空气弹簧结构形式及特点

内容提要：【空气弹簧】热度：189

空气弹簧是利用橡胶气囊里面的压缩空气的反作用力当做弹性恢复力的一种弹性元件。空气弹簧凭借其良好的减振和隔振性能而被大量应用于汽车、铁道车辆、舰船、航空、工业等领域的动力机械、电子设备、仪器仪表、化工机械等设备。

1、空气弹簧结构形式

空气弹簧是在柔性的橡胶囊中充入有一定压力的空气，利用空气的可压缩性实现弹性功效的非金属弹簧。空气弹簧主要分为囊式空气弹簧和膜式空气弹簧两类。
在现如今机械设计过程中，空气弹簧早已像齿轮一样，能够当做标准件对待，按照载荷的重量和几何安装尺寸就能够选择相对应的空气弹簧。

2、空气弹簧的特点

空气弹簧的弹性系数是可变的，随着所加载荷的增加，弹性系数也随之增大。空气弹簧能够设计各种以满足各种性能要求的效果曲线，是因为空气弹簧具有非线性的效果。
空气弹簧橡胶本体较为轻，空气的质量也十分小，空气弹簧的重量大部分来自上盖和下盖，不像钢弹簧，金属质量较为重。
空气弹簧的承载力可按照橡胶气囊内充气压力的大小进行调节，则针对同一空气弹簧，可以通过调节充气压力的大小来满足不同的承载力需要。
由于空气弹簧以空气为弹性介质，当压缩时，内摩擦小，因而隔振效果较为好。此外，空气弹簧有很好的消除噪音能力，是因为空气和橡胶传播声音的能力都较为弱。
空气弹簧抗疲劳能力较为强，实验表明:针对通常情况下的钢板弹簧可承受的应力循环数为50万至60万次，而一般空气弹簧能够可达到300万次左右，高质量空气弹簧可承受的应力循环数能够可达到500万次以上。因而空气弹簧在抵抗应变这方面功效突出。
但制造空气弹簧工艺要求高且繁杂，因而成本较高。

3、空气弹簧的控制系统

空气弹簧的控制系统伴随着其他相关的高新科技的发展发生了两次变革，经历了三个发展阶段:机械控制，电子控制和智能控制。但不论哪种控制系统都大体上包含三个子模块:空气供给系统(气源)，控制元器件(包括软件)，安全装置(保证空气弹簧的正常运行)。三种控制系统的气源和安全装置伴随着控制元器件的不同会有相应的差异，但是它们最根本的差异在于控制元器件，对于机械控制系统来讲，它的控制元器件主要是高度控制阀，使用其自动地对空气弹簧实现充气和排气，实现空气弹簧高度的控制；电控系统较机械控制系统前进了一大步，是一个质的飞跃，这也是运用电子控制器(ECU)采集各种类型传感器传来的信号，对信号实现分析后将控制信号发送给执行器(主要是各种电磁阀)，从而实现对空气弹簧的控制；智能控制系统是在电控系统的基础之上依靠现如今自动控制理论发展起来的，它主要是对ECU的软件部分实现了改进，不但可以控制空气弹簧的高度和刚度，而且可以使用模糊神经网络等控制技术可以实现空气弹簧非线性特性的控制。

4、几个影响空气弹簧因素分析

气室与附加气室容积的比例，空气弹簧形状、材料、尺寸以及气室与附加气室之间的节流孔的大小，对系统刚度和固有频率都会有相应的影响。

1、簧囊橡胶材料本身刚度对系统一阶谐振频率的影响。实验证明，橡胶气囊材料本身刚度对空气弹簧刚度影响极大，这也是导致空气弹簧刚度理论值与实验值差异比较大的原因。橡胶气囊材料刚度越大，空气弹簧的刚度就越大，其一阶谐振频率越高，其结果提高了系统工作时最小工作频率。因而，橡胶气囊隔震系统应当减小材料刚度，减小自振频率，使得空气弹簧隔振器的承载能力留出足够的余量情况下，系统最小工作频率尽可能低。

2、振动台横向振动时，簧囊橡胶材料刚度要大上许多。橡胶空气弹簧的本体结构柔软，因而具有轴向、横向和旋转向的综合隔震作用。机械式振动台横向振动时，簧囊橡胶材料刚度要大上许多。

3、在空气弹簧和附加气室之间设一节流孔，当空气流过节流孔时，因为阻力而吸收一小部分振动能量，进而起到减振阻尼的作用。除去影响系统的刚度和固有频率之外，节流孔的大小主要影响了系统的阻尼。

系统刚度随节流孔开度增大而减小，阻尼随节流孔的增大先增大后减小，附加气室容积的增大能使系统刚度减小并使阻尼比增大，激励频率的增大会增大系统刚度并减小系统阻尼比，静载荷的变化对系统振动特性影响不大。