四档容积可调式空气弹簧的设计及性能测试(附件)【字数：12909】
作为车辆悬架结构当中的重要部件之一，空气弹簧为人们在驾乘的过程中提供一个可用行程，在此行程内，车轮的颠簸不会转送给悬架或驾驶人。因此当车轮在路面上颠簸时，车体及座椅几乎不会振动，增强了车辆的平顺性，安全系数及舒适度。能否合理设计方案及计算参数，使之能够得到预期的性能将会直接影响到车辆行驶的平稳性以及驾驶人员的安全性和舒适性。随着汽车行业的不断发展，人们对空气弹簧的研制开发工作投入了更多的力量和资金，空气弹簧也在不断发展，被广泛运用于汽车及其他机械产品的机械制造中。本文主要设计了一种新型的四档容积可调式空气弹簧，从设计思路开始到设计方案确定以及根据所计算的参数进行实用性方案的绘制。再将四档情况下的弹簧特性进行比较，然后运用ABAQUS进行静力学分析，确定可行性。最后运用SOLIDERWORKS建模并进行重组装配。关键词空气弹簧；设计参数；三维建模；静力学分析
Keywords:air spring； design parameters；3D modeling；static analysis 目 录
第一章 绪 论 1
1.1引言 1
1.2空气弹簧简介 1
1.3空气弹簧的研究现状 3
1.3.1国外研究现状 3
1.3.2国内研究现状 5
1.4垂向刚度特性 6
1.5本文的主要研究内容和意义 9
1.6本章小结 9
第二章 总体设计 10
2.1设计思路 10
2.2设计方案 10
2.3设计方案工作原理 11
2.4本章小结 11
第三章 设计计算及性能测试 13
3.1空气弹簧的负荷特性 13
3.2膜式空气弹簧的结构与计算模型 14
3.3有效面积及其变化率 15
3.4有效体积及其变化率 18
3.4.1 凸圆弧线回旋体的体积 18
3.4.2凹圆弧回旋体的体积 19
3.4.3空气弹簧的总体积 19
3.4.4空气弹簧体积的变化率 21
3.5空气弹簧选型 22
3.5.1材料选择 22< style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
Keywords:air spring； design parameters；3D modeling；static analysis 目 录
第一章 绪 论 1
1.1引言 1
1.2空气弹簧简介 1
1.3空气弹簧的研究现状 3
1.3.1国外研究现状 3
1.3.2国内研究现状 5
1.4垂向刚度特性 6
1.5本文的主要研究内容和意义 9
1.6本章小结 9
第二章 总体设计 10
2.1设计思路 10
2.2设计方案 10
2.3设计方案工作原理 11
2.4本章小结 11
第三章 设计计算及性能测试 13
3.1空气弹簧的负荷特性 13
3.2膜式空气弹簧的结构与计算模型 14
3.3有效面积及其变化率 15
3.4有效体积及其变化率 18
3.4.1 凸圆弧线回旋体的体积 18
3.4.2凹圆弧回旋体的体积 19
3.4.3空气弹簧的总体积 19
3.4.4空气弹簧体积的变化率 21
3.5空气弹簧选型 22
3.5.1材料选择 22< style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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br /> 3.5.2尺寸参数 23
3.6四档容积可调式空气弹簧性能测试 23
3.7ABAQUS静力学分析 26
3.7.1ABAQUS简介 26
3.7.2气囊的非线性静力学分析 27
第四章 三维造型及虚拟装配 30
4.1Solidworks软件简介 30
4.1.1Solidworks软件的来源 30
4.1.2Solidworks软件各主要模块的介绍 30
4.1.3零件设计模块 30
4.1.4装配模块 30
4.1.5运动仿真模块 31
4.1.6Solidworks建模一般过程 31
4.1.7Solidworks装配的基本方法 32
4.2三维建模及虚拟装配 32
第五章 总结与展望 35
5.1总结 35
5.2展望 35
致 谢 36
参考文献 37
第一章 绪 论
1.1引言
空气弹簧是在可伸缩的密闭容器中充以压缩空气，利用空气弹性作用的弹簧。空气弹簧的优点有很多。第一，空气弹簧的非线性特性曲线可按实际需要进行理想设计，使其表现为在额定载荷附近具有较低的刚度值[1]。第二，空气弹簧在吸收振动、隔离噪声方面的性能有比较好的能力。第三，由于空气弹簧所采用的介质主要是空气，因而容易实施主动控制。第四，空气弹簧的刚度随载荷变化而变化，所以在不同载荷下，其隔振系统固有频率几乎不变，隔振效果也几乎不变[2]。第五，空气弹簧能够添加附加气室，通过气体体积的变化来改善空气弹簧的性能。由于空气弹簧的这些优点，它在各个领域都绽放了属于它的光芒。由最初面世时仅用于隔振，到现在的活跃在车辆行业，火车领域，航空航天领域以及在矿井进罐摇台上的应用等等。正式由于空气弹簧不断的被使用，不足之处也渐渐浮现出来，广大的科研工作者们也在为解决这些问题而努力着。
1.2空气弹簧简介
由于本文设计的空气弹簧是以膜式空气弹簧为蓝本，所以我就来介绍一下膜式空气弹簧的组成结构。膜式空气弹簧一般拥有上盖板，橡胶气囊，活塞，缓冲垫再加上一些固定件[3]。膜式空气弹簧的工作原理是利用外部气压与内部气压的压力差，产生抵消，降低车辆的振动，从而优化车辆的性能。空气弹簧气囊性能优异，不仅耐磨，在遇到一些突发情况是还能抵抗一些酸碱溶剂和臭氧等东西的侵蚀。在气囊里，高质量的胶层之间使用高强度纤维硫化。材质是空气弹簧气囊耐久性和耐压性的决定性因素，当然结构里的帘线的密度以及帘线的强度也能够影响。对于空气弹簧的分类，可由空气弹簧气囊的结构形式的变化来将空气弹簧分为囊式空气弹簧、膜式空气弹簧以及复合式空气弹簧三个种类[4]。由于前2个更为普遍所以举例用前2个。下图则是囊式与膜式空气弹簧的结构图。
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图11囊式空气弹簧 图12膜式空气弹簧
上图展示的囊式空气弹簧气囊的压缩与拉伸需要靠气囊的几何形状和尺寸发生变化。与囊式空气弹簧所不同的是，膜式空气弹簧则是依靠橡胶气囊的卷曲来产生变形，以改变汽车的舒适度[5]。对于两者之间寿命的比较，囊式空气弹簧则略胜一筹。囊式空气弹簧的寿命较长，并且制造方便，刚度较膜式空气弹簧来的大，常被用于货车上；相对而言膜式空气弹簧小于囊式空气弹簧，弹性曲线比较符合人意，被广泛应用于大客车和小汽车上。
囊式空气弹簧可以依据气囊的曲数的不同有不同的尺寸外形和弹性特性，根据空气弹簧橡胶气囊曲数的差别来分类。从一曲，二曲，三曲等等一直到n曲[6]。但过多的曲数在弹簧的刚度变化上不再明显，还让制造变的麻烦，经过前人的研究，只沿用到四曲。所以在设计囊式空气弹簧的曲数时，一般会小于等于三个[7]。空气弹簧橡胶气囊的各曲之间可通过环箍连接也可以通过金属轮缘进行连接，正是有这些在，气囊就可使承受更多的内压力，空气弹簧橡胶气囊各曲之间的中间部分的橡胶气囊不会随着外面气囊的变形而变化，另外环箍及金属轮缘还可以对枪的横向膨胀起着约束作用，避免了各曲之间在受压时相互挤压产生更多的磨损。囊式空气弹簧在结构上与膜式空气弹簧由根本上的差别，在囊式空气弹簧上底部是下盖板所以当空气弹簧气囊设计高度相同的情况下，膜式空气弹簧还得添加一个活塞在下面，而囊式空气弹簧只是一块厚度不大的下盖板。这样的话，从整个空气弹簧的高度而言，囊式空气弹簧的高度是小于膜式空气弹簧的，也就在安装上有了更多的便利。空气弹簧的刚度高度与否决定着它的性能好坏。于是在有限的条件下如何降低空气弹簧的刚度成为热门的课题。对于这个问题。添加辅助气室不失为一个好办法。在不影响空气弹簧结构的情况下，辅助气室与空气气囊的相结合能够明显的降低空气弹簧的刚度，使得汽车的颠簸更小。上文我已经描述过辅助气室的限制条件，所以添加辅助气室的体积一般为空气弹簧气囊体积的三倍左右，这样才能最大化的优化空气弹簧的性能。在不超过3个曲数的情况下，随着曲数的增加，其刚度是在明显降低的，也是最有效的。
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