空氣彈簧的工作原理和性能

空氣彈簧空氣彈簧的基本結(jié)構(gòu)空氣彈簧是一種由橡膠、網(wǎng)線貼合成的曲形膠囊，俗稱(chēng)氣胎、波紋氣胎、氣囊、皮老虎等。膠囊兩端部需用兩塊鋼板相連接，形成一個(gè)壓縮空氣室。橡膠與網(wǎng)線本身不提供對(duì)負(fù)荷的承載力，而是由充入膠囊內(nèi)的壓縮空氣來(lái)完成。其曲囊數(shù)通常為1?3曲囊，但根據(jù)需要也可以設(shè)計(jì)制造成4曲或5曲以上，還可以在一定條件下將兩個(gè)空氣彈簧疊加使用?？諝鈴椈砂凑招阅芘c特點(diǎn)又稱(chēng)為橡膠空氣沖程調(diào)節(jié)器和橡膠空氣隔振體。端封板端封板連接法蘭內(nèi)層：氣密性祿膠層.第一線層耐壓增強(qiáng)屋第二線層外層：耐介質(zhì)竜化祿膠層內(nèi)置腰環(huán)曲囊諦封板榛膠空氣彈簧結(jié)構(gòu)示意圖現(xiàn)有的曲囊式空氣彈簧的端部結(jié)構(gòu)，根據(jù)聯(lián)接方式可以分為三大類(lèi)：一類(lèi)為固定式法蘭聯(lián)接型，空氣彈簧的兩端邊緣尺寸和曲囊最大外徑相等或略小一些，鉆若干個(gè)孔后用法蘭環(huán)和端板緊固聯(lián)接；另一類(lèi)為活套式法蘭聯(lián)接型，空氣彈簧的兩端邊緣尺寸比曲囊最大外徑小得多，無(wú)須鉆孔，用一個(gè)特制的法蘭環(huán)和一個(gè)普通端板緊固聯(lián)接；第三類(lèi)為自密封型，不用法蘭聯(lián)接，壓入端板，充入壓縮空氣則自行密封?？諝鈴椈啥瞬颗c連接板的法蘭密封形式有：LHF型、JBF型、GF型、HF型、ZF型五種結(jié)構(gòu)形式。參考網(wǎng)址：（詳見(jiàn)空氣彈簧端封形式選擇及裝配結(jié)構(gòu)）空氣彈簧端封形式選擇及總裝配結(jié)構(gòu)1、 彈簧高度、承載能力和彈簧剛度的選擇：設(shè)計(jì)時(shí)，可彼此獨(dú)立地，范圍相當(dāng)廣泛地選擇彈簧高度，承載能力和彈簧剛度，可獲得極其柔軟的彈簧特性。彈簧高度：使用高度控制閥，可根據(jù)使用要求適當(dāng)控制空氣彈簧的高度，在簧上載荷變化的情況下保持一定高度。承載能力：對(duì)于相同尺寸的空氣彈簧，改變內(nèi)壓，可得到不同的承載能力，承載能力大致與內(nèi)壓成正比。這便達(dá)到了同一種空氣彈簧可適應(yīng)多種載荷要求。彈簧剛度：在設(shè)計(jì)空氣彈簧的剛度時(shí)，可以依靠改變彈簧內(nèi)壓而加以選擇，剛度與內(nèi)壓大致成正比，因此，可以根據(jù)需要將剛度選得很低，對(duì)于一個(gè)尺寸既定的空氣彈簧，剛度是可變的，它隨載荷的改變而變化，因而在任何載荷下自振頻率幾乎不變，所以它能使被支承系統(tǒng)具有幾乎不變的性能。2、 固有的振動(dòng)頻率較低空氣彈簧與附加空氣室相連，可是空氣彈簧裝置的固有振動(dòng)頻率降低到0.5s3Hz。在任何載荷的作用下，空氣彈簧都可以保持較低而近乎相等的振動(dòng)頻率。3、 能隔絕高頻振動(dòng)及隔音效果好空氣彈簧是由空氣和橡膠構(gòu)成的，內(nèi)部摩擦小，不會(huì)因彈簧本身的固有振動(dòng)而影響隔離高頻振動(dòng)的能力。此外，空氣彈簧沒(méi)有金屬間的接觸，因此能隔音，防音效果也很好。4、可利用空氣的阻尼作用在空氣彈簧和附加空氣室之間加設(shè)一個(gè)節(jié)流孔，當(dāng)簧上載荷發(fā)生振動(dòng)時(shí)，空氣流經(jīng)節(jié)流孔發(fā)生能量損失，因而起到衰減振動(dòng)的作用。5、使用壽命較長(zhǎng)空氣彈簧的耐疲勞性能優(yōu)于金屬?gòu)椈稍S多倍。對(duì)于用車(chē)輛空氣彈簧懸掛系統(tǒng)中的彈簧進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)，鋼板彈簧僅振動(dòng)數(shù)十萬(wàn)次就折斷了，而空氣彈簧則在振幅40mm、頻率2.7Hz（160次/min）條件下振動(dòng)500萬(wàn)次后仍未破壞。6、 本體結(jié)構(gòu)空氣彈簧的本體結(jié)構(gòu)柔軟，因此具有軸向、橫向和旋轉(zhuǎn)向的綜合隔振作用。7、 制造及安裝空氣彈簧相對(duì)成本低廉，安裝、更換方便，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，不需經(jīng)常檢修，無(wú)須加油。空氣彈簧工作原理空氣彈簧工作時(shí)，內(nèi)腔充入壓縮空氣(工作壓力W0.7MPO),形成一個(gè)壓縮空氣氣柱。隨著振動(dòng)載荷量的增加，彈簧的高度降低，內(nèi)腔容積減小，彈簧的剛度增加，內(nèi)腔空氣柱的有效承載面積加大，此時(shí)彈簧的承載能力增加。當(dāng)振動(dòng)載荷量減小時(shí)，彈簧的高度升高，內(nèi)腔容積增大，彈簧的剛度減小，內(nèi)腔空氣柱的有效承載面積減小，此時(shí)彈簧的承載能力減小。這樣，空氣彈簧在有效的行程內(nèi)，空氣彈簧的高度、內(nèi)腔容積、承載能力隨著振動(dòng)載荷的遞增與減小發(fā)生了平穩(wěn)的柔性傳遞。工作原理如圖所示。平面A-A與空氣彈簧膠囊表面相切，且垂直于膠囊軸線(a)。因?yàn)槟z囊是柔性的橡膠薄膜，根據(jù)薄膜理論的基本假設(shè)，膠囊不能傳遞F=(PPa)A=(PPa)wR2F--橡膠空氣弾簧瑕受的裁荷,1T：.F--掠膠空氣弾簧的內(nèi)壓,N/cm2Fa--犬氣壓>邇常取肯1011/cm2A--橡膠空氣譚簧的有效面積，又稱(chēng)瑕載面積，cm2；R--掠膠空氣弾簧的有效半徑，cm；如采用一平以上的橡膠空氣彈簧；F=i(P-Pa)A=￡(P-Pa)tcR2i~-橡膠空氣浪簧的于數(shù)-彎矩和橫向力，因此在膠囊切點(diǎn)處只傳遞A-A平面中的力。根據(jù)力的平衡條件:端封形式選擇及總裝配結(jié)構(gòu)誨型橡膠空氣彈輩裝配結(jié)構(gòu)法蘭誨型橡膠空氣彈輩裝配結(jié)構(gòu)法蘭MFMF型橡膠空氣彈簧裝配結(jié)構(gòu)連接螺栓sfcA—進(jìn)氣口連接螺栓sfcA—進(jìn)氣口GFGF型橡膠空氣弾簧裝配結(jié)構(gòu)HF型It膠空氣彈篝裝配結(jié)構(gòu)注意1、 空氣彈簧在無(wú)約束的情況下，嚴(yán)禁充氣，必須受懸架或其它結(jié)構(gòu)的約束。2、 在安裝、工作時(shí)嚴(yán)禁遇尖銳物體碰撞。充氣壓力和空氣彈簧的沖程高度不要高于產(chǎn)品資料所推薦的壓力值和沖程高度。不當(dāng)?shù)氖褂没蜻^(guò)分的充壓，可能會(huì)導(dǎo)致曲囊爆破，從而造成財(cái)產(chǎn)損壞或嚴(yán)重的人身傷害。3、 本資料是用來(lái)提供這些產(chǎn)品的特性和應(yīng)用方面的一般指南。這里的材料是通過(guò)設(shè)計(jì)、改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用，相信是可靠的，準(zhǔn)確的。但廣州高馬特汽車(chē)零部件有限公司對(duì)本資料沒(méi)有保證的表示和暗示。建議在特殊的應(yīng)用中采用勝任的，專(zhuān)業(yè)的輔助設(shè)備?？諝鈴椈伸o態(tài)性能利用靜態(tài)性能曲線圖表確定工作參數(shù)選型(―)、對(duì)靜態(tài)性能曲線圖表的解釋1、 圖表的底軸線［1］,表示空氣彈簧的工作高度，它分最小高度和最大高度，并標(biāo)出最大推薦高度，其單位mm表示。2、 右邊軸線［2］,表示空氣彈簧的內(nèi)部容積，其單位用Kn表示，它是底軸線的［1］函數(shù)。3、 左邊軸線［3］,表示空氣彈簧的內(nèi)部容積，其單位用dm3表示，也是底軸線的［1］函數(shù)。4、 圖表中容積曲線，表示空氣彈簧始終保持0.7Mpa內(nèi)壓時(shí)與左右軸線［2］［3］有關(guān)的曲線。5、 圖表中空白區(qū)間為推薦使用范圍。6、 圖表中陰影區(qū)間為推薦使用范圍。7、 圖表中0.14Mpa-0.84Mpa6條黑色曲線，是外力加在空氣彈簧有效面積而產(chǎn)生的負(fù)載壓力。（二）、空氣彈簧應(yīng)用于空氣沖程調(diào)節(jié)器工作參數(shù)的確定：1、確定空氣沖程調(diào)節(jié)器的行程S。S二最大推薦高度375mm-最小推薦高度120mm=255mm。2、 確定任何已知高度上的力：只要將高度點(diǎn)向上垂直移動(dòng)，相交于任何一個(gè)靜態(tài)壓力曲線上的點(diǎn)，以此點(diǎn)向右劃水平線，相交于右軸力刻度線上的點(diǎn)，以該點(diǎn)取讀數(shù)值。注：作為一種空氣沖程調(diào)節(jié)器時(shí)，可以采用全行程，或它的任何一部分，不推薦的最大高度及相應(yīng)的陰影區(qū)域［7］?？諝鈴椈伸o態(tài)性能例如：在負(fù)荷0.56MPa的壓力下，求從高度350mm-150mm=200mm兩端行程的力。從圖表［1］兩點(diǎn)高度值350mm及150mm處分別向上作垂直引線相交于0.56MPa曲線的點(diǎn)［9］和點(diǎn)［8］處，再以此兩點(diǎn)分別向右引水平線相交于軸線⑵上，取出讀數(shù)為F1=44.5kN及F2=69.3kN的力值。3、 確定有效面積：a、確定在0.56Mpa壓力曲線350mm高度處的有效面積A1:

F144r4Kn%= :1珂*幀廠心新訂曲b、確定150高處的有效面積A269.-.3KI10,.56]ffa=69.-.3KI10,.56]ffa=0?.L23Sma=123Scjr24、確定空氣沖程調(diào)節(jié)器的內(nèi)部容積VI、V2靜態(tài)性能曲線圖ii AU 35 ?I1[匚I■去欖再雋更15T2[l]55i10nwi［12］4EJii AU 35 ?I1[匚I■去欖再雋更15T2[l]55i10nwi［12］4EJUIIJyust〔齢隹霽3T恥恂石〕從圖表中可以看出，在350mm高度處的垂線相交于P5二0.7Mpa容積壓力曲線上的點(diǎn)［11］，向左引水平線對(duì)應(yīng)的容積值V1=38.7dm3。確定150mm高度處找出點(diǎn)［10］，向左水平線對(duì)應(yīng)的容積值V2=38.7dm3。（三）、空氣彈簧應(yīng)用于隔振體工作參數(shù)的確定

1、 確定隔振體的安裝設(shè)計(jì)高度：考慮到空氣彈簧的橫向穩(wěn)定性，建議在某一特定高度下使用它，該特定高度稱(chēng)為“安裝設(shè)計(jì)高度”。如圖表中高度330mm，出加黑線［12］，以便很容易看到它與各靜態(tài)曲線交點(diǎn)的負(fù)荷讀數(shù)2、 確定隔振體的工作壓力：例如采用空氣彈簧作為隔振體時(shí)，若其支承負(fù)荷為F0=31.5Kn。它的安裝設(shè)計(jì)高度為330mm，從右標(biāo)線⑵上取31.5Kn,向左引水平線相交于［12］線上點(diǎn)［13］在0.28MPa與0.42MPa兩條壓