空气悬架的设计实例.ppt

空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例要求特性和材料要求特性和材料(1)(1)内层橡胶：气密形、屈曲性、和胎线层的粘接性：天然橡胶内层橡胶：气密形、屈曲性、和胎线层的粘接性：天然橡胶（（NR)NR)、、SBRSBR(2)(2)中间加强层：耐气压、屈曲性，和橡胶的粘接性中间加强层：耐气压、屈曲性，和橡胶的粘接性　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 尼龙等胎线层尼龙等胎线层2 2层斜交构造层斜交构造(3)(3)胎线层：确保和橡胶的粘接性，利用特种粘接剂处理胎线层：确保和橡胶的粘接性，利用特种粘接剂处理(4)(4)外层橡胶：曲屈性、耐氧老化性、和胎线层的粘接性、：外层橡胶：曲屈性、耐氧老化性、和胎线层的粘接性、：CRCR、、NRNR混合配合混合配合(5)(5)橡胶膜端部：橡胶膜端部：　　　　为了确保和金属安装部位的气密性为了确保和金属安装部位的气密性　　　　在橡胶内部埋设环状的钢丝圈在橡胶内部埋设环状的钢丝圈　　　　钢丝圈：硬钢线材钢丝圈：硬钢线材（（SWRH5B)SWRH5B)(6)(6)橡胶膜：橡胶膜：　　　　内层橡胶：内层橡胶：2mm2mm　　　　中间加强层：中间加强层：2mm2mm　　　　外层橡胶：外层橡胶：2mm2mm(7)(7)胎线层：单根直径：胎线层：单根直径：～～0.7mm0.7mm　　　　钢丝圈：钢丝圈： 　　～　　～1.0mm1.0mm　　　　3 3列列××３行３行空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・空气弹簧空气弹簧- -构造构造外层橡胶外层橡胶２ ２￿ ￿胎线胎线1￿1￿胎线胎线内层橡胶内层橡胶端部端部（ （钢丝圈钢丝圈） ）空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・空气弹簧空气弹簧- -构造构造囊式囊式膜片式膜片式外筒外筒‘内筒内筒（ （活塞活塞） ）(1)(1)囊式囊式　　　　・・备有中间环，在橡胶膜下面设有活塞备有中间环，在橡胶膜下面设有活塞　　　　・・压缩时，受压面积增大，拉伸时，受压面积减小压缩时，受压面积增大，拉伸时，受压面积减小(2)(2)套套（（膜片膜片））式式　　　　・・在橡胶膜外部没有中间环等约束零件在橡胶膜外部没有中间环等约束零件　　　　・・压缩和拉伸时，受压面积基本不变，极端拉伸时，受压面积减小压缩和拉伸时，受压面积基本不变，极端拉伸时，受压面积减小2 2种空气弹簧橡胶膜种空气弹簧橡胶膜 的运动形态的运动形态空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・空气弹簧空气弹簧- -囊式构造囊式构造限位橡胶块限位橡胶块紧固金属件紧固金属件上面板上面板中间环中间环橡胶膜橡胶膜活塞活塞空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・空气弹簧空气弹簧- -囊式构造囊式构造限位橡胶块限位橡胶块紧固金属件紧固金属件上面板上面板中间环中间环橡胶膜橡胶膜活塞活塞空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・空气弹簧空气弹簧- -构造构造美国开发的典型膜片式空气弹簧：美国开发的典型膜片式空气弹簧：　　如下图所示，带如下图所示，带- -膜片（膜片（Band DiaphragmBand Diaphragm））式式（左）（左）和单圈（和单圈（Single ConvolutionSingle Convolution））式式 ( (中）中）空气弹簧，在内空气弹簧，在内筒、外筒筒、外筒和橡胶膜的接触部位，对金属件作了许多研究，根据和橡胶膜的接触部位，对金属件作了许多研究，根据 压缩长度的变化，能适当的控制受压面积的变化，实现了载荷压缩长度的变化，能适当的控制受压面积的变化，实现了载荷- -变形特性曲线的非变形特性曲线的非 线性变化。

线性变化带带- -膜片式膜片式（ （通用轮胎公司通用轮胎公司） ）单圈式单圈式（ （Fire-stoneFire-stone公司公司） ）Rolling￿RoveRolling￿Rove式式（ （固特异公司固特异公司） ）空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・空气弹簧空气弹簧- -金属件和橡胶膜结合部位的结构金属件和橡胶膜结合部位的结构上部上部下部下部连接方式连接方式A A连接方式连接方式B B连接方式连接方式C C自密封式自密封式卷封式卷封式连接方式连接方式空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・空气弹簧特点空气弹簧特点空气弹簧作为防振缓冲元件，本质上，和金属弹簧及橡胶（减振橡胶空气弹簧作为防振缓冲元件，本质上，和金属弹簧及橡胶（减振橡胶））等的功能等的功能一样，和上述其他减振元件相比，具有如下特点一样，和上述其他减振元件相比，具有如下特点1) (1) 空气弹簧是特别柔软的弹簧空气弹簧是特别柔软的弹簧　　　　　　 具体和振动系有关，系统的固有频率可低到具体和振动系有关，系统的固有频率可低到0.70.7～～3.5Hz3.5Hz左右左右2) (2) 设计空气弹簧时，弹簧高、最大载荷力、弹簧刚度可以分别独立设定设计空气弹簧时，弹簧高、最大载荷力、弹簧刚度可以分别独立设定。

3) (3) 将空气弹簧和辅助储气罐连接在一起，在降低弹簧刚度的同时，在储气罐连将空气弹簧和辅助储气罐连接在一起，在降低弹簧刚度的同时，在储气罐连 接部位设置节流阀，能够获得阻尼效果接部位设置节流阀，能够获得阻尼效果　　　　　　　　一般，辅助储气罐容积取为空气弹簧单体容积的一般，辅助储气罐容积取为空气弹簧单体容积的1.51.5～～3 3倍4) (4) 积极利用基于空气力和橡胶膜刚度的空气弹簧横刚度，空气弹簧也能兼作积极利用基于空气力和橡胶膜刚度的空气弹簧横刚度，空气弹簧也能兼作水平水平 方向方向减振弹簧减振弹簧5) (5) 利用水平阀自动调整车高，即使车辆载重变化，也能保持正常的车高因而，利用水平阀自动调整车高，即使车辆载重变化，也能保持正常的车高因而， 能够始终保持支持体的高度不变能够始终保持支持体的高度不变6) (6) 高频振动的绝缘性好，防噪声效果优异高频振动的绝缘性好，防噪声效果优异　　空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・自动车高调节阀自动车高调节阀（（水平阀水平阀））空气弹簧用作车辆悬架时，同时采用车高调节阀，可保持支撑体高度一定不变。

具空气弹簧用作车辆悬架时，同时采用车高调节阀，可保持支撑体高度一定不变具体参见原理图体参见原理图　　・・车体载荷增加，车高下降时：拉杆车体载荷增加，车高下降时：拉杆 G G通过弹簧通过弹簧E E的介入，将杆的介入，将杆 F F 推向上方，打开推向上方，打开　　　　供气阀供气阀A A，，压缩空气通过主空气管进入储气罐，流进空气弹簧，使车体抬高，恢复压缩空气通过主空气管进入储气罐，流进空气弹簧，使车体抬高，恢复 原有高度原有高度　　・・车体载荷减小，车体上升时：空气车体载荷减小，车体上升时：空气 弹簧被拉伸，拉杆弹簧被拉伸，拉杆 G G被压下，排气被压下，排气 阀阀B B打开，空气弹簧内部压缩空气被打开，空气弹簧内部压缩空气被 放出到外部，车体高度恢复到原车高放出到外部，车体高度恢复到原车高　　・・从振动方面考虑，不希望自动车高从振动方面考虑，不希望自动车高 调节阀敏感为此，在拉杆上追加调节阀敏感为此，在拉杆上追加 了油减振器和弹簧了油减振器和弹簧E E，，防止调节阀的防止调节阀的 过敏反应。

实际上，还做了许多设计过敏反应实际上，还做了许多设计 改进，例如在流路中设置高阻尼，在改进，例如在流路中设置高阻尼，在 振幅中心位置留出一定间隙，使高度振幅中心位置留出一定间隙，使高度 调节阀难于动作调节阀难于动作主空气管主空气管调压阀调压阀储气罐储气罐辅助储气罐辅助储气罐空气弹簧空气弹簧节流孔节流孔车体车体簧下构造簧下构造路面等路面等空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・空气弹簧特性计算式空气弹簧特性计算式(1/3)(1/3)假设橡胶膜断面周长不发生伸缩假设橡胶膜断面周长不发生伸缩DiaphragmDiaphragmDiaphragmDiaphragmBellowsBellows（ （1 1） ）载荷载荷W W和内压和内压ｐ ｐ的关系的关系GaugeGaugeBellowsBellowsBellowsBellows（ （2 2） ）有效受压面积有效受压面积A A和变形和变形ｘ ｘ的关系的关系其中，W：载荷kg；P:内压kg/cm2；A:有效面积cm2 随气囊压缩伸长，气囊的有效直径从D0变为D，所以其有效面积也将从A0变为A但是在较小的变形条件下，下式成立。

其中，A0：变形中心位置的有效面积cm2；D0：变形中心位置的有效直径cm；X：变形中心位置的变形cm（压缩为正，拉伸为负）；n气囊的波纹凸起数若为膜片气囊，相对于气囊变形X，受压面积变化dA/dX与气囊内外壁面的形状关系复杂，一般大都使用试验数据或利用计算线图来加以处理但是对于内外壁面都是之童装的气囊来说，可以简化成受压面积变化dA/dX=0.这时，可以使用下式进行计算空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・空气弹簧特性计算式空气弹簧特性计算式(2/3)(2/3)（ （3 3） ）载荷载荷W W和变形和变形ｘ ｘ的关系的关系（ （4 4） ）变形中心的弹簧刚度变形中心的弹簧刚度ｋ ｋ和内压和内压ｐ ｐ0 0的关系的关系（ （5 5） ）固有频率固有频率f￿ f￿的计算式的计算式其中，Heo(=Vo/Ao)：有效高；Vo变形中心位置的内部容积cm2，若带有副气罐P时，也包含该容积；Po：变形中心的气囊内压kg/cm2；K:缸内压缩多变指数（静态为1，动态1.4） 若为膜片式气囊，右边第一项为P0（dA/dX），如前所述，一般使用试验数据或既有线图老求解（dA/dX）其中，f:固有频率Hz；K：动刚度kg/cm；通常K=1.4；g：重力加速度cm/s2。

空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・ ・空气弹簧特性计算式空气弹簧特性计算式(3/3)(3/3)（６）（６）最佳节流孔面积最佳节流孔面积￿ ￿a￿ a￿的计算式的计算式空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例①①囊式囊式（（利用活塞容积利用活塞容积））限位档块间距限位档块间距空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例②②囊式囊式（（不利用活塞容积不利用活塞容积））限位档块间距限位档块间距空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例③③膜片式膜片式（（利用活塞容积利用活塞容积））限位档块间距限位档块间距空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例④④筒式筒式（（不利用活塞容积）不利用活塞容积）限位档块间距限位档块间距空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑤⑤带气柱管的膜片式空气弹簧带气柱管的膜片式空气弹簧・ ・ ・ ・这是行程超过这是行程超过200mm200mm，，大客车用空气弹簧。

在行程中间部位，拉伸压缩柔软，弹簧大客车用空气弹簧在行程中间部位，拉伸压缩柔软，弹簧 刚度增加呈反刚度增加呈反S S形特性，为了获得大的簧下振动阻尼，引入了气柱管式减振机构形特性，为了获得大的簧下振动阻尼，引入了气柱管式减振机构件号件号名名￿￿￿￿￿￿称称材　料材　料参参￿ ￿数数￿ ￿规规￿ ￿格格①①②②③③④④⑤⑤⑥⑥膜片膜片活塞活塞管管片片卷边板卷边板橡橡￿ ￿胶胶, ,胎胎￿ ￿线线SPCCSPCCSPCCSPCCSPCCSPCCSTK￿30STK￿30橡胶橡胶, ,SWRH4BSWRH4B环带环带安装高安装高有效直径有效直径行程行程外　　径外　　径弹簧弹簧单体容积单体容积340mm340mm197mm197mm110mm110mm110mm110mm压缩压缩拉伸拉伸282mm282mm5.35.3　 　￿ ￿ℓ ℓ⑦⑦卷边板卷边板SPCCSPCC辅助储气辅助储气罐容积罐容积7 7　 　￿ ￿ℓ ℓ⑧⑧⑨⑨活塞盖活塞盖外护套外护套橡胶橡胶橡胶橡胶重　量重　量12.212.2ｋｇｆｋｇｆ空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑤⑤带气柱管的膜片式空气弹簧带气柱管的膜片式空气弹簧件号件号名　称名　称材　料材　料参参￿ ￿数数￿ ￿规规￿ ￿格格①①橡胶囊橡胶囊橡胶橡胶, ,胎胎￿￿ ￿￿线线有効直径有効直径D D0 0ｍｍｍｍ240240②②③③④④⑤⑤⑥⑥带橡胶带橡胶中间环中间环限位档块限位档块活塞活塞紧固环紧固环SPCCSPCC、 、S25CS25CSPCC,SPCC,S25CS25C上面板上面板⑦⑦橡胶密封橡胶密封橡胶橡胶零件重量零件重量kgkg⑧⑧ 可变节流孔可变节流孔尼龙等尼龙等橡胶橡胶SS41SS41橡胶橡胶SPCCSPCCSPCC,SPCC,S25CS25C最大外径最大外径D Dmaxmaxmmmm标准高标准高HmmHmm限位档块间距限位档块间距hmmhmm常用常用最大最大行程行程内部容积内部容积ℓ ℓ ℓ ℓ拉伸拉伸mmmm压缩压缩mmmm2202202932932712712202202202207575757514014014014010010010010016.716.714.414.47 78 8空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑤⑤・・管管③③中中的空气质量，恰好是的空气质量，恰好是2 2个弹簧（辅助储气罐和膜片中的空气弹性）的支撑形式。

个弹簧（辅助储气罐和膜片中的空气弹性）的支撑形式　　其特点是，使该气柱的共振频率和车辆的簧下固有频率一致，在发生共振时，气柱其特点是，使该气柱的共振频率和车辆的簧下固有频率一致，在发生共振时，气柱 的运动量达到最大，由于管壁和气柱的摩擦，可以获得大的减振阻尼力的运动量达到最大，由于管壁和气柱的摩擦，可以获得大的减振阻尼力空气弹性管内空气质量空气弹性空气弹簧变形空气管内摩擦力产生的阻尼力弹性空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑤⑤静载荷静载荷ーー变形的关系变形的关系变形变形mmmm拉伸拉伸压缩压缩载荷（载荷（T T））空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑤⑤动刚度和频率动刚度和频率频率频率 HzHz动刚度动刚度空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑤⑤阻尼力和频率、振幅的关系阻尼力和频率、振幅的关系频率频率 HzHz阻尼力阻尼力空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑥⑥大客车用，带节流孔的活塞大客车用，带节流孔的活塞- -囊式空气弹簧囊式空气弹簧件号件号名　称名　称材　料材　料参参￿ ￿数数￿ ￿规规￿ ￿格格①①橡胶橡胶气囊气囊橡胶橡胶胎线胎线有效直径有效直径D D0 0ｍｍｍｍ240240②②③③④④⑤⑤⑥⑥带橡胶带橡胶中间环中间环限位档块限位档块活塞活塞紧固环紧固环SPCCSPCC、 、S25CS25CSPCC,SPCC,S25CS25C上面板上面板⑦⑦橡胶密封橡胶密封橡胶橡胶零件重量零件重量kgkg⑧⑧ 可变节流孔可变节流孔尼龙等尼龙等橡胶橡胶SS41SS41橡胶橡胶SPCCSPCCSPCC,SPCC,S25CS25C最大外径最大外径D Dmaxmaxmmmm标准高标准高HmmHmm限位档块间距限位档块间距hmmhmm常用常用最大最大行程行程内部容积内部容积ℓ ℓ ℓ ℓ拉伸拉伸mmmm压缩压缩mmmm2202202932932712712202202202207575757514014014014010010010010016.716.714.414.47 78 8空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑥⑥可变节流孔的构造可变节流孔的构造可变节流孔流量特性可变节流孔流量特性可变节流孔可变节流孔作动原理图作动原理图螺母螺母壳体壳体副副阀主主阀弹簧座簧座A A固定孔固定孔B B、 、C C孔径可孔径可变的的节流孔流孔壳体壳体（ （辅助助储气罐）气罐）弹簧座弹簧座弹簧弹簧副副阀主主阀接通到波接通到波纹软管管压力差力差流量流量空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑥⑥空气弹簧阻尼力和频率的关系空气弹簧阻尼力和频率的关系变形变形mmmm载荷（载荷（T T））拉伸拉伸压缩压缩空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑥⑥空气弹簧静载荷空气弹簧静载荷- -变形曲线图变形曲线图变形变形mmmm拉伸拉伸压缩压缩载荷（载荷（T T））空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑥⑥空气弹簧的共振特性空气弹簧的共振特性加振频率加振频率 HzHz簧上质量振幅簧上质量振幅 mmmm孔径固定的孔孔径固定的孔孔径可变的节流孔孔径可变的节流孔簧上质量簧上质量 200kg200kg加振振幅加振振幅 10mm10mm⑥-2⑥-2－－28/3028/30空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑥⑥空气弹簧固有频率和载荷的关系空气弹簧固有频率和载荷的关系载荷载荷 kgkg固有频率固有频率 HzHz空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑥⑥空气弹簧动刚度和频率的关系空气弹簧动刚度和频率的关系簧上载荷簧上载荷1500kg辅助储气罐容积辅助储气罐容积 Vt=20L振动频率振动频率 HzHz簧上刚度簧上刚度 kg/cmkg/cm空气悬架的设计实例空气悬架的设计实例・・车用空气弹簧的具体设计实例车用空气弹簧的具体设计实例⑥⑥空气弹簧阻尼力和频率的关空气弹簧阻尼力和频率的关系系系系簧上载荷簧上载荷1500kg辅助储气罐容积辅助储气罐容积 Vt=20L振动频率振动频率 HzHz阻尼力阻尼力 kgkg。