空气弹簧的工作原理及性能

空气弹簧
空气弹簧的基本结构
空气弹簧是一种由橡胶、网线贴合成的曲形胶囊，俗称气胎、波纹气胎、气囊、皮老虎等。

胶囊两端部需用两块钢板相连接，形成一个压缩空气室。

橡胶与网线本身不提供对负荷的承载力，而是由充入胶囊内的压缩空气来完成。

其曲囊数通常为1~3 曲囊，但根据需要也可以设计制造成4 曲或5 曲以上，还可以在一定条件下将两个空气弹簧叠加使用。

空气弹簧按照性能与特点又称为橡胶空气冲程调节器和橡胶空气隔振体。

现有的曲囊式空气弹簧的端部结构，根据联接方式可以分为三大类：一类为固定式法兰联接型，空气弹簧的两端边缘尺寸和曲囊最大外径相等或略小一些，钻若干个孔后用法兰环和端板紧固联接；另一类为活套式法兰联接型，空气弹簧的两端边缘尺寸比曲囊最大外径小得多，无须钻孔，用一个特制的法兰环和一个普通端板紧固联接；第三类为自密封型，不用法兰联接，压入端板，充入压缩空气则自行密封。

空气弹簧端部与连接板的法兰密封形式有：LHF 型、JBF 型、GF 型、
HF 型、ZF 型五种结构形式。

参考网址：
（详见空气弹簧端封形式选择及装配结构）
空气弹簧端封形式选择及总装配结构
1、弹簧高度、承载能力和弹簧刚度的选择：
设计时，可彼此独立地,范围相当广泛地选择弹簧高度，承载能力和弹簧刚度，可获得极其柔软的弹簧特性。

弹簧高度：使用高度控制阀，可根据使用要求适当控制空气弹簧的高度，在簧上载荷变化的情况下保持一定高度。

承载能力：对于相同尺寸的空气弹簧，改变内压，可得到不同的承载能力，承载能力大致与内压成正比。

这便达到了同一种空气弹簧可适应多种载荷要求。

弹簧刚度：在设计空气弹簧的刚度时，可以依靠改变弹簧内压而加以选择，刚度与内压大致成正比，因此，可以根据需要将刚度选得很低，对于一个尺寸既定的空气弹簧，刚度是可变的，它随载荷的改变而变化，因而在任何载荷下自振频率几乎不变，所以它能使被支承系统具有几乎不变的性能。

2、固有的振动频率较低
空气弹簧与附加空气室相连，可是空气弹簧装置的固有振动频率降低到0.5∽
3Hz。

在任何载荷的作用下，空气弹簧都可以保持较低而近乎相等的振动频率。

3、能隔绝高频振动及隔音效果好
空气弹簧是由空气和橡胶构成的，内部摩擦小，不会因弹簧本身的固有振动而影响隔离高频振动的能力。

此外，空气弹簧没有金属间的接触，因此能隔音，防音效果也很好。

4、可利用空气的阻尼作用
在空气弹簧和附加空气室之间加设一个节流孔，当簧上载荷发生振动时，空气流经节流孔发生能量损失，因而起到衰减振动的作用。

5、使用寿命较长
空气弹簧的耐疲劳性能优于金属弹簧许多倍。

对于用车辆空气弹簧悬挂系统中的弹簧进行疲劳实验，钢板弹簧仅振动数十万次就折断了，而空气弹簧则在振幅40mm、频率2.7Hz（160 次／min）条件下振动500 万次后仍未破坏。

6、本体结构
空气弹簧的本体结构柔软，因此具有轴向、横向和旋转向的综合隔振作用。

7、制造及安装
空气弹簧相对成本低廉，安装、更换方便，维护保养简单，不需经常检修，无须加油。

空气弹簧工作原理
空气弹簧工作时，内腔充入压缩空气（工作压力≤0.7MPa），形成一个压缩空气气柱。

随着振动载荷量的增加，弹簧的高度降低，内腔容积减小，弹簧的刚度增加，内腔空气柱的有效承载面积加大，此时弹簧的承载能力增加。

当振动载荷量减小时，弹簧的高度升高，内腔容积增大，弹簧的刚度减小，内腔空气柱的有效承载面积减小，此时弹簧的承载能力减小。

这样，空气弹簧在有效的行程内，空气弹簧的高度、内腔容积、承载能力随着振动载荷的递增与减小发生了平稳的柔性传递。

工作原理如图所示。

平面A－A 与空气弹簧胶囊表面相切，且垂直于胶囊轴线（a）。

因为胶囊是柔性的橡胶薄膜，根据薄膜理论的基本假设，胶囊
不能传递
弯矩和横向力，因此在胶囊切点处只传递A－A 平面中的力。

根据力的平衡条件：
端封形式选择及总装配结构
注意
1、空气弹簧在无约束的情况下，严禁充气，必须受悬架或其它结构的约束。

2、在安装、工作时严禁遇尖锐物体碰撞。

充气压力和空气弹簧的冲程高度不要高于产品资料所推荐的压力值和冲程高度。

不当的使用或过分的充压，可能会导致曲囊爆破，从而造成财产损坏或严重的人身伤害。

3、本资料是用来提供这些产品的特性和应用方面的一般指南。

这里的材料是通过设计、改进、实验及实际应用，相信是可靠的，准确的。

但广州高马特汽车零部件有限公司对本资料没有保证的表示和暗示。

建议在特殊的应用中采用胜任的，专业的辅助设备。

空气弹簧静态性
能利用静态性能曲线图表确定工作参数选型
（一）、对静态性能曲线图表的解释
１、图表的底轴线［１］，表示空气弹簧的工作高度，它分最小高度和最大高度，并标出最大推荐高度，其单位mm 表示。

２、右边轴线［2］，表示空气弹簧的内部容积，其单位用Kn 表示，它是底轴线的［１］函数。

３、左边轴线［３］，表示空气弹簧的内部容积，其单位用dm3 表示，也是底轴线的［１］函数。

４、图表中容积曲线，表示空气弹簧始终保持0.7Mpa 内压时与左右轴线［２］［３］有关的曲线。

５、图表中空白区间为推荐使用范围。

６、图表中阴影区间为推荐使用范围。

７、图表中0.14Mpa－0.84Mpa6 条黑色曲线，是外力加在空气弹簧有效面积而产生的负载压力。

（二）、空气弹簧应用于空气冲程调节器工作参数的确定：１、确定空气冲程调节器的行程Ｓ。

Ｓ＝最大推荐高度375 mm－最小推荐高度120mm=255mm。

２、确定任何已知高度上的力：只要将高度点向上垂直移动，相交于任何一个静态压力曲线上的点，以此点向右划水平线，相交于右轴力刻度线上的点，以该点取读数值。

注：作为一种空气冲程调节器时，可以采用全行程，或它的任何一部分，不推荐的最大高度及相应的阴影区域［７］。

空气弹簧静态性能
例如：在负荷0.56MPa 的压力下，求从高度350mm-150mm=200mm 两端行程的力。

从图表［1］两点高度值350mm 及150mm 处分别向上作垂直引线相交于0.56MPa 曲线的点［9］和点［8］处，再以此两点分别向右引水平线相交于轴线［2］上，取出读数为F1=44.5kN 及F2=69.3kN 的力值。

３、确定有效面积：
a、确定在0.56Mpa 压力曲线350mm 高度处的有效面积A1：
b、确定150 高处的有效面积A2
４、确定空气冲程调节器的内部容积V1、V2
从图表中可以看出，在350mm 高度处的垂线相交于P5＝0.7Mpa 容积压力曲线上的点[11]，向左引水平线对应的容积值V1=38.7dm3。

确定150mm 高度处找出点[10]，向左水平线对应的容积值V2=38.7dm3。

（三）、空气弹簧应用于隔振体工作参数的确定
１、确定隔振体的安装设计高度：
考虑到空气弹簧的横向稳定性，建议在某一特定高度下使用它，该特定高度称为“安装设计高度”。

如图表中高度330mm，出加黑线[12]，以便很容易看到它与各静态曲线交点的负荷读数
２、确定隔振体的工作压力：
例如采用空气弹簧作为隔振体时，若其支承负荷为F0=31.5Kn。

它的
安装设计高度为330mm，从右标线[2]上取31.5Kn，向左引水平线相交于[12]线上点[13]在0.28MPa 与0.42MPa 两条压力曲线之间，并接近P30.42MPa 压力曲线，就以此曲线作为依据：a、计算330mm 高度处相交于点[14]受力为F3＝35.1Kn
其有效面积
b、计算点[13]的工作压力：
注意
以上是隔振体的静态参数，用户根据实际应用经过必要的估算，可以导出它
在运动过程中相应的动态参数。

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