详情

原文传递车用空气弹簧设计理论和现代设计方法研究

论文题名：	车用空气弹簧设计理论和现代设计方法研究
关键词：	车用;空气弹簧;设计理论;橡胶气囊;设计方法;帘线力;应变能密度;有限元法;空气悬架;结构参数;有限元模型;系统;频率;灵敏度分析;外特性;汽车悬架;试验;气囊结构;疲劳寿命;基本方法
摘要：	近年来，随着汽车工业的发展和人们生活水平的提高，乘坐舒适性越来越受到人们的关注。空气悬架是以空气弹簧为弹性元件，与钢板弹簧悬架相比，具有变刚度、自振频率低、高度可控以及良好吸收高频振动等优点，是未来汽车悬架的发展方向之一。本文主要针对空气悬架的关键技术之一--空气弹簧的设计理论和现代设计方法进行了系统的研究，主要研究工作及其成果为：　　一、简化了空气弹簧橡胶气囊物理模型，用薄膜理论、网格理论对橡胶气囊结构进行系统地力学分析，推导出橡胶气囊径向、周向、法向三个方向的力平衡微分方程、平衡轮廓方程、帘线力和钢丝圈应力等理论公式，在此基础上，用薄壳理论推导出空气弹簧的承载力、刚度、固有频率与其结构参数的函数关系式，并进而利用层合板理论给出橡胶气囊的应变、应力和变形位移等数学表达式。为了验证上述结构设计理论，在先进的电液伺服系统Instron8800的基础上自行研制开发了空气弹簧测试系统，并对某一空气弹簧产品进行了相关试验，试验结果表明：其理论计算值与试验值比较吻合，从而验证了该设计理论的有效性。　　二、介绍了空气弹簧非线性有限元分析的基本方法。用所提出的分析方法建立空气弹簧有限元模型，并用非线性有限元软件ABAQUS数值计算。计算结果表明：有限元法预测的空气弹簧载荷位移曲线与试验测试结果吻合，由此可见，建立的空气弹簧有限元模型是正确的。　　三、应用有限元法研究了空气弹簧的准静态工作过程中内部容积、变形位移、准静态特性、囊体应力及其帘线力。研究发现，帘线力总体呈对称布置，在两端子口附近，帘线力先剧烈下降，甚至出现负值，后急剧上升，急剧波动，在中部达到最大值。探讨了初始气压、帘线层数、帘线角度和帘线密度对空气弹簧内、外特性的影响，给出了不同条件下的空气弹簧内、外特性图，进而提出了改善空气弹簧内、外特性的基本方法和途径。　　同样地，用有限元法研究了空气弹簧的动态工作过程中不同频率正弦激励的力学性能，给出了空气弹簧动态特性与频率的关系。分析动态特性发现，随着初始气压的增加，空气弹簧的最小动刚度会从低频向高频发生后移。为实现空气弹簧与整车的频率匹配奠定了基础。　　四、为研究空气弹簧疲劳寿命与结构参数的关系，以应变能密度作为衡量其疲劳寿命的指标，用灵敏度分析方法(DSA)研究了各结构参数对橡胶气囊薄弱部位的应变能密度灵敏度，为空气弹簧设计过程中各参数的选择和优化提供了参考依据。并且基于灵敏度分析结果，以减小应变能密度为目标，对橡胶气囊结构优化，结果表明优化效果显著。　　五、综合前面章节的研究成果，提出了一套空气弹簧现代设计方法。以某大客车悬架用空气弹簧作为设计实例验证所提出的设计方法，并测试了其尼龙帘线、橡胶胶料的拉伸性能。设计结果表明，本设计方法具有可行性和实用性。　　本研究是浙江省重点攻关项目--电子控制空气悬架系统的开发应用(NO.2006C11089)和江苏大学博士创新基金--汽车悬架空气弹簧现代设计理论的研究(NO.1291120015)的组成部分之一，并得到风神轮胎有限公司的资助。
作者：	袁春元
专业：	车辆工程
导师：	周孔亢
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文