車用空氣彈簧設(shè)計理論和現(xiàn)代設(shè)計方法研究.pdf

1、近年來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，乘坐舒適性越來越受到人們的關(guān)注。空氣懸架是以空氣彈簧為彈性元件，與鋼板彈簧懸架相比，具有變剛度、自振頻率低、高度可控以及良好吸收高頻振動等優(yōu)點，是未來汽車懸架的發(fā)展方向之一。本文主要針對空氣懸架的關(guān)鍵技術(shù)之一--空氣彈簧的設(shè)計理論和現(xiàn)代設(shè)計方法進行了系統(tǒng)的研究，主要研究工作及其成果為：
　　 一、簡化了空氣彈簧橡膠氣囊物理模型，用薄膜理論、網(wǎng)格理論對橡膠氣囊結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)地力學分析，

2、推導出橡膠氣囊徑向、周向、法向三個方向的力平衡微分方程、平衡輪廓方程、簾線力和鋼絲圈應力等理論公式，在此基礎(chǔ)上，用薄殼理論推導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，并進而利用層合板理論給出橡膠氣囊的應變、應力和變形位移等數(shù)學表達式。為了驗證上述結(jié)構(gòu)設(shè)計理論，在先進的電液伺服系統(tǒng)Instron8800的基礎(chǔ)上自行研制開發(fā)了空氣彈簧測試系統(tǒng)，并對某一空氣彈簧產(chǎn)品進行了相關(guān)試驗，試驗結(jié)果表明：其理論計算值與試驗值比較吻合

3、，從而驗證了該設(shè)計理論的有效性。
　　 二、介紹了空氣彈簧非線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，并用非線性有限元軟件ABAQUS數(shù)值計算。計算結(jié)果表明：有限元法預測的空氣彈簧載荷位移曲線與試驗測試結(jié)果吻合，由此可見，建立的空氣彈簧有限元模型是正確的。
　　 三、應用有限元法研究了空氣彈簧的準靜態(tài)工作過程中內(nèi)部容積、變形位移、準靜態(tài)特性、囊體應力及其簾線力。研究發(fā)現(xiàn)，簾線力總體呈對稱布置，在

4、兩端子口附近，簾線力先劇烈下降，甚至出現(xiàn)負值，后急劇上升，急劇波動，在中部達到最大值。探討了初始氣壓、簾線層數(shù)、簾線角度和簾線密度對空氣彈簧內(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態(tài)工作過程中不同頻率正弦激勵的力學性能，給出了空氣彈簧動態(tài)特性與頻率的關(guān)系。分析動態(tài)特性發(fā)現(xiàn)，隨著初始氣壓的增加，空氣彈簧的最小動剛度會從低

5、頻向高頻發(fā)生后移。為實現(xiàn)空氣彈簧與整車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，以應變能密度作為衡量其疲勞壽命的指標，用靈敏度分析方法(DSA)研究了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對橡膠氣囊薄弱部位的應變能密度靈敏度，為空氣彈簧設(shè)計過程中各參數(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，以減小應變能密度為目標，對橡膠氣囊結(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