2024届毕业论文（设计）

1. 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

• 随着新能源和汽车行业的协同发展，橡胶空气弹簧的应用日益广泛，产品设计趋向于更科学、更合理。
• 空气弹簧的生产过程中，许多设计参数缺乏坚实的理论依据，通常依赖于实物样品的测试和反复的参数调整。
• 成型鼓作为关键生产设备，目前存在的问题是成型尺寸单一和卸胚不均匀。

1.1.2 研究意义

• 构建一个高效精确且具有实际应用价值的空气弹簧模型，作为行业设计和生产的关键参考标准。
• 避免企业反复进行实体原型制作，显著降低生产成本并压缩研发周期。
• 提前预知弹簧的耐用性和可能的故障状况，从而提升整体运营效率。

1.2 空气弹簧简介

1.2.1 空气弹簧的结构

• 空气弹簧由囊皮（橡胶壁）、帘线层(复合材料)、上盖板、下盖板、紧固螺栓、活塞和橡胶限位块构成。
• 其工作过程是通过向橡胶囊中充入空气并保持密封或保持气压不变，以承载车身质量并缓和路面带来的冲击。

1.2.2 空气弹簧的分类

• 囊式空气弹簧内层为气密性表现极好的丁基橡胶等，外层为耐光、热、油等复杂环境的氯丁二烯橡胶。
• 膜式空气弹簧主要靠气囊囊皮的卷曲实现伸缩，上下分别有盖板和活塞。

1.2.3 空气弹簧的特点

• 质量相对钢板弹簧、螺旋弹簧较小，有利于汽车的轻量化。
• 具有良好的非线性特性，减振效果好。
• 可借助车身高度控制阀、压气机等控制系统可以保持车身高度几乎不变，可以面对更复杂的路况与负载。

1.3 空气弹簧使用的结构与分类

1.3.1 国内外膜式空气弹簧

• 膜式空气弹簧主要靠气囊囊皮的卷曲实现伸缩，上下分别有盖板和活塞。

1.3.2 国内外气囊空气弹簧

• 囊式空气弹簧内层为气密性表现极好的丁基橡胶等，外层为耐光、热、油等复杂环境的氯丁二烯橡胶。

1.4 本文的主要研究内容

• 构建一个高效精确且具有实际应用价值的空气弹簧模型，作为行业设计和生产的关键参考标准。
• 避免企业反复进行实体原型制作，显著降低生产成本并压缩研发周期。
• 提前预知弹簧的耐用性和可能的故障状况，从而提升整体运营效率。

空气弹簧特征

2. 空气弹簧特征

2.1 空气弹簧的工作原理和特点

2.1.1 空气弹簧的工作原理

• 空气弹簧通过向橡胶囊中充入空气并保持密封或保持气压不变，以承载车身质量并缓和路面带来的冲击。

2.1.2 空气弹簧的工作特点

• 质量相对钢板弹簧、螺旋弹簧较小，有利于汽车的轻量化。
• 具有良好的非线性特性，减振效果好。
• 可借助车身高度控制阀、压气机等控制系统可以保持车身高度几乎不变，可以面对更复杂的路况与负载。

2.2 空气弹簧材料与失效形式

2.2.1 空气弹簧不同部位的材料特性

• 空气弹簧由囊皮（橡胶壁）、帘线层(复合材料)、上盖板、下盖板、紧固螺栓、活塞和橡胶限位块构成。

2.2.2 失效形式

• 空气弹簧的失效主要集中在上盖板、底座与囊体接口的弯曲区域。

2.3 空气弹簧使用性能的主要评价指标

• 空气弹簧的使用性能主要通过刚度、位移、负荷及内压等关键指标衡量。

空气弹簧的建模情况

3. 空气弹簧的建模情况

3.1 本文使用的有限元基本原理

3.1.1 非线性建模原理

• 非线性建模原理是空气弹簧建模的基础。

3.1.2 Mooney-Rivlin模型

• Mooney-Rivlin模型用于描述橡胶材料的非线性行为。

3.2 有限元模型的处理

3.2.1 气体弹簧单元的模拟方法

• 气体弹簧单元的模拟方法是空气弹簧建模的关键。

3.2.2 气体弹簧单元的帘线层模拟方法

• 气体弹簧单元的帘线层模拟方法用于描述帘线层的结构。

3.2.3 约束条件

• 约束条件用于限制空气弹簧的变形。

空气弹簧性能的有限元仿真分析

4. 空气弹簧性能的有限元仿真分析

4.1 弹性模量Es模型的影响

• 弹性模量Es模型对空气弹簧性能的影响进行了分析。

4.2 帘线角（Vs）模型的影响

• 帘线角（Vs）模型对空气弹簧性能的影响进行了分析。

4.3 帘线间距对模型的影响

• 帘线间距对空气弹簧性能的影响进行了分析。

4.4 帘线半径对模型的影响

• 帘线半径对空气弹簧性能的影响进行了分析。

结语

5. 结语

• 本文运用Abaqus这一先进的有限元软件，聚焦于双曲囊式橡胶空气弹簧及空气弹簧成型鼓，通过有限元分析、数值分析和正交试验等多种方法，深入研究了设计参数对空气弹簧性能的影响规律。
• 揭示了各影响因素的主次关系，并针对目前空气弹簧成型鼓普遍存在的成型尺寸单一和卸胚不均等难题，进行了创新性的改进设计。
• 这一改进提升了成型鼓的兼容性，能够有效满足多种尺寸规格的空气弹簧生产，显著增强了其适应性。