空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 要求特性和材料 (1)內(nèi)層橡膠：氣密形、屈曲性、和胎線層的粘接性：天然橡膠 （ NR)、 SBR (2)中間加強(qiáng)層：耐氣壓、屈曲性，和橡膠的粘接性 尼龍等胎線層 2層斜交構(gòu)造 (3)胎線層：確保和橡膠的粘接性，利用特種粘接劑處理 (4)外層橡膠：曲屈性、耐氧老化性、和胎線層的粘接性、： CR、 NR混合配合 (5)橡膠膜端部： 為了確保和金屬安裝部位的氣密性 在橡膠內(nèi)部埋設(shè)環(huán)狀的鋼絲圈 鋼絲圈：硬鋼線材 （ SWRH5B) (6)橡膠膜： 內(nèi)層橡膠： 2mm 中間加強(qiáng)層： 2mm 外層橡膠： 2mm (7)胎線層：單根直徑： 0.7mm 鋼絲圈： 1.0mm 3列 行 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧 -構(gòu)造 外層橡膠 胎線 1 胎線 內(nèi)層橡膠 端部 （鋼絲圈 ） 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧 -構(gòu)造 囊式 膜片式 外筒 內(nèi)筒 （活塞 ） (1)囊式 備有中間環(huán)，在橡膠膜下面設(shè)有活塞 壓縮時(shí)，受壓面積增大，拉伸時(shí)，受壓面積減小 (2)套 （ 膜片 ） 式 在橡膠膜外部沒有中間環(huán)等約束零件 壓縮和拉伸時(shí)，受壓面積基本不變，極端拉伸時(shí)，受壓面積減小 2種空氣彈簧橡膠膜 的運(yùn)動(dòng)形態(tài) 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧 -囊式構(gòu)造 限位橡膠塊 緊固金屬件 上面板 中間環(huán) 橡膠膜 活塞 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧 -囊式構(gòu)造 限位橡膠塊 緊固金屬件 上面板 中間環(huán) 橡膠膜 活塞 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧 -構(gòu)造 美國開發(fā)的典型膜片式空氣彈簧： 如下圖所示，帶 -膜片（ Band Diaphragm） 式 （左） 和單圈（ Single Convolution） 式 (中） 空氣彈簧，在內(nèi) 筒、外筒 和橡膠膜的接觸部位，對(duì)金屬件作了許多研究，根據(jù) 壓縮長度的變化，能適當(dāng)?shù)目刂剖軌好娣e的變化，實(shí)現(xiàn)了載荷 -變形特性曲線的非 線性變化。 帶 -膜片式 （通用輪胎公司 ） 單圈式 （Fire-stone公司 ） Rolling Rove式 （固特異公司 ） 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧 -金屬件和橡膠膜結(jié)合部位的結(jié)構(gòu) 上部 下部 連接方式 A 連接方式 B 連接方式 C 自密封式 卷封式 連接方式 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧特點(diǎn) 空氣彈簧作為防振緩沖元件，本質(zhì)上，和金屬彈簧及橡膠（減振橡膠 ） 等的功能 一樣，和上述其他減振元件相比，具有如下特點(diǎn)。 (1) 空氣彈簧是特別柔軟的彈簧 。 具體和振動(dòng)系有關(guān)，系統(tǒng)的固有頻率可低到 0.7 3.5Hz左右 。 (2) 設(shè)計(jì)空氣彈簧時(shí)，彈簧高、最大載荷力、彈簧剛度可以分別獨(dú)立設(shè)定 。 (3) 將空氣彈簧和輔助儲(chǔ)氣罐連接在一起，在降低彈簧剛度的同時(shí)，在儲(chǔ)氣罐連 接部位設(shè)置節(jié)流閥，能夠獲得阻尼效果。 一般，輔助儲(chǔ)氣罐容積取為空氣彈簧單體容積的 1.5 3倍。 (4) 積極利用基于空氣力和橡膠膜剛度的空氣彈簧橫剛度，空氣彈簧也能兼作 水平 方向 減振彈簧。 (5) 利用水平閥自動(dòng)調(diào)整車高，即使車輛載重變化，也能保持正常的車高。因而， 能夠始終保持支持體的高度不變。 (6) 高頻振動(dòng)的絕緣性好，防噪聲效果優(yōu)異。 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 自動(dòng)車高調(diào)節(jié)閥 （ 水平閥 ） 空氣彈簧用作車輛懸架時(shí)，同時(shí)采用車高調(diào)節(jié)閥，可保持支撐體高度一定不變。具 體參見原理圖。 車體載荷增加，車高下降時(shí)：拉桿 G通過彈簧 E的介入，將桿 F 推向上方，打開 供氣閥 A， 壓縮空氣通過主空氣管進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，流進(jìn)空氣彈簧，使車體抬高，恢復(fù) 原有高度 。 車體載荷減小，車體上升時(shí)：空氣 彈簧被拉伸，拉桿 G被壓下，排氣 閥 B打開，空氣彈簧內(nèi)部壓縮空氣被 放出到外部，車體高度恢復(fù)到原車高。 從振動(dòng)方面考慮，不希望自動(dòng)車高 調(diào)節(jié)閥敏感。為此，在拉桿上追加 了油減振器和彈簧 E， 防止調(diào)節(jié)閥的 過敏反應(yīng)。實(shí)際上，還做了許多設(shè)計(jì) 改進(jìn)，例如在流路中設(shè)置高阻尼，在 振幅中心位置留出一定間隙，使高度 調(diào)節(jié)閥難于動(dòng)作。 主空氣管 調(diào)壓閥 儲(chǔ)氣罐 輔助儲(chǔ)氣罐 空氣彈簧 節(jié)流孔 車體 簧下構(gòu)造 路面等 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧特性計(jì)算式 (1/3) 假設(shè)橡膠膜斷面周長不發(fā)生伸縮 。 Diaphragm Diaphragm Bellows （1）載荷 W和內(nèi)壓 的關(guān)系 Gauge Bellows Bellows （2）有效受壓面積 A和變形 的關(guān)系 其中， W：載荷 kg； P:內(nèi)壓 kg/cm2； A:有效面積 cm2。 隨氣囊壓縮伸長，氣囊的有效直徑從 D0變?yōu)?D，所以其 有效面積也將從 A0變?yōu)?A。但是在較小的變形條件下，下 式成立。 其中， A0：變形中心位置的有效面積 cm2； D0：變形中心位置的有效直徑 cm； X：變形中心 位置的變形 cm（壓縮為正，拉伸為負(fù)）； n氣囊的波紋凸起數(shù)。 若為膜片氣囊，相對(duì)于氣囊變形 X，受壓面積變化 dA/dX與氣囊內(nèi)外壁面的形狀關(guān)系復(fù)雜， 一般大都使用試驗(yàn)數(shù)據(jù)或利用計(jì)算線圖來加以處理。但是對(duì)于內(nèi)外壁面都是之童裝的氣囊 來說，可以簡化成受壓面積變化 dA/dX=0.這時(shí)，可以使用下式進(jìn)行計(jì)算。 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧特性計(jì)算式 (2/3) （3）載荷 W和變形 的關(guān)系 （4）變形中心的彈簧剛度 和內(nèi)壓 0的關(guān)系 （5）固有頻率 f 的計(jì)算式 其中， Heo(=Vo/Ao)：有效高； Vo變形中心位置的內(nèi)部容積 cm2，若帶有副氣罐 P時(shí)，也包含該容積； Po：變 形中心的氣囊內(nèi)壓 kg/cm2； K:缸內(nèi)壓縮多變指數(shù)（靜態(tài)為 1，動(dòng)態(tài) 1.4）。 若為膜片式氣囊，右邊第一項(xiàng)為 P0（ dA/dX），如前所述，一般使用試驗(yàn)數(shù)據(jù)或既有線圖老求 解（ dA/dX）。 其中， f:固有頻率 Hz； K：動(dòng)剛度 kg/cm；通常 K=1.4； g：重力加速度 cm/s2。 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧特性計(jì)算式 (3/3) （）最佳節(jié)流孔面積 a 的計(jì)算式 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 囊式 （ 利用活塞容積 ） 限位檔塊間距 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 囊式 （ 不利用活塞容積 ） 限位檔塊間距 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 膜片式 （ 利用活塞容積 ） 限位檔塊間距 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 筒式 （ 不利用活塞容積） 限位檔塊間距 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 帶氣柱管的膜片式空氣彈簧 這是行程超過 200mm， 大客車用空氣彈簧。在行程中間部位，拉伸壓縮柔軟，彈簧 剛度增加呈反 S形特性，為了獲得大的簧下振動(dòng)阻尼，引入了氣柱管式減振機(jī)構(gòu)。 件號(hào) 名 稱 材 料 參 數(shù) 規(guī) 格 膜片 活塞 管 片 卷邊板 橡 膠 , 胎 線 SPCC SPCC SPCC STK 30 橡膠 , SWRH4B 環(huán)帶 安裝高 有效直徑 行程 外 徑 彈簧 單體容積 340mm 197mm 110mm 110mm 壓縮 拉伸 282mm 5.3 卷邊板 SPCC 輔助儲(chǔ)氣 罐容積 7 活塞蓋 外護(hù)套 橡膠 橡膠 重 量 12.2 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 帶氣柱管的膜片式空氣彈簧 件號(hào) 名 稱 材 料 參 數(shù) 規(guī) 格 橡膠囊 橡膠 , 胎 線 有効直徑 D 0 240 帶橡膠 中間環(huán) 限位檔塊 活塞 緊固環(huán) SPCC、 S25C SPCC, S25C 上面板 橡膠密封 橡膠 零件重量 kg 可變節(jié)流孔 尼龍等 橡膠 SS41 橡膠 SPCC SPCC, S25C 最大外徑 D maxmm 標(biāo)準(zhǔn)高 Hmm 限位檔塊間距 hmm 常用 最大 行程 內(nèi)部容積 拉伸 mm 壓縮 mm 220 293 271 220 220 75 75 140 140 100 100 16.7 14.4 7 8 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 管 中 的空氣質(zhì)量，恰好是 2個(gè)彈簧（輔助儲(chǔ)氣罐和膜片中的空氣彈性）的支撐形式。 其特點(diǎn)是，使該氣柱的共振頻率和車輛的簧下固有頻率一致，在發(fā)生共振時(shí)，氣柱 的運(yùn)動(dòng)量達(dá)到最大，由于管壁和氣柱的摩擦，可以獲得大的減振阻尼力。 空氣 彈性 管內(nèi)空 氣質(zhì)量 空氣 彈性 空氣彈 簧變形 空氣管內(nèi)摩擦力產(chǎn) 生的阻尼力彈性 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 靜載荷 變形的關(guān)系 變形 mm 拉伸 壓縮 載荷（ T） 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 動(dòng)剛度和頻率 頻率 Hz 動(dòng)剛度 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 阻尼力和頻率、振幅的關(guān)系 頻率 Hz 阻尼力 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 大客車用，帶節(jié)流孔的活塞 -囊式空氣彈簧 件號(hào) 名 稱 材 料 參 數(shù) 規(guī) 格 橡膠 氣囊 橡膠 胎線 有效直徑 D 0 240 帶橡膠 中間環(huán) 限位檔塊 活塞 緊固環(huán) SPCC、 S25C SPCC, S25C 上面板 橡膠密封 橡膠 零件重量 kg 可變節(jié)流孔 尼龍等 橡膠 SS41 橡膠 SPCC SPCC, S25C 最大外徑 D maxmm 標(biāo)準(zhǔn)高 Hmm 限位檔塊間距 hmm 常用 最大 行程 內(nèi)部容積 拉伸 mm 壓縮 mm 220 293 271 220 220 75 75 140 140 100 100 16.7 14.4 7 8 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 可變節(jié)流孔的構(gòu)造 可變節(jié)流孔流量特性 可變節(jié)流孔 作動(dòng)原理圖 螺母 殼體 副 閥 主 閥 彈 簧座 A固定孔 B、C孔徑可 變 的 節(jié) 流孔 殼體 （輔 助 儲(chǔ) 氣罐） 彈簧座 彈簧 副 閥 主 閥 接通到波 紋軟 管 壓 力差 流量 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧阻尼力和頻率的關(guān)系 變形 mm 載荷（ T） 拉伸 壓縮 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧靜載荷 -變形曲線圖 變形 mm 拉伸 壓縮 載荷（ T） 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧的共振特性 加振頻率 Hz 簧上質(zhì)量振幅 mm 孔徑固定的孔 孔徑可變的節(jié)流孔 簧上質(zhì)量 200kg 加振振幅 10mm -2 28/30 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧固有頻率和載荷的關(guān)系 載荷 kg 固有頻率 Hz 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧動(dòng)剛度和頻率的關(guān)系 簧上載荷 1500kg 輔助儲(chǔ)氣罐容積 Vt=20L 振動(dòng)頻率 Hz 簧上剛度 kg/cm 空氣懸架的設(shè)計(jì)實(shí)例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計(jì)實(shí)例 空氣彈簧阻尼力和頻率的關(guān) 系 簧上載荷 1500kg 輔助儲(chǔ)氣罐容積 Vt=20L 振動(dòng)頻率 Hz 阻尼力 kg