2006届毕业设计说明书
1.3.3空气弹簧的有效面积特性
在式(4)中 , ( pe5Ae / 5s)表示有效面积变化率对空气弹簧刚度的影响。由于空气弹簧是一个弹性体,一般情况下在空气弹簧变形时有效面积 Ae 是变化的,而且不同结构型式的空气弹簧,其有效面积Ae 的变化是不同的。囊式空气弹簧有效面积变化率较大,弹簧刚度较大。但可通过增加气囊的曲数,减小有效面积变化率(因气囊变形时由各个曲部平均分担,有效直径变化率小)或采用辅助气室以减小其刚度。膜式空气弹簧有效面积的变化率比囊式小,并可通过改变底座形状的方法控制其有效面积变化率,以获得比较理想的弹性特性。对于膜式空气弹簧,当活塞座轮廓为圆柱形时,其有效面积几乎不随位移变化而变化,此时空气弹簧刚度计算公式
可简化为:
1.3.4空气弹簧的空气悬架频率特性
汽车在行驶过程中 ,假定不考虑轮胎的质量、 刚
度和阻尼 ,可将汽车简化为单质量弹簧系统。悬架系统的固有频率可由如下公式计算得到:
传统的金属弹簧悬架的弹簧刚度一般是固定的,所以当簧载质量发生变化时,由公式可知悬架系统的固有频率也随之发生变化。当簧载质量增加,系统的固有频率下降,反之上升。
空气悬架在簧载质量即载荷发生较大变化时,空气弹簧的内部工作压力 pe 因高度调节阀的作用而也随之改变(空气弹簧变形时,其有效面积 Ae 往往变化不大,空气弹簧的承载能力 F几乎与 pe 成正比) ;另一方面,由式(5)可知 k与 p0 + pe 成正比 ,所以弹簧刚度与弹簧载荷的比值基本保持一定值 ,即空气弹簧上的载荷变化对系统的固有频率影响不大 ,可称为准等频特性。
另外 ,可以通过降低空气弹簧的工作压力、 减小有效面积变化率、 增大空气弹簧容积等简单的措施减小其刚度 ,从而使空气悬架具有较低的固有频率。
空气悬架如此的频率特性对改善汽车的平顺性提供有利条件。
20
2006届毕业设计说明书
1.3.5空气弹簧的空气悬架频率特性
图3 所示为空气悬架簧载质量垂直加速度的频率特性曲线。从图中可以看出 ,汽车悬架系统有两个固有频率 ,即簧载质量和非簧载质量固有频率。如果汽车仅由弹簧支承而无阻尼器 ,则在此两固有频率处振动幅度达到无穷大。若有阻尼器存在 ,当频率在两固有频率附近时 ,若阻尼力越大 ,则弹簧质量的加速度越小 ,因而行驶平顺性越好。然而在其它频率处 ,只有当阻尼力较小时 ,汽车的行驶平顺性才会更好。同样 ,在阻尼力一定的条件下 ,对弹簧刚度而言,若刚度越小 ,则簧载质量的固有频率越低 ,因而行驶平顺越好。但这时汽车由于路面凹凸不平引起的悬架动挠度增大 ,降低了汽车的行驶稳定性。由此可见 ,为了提高汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性 ,弹簧刚度系数需要根据行驶条件的变化而变化。
如今对弹簧刚度系数调节的控制方法有很多 ,如文献[ 4 ]介绍了一种模糊控制方法;文献[ 5 ]介绍了一种神经网络控制方法;文献[ 6 ]介绍了一种模糊神经网络控制方法;文献[ 7 ]介绍了一种基于最优控制方法;文献[ 8 ]介绍了电子控制空气悬架为目前较为先进的空气悬架系统 ,它可以通过以上控制策略 ,调节弹簧刚度 ,实现除控制正常行车高度外 ,还可与开关配合 ,实现其它控制功能。如正常高度 1/ 2 的切换 ,限高功能 ,屈膝功能 ,监控输入气压等功能。某典型客车采用的电子控制空气悬架的基本组成结构如图4 所示。
21
2006届毕业设计说明书
正常行驶状况下 ,各前气囊、 后气囊是相互独立的 ,且与外界无关。只有在颠簸路面、 转弯或停靠车站人为控制气囊升降时 ,才通过 ECAS电磁阀由气囊用储气筒充气或直接由电磁阀放气。安装于车轴上的高度传感器感应车桥与车架高度的变化。一般前桥一只、 后桥两只 ,也可前后相反。该客车采用前桥一只、 后桥两只的方式。当客车在颠簸路面、 转弯等非正常行驶状况下行驶时 ,车桥与车架高度的变化会由高度传感器产生传感器信号 ,通过电子控制单元( ECU)传给 ECAS电磁阀 ,从而自动控制各气囊的充放气。功能选择开关可通过电子控制单元( ECU)使 ECAS电磁阀工作 ,使气囊升降从而实现功能选择开关上所选的功能。
1.3.5空气弹簧的设计制造技术要求及发展方向
1、空气弹簧的设计包括两个方面:
1)根据空气悬架设计要求确定空气弹簧参数:如刚度、 有效承压面积和空气容积等。通过对空气弹簧结构和尺寸、 辅助气室及膜式空气弹簧活塞底座形状和节流孔的优化设计 ,可以满足高性能空气悬架要求。
2)橡胶气囊的设计。橡胶气囊基体由形变较大
的橡胶材料和形变较小的锦纶或聚醋帘线复合而成 ,力学行为十分复杂。研究表明:帘线的角度、 粗细、 排列密度及胶层厚度对橡胶气囊的形变、 内部应力及刚度影响较大 ,并且直接影响空气弹簧的特性。另外 ,橡胶气囊设计时还要考虑气囊与金属连接件间的密封问题。因此 ,橡胶气囊的内部结构设计和材料参数优化需深入研究。目前空气弹簧的设计以试验和经验为依据 ,设计成本高而且效率低。随着现代计算机应用技术的发展 ,采用虚拟技术可以在空气弹簧设计初期设计、分析和评估产品性能 ,确定和优化各项参数 ,从而缩短新产品研究和开发周期 ,降低开发成本和风险 ,提高产品质量和性能,满足用户多样化的需求。因此 ,采用虚拟技术进行产品设计和开发是客车用空气弹簧工程技术的发展方向。
2、空气弹簧的制造技术与设计技术一样 ,直接影响空气弹簧的性能和寿命。在生产过程中 ,空气弹簧橡胶气囊的内外层胶料、 帘布、 钢丝圈及半成品性能必须达到指标要求。空气弹簧总成装配完成后 ,总成的气密性应达到指标要求 ,同时保证产品良好的贮存和运输条件。不断采用新材料、 新配方 ,改善生产工艺 ,改进生产设备 ,提高产品性能以及降低生产成本是空气弹簧制造技术的关键。
22
2006届毕业设计说明书
1.4模具的设计
1.4.1模具结构
硫化模具与一般模压硫化模差不多, 上、中、下模采用 15b 锥面定位, 结构见图 2 本设计的独特之处是: 在内表面成形时, 没有使用整体或拼块式模心结构, 取代品是 1个橡胶内胆 (见图 2)。
这种内胆是用于空气弹簧硫化时的辅助工具,充入惰性气体后, 整体模心, 可重复使用。内胆具有易成形和易脱模的特点。 模具生产制造程序如下。
( 1) 产品毛坯的预成形 首先预成形空气弹簧
23
其作用相当于2006届毕业设计说明书
( 2) 中模的设计 中模两端采用 15b 锥面定位,配合面高度 30 mm, 模具不碰伤, 在内径圆周上车削出 6道 R 115mm半圆弧排气沟槽及 8道R 115 mm半圆弧排气直沟槽, 2种沟槽之间相连通, 确保产品硫化时气体的排出。中模零件结构见图 5。
31直排气槽的加工上模、下模、中模上均有直排气槽, 直槽的加工较为困难, 尤其是在上、下模的圆弧面上加工直槽。实际生产中, 找到一种很简单的方法, 可在普通 C630车床上直接拉出直槽。具体加工时, 主轴不转, 用小拖板直接用长刀杆拉出
24