空气弹簧动力学特性分析
空气弹簧的简介与设计
3.空气弹簧性能要求与失效模式-性能曲线
3.空气弹簧性能要求与失效模式
空气弹簧失效鱼骨图 胶料耐老 化性差 外层胶 橡胶气囊
帘布层
胶料气 密性差
性能 不好
与内、外层 胶粘合不牢
钢丝胶 胶料耐曲 挠性不够
胶与钢丝 粘合不牢
上座
强度不够
内 层 胶
与帘布胶 粘合不牢 胶料气 密性差
空气弹 簧失效
强度不够
GB/T 2941-2006 《橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序》 GB/T13934-2006 《硫化橡胶或热塑性橡胶屈挠龟裂和裂口增长的测定》 GB/T14450 -2008《胎圈用钢丝》 GB/T 9102-2003《锦纶6轮胎浸胶帘子布》 ……
空气弹簧设计建议了解的相关标准
3.空气弹簧研发流程
性能试验
空气弹簧动力学模型
样机试制
结构设计
整车动力学模型
计算分析
模具设计及制造 零部件加工 工艺设计
综合性能试验 垂向疲劳试验 高、低温试验 爆破试验
客ro/engineer Solidworks AutoCAD
3.空气弹簧性能要求与失效模式-性能曲线
空气弹簧耐压强度试验台
5.空气弹簧有限元分析技术
空气弹簧有限元计算分析
5.空气弹簧有限元分析技术
35 30 25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 位移(mm) 120 140 160
载荷(kN)
载荷(kN)
7bar
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 40 80
外层胶 第二层帘子布 第一层帘子布 内层胶
外层胶----耐老化、耐屈挠、有较高的定伸应力 内层胶----耐老化、好的气密性 帘布胶----与帘线的粘结性能好 钢丝胶----较高的定伸应力、与钢丝的粘结性能好、压出性能好
高速动车组空气弹簧动力学特性及其故障模式
使用维护高速动车组空气弹簧动力学特性及其故障模式刘志贺(上海中车艾森迪海洋装备有限公司，上海201306)摘要:在我国高速铁路发展的过程中，动车的使用原来越广泛，其使用的安全性成为了当前中国铁路致力研究的问题。
在研究的过程中，空气弹簧悬挂系统成为了主要研究的装置之一，能够有效提高动车组的动力学性能，但是在应用中也显示出了一些问题。
据此，主要对其特性及故障模式下的运行展开探讨。
关键词:高速动车；空气弹簧动力学；故障模式随着我国经济的发展，高速铁路网日益的密集对高速列车运营的质量提出了更加严格的要求，人们出行次数的增加也对高速列车的舒适感提出了更高的要求。
在高速动车的运行装置中，在悬挂系统中应用空气弹簧能够有效提升动车运行的安全性和舒适性,研究其故障模式有利于进一步提升高速动车组的可靠性。
1高速动车组空气弹簧动力学特性空气弹簧是一种有弹性作用的非金属弹簧，它的弹性主要是通过在橡胶气囊里空气的可压缩性来实现的。
其应用在动车组的悬挂系统中，很大程度上提高了动车运行的质量,在实际使用中显示出了以下特性:(1)高度调整阀对空气弹簧进行充气和排气的工作，维持空气弹簧在工作时一定的高度，能够使高速动车组不管在什么载荷情况下都能保持车体和轨道面一定的距离。
(2)由于空气弹簧的垂向柔性较大，因此能够使高速动车的二系悬挂系统保持较低的固有频率，空气弹簧的作用类似于低通滤波器,能够隔离转向架较高频率的振动。
(3怪气弹簧具有垂向刚度,能够在载荷增加的时候也随之增加，帮助高速动车组在不同载荷的情况下都保持固有的频率，从而提升动车组的动力学性能。
(4：)空气弹簧的振动是以气体作为媒介的，气体对高频振动的吸收效果较好個此能减小动车运行的噪音，保证乘客乘坐动车的舒适感。
(5)空气弹簧在和附加空气室交换气体时产生的阻力能够在一定情况下代替垂向液压减振器，能够节省动车的结构空间，降低制造成本。
(6怪气弹簧X较低的水平刚度，保证了较大的横移量，因此在高速动车组的转向架中，可以取消摇动台装置,简化转向架的结构，减轻车辆自身的重量。
囊式空气弹簧力学特性分析与研究
囊式空气弹簧力学特性分析与研究佟雪峰;陈克;王新芳;张中生;贺鹏【摘要】空气弹簧是空气悬架的关键部件,空气弹簧的力学性能对空气悬架的影响很大.空气悬架具有变刚度非线性阻尼特性,可改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性,其特征曲线可设计成符合车辆振动规律的理想特性曲线.本文根据气体状态方程,推导囊式双变角型空气弹簧刚度与形状系数、内压、容积的关系表达式,建立空气弹簧的数学模型,仿真分析空气弹簧刚度与几何形状系数、弹簧内压、弹簧容积的变化关系.为空气弹簧的设计提供参考和依据.%Air spring is the key component of the air suspension. The mechanical properties of air spring play a great role in air suspension. The air suspension has the characteristics of nonlinear variable spring rate. To improve vehicle handling stability and ride comfort, the characteristic curve can be designed to comply with the vehicle vibration. According to the basic theory of mechanics, the geometric shape factors and spring rate of dual variable angle air spring is derived, the mathematical model of dual-angle-type air springs is established, the geometric shape factor, the relationship between the air spring stiffness and spring pressure and the spring volume are simulated and analyzed. As a result a reference and basis for the air spring design are obtained.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2011(030)005【总页数】5页(P63-67)【关键词】空气弹簧;弹簧刚度;力学特性;弹簧容积;弹簧内压【作者】佟雪峰;陈克;王新芳;张中生;贺鹏【作者单位】沈阳理工大学汽车与交通学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学汽车与交通学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学汽车与交通学院,辽宁沈阳110159;中国北方车辆研究所,北京100072;大连交通大学软件学院,辽宁大连116028【正文语种】中文【中图分类】TB533+.2空气弹簧作为空气悬架中重要的弹性元件具有良好的弹性特性，用于车辆悬架装置中可明显改善车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。
高速车辆空气弹簧悬挂系统动力学及故障影响分析
高速车辆空气弹簧悬挂系统动力学及故障影响分析高速车辆空气弹簧悬挂系统动力学及故障影响分析悬挂系统是汽车的重要组成部分，对于车辆的行驶安全和舒适性有着重要的影响。
在高速行驶中，悬挂系统的性能尤为重要，一旦出现故障将对车辆的操控性产生重大影响。
其中，空气弹簧悬挂系统因其调节性能好、适应性强等特点，在高速车辆中得到广泛应用。
本文将对高速车辆空气弹簧悬挂系统的动力学特性和故障影响进行分析。
首先，我们需要了解空气弹簧悬挂系统的工作原理。
空气弹簧通过车辆悬挂系统上的气囊进行支撑，通过增减气囊内气体的压力来调节悬挂系统的硬度。
当车辆在高速行驶中遇到颠簸路面时，空气弹簧可以根据路况变化实时调节气囊内的气压，从而使车身始终保持在合适的高度和位置，提供良好的悬挂效果。
对于空气弹簧悬挂系统的动力学分析，我们首先需要关注的是其固有频率。
固有频率是指车辆在悬挂系统中自然振动的频率。
当车辆行驶在高速公路等平坦路面时，由于路面的接触和车辆的惯性作用，会产生上下颠簸的振动，此时悬挂系统的固有频率能够使车辆进行稳定的自然振动，提供舒适的行驶体验。
然而，假如固有频率与路面不匹配，就会产生共振效应，导致车辆失去稳定性，甚至发生“跳跃”现象，给驾驶员的操控带来极大困扰。
因此，对于高速车辆的悬挂系统来说，保持合适的固有频率至关重要。
当空气弹簧悬挂系统发生故障时，其对车辆的影响主要包括：车高异常、悬挂系统僵硬或过软、悬挂系统失去调节能力等。
首先，当悬挂系统发生故障导致车高异常时，会影响到车辆的操控性和稳定性。
例如，空气弹簧气囊漏气或气囊过度膨胀，会导致车身降低或抬高，使得车辆的重心位置发生变化，影响到车辆的行驶稳定性。
其次，当悬挂系统僵硬或过软时，悬挂系统无法对车身的上下振动进行适当的调节，使得车辆在行驶过程中容易受到路面的影响，给驾驶员带来不稳定感。
再次，当悬挂系统失去调节能力时，无法根据路况变化时实时调节气囊内的气压，使得车身无法保持合适的高度和位置，影响到车辆的悬挂效果和行驶安全性。
空气弹簧失效对车辆动力学性能的影响
空气弹簧失效对车辆动力学性能的影响摘要：空气弹簧作为二系悬挂的主要部件，它不但起着隔离和衰减二系振动的作用，而且还起着支撑车体的作用。
空气弹簧的橡胶囊一旦发生大的破裂将会造成空气弹簧的支撑作用瞬间消失，应急弹簧开始代替空气弹簧起作用，由于空气弹簧失气的过程十分短暂，导致二系悬挂系统的刚度瞬间发生剧烈的变化，二系悬挂力也会随着发生较大的改变，造成对车体和构架产生大的冲击。
这不仅影响到车辆的运行品质，还会危机到车辆的运行安全。
所以对空气弹簧失效对车辆动力学性能影响的研究是十分重要的。
关键词：轨道车辆；空气弹簧；动力学性能；失效分析1.前言目前，铁道客车二系悬挂大部分采用空气弹簧，国内外学者对空气弹簧的刚度特性和减振特性进行了大量的研究，在以往的动力学计算中假设空气弹簧在正常工作范围内的刚度为线性，采用线性弹簧和阻尼模拟空气弹簧。
一些学者也采用了有限元法和气体状态方程建立空气弹簧模型等方法研究空气弹簧的动态特性。
但这些研究是基于空气弹簧正常工作状态下的，目前对空气弹簧失效的研究还很少，因此空气弹簧失效后对车辆动力学性能影响的研究十分必要。
2.空气弹簧失效的动力学模型空气弹簧既是二系悬挂系统的主要部件，同时也是二系悬挂系统中的易损件。
空气弹簧的故障有很多种，比如高度调节阀故障、差压阀故障以及橡胶囊出现故障等。
其中橡胶囊破裂是最常见的故障，由于橡胶囊的破裂会使空气弹簧内的空气瞬间释放出去，空气弹簧失去支撑车体的能力，车体开始支撑于应急弹簧上面。
因为空气弹簧中气体释放的时间非常短暂，导致二系悬挂系统的刚度发生剧烈的变化，同时二系悬挂系统中的悬挂力也随之发生剧烈的变化，当车辆在较差的线路上行驶时轮轨间会产生较大的横向和垂向冲击，危及到了车辆运行的安全性，本文中研究的是空气弹簧橡胶囊破裂时完全失效的情况。
由于空气弹簧失效后，二系悬挂系统中的横向和纵向的定位作用大大减弱。
当空气弹簧中的应急弹簧开始起作用后，车体的垂向有应急弹簧起支撑作用，横向和纵向由应急弹簧和上下磨耗板共同起着定位的作用。
空气弹簧动力学特性参数分析
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空气弹簧特性研究
空气弹簧特性研究本文旨在研究空气弹簧特性。
空气弹簧是指一类由流体或液体运动而成的减震器，它是运用空气体压学学理论设计出来的，其主要功能是调节前后轮的动态刚度，有效的减少振动。
一、空气弹簧的原理1、原理介绍：空气弹簧是一种利用气体动力学原理制造的减震器，空气弹簧包括活塞、减震器壳体、活塞棒及其它附件组成。
空气弹簧利用空气体压计理跳动，当空气体压降低时，空气弹簧能够吸收前轮和后轮受力之间的差异，从而改变车辆胎压，使振动减小。
2、构造特点：活塞和减震器壳体之间可以进行伸缩，可以有效的减小振动，维持车辆的行驶稳定，提高乘员的乘坐舒适性。
空气弹簧的优点是可以简单调节，采用空气压力控制，当低车辆行车振动，增加有效行车通过空气弹簧即可调整车辆的高度，实现简单的调节。
二、空气弹簧特性1、减振性能：空气弹簧具有良好的减振性能，承受较大的负载，耐磨性强，在恶劣环境下仍能发挥很好的效果，对车辆路面振动变化有良好的配合能力。
2、稳定性：空气弹簧具有较高的稳定性，采用液压设计，可以提高车辆的稳定性，以保持车辆行驶的稳定性。
3、调节灵活性：空气弹簧采用气体原理，有较高的可调性，可以根据需要随时调节出发和力度较大的减振效果，以保持驾驶安全和舒适。
三、空气弹簧研发应用1、柴油机：柴油机可以采用空气弹簧减震，可以在柴油机设备上安装一个小型空气弹簧减震器，空气弹簧可以更好的表现柴油机的稳定性，提高机器的耐用性和安全性。
2、汽车行驶：由于空气弹簧可以增加行车减振效果，汽车可以在行驶中增加平稳性，提高乘员的舒适性，以及车辆的稳定性，降低不良路况对车辆行驶的影响。
3、机器工业：机器工业可以采用空气弹簧减震技术，减少机器运转时的噪音和感和误差，确保机器发挥最大的功能，提高工业机械的使用效果。
综上所述，空气弹簧具有良好的减振性能，稳定性和可调性，因此应用前景广阔。
汽车空气弹簧动静刚度特性分析
汽车空气弹簧动静刚度特性分析刘国漪;张少波;周劲松【摘要】针对某一膜式空气弹簧,运用非线性有限元软件ABAQUS建立有限元模型.首先通过模拟空气弹簧静特性试验,得出了空气弹簧在给定位移和一定初始气压情况下的静刚度特性曲线,其次改变空气弹簧的物理参数,分析初始气压、帘线加强层的角度和各层间的距离对空气弹簧垂向静特性的影响,最后建立动刚度模型,研究在特定工作气压下振动频率对动刚度的影响.计算结果表明,该膜式空气弹簧的帘线层角度、帘线层间距的改变对其静刚度会产生相应的影响;不同频率下,空气弹簧的动刚度也将发生相应改变以适应不同工况.【期刊名称】《海南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(036)002【总页数】6页(P197-202)【关键词】空气弹簧;非线性;有限元分析;动静刚度特性【作者】刘国漪;张少波;周劲松【作者单位】同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201804;海南大学机电工程学院,海南海口570228;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201804【正文语种】中文【中图分类】U468.4空气弹簧利用胶囊内部的压缩空气承受载荷，主要用于车辆的悬架及驾驶室座椅等，具有变刚度、自振频率低、高度可控及良好的降噪和隔振性能等特点，在改善乘坐舒适性、车辆行驶平顺性和对道路的保护方面，相比刚性弹簧和板簧等具有明显的优越性，目前已得到了广泛应用[1].空气弹簧的物理参数影响其力学性能，为了提高汽车动态性能和平稳性，有必要开展关于空气弹簧物理参数对其刚度特性影响的研究.例如刘青峰[2]等对空气弹簧的横向刚度的影响因素进行了研究，张建振[3]研究了活塞形状与橡胶囊结构对其刚度的影响.为了丰富空气弹簧刚度特性的研究，笔者将着重于探讨影响空气弹簧垂向特性的因素.基于有限元非线性理论，采用非线性有限元软件ABAQUS，对某空气弹簧进行动静刚度特性分析，研究垂向静载荷、垂向静刚度随着充气压力、帘线层角度和帘线层间距的变化规律；在动刚度方面，通过改变振动频率，分析振动频率对空气弹簧动刚度的影响，从而为产品的开发设计提供参考.图1 膜式空气弹簧结构1 空气弹簧有限元模型的建立1.1 膜式空气弹簧的结构空气弹簧主要由上盖板、橡胶气囊和下盖板(或底座)组成，如图1所示，在其内部充入一定量的压缩气体.上盖板和活塞底座主要是将弹簧固定在车身和车架之间，也起到支撑作用，材料一般由铝合金或者不锈钢铁制成.1.2 模型分析空气弹簧在工作过程中多方面都涉及到非线性问题，主要有几何非线性、边界条件非线性和材料非线性.1.2.1 几何非线性橡胶气囊由外覆层、帘线层、内覆层组成，橡胶气囊壁厚设定为4 mm.空气弹簧根据承受的载荷方向不同会呈现拉伸或压缩的状态，在整个过程中由于幅度变化大，属于大变形问题，此时线性理论不再适用.因此在求解该类问题应采用几何非线性方程[4].在ABAQUS中采用全拉格朗日法求解，表示为(KO+Kσ+KL)δq=F+T+P，(1)其中，KO为切线刚度矩阵，Kσ为几何刚度矩阵，KL为大位移刚度矩阵，δq为节点坐标增量矢量，F为体载荷矢量，T为面载荷矢量，P为应力在节点上的等价合力矢量.1.2.2 边界条件非线性本文的接触问题是一种边界非线性问题.接触状态和边界条件会随着气囊的形变而改变，当发生大幅度的位移和变形时尤为明显.由于金属的弹性模量远远大于橡胶气囊，在接触分析时可以简单地将底座和上盖板视为不可变形的刚体部件并设成接触主面，气囊设置为接触从面.边界接触协调条件可以表示为[5](2)其中，Cj=nj，n为接触单元局部坐标的单位矢量，下标为边界单元沿切向方向与法向的局部坐标，Δk为k处的材料重叠矢量，上标(i)为迭代次数；接触分析的控制方程(3)其中，D阻尼方程，M为质量方程，F为体单位应力矢量，T为面单位应力矢量，P(i)为每次迭代的合力矢量，KT，R，Δλ，Δq，Δ为接触引起的附加项.式(3)是一个对称的非线性方程组，而且每次迭代未知数系数矩阵都会随接触状态变化而变化.1.2.3 材料非线性气囊部分采用复合材料，由橡胶和尼龙帘线层复合组成的聚合物PA-66.橡胶属于超弹性材料，在受到拉力或压力而形变时也是非线性问题.在有限元分析中，橡胶的力学特性使用Mooney-Rivlin模型[6]U=C10(I1-E)+C01(I2-3)，(4)其中，U为应变能，C10和C01为与温度有关的材料参数，I1和I2是应变不变量.帘线加强层是气囊承压的核心部分.建模过程中，采用壳单元来模拟橡胶气囊壁.采用Rebar钢筋层单元模拟橡胶材料的帘线层，通过嵌入的方式设置在壳单元上. 在Rebar要赋予4个几何特性：1) Rebar的横截面积；2) Rebar与Rebar间的距离(帘线层间距)；3) Rebar的帘线角(帘线与气囊轴向的夹角)；4) Rebar到中性面的距离.1.3 建立有限元模型采用四节点的壳单元模拟橡胶层，对应到ABAQUS单元类型为S4R.帘线层的参数设置如表1，帘线层的弹性模量为1 450 MPa，泊松比为0.002 59.超弹性橡胶材料输入Mooney-Rivlin参数C10为3.2e6，C01为8e5.上盖板和活塞底座采用三节点壳单元S3R和四节点壳单元S4R，同时通过设定刚体约束设置成刚体.上板盖、底座与气囊上下口圈上接触的点采用绑定约束，连接3个部件.摩擦设定为有限滑移，摩擦系数设定为0.2.表1 空气弹簧帘线增强层的基本参数横截面积/m2帘线层间距/mm帘线角/(°)中性面距离/mm 2.043e-70.78541.5流体腔的设定当中，选择封闭曲面内任意一点为参考点，封闭面积选择由气囊、上下刚体所围成的封闭曲面.在计算过程中，气囊壁上形成静流体单元 (F3D4，F4D4)，每一个组成节点都与相同位置的气囊壳单元节点相同.因此气囊壁上流体单元的位移或形变与对应气囊的壳单元相同，从而实现气固耦合.设定气体常数为8.314 J/(mol·K).基于ABAQUS/CAE建立的空气弹簧有限元模型如图2所示.图2 空气弹簧有限元模型1.4 静态垂向特性有限元分析根据《汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊》(GB/T 13061-1991)[7]的试验方法，在ABAQUS中设定3个分析步计算空气弹簧静刚度.第1步对上板盖和底座的6个自由度进行约束，往气囊充入0.1 Mpa气体；第2步释放上板盖垂向位移的约束，并移动至工作高度，充入初始工作气压0.3 Mpa；第3步对上板盖施加±100 mm的垂向位移.通过获取上板盖参考点位移的变化和底座所受到的反作用力的数据，便可得出空气弹簧的静刚度特性.空气弹簧工作时应力云图见图3，图3a为充气后压缩100 mm状态，图3b为充气后拉伸100 mm状态.图3 空气弹簧充气0.3 Mpa时应力云图2 静态垂向特性影响因素探究2.1 初始气压对垂向弹性特性的影响空气弹簧的气囊内充入气体量的不同，影响其承压能力.在标准高度的位置，分别对气囊充入0.15 Mpa，0.2 Mpa，0.3Mpa，0.4 Mpa的初始气压，标准高度285 mm，其余参数不变，设定相同的分析步.不同初始工作气压下位移-刚度曲线如图4所示.图4 不同初始气压时空气弹簧位移-刚度曲线从图4可知，气囊腔内在上板盖同一位移下承受的刚度都随着气压的增大而增大.在拉伸过程至标准高度区间，刚度变化不明显，只在工作气压0.3 Mpa以上有微弱的增加.2.2 帘线角对垂向弹性特性的影响保持初始工作气压0.3 Mpa不变，设定不同帘线层角度47 °，54 °，60 °，计算空气弹簧底座随着上盖板位移变化的载荷.图 5为不同帘线角空气弹簧的位移-刚度曲线.图5 不同帘线角的空气弹簧的位移-刚度曲线由图5可知，当帘线角增加时，空气弹簧的刚度在小位移行程(小于±50 mm)时略微增加，在大位移行程(大于±50 mm)时，刚度增加明显.帘线加强层角度增加时，垂向载荷投影至帘线增强层垂直方向的载荷量增加，使帘线层承受的压力增大，在压缩小行程阶段，各层之间仍存在间隙，所以此变化相对不明显.2.3 帘线层间距对垂向弹性特性的影响保持初始工作气压0.3 Mpa不变，设定间距分别为1 mm、3 mm和5 mm，研究各层间的距离对弹性特性的影响.图6为不同帘线层间距的空气弹簧的位移-刚度曲线.由图6可知，在压缩位移较小阶段(小于50 mm)至拉伸阶段，帘线增强层间的距离对刚度的影响有限，在标准高度附近，基本没有影响.从整体来看，各层间距越大，刚度的变化曲线更加缓和.在压缩行程量较大的阶段，不同间距所承受的载荷也基本相同，但是间距较小的刚度在此阶段增大明显，由于各层之间的距离较小，在压缩阶段相互作用愈加明显，表现为刚度增加.图6 不同帘线层间距的空气弹簧的位移-刚度曲线3 空气弹簧动态垂向特性探究静态特性的模拟忽略了材料在动态过程中的应变迟滞现象.此迟滞应力所产生的阻尼作用，使空气弹簧在循环往复运动工作过程中需要克服内在摩擦，消耗内功.在动态特性仿真中，施加简谐位移变化，模拟空气弹簧在工作状况下的变化情况.振动频率的不同，影响迟滞应力作用，间接影响橡胶气囊的阻尼作用[8].研究动态特性的模型与静态特性的模型大致相同，在几何方面不做改动.关于接触的设定，稍作简化，将模型的所有接触设定为全局的普通接触.流体属性中设置摩尔定压热容为30 J/(mol·K).流体腔的气固耦合设置与静态特性的模型一致.设定橡胶密度1 000 kg·m-3，尼龙密度1 150 kg·m-3.动态特性的求解使用ABAQUS/Explicit模块，选取设计常用工作气压0.4 Mpa作为初始气压，简单探讨频率与动刚度之间的关系.选取5～35Hz频率，加以正弦周期位移.一般情况下频率高时的振动位移较小，因此较高的频率可以选择较小的幅值[9].表2为频率与对应幅值的选择.表2 正弦激励频率与对应幅值频率/Hz幅值/m10、15、180.02520、25、280.02030、32、350.010图7 在标准高度下刚度与频率关系曲线在正常的工作过程中，空气弹簧一般在标准高度上下浮动.拉伸和压缩的量不同，动刚度也不一样，为了探究动态刚度与振动频率之间关系，选取标准高度下的刚度进行比较.图7为动刚度与频率关系曲线.由图7可知，低频率时，动刚度基本保持不变.在25～30Hz之间存在最小刚度，之后刚度值随频率的增加急剧增加.在汽车行驶过程中，低频率的行驶相当于慢速行驶，此时刚度大小适中且基本维持不变，车辆的高度较为稳定而且也有良好的吸振效果.当较高速行驶时，振动频率增加，此时空气弹簧的刚度也随之增加，保证了高速行驶时的稳定性.在相同变形量下，空气弹簧刚度大时，吸收振动的能力也增加.4 小结借助非线性有限元软件ABAQUS建立了研究膜式空气弹簧静、动态特性的有限元模型，分析不同因素对空气弹簧垂向特性的影响，得到以下结论1) 空气弹簧处于标准工作高度时，增大气囊内压缩空气的压力，可也提高空气弹簧的垂向刚度；2) 气囊帘线层的物理参数变化对静刚度也会产生相应影响，帘线层角度增加会使空气弹簧的静刚度增加，且在大位移行程比较明显；帘线层间距增大使静刚度减小，在压缩大位移时变化比较明显；3) 在某一初始气压不变的情况下空气弹簧的动刚度随着振动频率发生改变，以适应不同的车况.【相关文献】[1] 朱敬娜,赵倩. 空气弹簧的应用现状及发展趋势[J]. 电子制作,2013(24):76-77.[2] 刘青峰,张治国,谢基龙. 空气弹簧非线性横向特性的有限元计算[J]. 铁道学报,2015,37(3):29-34.[3] 张建振. 空气弹簧活塞形状对悬架特性的影响[D].长春：吉林大学,2005.[4] 陈灿辉,谢建藩,陈娅玲. 汽车悬架用空气弹簧的非线性有限元分析[J]. 汽车工程,2004(4):468-471.[5] 任彦莎. 空气弹簧静态接触的三维非线性有限元分析[D].北京：北京化工大学,2004.[6] 张丽霞. 快速货车橡胶减振元件静、动态特性分析[D].成都：西南交通大学,2013.[7] 中国标准出版社.GB/T 13061-1991, 汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊[S].北京：中国标准出版社，1991.[8] 王艳. 空气弹簧力学特性仿真分析与试验研究[D].成都：西南交通大学,2015.[9] 李美. 带附加气室空气弹簧系统动态特性机理的研究[D].镇江：江苏大学,2012.。
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空气弹簧动力学特性分析
担架支架是伤员运送车辆在行驶途中承载、固定卧姿伤病员
担架的主要设备。
担架支架的隔振系统设计在很大程度上决定了
伤病员在运送途中的乘卧舒适性。
性能优异的担架支架隔振系统
能有效提高伤员运送车辆的运送能力。
空气弹簧是较为合适的可
用于担架支架系统的隔振器,它是利用空气的压缩弹性进行工作的非金属弹性元件。
作为隔振元件,空气弹簧具有非线性变刚度特性,通过内压的调整,可以得到不同的承载能力;承受轴向载荷和径向
载荷,可产生相对较好的缓冲隔振效果;还具有结构简单、安装高
度低、更换方便、工作可靠、质量轻、单位质量储能量高等优
点。
将空气弹簧增加附加气室能显著降低空气弹簧的刚度及固有
频率。
本文对应用于急救车担架支架装置的空气弹簧隔振器的动
态特性进行了理论分析、实验测试、实验建模等方面的研究,为今后进一步研究半主动控制的空气弹簧隔振系统提供了参考依据。
本文首先介绍了空气弹簧的研究与发展现状,对空气弹簧的性能和优缺点进行了比较。
并对空气弹簧的动力学特性进行研究,推导了空气弹簧动刚度计算公式,分析了其动力学特性的影响因素,
建立了带附加气室与不带附加气室空气弹簧的力学模型。
其次做了空气弹簧的动力学特性实验,得到如下结论:不带附
加气室时,当初始气压、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加;当激振频率增加时,空气弹簧的动刚度随之减小。
空气弹簧的
固有频率几乎保持不变。
而带附加气室空气弹簧在节流孔孔径4-7mm范围内,当孔径增大时,空气弹簧动刚度随之减小;当初始气压、激振频率、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加。
在高频(8Hz)左右时,振幅、频率的变化对动刚度的改变已不明显。
在低频率时,带附加气室能显著降低空气弹簧的动刚度,而在较高频率时,带附加气室会使空气弹簧的动刚度增加。
最后对带附加气室空气弹簧力学模型进行了简化,通过实验数据运用最小二乘法对模型参数进行了识别,并用四个指标对模型拟合精度进行了评价。
分析结果表明误差较小,模型能够比较准确的反映出应用空气弹簧隔振器的力学特性。