1、2空氣懸架結構2.1 空氣懸架結構簡介2.1.1 空氣懸架系統的基本結構空氣彈簧懸架具有變剛度、剛度小、振動頻率低、車身高度不變等優點。典型的機械式空氣懸架主要包括以下幾個部分：(1)空氣彈簧空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的一個密閉容器，在其中貯入壓縮空氣，利用空氣的可壓縮性實現其彈簧的作用。這種彈簧的剛度是可變的，因為作用在彈簧上的載荷增加時，容器內的定量氣體氣壓升高，彈簧剛度增大。反之，當載荷減小時，彈簧內的氣壓下降，剛度減小，故空氣彈簧具有較理想的彈性特性。(2)導向機構導向機構是承受汽車的縱向力、力矩及橫向力。由于空氣懸架只能承受垂直載荷，所以需要安裝導向機構以承受橫向力、縱向力及力矩以使車

2、橋(或者車輪)按一定的軌跡相對車身或車架跳動。(3)減振裝置減振裝置主要是用來消耗振動能量，衰減振動。空氣作為空氣彈簧的工作介質，內摩擦極小，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，而且其阻尼要相應增加以達到迅速衰減振動的目的。但如果阻尼過大又會使反應遲鈍并向車身傳遞過多的高頻振動和沖擊，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的一個重要組成部分，其主要功能是：隨整車載荷變化保持合理的懸架行程；高速時降低車身高度，保持車身穩定性，減少空氣阻力；在起伏不平的路面上，可以提高車身高度從而提高了汽車的通過性，空氣彈簧的優越性通過

3、安裝高度控制閥充分的顯現出來。(5)其它附屬裝置空氣彈簧以壓縮空氣作為介質，所以必須裝有壓氣機以產生壓縮空氣，另外為了進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。現如今，隨著科技的迅速發展，很多高檔的客車、轎車以及商用車上已經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速度。但在功能好的同時也有其缺點：這種汽車懸架的結構更為復雜，而且成本非常高。所以在國內應用的還不是很廣泛，但是這是汽車懸架發展的必然趨勢3。2.1.2 空氣彈簧的類型空氣彈簧的結構可以設計成很多類型，根據壓縮空氣所用容器不同，可以將空

4、氣彈簧分為囊式、膜式兩種形式。(1)囊式空氣彈簧囊式空氣彈簧是由夾有簾線的橡膠氣囊、密閉在容器中的壓縮氣體所組成。氣囊的內層用氣密性好的橡膠制成，而外層則用耐油橡膠制成。根據橡膠氣囊曲數不同可將其分為單曲、雙曲和多曲的囊式空氣彈簧。氣囊各段之間鑲嵌有金屬輪緣，用于承受氣體的內壓張力。囊式空氣彈簧的有效面積變化率較大，剛度較大，振動頻率也較高。所以對于囊式空氣彈簧來說，適當的選擇空氣彈簧的有效面積變化率和輔助氣室容積，可以有效地降低振動頻率。隨著段數的增加，空氣的彈簧的剛度會變小。主要是由于氣囊的變形可由各個曲部平均分擔，因而曲段數越多，空氣彈簧的有效直徑變化率就會越小。(2)膜式空氣彈簧膜式空

5、氣彈簧的構造是在金屬外筒與內筒或缸筒與活塞之間放置橡皮膜，通過膜的變形實現整體伸縮。在外筒的內壁與內筒的外壁上預先給出適當的傾斜或曲面，據此橡皮膜伸縮時可沿該壁面發生變形，受壓面積隨變形而變化。這就可以獲得在標準高度下很軟，而在大位移時變硬的特性，即合適的非線性彈簧特性。膜式空氣彈簧在國內外大客車上的應用日益廣泛。因膜式空氣彈簧有效直徑變化較小，其剛度較低，自振頻率較低.膜式空氣彈簧的底座同時也是活塞，該空氣彈簧的有效直徑能通過改變活塞的外形從而得到改變。從而可以得到所需的彈性特性。許多膜式空氣彈簧的底座還作為輔助氣室以增加空氣彈簧的總容積，改善空氣彈簧的性能。這是提高空氣彈簧系統隔振效果的有

6、效措施之一。2.1.3 導向機構導向傳力機構是空氣懸架的重要組成部件，要承受汽車的側向力，縱向力及其力矩。因此要有一定的強度，布置的方式要合理。空氣彈簧懸架中空氣彈簧主要承受垂直載荷。如果導向機構布置的不合理則會給空氣彈簧帶來很大的負擔，使其發生扭曲，摩擦等現象，惡化減震的效果，從而縮短了空氣彈簧的壽命。汽車空氣懸架導向機構主要有以下幾點作用：在車架或車橋之間傳遞力矩。是車橋或車輪按一定軌跡相對車身或車架跳動。這是空氣懸架中導向機構的最重要的一個作用。2.1.4 高度控制閥高度控制閥是空氣懸架系統的重要組成部分，其作用是保證車輛在任何靜載荷下與路面保持一定的高度，而且空氣彈簧的優勢也只有在采用

7、了高度控制閥的情況下才能得到充分的體現。汽車空氣懸架的高度控制閥一般分為機械式和電磁式，按其組成可分為帶延時機構高度控制閥和不帶延時機構高度控制閥-由于目前在國內空氣懸架多采用機械式高度閥，因而在此針對帶延時機構和不帶延時機構的兩種機械式高度闊進行簡單介紹。延時機構由緩沖彈簧和油壓減振器組成。其作用是：在車輛運行時的正常振動中，保證空氣彈簧的高度雖有變化但不起進、排氣作用，而當靜載荷變化或以極低頻率振動時，保證空氣彈簧進行充、排氣，以使在汽車正常的振動中高度閥的進、排氣閥不會頻繁地打開，從而減少壓縮空氣的浪費。在使用不帶延時機構的高度閥時，車輛在運行過程中高度閥的進、排氣閣不斷地關閉，空氣消耗

8、量大，為此一般在空氣通道上設置一節流孔，或在排氣通道外加一長橡膠軟管，以便限制空氣流量，避免空氣中的水分和灰塵堵塞小孔。2.2 空氣懸架系統的工作原理在理想狀態下，裝有空氣彈簧懸架的汽車通過壓縮空氣的壓力能夠隨載荷和道路條件變化進行自動調節，不論滿載還是空載整車高度幾乎不會發生變化。可以大大提高乘坐的舒適性。空氣懸架的工作原理：空氣壓縮機供給儲氣筒壓縮空氣，儲氣筒上裝有壓力保護閥，當儲氣筒的壓力超出設定壓力時，壓力保護閥會自動打開把過載壓力卸掉。當車輛在平直路面上行駛時，高度閥的充氣閥門和排氣閥門均關閉，空氣彈簧氣囊內即不充氣也不放氣，車架高度保持不變。當車輛行駛在不平路面或轉彎時，車輪產生跳

9、動或轉彎離心力都會使車架產生傾斜，連接在車架上的高度控制閥的控制桿就會轉過一定的角度，當車輛載荷增加時，空氣彈簧被壓縮，車架整體下移，高度控制閥控制桿向上旋轉，使控制閥的充氣閥門打開，壓縮空氣經高度控制閥向氣囊內充氣，在氣壓的作用下，車架回升，高度控制閥的控制桿隨之向下旋轉，使控制閥的充氣閥門的開度逐漸變小直至關閉，此時車架恢復到設定高度，即空氣彈簧氣囊回升到原來的高度；當車輛載荷下降時，空氣彈簧氣囊在其腔內壓縮空氣的作用下伸長，車架整體上移，高度控制閥控制桿向下旋轉，使控制閥的放氣閥門打開，壓縮空氣經高度控制閥向外界排出，車架下降，高度控制閥控制桿隨之向上旋轉，使控制閥的放氣閥門的開度逐漸變

10、小直至關閉，此時車架逐漸恢復到設定高度。3.空氣懸架系統結構方案設計3.1 空氣彈簧懸架與機械彈簧懸架比較3.1.1 空氣彈簧懸架與機械彈簧懸架性能的比較空氣彈簧與機械彈簧懸架的目的是一樣的，都是為了保護車輛不受振動和路面沖擊振動的影響。但是，機械彈簧懸架也可能加強振動，因為一些小的來自路面的跳動都可能引起共振。而空氣彈簧消除振動的性能從而提高車輛的行駛平順性-乘坐柔軟性和舒適性是機械彈簧懸架系統所無法比擬的。機械彈簧懸架的吸振相差太大，在俯仰擺動時，機械彈簧懸架的減振效果更差，只有空氣彈簧懸架的25%3.1.2 空氣彈簧的優點1 .性能優點：由于空氣彈簧可以設計得比較柔軟，因而空氣懸架可以得

11、到較低的固有振動頻率，同時空氣彈簧的變剛度特性使得這一頻率在較大的載荷變化范圍內保持不變，從而提高了汽車的行駛平順性。空氣懸架的另一個優點在于通過調節車身高度使大客車的地板高度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，質量小以及噪音低等一些優點。而這些都明顯優越于機械彈簧懸架。2 .空氣彈簧的剛性導向臂與車架支架用橡膠襯套相連接，在加速和剎車時，允許車橋有控制的運動，以減少橋殼應力，防止損壞。對于高扭矩/低轉速發電機車輛而言，這是一個重要考慮因素。剎車時，車橋略向前和向下運動，保持輪胎貼近地面，縮短剎車距離剎車不跑偏，從而更安全。輪胎和剎車片壽命增加。3 .系統簡單，沒有大

12、的沖擊載荷。3.2空氣彈簧的種類及布置問題空氣彈簧有三大類，包括囊式，膜式和復合式空氣彈簧。3.2.1 膜式空氣彈簧的特點可以把它看成是囊式空氣彈簧下蓋板變成一個活塞而形成的。由于這種改變大大改善了空氣彈簧的彈性特性，得到了比囊式空氣彈簧更為理想的反“S”形彈簧特性曲線。可看出膜式空氣彈簧在其正常工作范圍內，彈簧剛度變化要比囊式空氣彈簧小，因而就振動性能來說，膜式空氣彈簧要比囊式空氣彈簧優越的多。但是載荷不高。3.2.2 囊式空氣彈簧和復合式空氣彈簧的特點：囊式有可以分為圓形膜式和橢圓形膜式，還可以分為單節式，雙節式和三節式，節數越多，彈簧顯的越柔軟。囊式較膜式壽命長，載荷高，制造方便，但剛度

13、大。空氣彈簧的剛度與彈簧的有效面積的變化率dF/dx有關，所以對于有效面積變化率較大的囊式空氣彈簧來說，彈簧剛度較大，振動頻率較高。復合式空氣彈簧兼有膜式空氣彈簧和囊式空氣彈簧的優點，但是結構復雜，制作成本較高，在此選用囊式空氣彈簧。3.2.3 空氣彈簧的選用及布置問題由于大客車軸載荷很大，所以我在這里選用囊式的空氣彈簧，由于囊式彈簧的剛度較大，最好解決這方面的問題，有一個辦法比較好，就是采用2個空氣彈簧，可以有效的減低空氣彈簧的剛度，并且，2個空氣彈簧可以增加負荷，提高客車的性能。對于囊式空氣彈簧振動頻率高的問題，由空氣彈簧頻率計算公式可以看出，當空氣彈簧的容積愈大時，其剛度愈低。因此，采用

14、輔助氣室能減小空氣彈簧的剛度。在壓力較高的情況下，增加輔助氣室的容積對剛度的影響更明顯。但這種影響將隨容積的增加而減小。所以，對囊式空氣彈簧來說，適當選擇彈簧的有效面積變化率和輔助氣室的容積，可得到較低的振動頻率。所以可以選用囊式空氣彈簧。關于布置方面的問題，對比各種布置方法和理論，可以知道，空氣彈簧的中心距在考慮到車身及車架尺寸時可以做的越大越好，因為這樣，可以提高汽車的抗側傾性能，關于這方面的理論，在后面關于側傾剛度的計算中可以有更加明確的解釋3.3高度控制閥在大客車的空氣懸架中，都裝有高度控制閥。高度控制閥安裝在車身上，根據車輛載荷，調節氣囊氣壓以保持車身高度為一恒定指。當車輛載荷增加時

15、，裝有高度控制閥的車身將下移，連接車橋和高度控制閥的擺桿轉動，帶動凸輪轉軸轉動，從而使活塞和頂桿上移，將排氣關閉，進氣門打開，。隨著氣囊內氣壓的上升，空氣彈簧高度增加，車身也隨之上升，進氣門則因為擺桿的移動而關閉，此時高度控制閥處于一個平衡狀態。當車輛載荷減少時，因氣囊內多余的氣壓，使空氣彈簧升高，從而車身也上升，因此，擺桿轉動，帶動凸輪轉動，從而使活塞和頂桿下移，使排氣門打開，進氣門關閉，氣囊中多余的氣壓排至大氣。車身又回到正常水平，此時，頂桿又上移，將排氣門關閉，高度閥又處于一個平衡狀態。它的主要作用時：1）保證汽車高度不隨汽車的載荷而變化，汽車高度可以調整，保持一定高度，便于乘客上下車。

16、2）保持空氣彈簧中的空氣容積為一定值，從而保證在不同載荷下，得到大致相同的振動頻率。3）當空氣彈簧出現微量泄漏時，可由高度控制閥不斷進行充氣，以保證空氣彈簧正常工作。為了保證汽車的車身穩定的平置于懸架上，在后軸上布置兩個高度控制閥圖3.1高度閥控制原理圖車身的升降是通過車身升降電控開關的控制，在二位三通電磁閥A、二位三通電磁閥R單向閥和空氣彈簧高度控制閥（以下稱高度閥）的共同作用下空氣彈簧內充氣或排氣而實現的。下面將各種狀態及其調節過程中懸架的主要元件的工作狀況介紹如下：1、車身定高位置的自動調節：（1） A閥的氣源口被打開，排氣口被關閉。（2） B閥的氣源口被關閉，排氣口被打開。（3）杠桿保

17、持在水平狀態。（4） 高度閥的充、排氣閥均為關閉狀態。（5） 空氣彈簧中的壓縮空氣被高度閥封閉。車身載荷變化是原始定高位置的自動調節過程：當車載增加，車身相對下降（氣囊被壓縮）時，杠桿相對于高度閥向上回轉，使高度閥的充氣門打開，氣源的高壓空氣經A閥和高度閥的氣源閥門和充氣閥門向氣囊內充氣，這時車身開始回升，杠桿隨之向下回轉，高度閥充氣閥門的開度逐漸變小，直到重新關閉為止。此時車身恢復到定高位置（氣囊回伸到原來高度）。空氣彈簧的壓縮空氣重新被高度閥封閉。當車載減小，車身相對升高（氣囊在其腔內壓縮空氣的作用下伸長）時，杠桿相對于高度閥向下回轉，使高度閥的放氣門打開，氣源的壓縮空氣經高度閥的放氣閥門

18、和排氣口排入大氣，這時車身開始回降，杠桿隨之向上回轉，高度閥放氣閥門的開度逐漸變小，直到重新關閉為止。此時車身恢復到定高位置（氣囊回伸到原來高度）。空氣彈簧的壓縮空氣重新被高度閥封閉。2、車身由原高位置降至最低位置：a) A閥的氣源口被關閉，排氣口被打開。b) B閥保持氣源口被關閉，排氣口被打開。c) 杠桿由水平位置向上回轉。d) 高度閥的氣源閥門被關閉，充氣閥門在杠桿作用下被逐漸打開，放氣閥門保持關閉的狀態。e) 空氣彈簧被放氣而縮短。氣囊的放氣和車身的降落過程：由于A閥的氣源口被關閉，排氣口被打開，所以氣囊內的壓縮空氣通過單向閥沿充氣管路經A閥的排氣口排出，車身開始下降，使杠桿向上回轉而逐

19、漸打開高度閥的充氣閥門，但是，因為A閥的氣源口被關閉，使高度閥的氣源閥門也相應關閉，所以此時高度閥的充氣閥門并無氣流通過，氣囊中壓縮空氣仍有單向閥經A閥的排氣口排出，直至氣囊內的氣壓降到大氣壓力。這時車身降落在6個彈性限位塊上，當限位塊的變形回彈力與車重力達到平衡時，車身停止下降，此時即為車身的最低位置。3、身由最低位置直接升到最高位置：a) A閥的氣源口被打開，排氣口被關閉。b) B閥的氣源口被打開，排氣口被關閉。c) 杠桿由最高位置向下回轉。d)高度閥的氣源閥門被打開，充氣閥門打開到最大開度，放氣閥門保持關閉的狀態。e)空氣彈簧被充氣而伸長升高。氣囊的充氣和車身升高過程：由于B閥向高度閥的

20、控制腔充氣使高度閥的充氣閥門打開到最大開度，此時由A閥氣源來的高壓空氣從高度閥的氣源閥門迅速向氣囊充氣，當氣囊內達到一定氣壓時，車身開始回升。此時杠桿向下回轉，在其作用下高度閥的充氣閥門由最大開度逐漸變小，充氣速度和車身的升速也隨之變慢，當車身達到最高位置時，在杠桿的作用下，高度閥的充氣閥門被關閉而停止向氣囊充氣，使車身停留在該高度，即車身的最高位置。4、車身由最高位置直接降到最低位置：a) A閥的氣源口被關閉，排氣口被打開。b) B閥氣源口被關閉，排氣口被打開。c) 杠桿由最低位置向上回轉。d)高度閥的氣源閥門被關閉，充氣閥門打開到最大開度。e)空氣彈簧被放氣而被壓縮。氣囊的放氣和車身的下降

21、過程：由于A閥的氣源被關閉，切斷了向氣囊充氣的氣源，而B閥的氣源口被關閉，排氣口被打開。車身升高時高度閥控制腔內的壓縮空氣由B閥的排氣口排出，即第一路通過單向閥由充氣管路經A閥的排氣口排出，另一路經高度閥門的放氣閥和排氣口排出，車身迅速下降，杠桿則隨之向上回轉，在杠桿的作用下，高度閥的放氣閥門逐漸變小，當車身降至定高位置時，高度閥的放氣閥門被關閉，氣囊內的壓縮空氣由第一路繼續向外排出，直至氣囊內的氣壓降至大氣壓力，車身降落在彈性限位塊上，當限位塊的變形回彈力與車重力達到平衡時，車身停止下降，達到最低位置。5、車身由最低位置升至定高位置，或由最高位置降至定高位置時，將A閥和B閥恢復到定高狀態即可

22、。3.4 反彈限位或拉斷氣由于空氣彈簧的反向剛度很小，如不采取反向限位措施，必然會出現以下幾個問題：1)因為氣囊的自由度有限，所以無止境的反彈，必然會出現脫囊(若無夾緊措施)囊（有夾緊措施）的現象。2）因為減振器的自由長度及連接強度有限，所以無止境的反彈，必然會造成減振器的破壞。3）囊式氣囊在反跳時的有效承壓面積最小，泄壓面積最大，所以，反彈行程過大易于引起氣囊的爆破。考慮以上情況，在大客車的空氣懸架系統中一般均裝有鋼絲繩反向限位裝置。3.5 減振器3.5.1 減振器的分類減振器的功能是吸收懸架垂直振動的能量，并轉化為熱能耗散掉，使振動迅速衰減。減振器大體上可以分為兩類，即摩擦式減振器和液力式減振器。由于雙筒式減振器運用很普遍，所以在這里我想主要討論下雙筒式減振器。3.5.2 雙筒式減振器的組成與工作原理雙筒式液力減振器由活塞，活塞桿，工作缸筒，儲油缸筒，底閥座，導向座，回流孔活塞桿，油封，防塵罩組成。在活塞以及底閥座上分別裝有兩個單向閥，且稱之為1,2,3,4.車輪向上跳動即懸架壓縮時，活塞向下運動，油液經過閥2進入工作腔上腔，但是由于活塞桿