空氣彈簧的分類(lèi)及特點(diǎn)

1、空氣彈簧的分類(lèi)及特點(diǎn)近年來(lái)，非線性課題一直是各學(xué)科的研究前沿，在隔振領(lǐng)域也不例外。隨著隔 振設(shè)計(jì)中對(duì)隔振系統(tǒng)各種性能指標(biāo)要求的提高，迫使人們不斷探索新型的隔振器。 非線性隔振器能夠自動(dòng)避開(kāi)共振，有效抑制振動(dòng)幅值、隔離沖擊，因而受到廣泛的 關(guān)注。線性隔振器卻不能自動(dòng)避開(kāi)共振。非線性隔振器的剛度是隨隔振器變形量的不同而變化的，因而由非線性隔振器 組成的隔振系統(tǒng)其固有頻率與振動(dòng)幅值有關(guān)。如果隔振器是非線性硬特性的，固有 頻率隨振幅的增加而上升；如果隔振器是非線性軟特性的，固有頻率隨振幅的增加 而下降。當(dāng)設(shè)備在啟動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)共振點(diǎn)時(shí)，被隔振設(shè)備的振動(dòng)幅值將出現(xiàn)峰值， 高出靜態(tài)位移許多倍。隨著振幅的迅速

2、增長(zhǎng)，由非線性隔振器組成的隔振系統(tǒng)其固 有頻率將上升或下降，從而避開(kāi)共振頻率。對(duì)于線性隔振器，其剛度值是不變的， 只能通過(guò)阻尼作用控制共振振幅。但是過(guò)了共振點(diǎn)之后，隔振器的隔振效率因?yàn)樽?尼的作用而下降。此外非線性隔振器還能有效防止沖擊。對(duì)于非線性硬特性的隔振器其剛度隨變 形量的增加而上升，遇到?jīng)_擊時(shí)，簧上載荷的加速度隨變形量的增加而增大，因而 在較小的變形下沖擊速度迅速降低。對(duì)于非線性軟特性的隔振器其剛度隨變形量的 增加而降低，因而能夠起到緩沖作用，但隔振器的變形量較大。在很多情況下不允 許有太大的變形量，就應(yīng)該選擇非線性硬特性隔振器來(lái)防止沖擊。根據(jù)上述分析，空氣彈簧是一種理想的隔振元件。空

3、氣彈簧是在柔性密閉容器 中加入壓力空氣，利用空氣壓縮的非線性恢復(fù)力來(lái)實(shí)現(xiàn)隔振和緩沖作用的一種非金 屬?gòu)椈?。它具有?yōu)良的非線性硬特性，因而能夠有效限制振幅，避開(kāi)共振，防止沖 擊?？諝鈴椈筛粽裣到y(tǒng)的固有頻率可以設(shè)計(jì)得很低，甚至達(dá)1Hz以下，而橡膠隔振器的自振頻率一般為5-7 H z。所以空氣彈簧的隔振效率比起其它隔振元件高得 多，而且能夠隔離低頻振動(dòng)。特別是因?yàn)榭諝鈴椈筛粽裣到y(tǒng)容易實(shí)施主動(dòng)控制，作 為一種具有可調(diào)非線性靜、動(dòng)態(tài)剛度及阻尼特性的隔振元件，空氣彈簧的應(yīng)用越來(lái) 越廣泛。1.2空氣彈簧的分類(lèi)及特點(diǎn)1.2.1空氣彈簧的分類(lèi)目前國(guó)內(nèi)、外對(duì)空氣彈簧的分類(lèi)方法很不統(tǒng)一，大致有下列幾種：（一）按橡膠

4、囊的曲數(shù)分類(lèi)空氣彈簧按橡膠囊的曲數(shù)分為單（一）曲，雙（二）曲，三曲， ,n曲, 如圖1-3和圖1-4所示。隨著曲數(shù)的增加，剛度變小，空氣彈簧隔振系統(tǒng)的固有頻 率也相應(yīng)減小。但這不僅給制造上帶來(lái)了麻煩，而且還會(huì)引起橡膠囊的彈性不穩(wěn)， 因此一般只使用到4曲。（二）按結(jié)構(gòu)型式分類(lèi)1. 日本空氣彈簧一書(shū)中的分類(lèi)：膠囊型空氣彈簧：輪胎型圖1-3 （c 平板型圖1-3 （a、（b 耳垂型圖1-4 （b 2. 我國(guó)的分類(lèi)：空氣彈簧：囊式空氣彈簧圖1-2、1-3 約束膜式空氣彈簧圖1-4 （a 自由膜式空氣彈簧圖1-4 （b 其他囊式空氣彈簧囊式空氣彈簧是由橡膠膜制成的提燈（燈籠）形結(jié)構(gòu)，可以是 一段或由數(shù)段

5、串接而成，分別稱為單曲、雙曲或多曲囊式空氣彈簧。在各段之間鑲 有金屬輪緣，借以承受內(nèi)壓張力的作用。膜式空氣彈簧 膜式空氣彈簧的構(gòu)造是在金屬外筒與內(nèi)筒，或缸筒與活塞之間 放置橡膠膜，通過(guò)膜的變形實(shí)現(xiàn)整體伸縮。在外筒的內(nèi)壁與內(nèi)筒的外壁上預(yù)先給出 適當(dāng)?shù)膬A斜或曲面，據(jù)此橡膠膜伸縮時(shí)可沿該壁面發(fā)生變形，受壓面積隨變形而變 化。這就可以獲得在額定高度下很軟，而在大位移時(shí)變硬的特性，即合適的非線性 彈性特性。膜式空氣彈簧又分為約束膜式和自由膜式。（三）按角度是否變化分類(lèi)1. 只有內(nèi)角發(fā)生變化，外角不發(fā)生變化的空氣彈簧，稱為內(nèi)角變型空氣彈簧；2. 只有外角發(fā)生變化，內(nèi)角不發(fā)生變化的空氣彈簧，稱為外角變型空氣

6、彈簧；3. 內(nèi)角和外角都發(fā)生變化的空氣彈簧，稱為雙變角型空氣彈簧；4.內(nèi)角和外角都不發(fā)生變化的空氣彈簧，稱為不變角型空氣彈簧。(a(b(c圖1-3囊式空氣彈簧橡膠囊模型（a雙曲（b三曲（c單曲（a （b圖1-4膜式空氣彈簧橡膠囊模型（a約束膜式（b自由膜式1.2.2空氣彈簧的特點(diǎn)空氣彈簧由于其特殊的材料和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，因而具有金屬?gòu)椈珊拖鹉z彈簧所沒(méi) 有的特點(diǎn)：1）空氣彈簧具有優(yōu)良的非線性硬特性，能夠有效限制振幅，避開(kāi)共振，防止 沖擊。空氣彈簧的非線性特性曲線可按實(shí)際需要進(jìn)行理想設(shè)計(jì)，使其表現(xiàn)為在額定 載荷附近具有較低的剛度值。2）由于空氣彈簧所采用的介質(zhì)主要是空氣，因而容易實(shí)施主動(dòng)控制。3）空氣

7、彈簧的剛度k隨載荷P而變，所以在不同載荷下，其隔振系統(tǒng)固有頻 率3幾乎不變，隔振效果也幾乎不變。螺旋鋼彈簧的載荷P 撓度x特性曲線如圖1-5所示，它是一條直線，即剛度 不變。在承受不同載荷時(shí)，螺旋鋼彈簧 一一質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率相差很大，固有頻 率計(jì)算公式為：k ?=鋼 3 (1-3)式中：3為系統(tǒng)的固有頻率(Hz)；鋼k為螺旋鋼彈簧的垂向剛度；P為簧 上載荷；g為重力加速度。載荷P 頻率3曲線如圖1-6所示，可以看出：系統(tǒng)固有頻率 3隨載荷P的 增加而降低。即：重載時(shí)系統(tǒng)固有頻率低，輕載時(shí)固有頻率高。換言之，如果重載 時(shí)隔振性能好，貝U輕載時(shí)隔振性能差，二者不可兼顧。圖1-5螺旋鋼彈簧的載荷一

8、一撓度曲線P圖1-6螺旋鋼彈簧的載荷頻率曲線空氣彈簧的載荷P 撓度x特性曲線如圖1-7所示，它是非線性的，就是說(shuō)垂 向剛度是變化的，且垂向剛度隨著載荷的增加而變大。理論和實(shí)踐證明：空氣彈簧 的工作高度不變時(shí)，無(wú)論輕載還是重載其固有頻率幾乎不變?？諝鈴椈傻墓逃蓄l率 計(jì)算公式為：P gk ?=氣 3 (1-4)式中：氣K為空氣彈簧的垂向剛度。由式（1-2）知，當(dāng)載荷P增加時(shí)，氣K也變大，而固有頻率3在數(shù)值上基本 不變，如圖1-8所示。所以無(wú)論是重載還是輕載都能保證很好的隔振效果。圖1-7空氣彈簧的載荷一一撓度曲線P圖1-8空氣彈簧的載荷一一頻率曲線4）空氣彈簧的剛度具有可調(diào)性，可借助改變氣室的容積

9、或內(nèi)腔壓力來(lái)改變系 統(tǒng)的剛度。不管載重量多少，都可以根據(jù)需要改變空氣壓力，來(lái)調(diào)節(jié)空氣彈簧剛 度，也可以用增加輔助空氣室的辦法增加其內(nèi)容積，以減小剛度。5）對(duì)于同樣大小的空氣彈簧，當(dāng)內(nèi)壓力改變時(shí)，可以得到不同的承載能力。 這使得同一種空氣彈簧可以適應(yīng)多種載荷的要求，因此經(jīng)濟(jì)性好?？諝鈴椈稍诔惺?垂向載荷的同時(shí)，也能承受一定橫向載荷和傳遞扭矩。6）增大空氣彈簧的總?cè)莘e，能降低隔振系統(tǒng)的固有頻率，這是空氣彈簧獨(dú)特 的優(yōu)點(diǎn)?？諝鈴椈杀倔w的容積，由于結(jié)構(gòu)空間的大小受到一定的限制，不可能太 大，為降低隔振系統(tǒng)的固有頻率，可以設(shè)輔助空氣室，輔助空氣室可以布置在遠(yuǎn)離 空氣彈簧的地方。輔助空氣室的容積增大，即增大了空氣彈簧的總?cè)莘e，空氣彈簧 隔振系統(tǒng)的固有頻率降低。7）空氣彈簧可以利用高度控制閥系統(tǒng)，使空氣彈簧在不同載荷下，保持工作 高度基本不變。同樣，也可以通過(guò)高度控制閥的作用，使空氣彈簧在一定的載荷下 具有不同的高度，因而能適應(yīng)多種結(jié)構(gòu)上的要求。8）空氣彈簧能吸收高頻振動(dòng)，隔音性能極好。空氣彈簧主要是由橡膠囊和空氣組成的。在振動(dòng)過(guò)程中，橡膠囊由于伸縮、翹 曲，有很小的內(nèi)摩擦，所以很難傳遞高頻振動(dòng)?？諝夂拖鹉z不容易傳遞聲音，因此 具有很好的隔音性能。而鋼彈簧既容易傳遞高頻振動(dòng)，又容易傳遞聲音。9）若在空氣