发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题,提出了一种根据导向臂总成的宽度、安装尺寸、前端导向臂、气囊托臂长度、额定载荷、气囊刚度、许用应力,对各片前端导向臂和气囊托臂各项参数设计的斜线型导向臂的挂车空气悬架系统的设计方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现:斜线型导向臂的挂车空气悬架系统的设计方法,空气悬架系统包括导向臂总成、气囊、减振器和高度阀,所述导向臂总成包括前端导向臂和气囊托臂,所述导向臂总成的横截面两端形状为倒角、圆弧或直角,所述前端导向臂的片数为n,n=2或n=1,所述气囊托臂为单片,其特征在于,该设计方法包含以下设计步骤:
1)、求得前导向臂和气囊托臂的载荷分配比例系数kFb和kFa;
根据前端导向臂长度Lb,气囊托臂长度La,对斜线型导向臂总成的前端导向臂和气囊托臂的载荷分配比例系数kFb和kFa进行如下求取,即:
2)、设计出各片前端导向臂的根部平直段厚度h2和端部平直段长度L1i;
a、根据前端导向臂宽度B,前端导向臂的横截面两端形状及倒角半径与厚度之比,即倒角半径厚度比kr,0≤kr≤1/2,根部平直段的厚宽比γ2=h2/B,设计出各片前端导向臂根部平直段的等效宽度b2如下,即:
当kr=0,横截面直角型,b2=B;
b、根据单轮额定簧上质量m2,单轮额定载荷m2g,前端导向臂的长度Lb和片数n,骑马螺栓夹紧距U,许用应力[σN],前端导向臂的载荷分配比例系数kFb,各片前端导向臂根部平直段的等效宽度b2,求得各片前端导向臂的根部平直段厚度h2如下,即:
根据各片前端导向臂的根部平直段厚度h2的计算值向上圆整便可得到各片前端导向臂的根部平直段厚度h2的设计值;
c、根据前端导向臂的片数n,各片前端导向臂的端部平直段的厚度h1i和斜线段的根部到前端导向臂端点的长度L2x,各片前端导向臂的根部平直段厚度h2,及斜线段的厚度比βi=h1i/h2,设计出各片前端导向臂的端部平直段长度L1i如下,i=1,2,…,n,即:
3)、设计出气囊托臂的根部平直段厚度h2a和斜线段长度Lxa;
a、根据前端导向臂宽度B,气囊托臂片数na,气囊托臂的根部平直段的厚宽比γ2a=h2a/B,气囊托臂横截面两端形状及倒角半径厚度比kr,0≤kr≤1/2,设计出气囊托臂的根部平直段等效宽度b2a如下,即:
当kr=0,截面直角型,b2a=B;
b、根据单轮额定簧上质量m2,重力加速度g=9.8m/s2,气囊托臂的片数na和长度La,骑马螺栓夹紧距U,许用应力[σN],气囊托臂的载荷分配比例系数kFa,气囊托臂的根部平直段等效宽度b2a,求得气囊托臂的根部平直段厚度h2a如下,即:
根据气囊托臂的根部平直段厚度h2a的计算值向上圆整便可得到气囊托臂的根部平直段厚度h2a的设计值;
c、根据气囊托臂的长度La,根部平直段长度L22a和垂臂外侧平直段长度L21a,气囊托臂的根部平直段厚度h2a,气囊托臂的垂臂长度Lz2=h2a,设计出气囊托臂的斜线段长度Lxa如下,即:
Lxa=La-L22a-Lz2-L21a。
在上述的斜线型导向臂的挂车空气悬架系统的设计方法中,设计斜线型导向臂式空气悬架系统的复合刚度KC,包括如下步骤:
1)、设计出斜线型前端导向臂的夹紧柔度Rdb;
a、根据前端导向臂宽度B和横截面两端形状及倒角半径厚度比kr,0≤kr≤1/2,前端导向臂片数n,各片前端导向臂的端部平直段的厚度h1i,各片前端导向臂的根部平直段厚度h2,各片前端导向臂的根部平直段的厚宽比γ2=h2/B和端部平直段的厚宽比γ1i=h1i/B,设计出各片前端导向臂的根部平直段的等效宽度b2,端部平直段的等效宽度b1i如下,其中i=1,2,…,n,即:
当kr=0,横截面直角型,b2=B;b1i=B;
b、根据前端导向臂片数n,弹性模量E,各片前端导向臂的端部平直段的厚度h1i,前导向臂的载荷分配比例系数kFb,各片前端导向臂的端部平直段长度L1i,各片前端导向臂的端部平直段的等效宽度b1i,设计出各片前端导向臂的端部平直段柔度Rd1i如下,其中i=1,2,…,n,即:
c、根据前端导向臂宽度B,前端导向臂的片数n,各片前端导向臂的根部平直段长度L
2和端部平直段的厚度h
1i,各片前端导向臂的斜线段根部到端点的长度L
2x,前端导向臂的横截面两端形状及倒角半径与厚度之比,即倒角半径厚度比k
r,0≤k
r≤1/2,前导向臂的载荷分配比例系数k
Fb,各片前端导向臂的根部平直段厚度h
2和端部平直段长度L
1i,各片前端导向臂的根部平直段的等效宽度b
2,端部平直段的等效宽度b
1i;各片前端导向臂的斜线段的厚度比β
i=h
1i/h
2,斜线段的等效宽度比γ
bi=b
1i/b
2;各片前端导向臂的斜线段的厚度L
xi=L
2x-L
1i,各片前端导向臂的斜线段的厚度变化率
和厚度表达式的常数
设计出各片前端导向臂的斜线段柔度R
dxi如下,其中i=1,2,…,n,即:
式中,dBx为斜线段的等效宽度缩减系数,即:
当kr=0,横截面直角型,b2=b1i=B,γbi=b1i/b2=1,dBx=0,前端导向臂的斜线段柔度Rdxi可表示为
d、根据前端导向臂长度Lb,骑马螺栓夹紧距U,各片前端导向臂的斜线段根部到端点的长度L2x,前导向臂的载荷分配比例系数kFb,各片前端导向臂的根部平直段厚度h2,各片前端导向臂的根部平直段的等效宽度b2,设计出各片前端导向臂的根部平直段夹紧柔度Rd2如下,即:
e、根据前端导向臂的片数n,各片前端导向臂的端部平直段柔度Rd1i,各片前端导向臂的斜线段柔度Rdxi,各片前端导向臂的根部平直段夹紧柔度Rd2,设计出各片前端导向臂的夹紧柔度Rdbi如下,其中i=1,2,…,n,即:
Rdbi=Rd2+Rd1i+Rdxi,i=1,2,..,n;
f、根据前端导向臂的片数n,各片前端导向臂的夹紧柔度Rdbi,设计出前端导向臂的夹紧刚度Kb和夹紧柔度Rdb如下,即:
2)、设计出斜线型气囊托臂的夹紧柔度Rda:
a、根据前端导向臂宽度B,横截面两端形状及倒角半径厚度比kr,0≤kr≤1/2,气囊托臂的斜线段端部的厚度h1a,气囊托臂的根部平直段厚度h2a,h21a=h2a,气囊托臂的垂臂的长度Lz2等于根部平直段厚度h2a,即Lz2=h2a,气囊托臂的根部平直段的厚宽比γ2a=h2a/B,垂臂的厚宽比γza=Lz2/B,垂臂外侧平直段的厚宽比γ21a=h21a/B,斜线段端部的厚宽比γ1a=h1a/B,设计出气囊托臂的根部平直段的等效宽度b2a,垂臂处的等效宽度bza,垂臂外侧平直段的等效宽度b21a,斜线段端部的等效宽度b1a如下,即:
当kr=0,横截面直角型,b2a=B,bza=B,b21a=B,b1a=B;
b、根据气囊托臂的片数na,斜线段端部的厚度h1a,弹性模量E,气囊托臂的载荷分配比例系数kFa,气囊托臂的根部平直段厚度h2a和斜线段长度Lxa,气囊托臂斜线段的厚度比βa=h1a/h21a;垂臂外侧平直段的等效宽度b21a和斜线段端部的等效宽度b1a,斜线段的等效宽度比γba=b1a/b21a,设计出气囊托臂的斜线段柔度Rdxa如下,即:
当kr=0,横截面直角型,b2a=B;bza=B;b21a=B,b1a=B;γba=b1a/b21a=1,气囊托臂的斜线段的柔度Rdxa可表示为
c、根据骑马螺栓夹紧距U,气囊托臂的长度La和根部平直段长度L22a,垂臂的高度hz2,弹性模量E,气囊托臂的载荷分配比例系数kFa,气囊托臂的根部平直段厚度h2a和斜线段长度Lxa,垂臂的长度Lz2,垂臂外侧平直段的L21a,气囊托臂的根部平直段的等效宽度b2a,垂臂处的等效宽度bza和垂臂外侧平直段的等效宽度b21a,设计出气囊托臂的根部平直段柔度Rd22a,垂臂段的柔度Rdz2a,垂臂外侧平直段的柔度Rd21a分别如下,即:
d、根据气囊托臂的斜线段柔度Rdxa,气囊托臂的根部平直段柔度Rd22a,垂臂段的柔度Rdz2a,垂臂外侧平直段的柔度Rd21a,设计出气囊托臂的夹紧柔度Rda如下,即:
Rda=Rd22a+Rdz2a+Rd21a+Rdxa;
3)、设计出导向臂总成的夹紧柔度Rdz和夹紧刚度Kz:
根据前端导向臂的夹紧柔度Rdb,气囊托臂的夹紧柔度Rda,设计出导向臂总成的夹紧柔度Rdz和夹紧刚度Kz如下,即:
Rdz=Rdb+Rda;
4)、设计出空气悬架系统的复合刚度KC:
根据前端导向臂长度Lb,气囊托臂长度La,额定载荷下的气囊刚度KA,导向臂总成的夹紧柔度Rdz,设计出空气悬架系统的复合刚度KC如下,即:
在上述的斜线型导向臂的挂车空气悬架系统的设计方法中,设计出空气悬架系统的高度阀平衡杆的初始角度θ0:
根据单轮额定簧上质量m2,单轮空载簧上质量m20,高度阀平衡杆的长度LT,空气悬架系统的复合刚度KC,设计出空气悬架系统的高度阀平衡杆的初始角度θ0如下,即:
在上述的斜线型导向臂的挂车空气悬架系统的设计方法中,设计出空气悬架气囊直径Da:
根据气囊最佳工作压力p,单轮额定簧上质量m2,气囊托臂的载荷分配比例系数kFa,设计出空气悬架气囊直径Da如下,即
在上述的斜线型导向臂的挂车空气悬架系统的设计方法中,设计出空气悬架系统的减振器阻尼特性:
a、根据单轮额定簧上质量m2,空气悬架系统的复合刚度KC,设计出空气悬架偏频f0如下,即:
b、根据单轮额定簧上质量m2,单轮簧下质量m1,轮胎垂向刚度Kt,空气悬架系统的复合刚度KC,悬架的质量比rm=m2/m1和刚度比rk=Kt/KC,设计出空气悬架阻尼比ξ如下,即:
c、根据单轮簧上质量m2,减振器安装角度α,空气悬架偏频f0,空气悬架阻尼比ξ,及减振器在相同速度下的压缩和复原阻尼力之比即减振器双向比βyf,设计出减振器复原和压缩阻尼系数Cdf和Cdy如下,即:
d、根据减振器平安比ηps,减振器复原开阀速度点Vkf,压缩开阀速度点Vky,减振器复原和压缩阻尼系数Cdf和Cdy,设计出减振器速度特性即在复原行程速度Vf下的阻尼力Fdf和在压缩行程速度Vy下的阻尼力Fdy分别如下,即:
在上述的斜线型导向臂的挂车空气悬架系统的设计方法中,两片所述前端导向臂的端头之间夹设垫片。
与现有技术相比,本斜线型导向臂的挂车空气悬架系统的设计方法具有以下优点:
在考虑前端导向臂横向截面两端形状及其对夹紧刚度的影响情况下,由于受斜线型导向臂夹紧刚度和空气悬架系统复合刚度计算的制约,因此,先前国内、外一直未能给出准确可靠的斜线型导向臂式空气悬架系统的设计方法。随着汽车行业的快速发展及空气悬架的推广应用,对挂车空气悬架系统设计提出了更高要求。本发明可根据导向臂总成的结构参数和横截面两端形状、前端导向臂片数和长度、气囊托臂长度、额定载荷及导向臂许用应力、气囊在额定载荷下刚度,对各片前端导向臂和气囊托臂的厚度、高度阀平衡杆初始角度、气囊直径及减振器速度特性进行设计。
通过样车试验测试可知,本发明所建立的一种斜线型导向臂式空气悬架系统的设计方法,可得到准确可靠的斜线型导向臂式空气悬架系统的各片前端导向臂和气囊托臂、高度阀平衡杆初始角度、气囊直径及减振器速度特性的设计值。利用该方法,可提高空气悬架系统的设计水平及车辆行驶平顺性和安全性,同时,降低设计和试验测试费用,加快产品开发速度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明:
实施例一:某挂车空气悬架系统的导向臂宽度B=104mm,弹性模量E=206GPa,骑马螺栓夹紧距U=180mm,横截面两端为倒角,倒角半径厚度比kr=0.2。导向臂总成是由前端导向臂1和气囊托臂2组成。前端导向臂1的片数n=2,各片前端导向臂1长度Lb=547mm,各片前端导向臂1由根部平直段、斜线段和端部平直段构成,各片前端导向臂1的根部平直段的长度L2=200mm,斜线段的根部到前端导向臂1端点的长度L2x=Lb-L2=332mm;各片前端导向臂1的端部平直段的厚度h11=20mm,h12=15mm。气囊托臂2的片数na=1,骑马螺栓夹紧距中心到气囊安装中心的距离为气囊托臂2的长度La=380mm,气囊托臂2由根部平直段、垂臂和斜线段构成;气囊托臂2的根部平直段长度L22a=135mm,气囊托臂2的垂臂的高度hz2=110mm,垂臂外侧平直段的长度L21a=50mm,斜线段中气囊安装中心处的厚度,即斜线段的端部厚度h11a=25mm。在额定载荷下的许用应力[σN]=450MPa。在额定载荷下的气囊刚度KA=178.0N/mm,气囊最佳工作压力p=0.4MPa。高度阀平衡杆长度LT=400mm,单轮额定簧上质量m2=6500kg,单轮空载簧上质量m20=800kg,单轮簧下质量m1=500kg,轮胎垂向刚度Kt=3000N/mm。减振器安装角度为30°,减振器的压缩和复原的双向比βyf=1/3,平安比ηps=1.4。根据导向臂总成的宽度、安装尺寸、前端导向臂1、气囊托臂2长度、额定载荷、气囊刚度、许用应力,对斜线型导向臂式空气悬架系统的各片前端导向臂1和气囊托臂2、高度阀平衡杆初始角度、气囊直径及减振器速度特性进行设计。
本发明实例所提供的一种斜线型导向臂式空气悬架系统的设计方法,其设计流程如图1所示,具体设计步骤如下:
(1)斜线型导向臂总成的前端导向臂1和气囊托臂2的载荷分配比例系数kFb和kFa的计算:
根据前端导向臂1长度Lb=547mm,气囊托臂2长度La=380mm,对导向臂总成的前端导向臂1和气囊托臂2的载荷分配比例系数kFb和kFa分别进行计算,
(2)各片斜线型前端导向臂1的根部平直段厚度h2和端部平直段长度L1i的设计:
a步骤:各片前端导向臂1的根部平直段的等效宽度b2的表达式
根据导向臂宽度B=104mm,横截面两端的倒角半径厚度比kr=0.2,前端导向臂1片数n=2,以各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2为待求参数,根部平直段的厚宽比γ2=h2/B,建立各片前端导向臂1根部平直段的等效宽度b2表达式,即
b步骤:各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,重力加速度g=9.8m/s2,前端导向臂1的片数n=2和长度Lb=547mm,骑马螺栓夹紧距U=180mm,在额定载荷下的许用应力[σN]=450MPa,步骤(1)中计算得到的kFb=0.41,a步骤中建立的b2表达式,建立各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计数学模型,即
利用matlab计算程序,求解上述关于各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计数学模型,并向上圆整便可得到各片前端导向臂1根的部平直段厚度h2的设计值,即h2=28mm。
c步骤:各片前端导向臂1的端部平直段长度L1i的设计
根据前端导向臂1的片数n=2,斜线段的根部到前端导向臂1端点的长度L2x=347mm,各片前端导向臂1的端部平直段的厚度h1i,即h11=20mm,h12=15mm,及步骤(2)中设计得到的h2=28mm,斜线段的厚度比βi=h1i/h2,即β1=h11/h2=0.7143,β2=h12/h2=0.5357,对各片前端导向臂1的端部平直段长度L1i进行设计,i=1,2,…,n,即
其中,L11=177mm,L12=99.60mm。
(3)斜线型气囊托臂2的根部平直段厚度h2a和斜线段长度Lxa的设计:
i步骤:气囊托臂2的根部平直段等效宽度b2a的表达式
根据导向臂宽度B=104mm,横截面两端为倒角,倒角半径厚度比kr=0.2,气囊托臂2片数na=1,以气囊托臂2的根部平直段厚度h2a为待求参数,气囊托臂2的根部平直段的厚宽比γ2a=h2a/B,建立气囊托臂2的根部平直段的等效宽度b2a表达式,即
ii步骤:气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,气囊托臂2的片数na=1和长度La=380mm,骑马螺栓夹紧距U=180mm,许用应力[σN]=450MPa,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,i步骤中建立的b2a表达式,建立气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计数学模型,即
利用matlab计算程序,求解上述关于气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计数学模型,并向上圆整可得气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计值,即h2a=38mm。
iii步骤:气囊托臂2的斜线段长度Lxa的设计
根据气囊托臂2的长度La=380mm,根部平直段长度L22a=135mm,垂臂外侧平直段长度L21a=50mm,ii步骤中设计得到的h2a=38mm,气囊托臂2的垂臂的长度Lz2=h2a=38mm,对气囊托臂2的斜线段长度Lxa进行设计,即
Lxa=La-L22a-Lz2-L21a=157mm。
(4)斜线型导向臂式空气悬架系统的复合刚度KC的计算:
根据步骤(2)和步骤(3)中设计得到的导向臂总成的前导向臂和气囊托臂2的结构参数、弹性模量、及在额定载荷下的气囊刚度KA,对空气悬架系统复合刚度KC进行计算,具体计算步骤如下:
(4-1)前端导向臂1夹紧柔度Rdb的计算:
A步骤:各片前端导向臂1的根部平直段和端部平直段的等效宽度b2和b1i的计算
根据前端导向臂1的宽度B=104mm,前端导向臂1片数n=2,各片前端导向臂1的端部平直段的厚度h1i,即h11=20mm,h12=15mm;横截面两端的倒角半径厚度比kr=0.2;步骤(2)中设计得到的h2=28mm,各片前端导向臂1的根部平直段的厚宽比γ2=h2/B=0.25,端部平直段的厚宽比γ1i=h1i/B,即γ11=h11/B=0.1923,γ12=h12/B=0.1442,对各片前端导向臂1的根部平直段的等效宽度b2,及端部平直段的等效宽度b1i进行计算,i=1,2,…,n,即
B步骤:各片前端导向臂1的端部平直段柔度Rd1i的计算
根据前端导向臂1的片数n=2,弹性模量E=206GPa,各片前端导向臂1的端部平直段的厚度h1i,即h11=20mm,h12=15mm;步骤(1)中计算得到的kFb=0.41,步骤(2)中设计得到的L1i,即L11=177mm和L12=99.6mm,A步骤中计算得到的b1i即b11=102.3mm,b12=102.7mm,对各片前端导向臂1的端部平直段柔度Rd1i进行计算,i=1,2,…,n,即
其中,Rd11=2.2121×10-5mm/N,Rd12=9.3036×10-6mm/N;
C步骤:各片前端导向臂1的斜线段柔度Rdxi的计算
根据导向臂宽度B=104mm,前端导向臂1的片数n=2,各片前端导向臂1的端部平直段的厚度h
1i,即h
11=20mm,h
12=15mm,斜线段的根部到前端导向臂1端点的长度L
2x=L
b-L
2=332mm,步骤(1)中计算得到的k
Fb=0.41,步骤(2)中设计得到的h
2=28mm和L
1i,即L
11=177mm,L
12=99.6mm,A步骤中计算得到的b
2和b
1i,即b
2=101.6mm,b
11=102.3mm,b
12=102.7mm;各片前端导向臂1的斜线段的厚度比β
i=h
1i/h
2,即
各片前端导向臂1的斜线段的等效宽度比
即
各片前端导向臂1的斜线段的厚度L
xi=L
2x-L
1i,即即L
x1=170mm,L
x2=247.4mm;各片前端导向臂1的斜线段的厚度变化率
和厚度表达式的常数
即
mm,前端导向臂1的横截面两端倒角半径与厚度之比k
r=0.2,斜线段的等效宽度缩减系数
对各片前端导向臂1的斜线段柔度R
dxi进行计算,i=1,2,…,n,即
其中,Rdx1=6.1882×10-5mm/N,Rdx2=9.0935×10-5mm/N。
D步骤:各片前端导向臂1的根部平直段夹紧柔度Rd2的计算
根据前端导向臂1长度Lb=547mm,各片前端导向臂1的斜线段根部到端点长度L2x=347mm,骑马螺栓夹紧距U=180mm,步骤(1)中计算得到的kFb=0.41,步骤(2)中设计得到的h2=28.0mm,A步骤中计算得到的b2=101.6mm,对各片前端导向臂1的根部平直段夹紧柔度Rd2进行计算,即
E步骤:各片斜线型前端导向臂1的夹紧柔度Rdbi的计算
根据前端导向臂1片数n=2,B步骤中计算得到的Rd1i,即Rd11=2.2121×10-5mm/N,Rd12=9.3036×10-6mm/N;C步骤中计算得到的Rdxi,即Rdx1=6.1882×10-5mm/N,Rdx2=9.0935×10-5mm/N,D步骤中计算得到的Rd2=1.3629×10-4mm/N,对各片斜线型前端导向臂1的夹紧柔度Rdbi进行计算,i=1,2,..,n,即
Rdbi=Rd2+Rd1i+Rdxi,i=1,2,..,n;
其中,Rdb1=Rd2+Rd11+Rdx1=2.2029×10-4mm/N,Rdb2=Rd2+Rd12+Rdx2=2.3653×10- 4mm/N;
F步骤:斜线型前端导向臂1的夹紧刚度Kb和夹紧柔度Rdb的计算
根据前端导向臂1片数n=2,E步骤中计算得到的Rdbi,即Rdb1=2.2029×10-4mm/N,Rdb2=2.3653×10-4mm/N,对前端导向臂1的夹紧刚度Kb和夹紧柔度Rdb进行计算,即
(4-2)斜线型气囊托臂2的夹紧柔度Rda的计算:
I步骤:气囊托臂2各段的等效宽度的计算
根据导向臂的宽度B=104mm,气囊托臂2的斜线段端部的厚度h1a=25mm,步骤(3)中设计得到的h2a=38mm,h21a=h2a=38mm;气囊托臂2的垂臂的长度Lz2=h2a=mm,横截面两端的倒角半径厚度比kr=0.2,γ2a=h2a/B=0.3654,γza=Lz2/B=0.3654,γ21a=h21a/B=0.3654和γ1a=h1a/B=0.2404,对气囊托臂2的根部平直段的等效宽度b2a,垂臂的等效宽度bza,垂臂外侧平直段的等效宽度b21a,斜线段端部的等效宽度b1a进行计算,即
II步骤:气囊托臂2的斜线段柔度Rdxa的计算
根据气囊托臂2的片数n
a=1和斜线段端部的厚度h
1a=25mm,弹性模量E=206GPa,步骤(1)中计算得到的k
Fa=0.59,步骤(3)中设计得到的h
2a=38mm,h
21a=h
2a=38,L
xa=157mm和
I步骤中计算得到的b
21a=100.7mm,b
1a=101.8mm和
对气囊托臂2的斜线段柔度R
dxa进行计算,即
III步骤:除斜线段之外的气囊托臂2的其他各段柔度的计算
根据骑马螺栓夹紧距U=180mm,气囊托臂2的长度La=380mm和根部平直段长度L22a=135mm及垂臂外侧平直段的长度L21a=50mm,气囊托臂2的垂臂的高度hz2=110mm,弹性模量E=206GPa,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,步骤(3)中设计得到的h2a=38mm和Lxa=157mm,Lz2=h2a=38mm,I步骤中计算得到的b2a=100.7mm,bza=100.7mm,b21a=100.7mm,对气囊托臂2的根部平直段柔度Rd22a,垂臂段的柔度Rdz2a,垂臂外侧平直段的柔度Rd21a进行计算,即
IV步骤:斜线型气囊托臂2的夹紧柔度Rda的计算
根据II步骤中计算得到的Rdxa=6.378×10-6mm/N,III步骤中计算得到的Rd22a=2.7991×10-5mm/N,Rdz2a=2.9424×10-7mm/N,Rd21a=6.1142×10-6mm/N,对斜线型气囊托臂2的夹紧柔度Rda进行计算,即
Rda=Rd22a+Rdz2a+Rd21a+Rdxa=4.0777×10-5mm/N;
(4-3)斜线型导向臂总成的夹紧柔度Rdz和夹紧刚度Kz的计算:
根据步骤(4-1)中计算得到的Rdb=1.1406×10-4mm/N,步骤(4-2)中计算得到的Rda=4.0777×10-5mm/N,对斜线型导向臂总成的夹紧柔度Rdz和夹紧刚度Kz进行计算,即
Rdz=Rdb+Rda=1.5484×10-4mm/N;
(4-4)空气悬架系统的复合刚度KC的计算:
根据前端导向臂1长度Lb=547mm,气囊托臂2长度La=380mm,在额定载荷下的气囊刚度KA=178.0N/mm,步骤(4-3)中计算得到的Rdz=1.5484×10-4mm/N,对斜线型导向臂式空气悬架系统的复合刚度KC进行计算,即
(5)斜线型导向臂式空气悬架系统的高度阀平衡杆的初始角度θ0的设计:
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,单轮空载簧上质量m20=800kg,高度阀平衡杆的长度LT=400mm,及步骤(4)中计算得到的KC=286.61N/mm,对斜线型导向臂式空气悬架系统的高度阀平衡杆的初始角度θ0进行设计,即
(6)空气悬架气囊直径Da的设计:
根据气囊最佳工作压力p=0.4MPa,单轮额定簧上质量m2=6500kg,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,对空气悬架气囊直径Da进行设计,即
(7)斜线型导向臂式空气悬架系统的减振器阻尼特性的设计:
a)步骤:空气悬架偏频f0的计算
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,步骤(4)中计算得到的KC=286.61N/mm,对空气悬架偏频f0进行计算,即
b)步骤:空气悬架阻尼比ξ的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,单轮簧下质量m1=500kg,轮胎垂向刚度Kt=3000N/mm,步骤(4)中计算得到的KC=286.61N/mm,空载悬架的质量比rm=m2/m1=13和刚度比rk=Kt/KC=10.42,对空气悬架阻尼比ξ进行设计,即
c)步骤:减振器复原和压缩阻尼系数Cdf和Cdy的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,减振器的安装角度α=30°,a)步骤中计算得到的f0=1.06Hz,b)步骤中设计得到的ξ=0.1604,及减振器的双向比βyf=1/3,对减振器复原和压缩阻尼系数Cdf和Cdy进行设计,即
Cdy=βyfCdf=5352N/ms-1;
d)步骤:减振器速度特性的设计
根据减振器平安比ηps=1.4,减振器复原开阀速度点Vkf=0.3m/s,压缩开阀速度点Vky=-0.3m/s,c步骤中设计得到的Cdf=16058N/ms-1和Cdy=5352N/ms-1,对减振器在复原行程速度Vf下的阻尼力Fdf和压缩行程速度Vy下的阻尼力Fdy进行设计,即
其中,设计得到的减振器在不同速度下的复原和压缩阻尼力值见表1所示,减振器速度特性曲线见附图4所示。
表1减振器在不同速度下的阻尼力值
速度V m/s |
0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.52 |
复原力F<sub>df</sub>N |
0 |
1606 |
3211 |
4817 |
5964 |
7341 |
压缩力F<sub>dy</sub>N |
0 |
535 |
1070 |
1605 |
1988 |
2446 |
实施例二:该实施例除了导向臂片数n=1,及横截面两端为圆弧型之外,即倒角半径厚度比kr=1/2,其他结构参数、弹性模量、许用应力、载荷载荷及在额定载荷下的气囊刚度,都与实施例一1的完全相同。因此,根据导向臂总成的宽度、安装尺寸、前端导向臂1、气囊托臂2长度、额定载荷、气囊刚度、许用应力,对斜线型导向臂式空气悬架系统的各片前端导向臂1和气囊托臂2、高度阀平衡杆初始角度、气囊直径及减振器速度特性进行设计。
该实施例的设计步骤与实施例一的完全相同,具体设计步骤如下:
(1)斜线型导向臂总成的前端导向臂1和气囊托臂2的载荷分配比例系数kFb和kFa的计算:
由于该实施例的导向臂总成的结构参数,与实施例一的完全相同,因此,前端导向臂1和气囊托臂2的载荷分配比例系数kFb和kFa与实施例一的完全相同,即
(2)各片斜线型前端导向臂1根部平直段厚度h2和端部平直段长度L1i的设计:
a步骤:各片前端导向臂1的根部平直段的等效宽度b2的表达式
根据前端导向臂1的宽度B=104mm,横截面两端为圆弧型,以各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2为待求参数,建立各片前端导向臂1的根部平直段的等效宽度b2表达式,即
b步骤:各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,重力加速度g=9.8m/s2,前端导向臂1的片数n=1和长度Lb=547mm,骑马螺栓夹紧距U=180mm,许用应力[σN]=450MPa,步骤(1)中计算得到的kFb=0.41,a步骤中建立的b2表达式,建立各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计数学模型,即
利用matlab计算程序,求解上述关于各片前端导向臂1根部平直段厚度h2的设计数学模型,并向上圆整便可得各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计值,即h2=43mm。
c步骤:各片前端导向臂1的端部平直段长度L1i的设计
根据前端导向臂1片数n=1,各片前端导向臂1的根部平直段长度L2=200mm和端部平直段的厚度h1i,即h11=20mm,斜线段的根部到前端导向臂1端点的长度L2x=347mm,及步骤(2)中设计得到的h2=43mm,斜线段的厚度比βi=h1i/h2,即β1=0.4651,对各片前端导向臂1的端部平直段长度L1i进行设计,i=1,…,n,即
(3)斜线型气囊托臂2的根部平直段厚度h2a和斜线段长度Lxa的设计:
i步骤:气囊托臂2的根部平直段等效宽度b2a的表达式
根据导向臂宽度B=104mm,气囊托臂2片数na=1,横截面两端为圆弧型,以气囊托臂2的根部平直段厚度h2a为待求参数,建立气囊托臂2的根部平直段等效宽度b2a的表达式,即
ii步骤:气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,气囊托臂2的片数na=1和长度La=380mm,骑马螺栓夹紧距U=180mm,许用应力[σN]=450MPa,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,i步骤中建立的b2a表达式,建立气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计数学模型,即
利用matlab计算程序,求解上述关于气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计数学模型,向上圆整便可得气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计值,即h2a=41mm。
iii步骤:气囊托臂2的斜线段长度Lxa的设计
根据气囊托臂2的长度La=380mm和根部平直段长度L22a=135mm,垂臂外侧平直段长度L21a=50mm,ii步骤中设计得到的h2a=41mm,垂臂长度Lz2=h2a=41mm,对气囊托臂2的斜线段长度Lxa进行设计,即
Lxa=La-L22a-Lz2-L21a=154mm。
(4)斜线型导向臂式空气悬架系统的复合刚度KC的计算:
根据步骤(2)和步骤(3)中设计得到的导向臂总成的前导向臂和气囊托臂2的结构参数、弹性模量、及在额定载荷下的气囊刚度KA,对斜线型导向臂式空气悬架系统的复合刚度KC进行计算,具体计算步骤如下:
(4-1)斜线型前端导向臂1的夹紧柔度Rdb的计算:
A步骤:各片前端导向臂1的根部平直段和端部平直段的等效宽度b2和b1i的计算
根据导向臂宽度B=104mm,横截面两端圆弧型,前端导向臂1片数n=1,各片前端导向臂1的端部平直段的厚度h1i,即h11=20mm,步骤(2)中设计得到的h2=43mm,对各片前端导向臂1的根部平直段的等效宽度b2和端部平直段的等效宽度b1i进行计算,i=1,…,n,即
B步骤:各片前端导向臂1的端部平直段柔度Rd1i的计算
根据前端导向臂1片数n=1,弹性模量E=206GPa,各片前端导向臂1的端部平直段厚度h1i,即h11=20mm,步骤(1)中计算得到的kFb=0.41,步骤(2)中设计得到的L1i,即L11=75.1mm,A步骤中计算得到的b1i,即b11=95.8mm,对各片前端导向臂1的端部平直段柔度Rd1i进行计算,i=1,…,n,即
C步骤:各片前端导向臂1的斜线段柔度Rdxi的计算
根据导向臂宽度B=104mm,前端导向臂1的片数n=1,前端导向臂1的斜线段根部到端点的长度L
2x=332mm,步骤(1)中计算得到的k
Fb=0.41,步骤(2)中设计得到的h
2=43mm,L
11=75.1mm,
A步骤中计算得到的b
2=86.3mm,b
11=95.8mm,及
前端导向臂1的斜线段的长度L
x1=L
2x-L
11=246.9mm;各片前端导向臂1的斜线段的厚度变化率
和厚度表达式的常数
前端导向臂1的斜线段的等效宽度变化率
和等效宽度表达式的常数
mm,前端导向臂1的横截面两端形状为圆弧型,倒角半径与厚度之比k
r=1/2,斜线段的等效宽度缩减系数
对各片前端导向臂1的斜线段柔度R
dxi进行计算,i=1,2,…,n,即
其中,Rdx1=3.892×10-5mm/N。
D步骤:各片前端导向臂1的根部平直段夹紧柔度Rd2的计算
根据前端导向臂1的长度Lb=547mm和斜线段的根部到端点长度L2x=347mm,骑马螺栓夹紧距U=180mm,步骤(1)中计算得到的kFb=0.41,步骤(2)中设计得到的h2=43.0mm,A步骤中计算得到的b2=86.3mm,对各片前端导向臂1的根部平直段夹紧柔度Rd2进行计算,即
E步骤:各片斜线型前端导向臂1的夹紧柔度Rdbi的计算
根据前端导向臂1的片数n=1,B步骤中计算得到的Rd11=1.8036×10-6mm/N;C步骤中计算得到的Rdxi,即Rdx1=3.892×10-5mm/N,D步骤中计算得到的Rd2=4.0267×10-5mm/N,对各片前端导向臂1的夹紧柔度Rdbi进行计算,i=1,…,n,即
Rdb1=Rd2+Rd11+Rdx1=8.0999×10-5mm/N;
F步骤:斜线前端导向臂1的夹紧刚度Kb和夹紧柔度Rdb的计算
根据前端导向臂1的片数n=1,E步骤中计算得到的Rdbi,即Rdb1=8.0999×10-5mm/N,对斜线型前端导向臂1的夹紧刚度Kb和夹紧柔度Rdb进行计算,即
(4-2)斜线型气囊托臂2的夹紧柔度Rda的计算:
I步骤:气囊托臂2各段的等效宽度的计算
根据导向臂的宽度B=104mm,气囊托臂2的斜线段端部的厚度h1a=25mm,步骤(3)中设计得到的h2a=41mm,h21a=h2a=41mm,气囊托臂2的垂臂长度Lz2等于根部平直段厚度h2a=41mm,横截面两端为圆弧型;对气囊托臂2的根部平直段的等效宽度b2a,垂臂处的等效宽度bza,垂臂外侧平直段的等效宽度b21a,斜线段端部的等效宽度b1a进行计算,即
II步骤:气囊托臂2的斜线段柔度Rdxa的计算
根据气囊托臂2的片数na=1,斜线段端部的厚度h1a=25mm,弹性模量E=206GPa,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,步骤(3)中设计得到的h21a=41mm,Lxa=154mm,及βa=h1a/h21a=0.6098;I步骤中计算得到的b21a=87.2mm,b1a=93.7mm,及γba=b1a/b21a=1.0754,对气囊托臂2的斜线段柔度Rdxa进行计算,即
III步骤:除斜线段之外的气囊托臂2其他各段柔度的计算
根据骑马螺栓夹紧距U=180mm,气囊托臂2的长度La=380mm和根部平直段长度L22a=135mm,垂臂外侧平直段的L21a=50mm,气囊托臂2的垂臂高度hz2=110mm,弹性模量E=206GPa,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,步骤(3)中设计得到的h2a=41mm,Lxa=154mm,Lz2=h2a=41mm,I步骤中计算得到的b2a=87.2mm,bza=87.2mm和b21a=87.2mm,对气囊托臂2的根部平直段的柔度Rd22a,垂臂段的柔度Rdz2a,垂臂外侧平直段的柔度Rd21a进行计算,即
IV步骤:斜线型气囊托臂2的夹紧柔度Rda的计算
根据II步骤中计算得到的Rdxa=5.7425×10-6mm/N,III步骤中计算得到的Rd22a=2.5764×10-5mm/N,Rdz2a=3.6233×10-7mm/N,Rd21a=5.445×10-6mm/N,对气囊托臂2的夹紧柔度Rda进行计算,即
Rda=Rd22a+Rdz2a+Rd21a+Rdxa=3.7314×10-5mm/N;
(4-3)导向臂总成的夹紧柔度Rdz和夹紧刚度Kz的计算:
根据步骤(4-1)中计算得到的Rdb=8.0999×10-5mm/N,步骤(4-2)中计算得到的Rda=3.7314×10-5mm/N,对导向臂总成的夹紧柔度Rdz和夹紧刚度Kz进行计算,即
Rdz=Rdb+Rda=1.1831×10-4mm/N;
(4-4)空气悬架系统的复合刚度KC的计算:
根据前端导向臂1长度Lb=547mm,气囊托臂2长度La=380mm,在额定载荷下的气囊刚度KA=178.0N/mm,步骤(4-3)中计算得到的Rdz=1.1831×10-4mm/N,对斜线型导向臂式空气悬架系统的复合刚度KC进行计算,即
(5)斜线型导向臂式空气悬架系统的高度阀平衡杆的初始角度θ0的设计:
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,单轮空载簧上质量m20=800kg,高度阀平衡杆的长度LT=400mm,及步骤(4)中计算得到的KC=291.26N/mm,对斜线型导向臂式空气悬架系统的高度阀平衡杆的初始角度θ0进行设计,即
(6)空气悬架气囊直径Da的设计:
根据气囊最佳工作压力p=0.4MPa,单轮额定簧上质量m2=6500kg,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,对空气悬架气囊直径Da进行设计,即
(7)斜线型导向臂式空气悬架系统的减振器阻尼特性的设计:
a)步骤:空气悬架偏频f0的计算
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,步骤(4)中计算得到的KC=291.26N/mm,对空气悬架偏频f0进行计算,即
b)步骤:空气悬架阻尼比ξ的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,单轮簧下质量m1=500kg,轮胎垂向刚度Kt=3000N/mm,步骤(4)中计算得到的KC=291.26N/mm,空载悬架的质量比rm=m2/m1=13和刚度比rk=Kt/KC=10.29,对空气悬架阻尼比ξ进行设计,即
c)步骤:减振器复原和压缩阻尼系数Cdf和Cdy的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,减振器安装角度α=30°,a)步骤中计算得到的f0=1.066Hz,b)步骤中设计得到的ξ=0.162,及减振器双向比βyf=1/3,对减振器复原和压缩阻尼系数Cdf和Cdy进行设计,即
Cdy=βyfCdf=5420N/ms-1;
d)步骤:减振器速度特性的设计
根据减振器平安比ηps=1.4,减振器的复原开阀速度点Vkf=0.3m/s和压缩开阀速度点Vky=-0.3m/s,c步骤中设计得到的Cdf=16261N/ms-1和Cdy=5420N/ms-1,对减振器速度特性即在复原行程速度Vf下的阻尼力Fdf和在压缩行程速度Vy下的阻尼力Fdy进行设计,即
其中,设计得到的减振器在不同速度下的阻尼力值见表2所示,相应的减振器速度特性曲线见附图5所示。
表2减振器在不同速度下的阻尼力值
速度V m/s |
0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.52 |
复原力F<sub>df</sub>N |
0 |
1626 |
3252 |
4878 |
6040 |
7434 |
压缩力F<sub>dy</sub>N |
0 |
542 |
1084 |
1626 |
2013 |
2478 |
实施例三:该实施例除了导向臂横截面两端为直角型之外,即倒角半径厚度比kr=0,其他结构参数、弹性模量、许用应力、载荷载荷及在额定载荷下的气囊刚度,都与实施例二的完全相同。因此,根据导向臂总成的宽度、安装尺寸、前端导向臂1、气囊托臂2长度、额定载荷、气囊刚度、许用应力,对斜线型导向臂式空气悬架系统的各片前端导向臂1和气囊托臂2、高度阀平衡杆初始角度、气囊直径及减振器速度特性进行设计。
本发明所提供的一种斜线型导向臂式空气悬架系统的设计方法,其设计流程如图1所示,设计步骤与实施例二的完全相同,具体设计步骤如下:
(1)斜线型导向臂总成的前端导向臂1和气囊托臂2的载荷分配比例系数kFb和kFa的计算:
由于该实施例的导向臂总成的结构参数,与实施例二的完全相同,因此,前端导向臂1和气囊托臂2的载荷分配比例系数kFb和kFa也与实施例二的完全相同,即
(2)各片斜线型前端导向臂1的根部平直段厚度h2和端部平直段长度L1i的设计:a步骤:各片前端导向臂1的根部平直段等效宽度b2
根据横截面两端为直角型,因此,各片前端导向臂1的根部平直段等效宽度b2等于导向臂宽度B,即
b2=B=104mm;
b步骤:各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,前端导向臂1的片数n=1和长度Lb=547mm,许用应力[σN]=450MPa,骑马螺栓夹紧距U=180mm,步骤(1)中计算得到的kFb=0.41,a步骤中确定的b2=B=104mm,建立各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计数学模型,即
利用matlab计算程序,求解上述关于各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计数学模型,向上圆整便可得各片前端导向臂1的根部平直段厚度h2的设计值,即h2=40mm。c步骤:各片前端导向臂1的端部平直段长度L1i的设计
根据前端导向臂1的片数n=1,斜线段的根部到前端导向臂1端点的长度L2x=347mm,各片前端导向臂1的端部平直段的厚度h1i,即h11=20mm,及步骤(2)中设计得到的h2=40mm,及βi=h1i/h2,即β1=h11/h2=0.5,对各片前端导向臂1的端部平直段长度L1i进行设计,i=1,…,n,即
(3)斜线型气囊托臂2的根部平直段厚度h2a和斜线段长度Lxa的设计:
i步骤:气囊托臂2的根部等效宽度b2a
根据横截面两端直角型,气囊托臂2的根部平直段等效宽度b2a等于导向臂宽度B,即
b2a=B=104mm;
ii步骤:气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,气囊托臂2的片数na=1和长度La=380mm,骑马螺栓夹紧距U=180mm,许用应力[σN]=450MPa,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,i步骤中确定的b2a=B=104mm,建立气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计数学模型,即
利用Matlab计算程序,求解上述关于气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计数学模型,向上圆整可得气囊托臂2的根部平直段厚度h2a的设计值,即h2a=38mm。
iii步骤:气囊托臂2的斜线段长度Lxa的设计
根据气囊托臂2的长度La=380mm和根部平直段长度L22a=135mm,垂臂外侧平直段长度L21a=50mm,ii步骤中设计得到的h2a=38mm,垂臂长度Lz2=h2a=38mm,对气囊托臂2的斜线段长度Lxa进行设计,即
Lxa=La-L22a-Lz2-L21a=157mm。
(4)斜线型导向臂式空气悬架系统的复合刚度KC的计算:
根据步骤(2)和步骤(3)中设计得到的导向臂总成的前导向臂和气囊托臂2的结构参数、弹性模量、及在额定载荷下的气囊刚度KA,对斜线型导向臂式空气悬架系统的复合刚度KC进行计算,具体计算步骤如下:
(4-1)斜线型前端导向臂1的夹紧柔度Rdb的计算:
A步骤:各片前端导向臂1的根部平直段和端部平直段的等效宽度b2和b1i的计算
根据前端导向臂1的片数n=1,横截面两端为直角型,因此,根部平直段和端部平直段的等效宽度b2和b1i都等于导向臂宽度B,i=1,…,n,即
b2=B=104mm;b11=B=104mm;
B步骤:各片前端导向臂1的端部平直段柔度Rd1i的计算
根据前端导向臂1片数n=1,弹性模量E=206GPa,各片前端导向臂1的端部平直段的厚度h1i,即h11=20mm,步骤(1)中计算得到的kFb=0.41,步骤(2)中设计得到的L1i,即L11=86.8mm,A步骤中计算得到的b1i,即b11=104mm,对各片前端导向臂1的端部平直段柔度Rd1i进行计算,i=1,…,n,即
C步骤:各片前端导向臂1的斜线段柔度Rdxi的计算
根据导向臂宽度B=104mm,前端导向臂1的片数n=1,前端导向臂1的斜线段根部到端点的长度L
2x=347mm,前端导向臂1的端部平直段的h
11=20mm,前端导向臂1的横截面两端形状为直角型,倒角半径与厚度之比k
r=0,步骤(1)中计算得到的k
Fb=0.41,步骤(2)中设计得到的h
2=40mm,L
11=86.8mm,β
i=h
1i/h
2,即β
1=0.5;前端导向臂1的斜线段的长度L
x1=L
2x-L
11=260.2mm;各片前端导向臂1的斜线段的厚度变化率
和厚度表达式的常数
即k
h1=0.0769和C
h1=13.3mm,斜线段的等效宽度缩减系数d
Bx=0,对各片前端导向臂1的斜线段柔度R
dxi进行计算,i=1,2,…,n,即
D步骤:各片前端导向臂1的根部平直段夹紧柔度Rd2的计算
根据前端导向臂1的长度Lb=547mm和根部平直段的长度L2=200mm,骑马螺栓夹紧距U=180mm,步骤(1)中计算得到的kFb=0.41,步骤(2)中设计得到的h2=40mm,A步骤中计算得到的b2=104mm,对各片前端导向臂1的根部平直段夹紧柔度Rd2进行计算,即
E步骤:各片斜线型前端导向臂1的夹紧柔度Rdbi的计算
根据前端导向臂1的片数n=1,B步骤中计算得到的Rd1i,即Rd11=2.5647×10-6mm/N;C步骤中计算得到的Rdxi,即Rdx1=4.006×10-5mm/N,D步骤中计算得到的Rd2=4.1533×10-5mm/N,对各片斜线型前端导向臂1的夹紧柔度Rdbi进行计算,i=1,…,n,即
Rdbi=Rd2+Rd1i+Rdxi
其中,Rdb1=Rd2+Rd11+Rdx1=8.4156×10-5mm/N;
F步骤:斜线型前端导向臂1的夹紧刚度Kb和夹紧柔度Rdb的计算
根据前端导向臂1的片数n=1,E步骤中计算得到的Rdbi,即Rdb1=8.4156×10-5mm/N,对斜线型前端导向臂1的夹紧刚度Kb和夹紧柔度Rdb进行计算,即
(4-2)斜线型气囊托臂2的夹紧柔度Rda的计算:
I步骤:气囊托臂2的各段等效宽度的计算
根据截面两端为直角型,因此,气囊托臂2的各段等效宽度都等于导向臂宽度,即
b2a=B=104mm;bza=B=104mm;
b21a=B=104mm;b1a=B=104mm;
II步骤:气囊托臂2的斜线段柔度Rdxa的计算
根据气囊托臂2的片数n
a=1和斜线段端部的厚度h
1a=25mm,导向臂宽度B=104mm,横截面直角型,弹性模量E=206GPa,步骤(1)中计算得到的k
Fa=0.59,步骤(3)中设计得到的h
21a=38mm,L
xa=157mm和
对气囊托臂2的斜线段柔度R
dxa进行计算,即
III步骤:除斜线段之外的气囊托臂2的其他各段柔度的计算
根据气囊托臂2的长度La=380mm和根部平直段长度L22a=135mm,垂臂外侧平直段的L21a=50mm,骑马螺栓夹紧距U=180mm,气囊托臂2的垂臂高度hz2=110mm,弹性模量E=206GPa,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,步骤(3)中设计得到的h2a=38mm,Lxa=157mm,垂臂的长度Lz2=h2a=38mm,I步骤中计算得到的b2a=bza=b21a=B=104mm,对气囊托臂2的根部平直段柔度Rd22a,垂臂段柔度Rdz2a,垂臂外侧平直段柔度Rd21a进行计算,即
IV步骤:斜线型气囊托臂2的夹紧柔度Rda的计算
根据II步骤中计算得到的Rdxa=6.2135×10-6mm/N,III步骤中计算得到的Rd22a=2.7118×10-5mm/N,Rdz2a=2.8506×10-7mm/N,Rd21a=5.9235×10-6mm/N,对斜线型气囊托臂2的夹紧柔度Rda进行计算,即
Rda=Rd22a+Rdz2a+Rd21a+Rdxa=3.954×10-5mm/N;
(4-3)导向臂总成的夹紧柔度Rdz及夹紧刚度Kz的计算:
根据步骤(4-1)中计算得到的Rdb=8.4156×10-5mm/N,步骤(4-2)中计算得到的Rda=3.954×10-5mm/N,对导向臂总成的夹紧柔度Rdz和夹紧刚度Kz进行计算,即
Rdz=Rdb+Rda=1.237×10-4mm/N;
(4-4)空气悬架系统的复合刚度KC的计算:
根据前端导向臂1长度Lb=547mm,气囊托臂2长度La=380mm,额定载荷下的气囊刚度KA=178.0N/mm,步骤(4-3)中计算得到的Rdz=1.237×10-4mm/N,对斜线型导向臂式空气悬架系统的复合刚度KC进行计算,即
(5)斜线型导向臂式空气悬架系统的高度阀平衡杆的初始角度θ0的设计:
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,单轮空载簧上质量m20=800kg,高度阀平衡杆的长度LT=400mm,及步骤(4)中计算得到的KC=290.81N/mm,对斜线型导向臂式空气悬架系统的高度阀平衡杆的初始角度θ0进行设计,即
(6)空气悬架气囊直径Da的设计:
根据气囊最佳工作压力p=0.4MPa,单轮额定簧上质量m2=6500kg,步骤(1)中计算得到的kFa=0.59,对空气悬架气囊直径Da进行设计,即
(7)斜线型导向臂式空气悬架系统的减振器阻尼特性的设计:
a)步骤:空气悬架偏频f0的计算
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,步骤(4)中计算得到的KC=290.81N/mm,对空气悬架偏频f0进行计算,即
b)步骤:空气悬架阻尼比ξ的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,单轮簧下质量m1=500kg,轮胎垂向刚度Kt=3000N/mm,步骤(4)中计算得到的KC=290.81N/mm,空气悬架的质量比rm=m2/m1=13和刚度比rk=Kt/KC=10.316,对空气悬架阻尼比ξ进行设计,即
c)步骤:减振器复原和压缩阻尼系数Cdf和Cdy的设计
根据单轮额定簧上质量m2=6500kg,减振器安装角度α=30°,a)步骤中计算得到的f0=1.0645Hz,b)步骤中设计得到的ξ=0.1615,及减振器双向比βyf=1/3,对减振器复原和压缩阻尼系数Cdf和Cdy进行设计,即
Cdy=βyfCdf=5407N/ms-1;
d)步骤:减振器速度特性的设计
根据减振器平安比ηps=1.4,减振器复原开阀速度点Vkf=0.3m/s,压缩开阀速度点Vky=-0.3m/s,c步骤中设计得到的Cdf=16220N/ms-1和Cdy=5407N/ms-1,对减振器速度特性即在复原行程速度Vf下的阻尼力Fdf和压缩行程速度Vy下的阻尼力Fdy进行设计,即
其中,设计得到的减振器在不同速度下的阻尼力值见表3所示,减振器速度特性曲线见附图6所示。
表3减振器在不同速度下的阻尼力值
速度V m/s |
0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.52 |
复原力F<sub>df</sub>N |
0 |
1622 |
4244 |
4866 |
6025 |
7415 |
压缩力F<sub>dy</sub>N |
0 |
541 |
1081 |
1622 |
2008 |
2472 |
通过样车试验测试可知,本发明所建立的斜线型导向臂式空气悬架系统的设计方法,可根据导向臂总成的宽度、安装尺寸、前端导向臂1长度、气囊托臂2长度、额定载荷、气囊刚度、许用应力,得到准确可靠的斜线型导向臂式空气悬架系统的各片前端导向臂1和气囊托臂2、高度阀平衡杆初始角度、气囊直径及减振器速度特性的设计值。利用该方法,可提高挂车空气悬架系统的设计水平及车辆行驶平顺性和安全性,同时,降低设计和试验测试费用,加快产品开发速度。
两片前端导向臂的端头之间夹设垫片3。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
尽管本文较多地使用了前端导向臂1;气囊托臂2;垫片3等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。