⼤中型客车空⽓悬架设计规范
⼤中型客车空⽓悬架设计规范
1 范围
本规范规定了空⽓悬架设计过程中涉及到的符号、代号、术语及其定义，设计准则，布置要求，结构设计要求，材料选⽤要求，性能设计要求，设计计算⽅法，设计评审要求，装车质量特性，设计输出图样和⽂件的明细，制图要求等。
本规范适⽤于空⽓悬架系统产品设计过程控制，同时检验、制造可参考使⽤。
2 规范性引⽤⽂件
下列⽂件中的条款通过本规范的引⽤⽽成为本规范的条款。凡是注⽇期的引⽤⽂件，其随后所有的修改单
（不包括勘误的内容）或修订版均不适⽤于本规范，然⽽，⿎励根据本规范达成协议的各⽅研究是否可使⽤这些⽂件的最新版本。凡是不注⽇期的引⽤⽂件，其最新版本适⽤于本规范。
GB/T 13061 汽车悬架⽤空⽓弹簧橡胶⽓囊
GB/T 11612 客车空⽓悬架⽤⾼度控制阀
QC/T 491 汽车筒式减振器尺⼨系列及技术条件
QCn 29035 汽车钢板弹簧技术条件
QC/T 517 汽车钢板弹簧⽤U形螺栓及螺母技术条件
GB/T 4783 汽车悬挂系统的固有频率和阻尼⽐测定⽅法
3 符号、代号、术语及其定义
GB 3730.1－2001 汽车和挂车类型的术语和定义
GB/T 3730.2 道路车辆质量词汇和代码
GB/T 3730.3 汽车和挂车的术语及其定义车辆尺⼨
GB/T 13061 汽车悬架⽤空⽓弹簧橡胶⽓囊
QC/T 491-1999 汽车筒式减振器尺⼨系列及技术条件
GB/T 12549- 1990 汽车操纵稳定性术语及其定义
GB 7258－2004 机动车运⾏安全技术条件
GB 13094-2007 客车结构安全要求
QC/T 480-1999 汽车操纵稳定性指标限值与评价⽅法
QC/T 474-1999 客车平顺性评价指标及限值
GB/T 12428-2005 客车装载质量计算⽅法
GB 1589－2004 道路车辆外廓尺⼨、轴荷及质量限值
GB/T 918.1－89 道路车辆分类与代码机动车
凡是注⽇期的引⽤⽂件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适⽤于本规范，凡是不注⽇期的引⽤⽂件，其最新版本适⽤于本规范。
4 设计准则
4.1应满⾜的安全、环保和其它法规要求及国际惯例
4.1.1 安全技术条件应符合GB 7258－2004中有关要求。
4.1.2 操纵稳定性符合QC/T 480-1999中有关要求。
4.1.3 客车平顺性指标应符合QC/T 474－1999中有关要求。
4.2 应满⾜的功能要求及应达到的性能要求
说明：本条规定应满⾜总的功能要求
4.2.1 总的功能要求：
缓和、抑制由不平路⾯引起的振动和冲击，保证乘员乘坐舒适和所运货物完好。
除传递汽车的垂直⼒以外，还传递其它⽅向的⼒和⼒矩，并保证车轮和车⾝（或车架）之间有确定的运动关系，使汽车具有良好的驾驶性能。
4.2.2 总的性能要求：
4.2.2.1 可靠性：悬架系统中各零部件应具备⾜够的强度和刚度，保证⼯作可靠，正常使⽤寿命不低于⾼⼀级客车的标准。4.2.2.2 乘坐舒适性：满⾜整车总布置对悬架系统的基本要求；空⽓悬架系统⾃然振动固有频率——偏频，现阶段选择 1.2～1.4 Hz（72～85 cpm），路⾯平度进⼀步改善之后，⾼档次客车选择 1.0～1.16 Hz （60～70 cpm），参见8.1。空⽓悬架系统相对阻尼系数（或称阻尼⽐，⾮周期系数），选择满载状态的相对阻尼系数0.25～0.35（⼭区使⽤可加⼤到0.5）作为平均值，再根据标准或样本选择减振器规格尺⼨和额定复原阻⼒及额定压缩阻⼒，参见8.2。
4.2.2.3 整车操纵稳定性：在正常⼯作⾏程范围内，悬架系统内各零部件之间⽆运动⼲涉。导向机构布置合理，能有效克服外界环境对汽车的⼲扰，保证汽车稳定⾏驶。空⽓悬架应保证有⾜够的抗侧倾能⼒，推荐在0.4g 侧向加速度作⽤下，客车的稳态侧倾⾓取4～6°，⾼速客车取下限，低速客车取上限。空⽓悬架应保证有⾜够的抗纵倾能⼒，抗纵倾能⼒主要是抗制动点头，可以⽤⼀定制动减速度或惯性⼒作⽤下的纵倾⾓来衡量，推荐相当于在制动减速度为0.5g 作⽤下，纵倾⾓ 1.5°。
4.3设计输⼊、输出要求
根据总布置⽅案，结合设计任务书的要求，确定悬架系统的结构形式、布置⽅案和主要性能指标。了解整车总质量，轴荷分配，质⼼⾼度，车架结构形式及主要尺⼨，前后桥质量及功能图，车轮质量等参数。
设计完成输出：悬架系统装配图和零件图，总成物料明细，签订新增关键外购件技术协议。对关键件如空⽓弹簧、⾼度阀、减震器、推⼒杆和C型梁指定供应商。
4.4设计过程的节点控制要求
前期准备，⽅案布置，设计计算，绘制总成图，分解零部件图，汇总零部件明细，运动校核。
5 布置要求
根据总布置⽅案、车架结构尺⼨、车桥结构尺⼨确定空⽓悬架的布置⽅案。如果空间允许，空⽓弹簧的左右中⼼距尽量放⼤，提⾼横向稳定性。前悬架保证主销后倾⾓、后悬架保证主减速器倾⾓与总布置要求⼀致。要确保在整个空⽓弹簧⾏程中⽆锐边接触弹性元件。空⽓弹簧周围空间的直径必须保证⽐空⽓弹簧本⾝的最⼤外部直径多25mm，以允许由于错位⽽产⽣的直径正常变⼤或变形。
6 结构设计要求
6.1模块化设计要求
根据空⽓悬架的结构形式：导向臂式空⽓悬架、四⽓囊推⼒杆式空⽓悬架、六⽓囊推⼒杆式空⽓悬架；结合客车⼤⼩可以划分出⼀系列前后悬架模块。
6.2标准化结构、零部件
⼤中型客车空⽓悬架选型：建议选⽤专业⽣产⼚家已批量⽣产的部件，如⽆特殊要求，避免新设计以上部件，以利于减少新产品的投产时间，降低⽣产成本和维修成本。
7 关键件选⽤规范要求
7.1. 空⽓弹簧：
7.1.1空⽓弹簧安装⾼度偏差5mm，空⽓弹簧中⼼线倾斜⾓度不⼤于7o；密封性要求：⽓囊总成在充好⽓后，经过24h内压下降不超过0.02Mpa。
7.1.2 在⽓簧内压 5～9.5 bar(⽓源为 8 bar，⽓簧内压 5～5.5 bar；⽓源为 10 bar，⽓簧内压 7～ 7.5 bar；⽓源为 12 bar，⽓簧内压 9～9.5 bar)时，⽓簧载荷能⼒必须⼤于等于设计满载状态下的簧载质量。对公交车等超载情况较多的车型，⽓簧内压要取下限；对旅游、客运等超载情况不多的车型，⽓簧内压可取上限。
7.1.3⽓簧许⽤⾏程：必须⼤于设计要求的最⼤⾏程（注意：要计算杠杆⽐和倾⾓的影响）。⽓簧在设计位置尽量避免活塞相对上盖偏⼼，跳动过程中避免产⽣内部⼲涉。
7.1.4 ⽓簧布置空间：⽐⽓簧的最⼤半径⼤ 25 mm 以上，以防⽌异物刮伤。在满⾜布置空间要求的前提下，尽可能增⼤横向中⼼距左右⽓簧跨距。
7.1.5⽓簧刚度及固有频率：可以根据理论计算公式，更多的是利⽤供应商提供的⽓簧弹性特性曲线或表格，查到在设计⾼度和设计⽓压条件下的⽓簧刚度和/或频率，并按照具体设计的杠杆⽐关系，求到空⽓悬架系统的刚度和偏频，设计计算参见8.1。
7.2 减振器：空⽓悬架必须采⽤带有反向（下跳）限位吸能的减振器。
7.2.1 减振器最⼤压缩（上跳）⾏程，对于空⽓悬架，其上跳⾏程取决于空⽓弹簧的压缩⾏程，⼀般由⽓簧内的限位块来限⽌。减振器的最⼤压缩⾏程也是由它决定。应该注意的是，减振器的⾏程要计⼊杠杆⽐和安装⾓的影响。对于⾮独⽴悬架，如果左、右减振器的跨距和限位块的跨距不同，侧倾时⾏程会被放⼤或缩⼩，要计⼊这个差异。减振器的极限压缩⾏程要⽐上述的计算最⼤⾏程多 5～10 mm，避免减振器活塞杆被顶弯。
7.2.2 减振器最⼤拉伸（下跳）⾏程，⼏乎所有空⽓悬架都借助减振器来达到下跳⾏程的限位，所以减振器的极限拉伸⾏程就是悬架的最⼤下跳⾏程。这⾥也要计⼊杠杆⽐、安装⾓以及跨距不同产⽣的放⼤或缩⼩的影响。减振器的极限拉伸⾏程必须要⼩于折算后的空⽓弹簧允许的最⼤拉伸量，以保证⽓簧的安全性、不脱囊。
7.2.3 减振器的总⾏程和长度
a) 减振器的总⾏程=极限压缩⾏程+极限拉伸⾏程；
b) 减振器的最⼩长度=总⾏程+减振器基长（基础设计长度）；汽车弹簧
c) 减振器的最⼤长度=最⼩长度+总⾏程；
d) 从相关标准 QC/T 491-1999 或供应商样本，就可选到标准化的减振器⾏程。根据标准或样本中具体设计的基长，就可以确定减振器的最⼩、最⼤长度。
7.2.4 减振器的铰接头和安装⾓度：
减振器两端都是⽤橡胶件铰接固定，空⽓悬架推荐使⽤螺杆衬垫式。由于减振器伸缩时伴有摆动，这些铰接头产⽣转⾓。为了保证橡胶件承受的应⼒不致于过⼤或发⽣滑转，避免早期损坏，对橡胶铰接头的最⼤转⾓以及减振器的安装⾓度必须给于限制，扭转⾓±6°，偏转⾓±6°。
7.2.5减振器的安装⾓度
为了使铰接头的转⾓达到7.2.4要求，同时也为了减⼩由此引起的减振器活塞侧向⼒，对减振器的安装⾓要求：
a)减振器中⼼线与地⾯铅垂线的夹⾓，推荐设计⼀般≤15°。
b)某些车型的随动转向桥所⽤的减振器，若减振器中⼼线与地⾯铅垂线夹⾓≥45°，则需选⽤特殊规格减振器，该减振器储油筒有特殊标记，布置时标记部位必须向上。
c) 减振器布置应尽可能使下铰接点运动⽅向与减振器中⼼线⼀致，即减振器中⼼线垂直于下铰接头与瞬时中⼼的连线。这时效率最⾼，摆⾓最⼩。设计计算参见8.2。
7.3 推⼒杆：
空⽓悬架导向杆系在车轮上、下跳动或承受⼒矩时，会使系统的相关点按⼀定轨迹运动，该轨迹应与相
关零件的连接⽅式所确定的轨迹协调，因⽽应进⾏⼲涉量和运动参数的校核，并控制在许⽤范围内。应进⾏⼲涉量校核的零部件有：转向纵拉杆、转向横拉杆（对于独⽴悬架）、传动轴、空⽓弹簧活塞底座等。为了减⼩⼲涉量，悬架导向杆系的当量杆与上述零部件的布置应依次遵循下列三原则：
a) 固定端同向。
b) 杆向平⾏。
c) 杆长相等。
推⼒杆的长度推荐长度在550--650mm之间，长度尺⼨偏差1mm，杆直径公差IT13级，两端回转接头的外径和宽度公差IT13级，⽿孔间距偏差0.2mm，孔直径精度F11级，橡胶衬套的硬度偏差5度（邵⽒硬度）。推⼒杆的关键技术在衬套上，客车空⽓悬架的推⼒杆衬套应该⽤硫化橡胶。
7.4 ⾼度阀数⽬和安装
7.4.1 三阀：理论上讲三点定⼀平⾯，所以采⽤三阀布置最合理。因为采⽤单阀的悬架，左、右空⽓弹簧⽓路相通，其⾓刚度为零。⼀般车型采⽤前 1 后 2 布置⽅式，独⽴悬架车型可采⽤前 2 后 1 布置⽅式。两个⾼度阀应尽量布置在侧倾⾓刚度⼤的悬架，以增⼤整车⾓刚度。
7.4.2 四阀：对于前悬架采⽤独⽴悬架，后悬架采⽤ C 形梁⼤跨距⽓簧，为了充分发挥其增⼤⾓刚度的设计，可以前、后都采⽤两个⾼度阀。对于特⼤型客车，⼆、三桥单侧⽓簧连通，也是左、右各布置⼀个⾼度阀；如果前悬架采⽤两个⾼度阀，就成为四阀布置。但四阀布置属超定位，只适宜⽤于⾏驶在较好路⾯⽽且停放在平地上的⼤、中型客车
7.4.3 五阀：对于特⼤型的铰接式客车，⼀般采⽤前 1 中 2 后 2 的布置，也有采⽤前 2 （独⽴悬架）中 1 后 2 的布置。
7.4.5 ⾼度控制阀的安装：⾼度控制阀⽔平摆臂的臂长应 200 mm，臂端与柔性接头相连，可上下调节。
空⽓悬架⾼度阀的摆臂应布置成与汽车纵轴线垂直，以免⾼度受其影响。⾼度阀在－40°C～+70°C的温度范围内能正常⼯作。
7.6 ⽀架类、销轴类零件的加⼯精度按图纸要求，⼀般孔间距偏差0.1～0.2mm，孔直径的加⼯精度F11级。
7.7 关键铸件类零件采⽤ZG310-570，100%探伤处理，调质HB210-250。
8 设计计算
8.1空⽓弹簧选型和设计计算
8.1.1 空⽓弹簧选型
8.1.1.1第⼀步
根据已知的或估计的系统参数值，完成“数据记录表”（表4）。在表中，不是所有的参数值都必须填写，譬如，设计⾼度可以等到以后再选择。
表4 数据记录表
参变量值
1. 是否需要内装橡胶缓冲块？
2. 最⼤簧载总质量W Ib
3. 空⽓弹簧数量N
4. 最⼤允许空间直径d in
5. 要求的空⽓弹簧设计⾼度DH in
6. 空⽓弹簧线压⼒P PSIG
7. 悬架系统的固有频率f n Hz
8. 轮轴最⼤压缩量AX c in
9. 轮轴最⼤伸长量AX e in
10. 铰点⾄轮轴的⽔平距离D W in
11. 铰点⾄空⽓弹簧悬架中⼼线的⽔平距离D S in 12. 杠杆臂⽐率（L r =D S /D W ）
13. 每个空⽓弹簧的设计载荷 (L d =W/(N ×L r )) Ib 14. 空⽓弹簧压缩量（c= AX c ·L r ） in 15. 空⽓弹簧伸长量（e= AX e ·L r ） in 16. 空⽓弹簧冲程量（S=c+e ）
in 17. 要求的空⽓弹簧压缩量h c （h c ＝DH-c ） in 18.
要求的空⽓弹簧伸长量h e （h e ＝DH+e ）
in 19. 空⽓弹簧固有频率(r
n s L f f
)
Hz
20. 环境条件（温度、油、化学物质等）
8.1.1.2第⼆步
根据允许空间直径d 确定最⼤空⽓弹簧直径OD max 。⼀般要求空⽓弹簧与其它构件的间隙应达到1’’，这样OD max ＝d －2’’。当然，有些情况不必留出这么⼤的间隙，⽽有时则需要加⼤间隙。 8.1.1.3第三步
根据正常⼯作范围选择图（图⼆），在所要求的设计载荷L d 处划⼀⽔平线。只有此线经过的区域所属的空⽓弹簧类型才可以考虑选择。如果⾼度限制h c 和h e 已知，利⽤这些值及总成件⾼度轴线（图⼆横坐标）就可以进⼀步缩⼩空⽓弹簧类型的选择范围。如果h c 和h e 未知，⽽所要求的冲程Ｓ已知，则可以参照表１中的“弹簧冲程范围”栏，去掉不满⾜冲程要求的那些类型。 8.1.1.4第四步
根据表2和表3，仅仅考虑第三步选出的空⽓弹簧类型，按照如下过程可以系统地排除那些不满⾜设计要求的弹簧。其步骤或次序可以根据提供的信息进⾏适当的调整。（⽐如，如果根据载荷范围要⽐根据最⼤直径能更快捷地选出弹簧类型，那么步骤8.1.1.4.1和步骤8.1.1.4.2可以对调。）
8.1.1.4.1 排除表中那些⽐给定的最⼤外部直径（OD max ）更⼤外部直径（Max.OD@100PSIG ）的空⽓弹簧类型，即，如果表中的Max.OD ⼤于所要求的OD max ，则这些弹簧应排除。列出剩下的弹簧型号及它们的最⼤外部直径
（Max.OD@100PSIG ）。
8.1.1.4.2 排除所有落在设计载荷L d 之外的弹簧。列出剩下的弹簧型号及它们的载荷范围。 8.1.1.4.3 如果要求安装缓冲块，则根据“缓冲块”栏选择有/⽆。列出剩下的弹簧型号。
8.1.1.4.4 如果设计⾼度DH 已知，则根据表中“设计⾼度范围”栏，可以进⼀步排除不满⾜要求的弹簧。如果设计⾼度DH 未知，则进⾏步骤4.5。列出所有剩下的弹簧型号及它们的设计⾼度范围。 8.1.1.4.5 根据“弹簧冲程”栏，排除所有低于要求的冲程Ｓ的弹簧。列出所有剩下的弹簧型号及它们的冲程值。
8.1.1.4.6 如果总成件⾼度限制h c 和h e 已知，对剩下的弹簧在表中的最⼩压缩量h c-min 和最⼤伸长量h e-max 进⾏⽐较，排除那些h c-min ⼤于h c 或者h e-max ⼩于h e 的空⽓弹簧，即h c 和h e 必须落在〖h c-min , h e-max 〗之内。列出剩下的弹簧型号及它们的最⼩压缩量h c-min 和最⼤伸长量h e-max 。如果DH 未知，进⾏步骤五；如果DH 已知，跳过第五步，进⾏第六步。 8.1.1.5 第五步
查看剩下的每⼀个空⽓弹簧的动态特性表，如表5为型号为1R12-092空⽓弹簧的动态特性表。表5. 动态特性表(1R12-092)
每种空⽓弹簧的动态特性表中列出了三种设计⾼度（如表4列出了DH=10.5，13.3，16.5）。然后，根据表2或3，分别对应于三种不同的设计⾼度，列出DH 、h c-min 、h e-max 、h c 和h e 。列表形式为(以1R12-092为例。注：c 、e 在第⼀步已给出) 排除所有h c ≤h c-min 或h e ≥h e-max 的弹簧，从⽽得到所要求的弹簧（如表中DH=13.3时满⾜要求）。需要说明的是，如果实际应⽤中有最⼤⾼度的限制，则应该将此限制⾼度作为h e-max 。譬如，若最⼤⾼度限制为20’’，则表6中的h e-max 原为21.1应改为20。列出所有剩下的弹簧型号及h c 、h c-min 、h e 和h e-max 值。 8.1.1.6第六步
如果给定悬架的固有频率范围f n ，则空⽓弹簧的固有频率范围f s 可以由下式计算得到：
r
n s L f f =
由动态特性表5，列出空⽓弹簧在设计载荷L d 时的固有频率f s *
。如果表中没有列出设计载荷L d 下的结果，但设计载荷落在表中列出的某两个载荷之间，则应该对固有频率进⾏线性插值，⽐如，假设L d ＝6833，
则f s *
可以由下⾯的线性插值表达式求出：
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