管形 的大得 多 , 在保 持悬架有必要 的变形值时 , 组合 扭杆较短 , 有利 于布置 从 重量方面 比较 , 也 比 片状 扭杆轻 , 但 组合 扭杆 的制 造工艺较复杂 。 扭杆 弹簧计 算所 用 的代号列入表 。 表 代号 单 位 . 遥多 数 “ 称 代 一 号 曰 月工 作用 于杠杆臂端的 力 臂端的线 刚度 臂端的 变形 杠杆臂长度 扭矩 扭转 刚度 扭 角 扭杆有效长 度 扭杆直径 片状扭杆矩形 断 面短边 公斤 公斤 毫米 毫米 毫米 公斤 毫米 公斤毫米 弧度 弧度 毫米 毫米 毫米 片状扭杆矩形断面长边 受 力 时 , 杠杆臂与水平线夹角 无 负荷时 , 杠杆臂与水平线夹角 扭转应 力 剪 切 弹性模数 片状扭杆的应 力系数 片状 扭杆的 刚度系数 载荷系 数 比例系 数 静变形系 数 . 毫米 下 弧度 弧度 公斤 毫米 公斤 毫米 伽甲

（1)扭杆的设计计算 各种断面扭杆设计计算公式见表11。 表11 形 计 算 公 式 扭 应 为 -2是-20 -8 甲-G器4两=站 32ML =8M=9 =6“ nG 式中 :、门3的数值可从图45的曲线中查得 扭杆弹簧受力情况见图46，从图中可以得出： M=PR cosa P-RMia9段.gC M (68) K=R-Colt8)t@2.g器C (69) f=R=Rcosa一=RC3 (70) a+日+tga 图45 图6扭杆弹簧受力图 4 94-009 China Academie Joual Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net

扭杆的设计计算 各 种断 面 扭杆设计计算公式 见表 。 表 算 公 式 断 面 形 状 计 扭 角 应 力 咖 一 嘴 ︸ , 少 一红止 甲 下 兀 二二二 甲 、藉翼耸丙 丫 。 甲 二 一 ‘ 命 印 月 一 月 月 二 二 月 一 月 印 刀 式 中 月 、 月 的数 值可从 图 的 曲线 中查得 。 扭杆 弹簧受 力情况 见图 , 从 图 中可以得 出 二 人左 印 助 卫生 , 尺 二 甲 〔 日 〕 卫坠 尺 一 ‘ 一土 一 一 一一 一 厂一 一门 一 「—了 , 厂一二二二二 浏尸沪一 一 尸 户 一 , 一 一 沪 尸 川州厂 刁戒 二 灭呈 日冈 曰 阴 一 四 口 图 图 扭杆弹簧受力图

上述公式中的C1,C、C3数值可分别由图 47、48、49中查得。 当确定了悬架设计参数（静载背P、静变 形静、杠杆臂端的线刚度C、杠杆的初始位置、 杠杆长度)后，可按下述程序进行计算： ①根据公式f=RCa,求出C3: ②按5与C3曲线（图19），查得， ③按是与曲线（图48），查得C2) ④根据公式K=C器C,求出Ce, ⑥，根据杠杆初始位置与静变形值，求出a, 近而根据单a+B,求出p @根据M=Ce(a+),求出M: ⑦当选用材料的许用应力确定后，根据， 【=,求出d,并进行圆整： 色根据。-船衣L 图？与C的关系曲线 图48R与C2的关系曲器 4)与C3的关系曲2 0China Acdemie Jouma Elecro Pbisn House.ll righs resevedp

上述 公式 中的 , 、 、 数值可分别 由图 了 、 魂 、 中查得 。 当确定 了悬架设计参 数 静载荷 静 、 静变 形 静 、 杠 杆臂端 的线刚度 、 杠杆 的初始位置 、 杠 杆长度 后 , 可 按下述程 序进行计算 ① 根 据公式 , 求 出 按 青 与 曲线 ‘图 , , 查得 日, 按 真 与日曲线 图‘ , , 查得 , 根据 公式 一 争 , 求 出 、 ②③④ ⑤ 根据杠杆初始位 置与静变形 值 , 求 出 ’ 进而根据 甲 十 日 , 求 出叨 ⑥ 根据 二 甲 印 , 求 出 ⑦ 当选 用材料 的许 用应 力确定后 , 根据 , 究 , 求 出 , 井进 行 圆整 ‘ 哪 ’ 一. 门 乃洲 , 、 乃 盯 一 刀 厂 ’ ‘ 召 ‘叨 犷 犷 刀 , ’ 阵 刀平 脚 派 介 厂 厂叨 一 尸沪脚尹 建母户找 公绮 , 丘 、 抓 一丁 飞 万 几 月匹 , 、 产 、 扩 二 一 成 、 洲 冷井 ‘ 分尸 哈厂 ’ 价石 不 , 几 、 、 ’ , 达于守 ’“ 、 啊 图 与 的 关系曲线 ⑧根据 甲 蕊刁压己 , 求 出 。 轰 丁竹尸 ’ ’ 一 乒 。 口 卿刃 巴 纷 , 毛分 八、 ‘ 乌义 . ’ 一 赫价 叭 甲 同 ‘ 扎 笋卜 、 一 价一试又葬创叮 叹 冲 · 时 之拿扩 一 一 。 “ 汉” 才花平一 叉 一 洲 乡 一 株 小刚监一 一 月 子二 尸 一 一 一 一 一 狱 丫 父执 最小护纽度 晰长 材鼓大静挠度 丫 、 口二 仁 才 一 介哩 井洪 介 , — 达 、 交 一尹 六协 , 少 引月卜瓶之准兔 一 孔石爪 .丁入于 一 门 , 睽 临口 一 〕一 火 火 、匕 巨 厂 一 从 、 厂厂 丁球不 火 卜 ’ 今 图魂 牛 与 的关系曲线 找 图 升 与 、 关系 曲乡‘

上述计算结果如在布置上有问题时，需要重新进行调整，直到合适时为止。 （2)扭杆设计中的几个问题 ①端头形状 为了装配扭杆，扭杆端头需要加工成各种形状，如花健、方形、六角形等，其中以花键 式用得较多，方形和六角形工艺较简单。为了保证端头寿命不低于杆部，据经验，取端头 直径dc>1.2d,一般取dc=1.3d。花键式端 头，在切齿时应注意减小齿根的应力集中现 象，为此，齿根圆弧必须加大，压力角也应大 些。此外，齿侧比正不要太大，否则接独部分 附近将产生过度的永久变形而造成破坏，根据 经验，齿长应取dc的40%。 ②等效长度 端头和杆部之间应有过渡部分，这一部分 也起弹簧作用，计算时须把这部分也考虑进去。 锥角一般取为30°，过渡圆角取1.3一1.5d。 等效长度L=1c+21e 式中：1c一杆部长度 e 一端头等效长度 13 可将过渡部分视为圆锥（见图50），其端头 等效长度可用下式计算： 图50 1e=a[d+()'+()月 (71) 式中：【一过渡部分的实际长度。 等效长度1e可从图50中查得】 (3)材料和许用应力 扭杆可选用螺旋弹簧材料和许用应力，对于重要的扭杆可选用45 CrNiMoA。 (4)扭杆予扭和喷丸处理 为了提高扭杆的疲劳寿命，应进行予扭和喷丸处理。予扭时推荐应变为0.022，予钮方 向应与实际扭转方向相同，否则将引起早期损坏，故予扭后应打出方向标记。 3.空气弹簧的设计与计算 目前，在国外的某些公共汽车上已经采用了空气弹簧悬架，在牵引车、挂车、载重汽车 和小客车上也有采用的 (1)空气弹簧的基本特点 空气弹签右下列优占： ①容易获得较低的自然振动频率，使之具有良好的平顺性，当装有高度控制系统时， 载荷变化而车身高度可保持不变，自然振动频率的变化也很小， ②1 由于弹性介质是空气，空气弹簧的寿命只取决于橡胶囊，台架试验表明，它的寿命 比钢板弹簧高很多， ③常气弹著自负重量较轻 ④承载能力可以在一定范围内变化，便于系列化和通用化。 —6 94-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net

上述计算结果如在布置 上 有问题 时 , 需要 重新进行调 整 , 直 到合适 时 为止 。 扭杆设计 中的几个 问题 ① 端头 形 状 为 了装配 扭杆 , 扭杆端头需要加 工成 各种形 状 , 如 花键 、 方形 、 六角形 等 , 其 中以花键 式 用得较多 , 方形和 六 角形工艺较 简单 。 为 了保证端头 寿命不低 于杆部 , 根据经 验 , 取端头 直 径 , 一般 取 二 。 花键式 端 头 , 在切齿 时应注意减小齿 根的应 力 集 中 现 象 , 为此 , 齿根 圆弧必须加 大 , 压 力角也应大 些 。 此 外 , 齿 侧 比 医不要太大 , 否则接触 部分 附近将产生过度 的永久变形 而造成破坏 , 根据 经验 , 齿长应取 的 。 ② 等效长度 端头和杆 部之 间应有过渡 部分 , 这一部分 也起 弹簧作 用 , 计算时须把这部 分也考虑 进去 。 圆锥 角一般取 为 。 “ , 过渡 圆角取 一 。 等效 长度 十 式 中 — 杆部长度 】 — 端头 等效 长度 。 可 将过渡 部分视 为 圆锥 见图 , 其端头 等效 长度可 用 下式计算 二 》 、 、 、 几 、 图 ‘一 普〔去 公 备 了 式 中 — 过渡部分 的实际长度 。 等效长度 拢 可 从图加 中查得 。 一材料和许 用应 力 扭杆可选 用螺旋 弹簧材料和许用应 力 , 对于重要 的扭 杆可选 用 。 扭杆予扭和 喷丸处 理 为 了提高扭杆 的疲劳寿命 , 应 进行予 扭和喷丸处 理 。 予扭 时推荐应变 为 , 予扭方 向应与实际扭转方 向相 同 , 否 则将 引起早 期损坏 , 故予 扭后应打 出方 向标记 。 空气弹 簧 的设 计 与计算 目前 , 在国外的某些 公共 汽车上 已经 采用 了空气 弹簧悬架 , 在牵 引车 、 挂车 、 载重汽车 和小客车上 也有采用 的 。 空 气弹簧的基本特点 空气 弹簧有下 列优 点 ① 容 易获得较低的 自然振 动频率 , 使 之具 有 良好的平顺 性 , 当装有高度 控制 系统时 , 载荷变化而车身高度可保持 不变 , 自然振 动频率 的 变化 也很 小 ② 由于 弹性介质是空气 , 空气 弹簧的 寿命只 取决于橡胶囊 , 台架试验表 明 , 它 的寿命 比 钢板 弹簧高很 多 ③ 空气 弹簧 自身重量较轻 ④ 承载能 力可以在一定范 围 内变化 , 便于系列化和通 用化

空气弹簧也有缺点： ①需要加装导向机构来承受除垂直力以外的力和力矩，所以结构比较复杂， ②瘤封环节较多，容易漏气 空气弹簧尺寸较大，给结构布置带束 】3 一定闲难。在非种立悬架中，往往由于空气弹 簧尺寸大，不得不减小弹簧的中心距，使横向 角刚度大大降低。为此，往往需装横向稳定器 以提高其横向角刚度。 空气弹簧悬架结构如图51所示，这是在载 重汽车上的装置情况。 (2)空气弹簧的种类 图51空气弹费在我重汽车上的应用 现在使用的空气弹簧都是夹有帘线层的橡 4,空桥5.空T接 6.减器 胶囊，基本有三种形式： ①葫芦形空气弹簧（图52一1）。这种结 构寿命较高，便于制造，自然振动频率较高， ②枕形空气弹簧（图52一2）。这种结构 是纵向尺寸较大，横向尺寸较小，使某些车型 的布置较方便，并能获得较大的横向角刚度。 但这种结构制造工艺性差，而且自振频率比街 图52空气弹元件 1,葫芦形2，形3.式 芦形的更高，因此很少应用。 有效宜轻 膜式空气弹簧（图52一3）。这种结构 的特性曲线较理想，根动领率很低，用材较少 但立的寿命出霜苦形的低些。动国则度和静别接 的差别较大，频率随载荷的变化较大。目前，已在 小客车、公共汽车、某些牵引车和挂车上应用。 (3)空气弹簧的受力特性 空气弹簧受力情况如图53所示。 如图所示， P=p,F (72) 式中：P一一空气弹簧的载荷， 图53光受力简图 空气弹簧中的相对气压随气囊的高度（容积）变化而变化： F 一空气囊的有效面积，它随气囊高度变化而变化。 P,与F都是弹簧变形X的函数，因而可根据气体状态方程式和有效面积、容积的变化规 律求得空气弹簧的特性。 弹簧明度C按下式计算 C=D+p (73) 自然振动频率n按下式计算： a=9√P1晋+景·眼 (74) p. 一7- 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.hitp://www.cnkine

空气 弹簧也有缺点 需要加 装导 向机构来承 受除垂直 力以外的 力和 力矩 , 所 以结构 比较复杂 密封环 节较多 , 容 易漏气 空气 弹簧尺寸 较大 , 给结构 布置 带来 ①②③ 一 定 困难 。 在非 独立 悬架 中 , 往往 由于 空气 弹 簧尺 寸大 , 不得 不减小 弹簧的 中心距 , 使横 向 角刚度 大大降 低 。 为此 , 往往需装横 向稳 定器 以提 高其横 向角 刚度 。 空气 弹簧悬架结构 如 图 所 示 , 这是 在载 重 汽车上的 装置情况 。 空气 弹簧的种类 现在使用 的空气 弹簧都是 夹有帘线 层的橡 胶 囊 , 基本有三种形式 ① 葫 芦形空气 弹簧 图 一 。 这种结 构 寿命较 高 , 便于制造 , 自然振 动频率 较高 ② 枕形 空气 弹簧 图 一 。 这种结构 是 纵向尺寸较大 , 横 向尺 寸较小 , 使某些车型 的布置 较方 便 , 并 能获得较大 的横 向角刚度 。 但这种结 构 制造工艺性 差 , 而且 自振频率 比葫 芦形 的更 高 , 因此很 少应用 。 ③ 膜式空 气弹簧 图 一 。 这种结构 的特性 曲线较理想 , 振 动频率很低 , 用材 较少 。 但它 的 寿命 比葫芦形 的低 些 , 动 刚度和静 刚度 的差别 较大 , 频率 随载荷的变化较大 。 目前 , 己在 小客车 、 公共 汽 车 、 某些 牵 引车和 挂车上应用 。 空气 弹簧的受 力特性 空气 弹簧受 力情况 如 图 所示 。 如 图所 示 , , · 十一飞勺 书一八 才 阅 当 、 「乍’ 村’ 髻亡 二 曰分 一 , 杯一下 ‘ 图 空气弹费在 载重 汽车上 的应用 车架 高度控 制 阀 导向臂 唾 车桥 空 气囊 砂翻蕊器 参鳃准 履羹勇 黝 一鱿 葫 图 芦形 笋空气 枕 弹 形 簧元件 膜式 攀 有效直径 式 中 — 空 气 弹簧的 载荷 图 空气弹簧受力简图 , — 空气 弹簧 中的 相对气压随气囊的 高度 容积 变化而变化 — 空气 囊的有效面积 , 它 随气囊高度变化而 变 化 。 与 都是 弹簧变形 的 函数 , 因而可根据气体状态方程 式和 有效面 积 、 容积的 变化规 律求得 空气 弹簧的 特性 。 弹簧刚度 按下式计算 自然振 动频率 按 下 式计算 。 旦旦 , , — 二 一 下 一 不产 一二 二 兀 , , 护 入

式中m一气体过程的多变指数，通常取1.33~1.38： H一折算高度，H=卡（气体总容积V除以有效面积F), ·重力加速度 一有效面积对弹簧变形的变化率。 （4)空气弹簧的强度 空气弹簧的强度主要取决于空气囊布线层的强度。除取决于其材料、密度和层数之外， 还与气鞭的曲率半径有关，曲率半径越大，强度越低。 气囊在中立位置的爆破强度一般应超过使用压力的4~5倍。但是在使用中，气囊的爆 破往往是由于气龚的过度伸长造成的。所以，空气弹簧悬挂加装反向限位装置，防止气囊过 干伸长是十分必要的 (5)其它问题 ①气囊满载时的内压通常不超过5公斤/厘米2，内压过高，充气困难； ②空气悬挂中往往都装有高度控制系统（高度控制阀和气源系统），这是为了改善使用 性能和克服气囊行程不足的困难，并且在微量漏气（往往很难避免）时，得到自动的补充。 所以，若使空气悬挂不用补充气源，必须采取相应的措施来解决漏气等问题。 ®每车的高度控制阀不得超过3个。否则，“多余的”定位将使各轮的载荷变化不定， 从而出现对角线的过拉和振动。 4.油气弹簧的设计与计算 目前，在重型矿用自卸车上，为了改善驾驶员的劳动条件，提高平均车速，采用油气弹 簧的越来越多了。例如，我国自行设计和制造的上海牌SH380型自卸汽车(32吨)的悬挂 系统就是采用了油气弹簧（图54）。 图54上海牌SH380型自部汽车 194-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net

式中 —气体 过程 的 多变指数 , 通 常取 一 一 一 , , , 、 , , 、 、 , 卜 , 二 、 , 一 、, 一 一 、 — 异 向 及 , 二 万 犷、 气气件 匕 谷 积 际 以月 溉 圆 积 尸 月 — 重 力加速 度 , — 有效面积 对 弹簧变形的变化率 。 空气 弹簧的强度 空 气弹簧的强度主要取决于空气囊 帘线层的强度 。 除取决 于其材料 、 密度和层数之 外 , 还 与气囊的 曲率半径 有关 , 曲率半径越大 , 强度越低 。 气囊在 中立位置的爆破强度一般应超 过使用压 力的 一 倍 。 但是 在使用 中 , 气囊的爆 破 往往是 由于气囊的过度 伸长造成 的 。 所 以 , 空气弹簧悬挂加 装反 向限位装 置 , 防止气囊过 于伸长是十 分必 要 的 。 其它 问题 ① 气囊满载 时的 内压通 常不超 过 公斤 厘 米 , 内压过高 , 充气 困难 ② 空 气悬挂 中往往 都 装 有高度控制 系统 高度控制 阀和气源 系统 , 这是 为 了改善使用 性能和 克服 气 囊行程 不足 的 困难 , 并 且在微量 漏气 往往很难避 免 时 , 得到 自动的补充 。 所 以 , 若使空气 悬挂不用补充气源 , 必须采取相应的措 施 来解决 漏 气等 问题 。 ③ 每车的 高度控 制阀不得超 过 个 。 否 则 , “ 多余 的 ” 定位将使 各轮的载荷变化不定 , 从而 出现对 角线的过载和振 动 。 油气弹簧的设 计 与计 算 目前 , 在重 型矿用 自卸车上 , 为了改善驾驶 员的劳 动 条件 , 提高平 均车速 , 采用 油气 弹 簧的越来越 多了 。 例如 , 我 国 自行 设计和制造的上海 牌 型 自 卸汽车 吨 的悬挂 系统就是 采用 了油气 弹簧 图 约 。 图 上海牌 型 自卸汽车

（1)油气弹簧的基本特点： 油气弹委是空气弹敛的一种特例，它仍以( 体（往往是气）作为弹性介质，但在气体弹 与活塞之间引入油液作为中间介质。油气弹簧 (图55)可分带隔膜和不带隔膜的两种。 油气弹簧由于内部的两端压力平衡，对其强 度要求不是主要的，而要求良好的挠曲寿命和密 封性。特别注意在隔膜处于极端位置时，弹簧要 有良好的支托，以免使隔膜损伤。 油气弹簧以气体为弹性介质，具有空气弹簧 的特点，由于用油液作中闻介质，又有下列优点： ①滑动表面的润滑得到了改善： 由于密封改善了，其压力可比空气弹簧 的高10~20倍，通常为50~70公斤/厘米2，有的 高达200公斤/厘米2，因此油气弹簧的体积小，重1，不带隔膜式 量牡。重型矿用自卸车的油气弹簧比钢板弹簧轻50%以上： ③可以通过对油液的节流而产生阻尼作用，因此，这种弹簧又是一种减震器； 容易实现车身高度的自动调节，在好路上降低车身高度，以便高速行，在坏路上 提高车身。以便增大通过能力： 油气弹簧也有下列缺点： ①高压气体和油液的密封要求较高， ②滑动表面（缸筒与活塞之间、活案杆与导套之间）的耐磨性和表面光洁度要高， ③在使用中，高压气体往往会侵泄露， 依车身 因而需要定期充气，这又需要特殊设备； 高压避边 ④在使用中，要保持油缸内的清洁，否 则很容易引起滑动表面拉伤。 (2)油气弹簧的种 ①简单式油气弹簧（图55-1）：这种型式 有一个缺点、即静挠度随载荷的变化很大。由 于没有供油系统，必须严防漏油： ②带反压气室的油气弹簧（图55-3）： 这种油气弹簧比简单式油气弹簧多一个反压气 图56 高度调整式油气弹簧原理图 图7自式油气弹 一9一 194-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.ne

油气 弹簧的基本特点 油气弹 麦是 空气弹簧的一种特例 , 它 仍 以气 体 往往是 氮气 作为弹性介质 , 但在气体 弹簧 与活塞 之 间 引人 油液作 为 中间介质 。 油 气 弹 簧 图 可分带 隔膜和 不带隔膜的两种 。 油气弹簧 由于 内部的 两端压 力平衡 , 对其强 度 要求不是主 要的 , 而要求 良好 的挠 曲寿命和 密 封性 。 特别注意 在 隔膜处于极端位置 时 , 弹簧要 有 良好的支托 , 以免 使 隔膜损 伤 。 油气 弹簧 以气体 为 弹性 介质 , 具有空气 弹簧 的特点 , 由于 用油液作 中间介质 , 又 有下 列优 点 ① 滑动表 面的润 滑得 到 了改善 ② 由于 密封 改善 了 , 其压 力可比 空气 弹簧 的 高 一 倍 , 通 常为 一 公 斤 厘米“ , 有的 井共簇 介 。 共几狱 介 卜 万 处’ 月二二刊 二 , 一 一一 , 司卜三升厂三 阮泪门 座 洛准砚长之二它三 二二二二 一. 。 上 瓤— 目 巨一 【 . 几二 万贪 比 二月卜 一 图 油气 弹簧简图 高达 公斤 厘 米“ , 因此油气 弹簧的体积 小 , 重 不 带隔膜式 带 隔膜式 带反压气室式 量轻 。 重 型矿用 自卸车的油气 弹簧 比钢板弹簧轻 以上 ③ 可以通 过对油液 的节流而产生 阻尼作用 。 因此 , 这种 弹簧又 是 一种减震 器 ④ 容易实现车 身高度 的 自动调 节 , 在好路 上降低 车 身高度 , 以便 高速行驶 , 在坏路上 提 高车 身 , 以便增大通 过 能 力 油气 弹簧 也 有下 列 缺点 高压 气 体和 油液 的密封要求较 高 , 滑动 表面 缸筒 与活 塞之 间 、 活 塞杆 与导套 之间 的耐磨性和 表面 光洁度 要 高 , 在使用 中 , 高压气体 往往会缓慢 泄露 , ③②① 因 而需要 定期充气 , 这又需 要特 殊设 备 ④ 在使 用 中 , 要保 持油缸 内的 清洁 , 否 贝 很 容易引起 滑动表 面拉伤 。 油气 弹簧的种 类 ① 简单 式油气 弹簧 图 一 这种 型式 有一个 缺点 , 即静挠度 随载荷的变化很大 。 由 于 没有供 油 系统 , 必须 严 防漏油 ② 带反 压气室 的油气 弹簧 图 一 这种油气 弹簧比 简单 式油气 弹簧多一个反压气 门「一门 「 ’ 图 高度 调整式 油气弹簧原理图 腼顽 图 万 自给式油气弹簧

室，相当于在简单式油气弹簧的基础上再加一个方向相反的小简单式油气弹簧，从而提高了 空载时的刚度，使空载与满载的静挠度（自然類率）变化不大： ③高度调整式油气弹簧（图56）：这种型式是由简单式油气弹簧加上高度控制阀和油路 系统组成 ④自给式油气弹簧（图57）：这种结构的特点是利用弹簧的振动自动泵油的，不用另加 高压油路而实现弹簧高度的自动调节。 (3)油气弹簧的特性 油气弹簧中的油液只是一种中间介质，所以有没有油，对研究油气弹簧的特性关系不大， 可把油气弹簧视为一种有效面积不变的简单空气弹簧。 ①静态特性 研究载荷的增减时，气体状态变化属于等温过程，这时：PV=P。V。,其静态特性为： P=p.F(-I -1 (75) 1- 种二相的 一起始点的气体折算高度： F一活塞面积。 静刚度为： F (76) 由式(76)可见，静刚度随载荷增加而增加，当载荷不变时，静刚度与气体折算高度成 反比。 ②动态特性 研究振动过程时，气体状态变化属于多变过程，这时：pV=p。V“,其中m为多变指数， 通常取m=1.25,其动态特性为： P=p.F (77) 动刚度 C- (78) 由式(78)可见，动刚度与载荷成正比，而与气体折算高度成反比。 若考虑杠杆比i时，则自然振动频率和静挠度「按下式计算： n=√晋p品滑 (79) H-甚 (80) 由式(79)，(80)可以看出：当P较大时，。P1≈1，因此自然振动频率主要取决于气体 的折算高度H。且弹簧的静挠度5≈ m -10- 9-009 China Academic Journal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net

室 , 相 当于在简单 式油气 弹簧的基础上再加 一个 方 向相反 的小简单式 油气弹簧 , 从而 提高了 空载 时的刚度 , 使空 载 与满 载 的静挠 度 自然频率 变化不大 ③ 高度调 整式油气弹簧 图 这种型式是 由简单式油气弹簧加 上高度 控制 阀和 油路 系统组成 ④ 自给式油气 弹簧 图 这种结构 的特点是 利 用 弹簧的振 动 自动泵 油的 , 不 用 另加 高压 油路而实现 弹簧高度的 自动调 节 。 油气 弹簧的特性 油气 弹簧 中的油液只是 一种 中间介质 , 所 以 有没有油 , 对研究 油气 弹簧的特性关 系不大 , 可把 油气弹簧视 为一种 有效面 积 不变 的简单空气弹簧 。 ① 静态特性 研究载 荷的增 减时 , 气体 状 态变化属 于 等温 过程 , 这时 二 。 口 , 其静态 特性 为 。 二 、 厂 二 。 厂 犷五 一 一 一且 。 。 —起始点的绝 对气压 。 — 起始 点 的气体容积 , , , , , , 一 , 。 , “ ‘ 、 一 一 节一 起始 点的气体折 算高度 , 式 中 — 活 塞面 积 。 静刚度 为 由式 反 比 。 ② 尸 , 。 。 、 勺 一 一而一 一 一 一万 于 一 牙 一 、 ‘ 。 一 可 见 , 静刚度 随载荷增加而 增加 , 当载 荷不变时 , 静刚度 与气体折 算高度成 动态特性 研究振 动过程 时 , 气体状 态 变化属 于多变过程 , 这 时 ‘ 二 。 ’ , 其 中 为 多变指 数 , 通常取 二 , 其 动态 特性 为 一一 ‘一、一上 。 、 曰 、 ︸ 动刚度 。 七 — 由式 可 见 , 动刚度 与载荷成正 比 , 而 与气体 折算 高度成 反 比 。 若考虑 杠杆 比 时 , 则 自然振 动频率 和 静挠度 按 下 式计算 砚 一 。 丫 一 一 一 丝 、 卫望 兀 一 们 , 一 一 丝 , 由式 、 可以看 出 当 较大 时 , 一 刹 , 因此 自然振 动频率主要取决 于气体 的折 算高度 。 。 且弹簧的静挠度‘ 一 景 。 一 一