車(chē)用空氣彈簧設(shè)計(jì)理論和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，乘坐舒適性越來(lái)越受到人們的關(guān)注?？諝鈶壹苁且钥諝鈴椈蔀閺椥栽c鋼板彈簧懸架相比，具有變剛度、自振頻率低、高度可控以及良好吸收高頻振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)汽車(chē)懸架的發(fā)展方向之一。本文主要針對(duì)空氣懸架的關(guān)鍵技術(shù)之一--空氣彈簧的設(shè)計(jì)理論和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究工作及其成果為：
　　 一、簡(jiǎn)化了空氣彈簧橡膠氣囊物理模型，用薄膜理論、網(wǎng)格理論對(duì)橡膠氣囊結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地力學(xué)分析，

2、推導(dǎo)出橡膠氣囊徑向、周向、法向三個(gè)方向的力平衡微分方程、平衡輪廓方程、簾線(xiàn)力和鋼絲圈應(yīng)力等理論公式，在此基礎(chǔ)上，用薄殼理論推導(dǎo)出空氣彈簧的承載力、剛度、固有頻率與其結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式，并進(jìn)而利用層合板理論給出橡膠氣囊的應(yīng)變、應(yīng)力和變形位移等數(shù)學(xué)表達(dá)式。為了驗(yàn)證上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，在先進(jìn)的電液伺服系統(tǒng)Instron8800的基礎(chǔ)上自行研制開(kāi)發(fā)了空氣彈簧測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)某一空氣彈簧產(chǎn)品進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：其理論計(jì)算值與試驗(yàn)值比較吻合

3、，從而驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)理論的有效性。
　　 二、介紹了空氣彈簧非線(xiàn)性有限元分析的基本方法。用所提出的分析方法建立空氣彈簧有限元模型，并用非線(xiàn)性有限元軟件ABAQUS數(shù)值計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：有限元法預(yù)測(cè)的空氣彈簧載荷位移曲線(xiàn)與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果吻合，由此可見(jiàn)，建立的空氣彈簧有限元模型是正確的。
　　 三、應(yīng)用有限元法研究了空氣彈簧的準(zhǔn)靜態(tài)工作過(guò)程中內(nèi)部容積、變形位移、準(zhǔn)靜態(tài)特性、囊體應(yīng)力及其簾線(xiàn)力。研究發(fā)現(xiàn)，簾線(xiàn)力總體呈對(duì)稱(chēng)布置，在

4、兩端子口附近，簾線(xiàn)力先劇烈下降，甚至出現(xiàn)負(fù)值，后急劇上升，急劇波動(dòng)，在中部達(dá)到最大值。探討了初始?xì)鈮?、簾線(xiàn)層數(shù)、簾線(xiàn)角度和簾線(xiàn)密度對(duì)空氣彈簧內(nèi)、外特性的影響，給出了不同條件下的空氣彈簧內(nèi)、外特性圖，進(jìn)而提出了改善空氣彈簧內(nèi)、外特性的基本方法和途徑。
　　 同樣地，用有限元法研究了空氣彈簧的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程中不同頻率正弦激勵(lì)的力學(xué)性能，給出了空氣彈簧動(dòng)態(tài)特性與頻率的關(guān)系。分析動(dòng)態(tài)特性發(fā)現(xiàn)，隨著初始?xì)鈮旱脑黾?，空氣彈簧的最小?dòng)剛度會(huì)從低

5、頻向高頻發(fā)生后移。為實(shí)現(xiàn)空氣彈簧與整車(chē)的頻率匹配奠定了基礎(chǔ)。
　　 四、為研究空氣彈簧疲勞壽命與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，以應(yīng)變能密度作為衡量其疲勞壽命的指標(biāo)，用靈敏度分析方法(DSA)研究了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)橡膠氣囊薄弱部位的應(yīng)變能密度靈敏度，為空氣彈簧設(shè)計(jì)過(guò)程中各參數(shù)的選擇和優(yōu)化提供了參考依據(jù)。并且基于靈敏度分析結(jié)果，以減小應(yīng)變能密度為目標(biāo)，對(duì)橡膠氣囊結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)果表明優(yōu)化效果顯著。
　　 五、綜合前面章節(jié)的研究成果，提出了一套空氣