空气弹簧结构及相关介绍 / 知会钻

谈到弹簧家族里一个举足轻重的人物空气弹簧，那笔者可是要大书特书了。您可能会有疑问，为何空气弹簧就有如此待遇呢，实则是因为它的功能作用，用途都是在太广泛了，在汽车，航空，医疗器械，家具等几乎个个方面均有广泛的应用。那么空气弹簧究竟有何特性呢，能让它如此的适应各种环境，今天小编就为各位好好的介绍一下，何为神奇的空气弹簧，当然可不要看它的名字是讲空气呢。

空气弹簧是在一个密封的容器中充入压缩空气，利用气体可压缩性实现其弹性作用。空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性，加装高度调节装置后，车身高度不随载荷增减而变化，弹簧刚度可设计得较低，乘坐舒适性好。但空气弹簧悬架结构复杂、制造成本高。

工作原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动。由于原理上的根本不同，气弹簧比普通弹簧有着很显著的优点：速度相对缓慢、动态力变化不大(一般在1：1.2以内)、容易控制；缺点是相对体积没有螺旋弹簧小，成本高、寿命相对短。

膜式空气弹簧主要由上盖板、活塞、橡胶气囊和缓冲块组成。橡胶气囊是由内层橡胶、外层橡胶、帘布层和子口钢丝圈四部分硫化而成。内层橡胶和外层橡胶都属于超弹性材料，内层橡胶主要起密封作用，外层橡胶除了密封外，还起保护作用。帘布层是帘线橡胶复合材料，属于各向异性材料，用于承受囊体的载荷，对空气弹簧的承载能力和耐久性起着决定性作用。帘线方向与橡胶气囊的子午线方向成一定角度，称为帘线角。缓冲垫在空气弹簧中是一个可选件，在空气弹簧漏气或失效情况下起作用。本文讨论的膜式空气弹簧中没有加入缓冲垫。膜式空气弹簧的活塞可设计成不同的截面形式，以获得不同的弹性特性曲线。当空气弹簧充气完成后，在上面施加轴向外载荷F，空气弹簧在标准工作高度附近达到静平衡位置，当外载增大时，空气弹簧压缩，外载减小时，空气弹簧回弹，并设相对于平衡位置压缩为正，拉伸为负。当空气弹簧上受有载荷F作用，气体压力与外载荷的关系为：

F=P×Aeff (1)

式中，F为空气弹簧轴向载荷;P为气囊内气体表压;Aeff为空气弹簧的有效承压面积。

橡胶气囊内气压随着橡胶囊的变形而变化，其气压的大小与气囊内的容积有关，且遵循气体状态方程：

(P+Pa)Vm=(P0+Pa)Vm0 (2)

式中，V为空气弹簧在任意位置时的内部容积;Pa为外部大气压;P0为静平衡位置时，囊内气体表压;V0为静平衡位置时的气体容积;m为理想气体多变指数，当静

态加载时，囊内气体视为等温过程，m≈1;当动态加载时，囊内气体视为绝热过程，m≈1.38。将式(2)带入式(1)，并且将式(1)对空气弹簧的垂向位移x求导，化简后得空气弹簧刚度的计算公式：

K=-mAeff(P+Pa)1VdVdx+PdAeffdx(3)

式中，dV/dx为空气弹簧容积的变化率，dAeff/dx为空气弹簧有效承压面积的变化率，其决定于空气弹簧的形式及活塞的几何形状。要求出空气弹簧的刚度，关键是求出空气弹簧在任意位置时囊内的气压P、空气弹簧容积的变化率dV/x以及有效承压面积的变化率dAeff/x，是理论计算的难点，一般可以通过非线性有限元方法求得。

那么在小编大书特书之后，虽然运用了很多专业级别的资料和论述方法，但相信各位都能够理解空气弹簧到底是怎么回事，当然笔者对于空气弹簧蛮有兴趣的，感觉空气弹簧与传统的悬挂系统相比，优势特别明显，它具有变刚度特性,容易得到较低的固有振动频率,可提高汽车的行驶平顺性；它的自动调节装置,可以使汽车的乘坐舒适性和上下车条件得到改善;今天的空气弹簧就介绍到这里。

空气弹簧结构及相关介绍

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