空氣懸架的設(shè)計實例

空氣懸架的設(shè)計實例 要求特性和材料 (1)內(nèi)層橡膠：氣密形、屈曲性、和胎線層的粘接性：天然橡膠 （ NR)、 SBR (2)中間加強層：耐氣壓、屈曲性，和橡膠的粘接性 尼龍等胎線層 2層斜交構(gòu)造 (3)胎線層：確保和橡膠的粘接性，利用特種粘接劑處理 (4)外層橡膠：曲屈性、耐氧老化性、和胎線層的粘接性、： CR、 NR混合配合 (5)橡膠膜端部： 為了確保和金屬安裝部位的氣密性 在橡膠內(nèi)部埋設(shè)環(huán)狀的鋼絲圈 鋼絲圈：硬鋼線材 （ SWRH5B) (6)橡膠膜： 內(nèi)層橡膠： 2mm 中間加強層： 2mm 外層橡膠： 2mm (7)胎線層：單根直徑： 0.7mm 鋼絲圈： 1.0mm 3列 行 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧 -構(gòu)造 外層橡膠 胎線 1 胎線 內(nèi)層橡膠 端部 （鋼絲圈 ） 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧 -構(gòu)造 囊式 膜片式 外筒 內(nèi)筒 （活塞 ） (1)囊式 備有中間環(huán)，在橡膠膜下面設(shè)有活塞 壓縮時，受壓面積增大，拉伸時，受壓面積減小 (2)套 （ 膜片 ） 式 在橡膠膜外部沒有中間環(huán)等約束零件 壓縮和拉伸時，受壓面積基本不變，極端拉伸時，受壓面積減小 2種空氣彈簧橡膠膜 的運動形態(tài) 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧 -囊式構(gòu)造 限位橡膠塊 緊固金屬件 上面板 中間環(huán) 橡膠膜 活塞 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧 -囊式構(gòu)造 限位橡膠塊 緊固金屬件 上面板 中間環(huán) 橡膠膜 活塞 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧 -構(gòu)造 美國開發(fā)的典型膜片式空氣彈簧： 如下圖所示，帶 -膜片（ Band Diaphragm） 式 （左） 和單圈（ Single Convolution） 式 (中） 空氣彈簧，在內(nèi) 筒、外筒 和橡膠膜的接觸部位，對金屬件作了許多研究，根據(jù) 壓縮長度的變化，能適當(dāng)?shù)目刂剖軌好娣e的變化，實現(xiàn)了載荷 -變形特性曲線的非 線性變化。 帶 -膜片式 （通用輪胎公司 ） 單圈式 （Fire-stone公司 ） Rolling Rove式 （固特異公司 ） 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧 -金屬件和橡膠膜結(jié)合部位的結(jié)構(gòu) 上部 下部 連接方式 A 連接方式 B 連接方式 C 自密封式 卷封式 連接方式 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧特點 空氣彈簧作為防振緩沖元件，本質(zhì)上，和金屬彈簧及橡膠（減振橡膠 ） 等的功能 一樣，和上述其他減振元件相比，具有如下特點。 (1) 空氣彈簧是特別柔軟的彈簧 。 具體和振動系有關(guān)，系統(tǒng)的固有頻率可低到 0.7 3.5Hz左右 。 (2) 設(shè)計空氣彈簧時，彈簧高、最大載荷力、彈簧剛度可以分別獨立設(shè)定 。 (3) 將空氣彈簧和輔助儲氣罐連接在一起，在降低彈簧剛度的同時，在儲氣罐連 接部位設(shè)置節(jié)流閥，能夠獲得阻尼效果。 一般，輔助儲氣罐容積取為空氣彈簧單體容積的 1.5 3倍。 (4) 積極利用基于空氣力和橡膠膜剛度的空氣彈簧橫剛度，空氣彈簧也能兼作 水平 方向 減振彈簧。 (5) 利用水平閥自動調(diào)整車高，即使車輛載重變化，也能保持正常的車高。因而， 能夠始終保持支持體的高度不變。 (6) 高頻振動的絕緣性好，防噪聲效果優(yōu)異。 空氣懸架的設(shè)計實例 自動車高調(diào)節(jié)閥 （ 水平閥 ） 空氣彈簧用作車輛懸架時，同時采用車高調(diào)節(jié)閥，可保持支撐體高度一定不變。具 體參見原理圖。 車體載荷增加，車高下降時：拉桿 G通過彈簧 E的介入，將桿 F 推向上方，打開 供氣閥 A， 壓縮空氣通過主空氣管進(jìn)入儲氣罐，流進(jìn)空氣彈簧，使車體抬高，恢復(fù) 原有高度 。 車體載荷減小，車體上升時：空氣 彈簧被拉伸，拉桿 G被壓下，排氣 閥 B打開，空氣彈簧內(nèi)部壓縮空氣被 放出到外部，車體高度恢復(fù)到原車高。 從振動方面考慮，不希望自動車高 調(diào)節(jié)閥敏感。為此，在拉桿上追加 了油減振器和彈簧 E， 防止調(diào)節(jié)閥的 過敏反應(yīng)。實際上，還做了許多設(shè)計 改進(jìn)，例如在流路中設(shè)置高阻尼，在 振幅中心位置留出一定間隙，使高度 調(diào)節(jié)閥難于動作。 主空氣管 調(diào)壓閥 儲氣罐 輔助儲氣罐 空氣彈簧 節(jié)流孔 車體 簧下構(gòu)造 路面等 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧特性計算式 (1/3) 假設(shè)橡膠膜斷面周長不發(fā)生伸縮 。 Diaphragm Diaphragm Bellows （1）載荷 W和內(nèi)壓 的關(guān)系 Gauge Bellows Bellows （2）有效受壓面積 A和變形 的關(guān)系 其中， W：載荷 kg； P:內(nèi)壓 kg/cm2； A:有效面積 cm2。 隨氣囊壓縮伸長，氣囊的有效直徑從 D0變?yōu)?D，所以其 有效面積也將從 A0變?yōu)?A。但是在較小的變形條件下，下 式成立。 其中， A0：變形中心位置的有效面積 cm2； D0：變形中心位置的有效直徑 cm； X：變形中心 位置的變形 cm（壓縮為正，拉伸為負(fù)）； n氣囊的波紋凸起數(shù)。 若為膜片氣囊，相對于氣囊變形 X，受壓面積變化 dA/dX與氣囊內(nèi)外壁面的形狀關(guān)系復(fù)雜， 一般大都使用試驗數(shù)據(jù)或利用計算線圖來加以處理。但是對于內(nèi)外壁面都是之童裝的氣囊 來說，可以簡化成受壓面積變化 dA/dX=0.這時，可以使用下式進(jìn)行計算。 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧特性計算式 (2/3) （3）載荷 W和變形 的關(guān)系 （4）變形中心的彈簧剛度 和內(nèi)壓 0的關(guān)系 （5）固有頻率 f 的計算式 其中， Heo(=Vo/Ao)：有效高； Vo變形中心位置的內(nèi)部容積 cm2，若帶有副氣罐 P時，也包含該容積； Po：變 形中心的氣囊內(nèi)壓 kg/cm2； K:缸內(nèi)壓縮多變指數(shù)（靜態(tài)為 1，動態(tài) 1.4）。 若為膜片式氣囊，右邊第一項為 P0（ dA/dX），如前所述，一般使用試驗數(shù)據(jù)或既有線圖老求 解（ dA/dX）。 其中， f:固有頻率 Hz； K：動剛度 kg/cm；通常 K=1.4； g：重力加速度 cm/s2。 空氣懸架的設(shè)計實例 空氣彈簧特性計算式 (3/3) （）最佳節(jié)流孔面積 a 的計算式 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 囊式 （ 利用活塞容積 ） 限位檔塊間距 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 囊式 （ 不利用活塞容積 ） 限位檔塊間距 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 膜片式 （ 利用活塞容積 ） 限位檔塊間距 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 筒式 （ 不利用活塞容積） 限位檔塊間距 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 帶氣柱管的膜片式空氣彈簧 這是行程超過 200mm， 大客車用空氣彈簧。在行程中間部位，拉伸壓縮柔軟，彈簧 剛度增加呈反 S形特性，為了獲得大的簧下振動阻尼，引入了氣柱管式減振機構(gòu)。 件號 名 稱 材 料 參 數(shù) 規(guī) 格 膜片 活塞 管 片 卷邊板 橡 膠 , 胎 線 SPCC SPCC SPCC STK 30 橡膠 , SWRH4B 環(huán)帶 安裝高 有效直徑 行程 外 徑 彈簧 單體容積 340mm 197mm 110mm 110mm 壓縮 拉伸 282mm 5.3 卷邊板 SPCC 輔助儲氣 罐容積 7 活塞蓋 外護套 橡膠 橡膠 重 量 12.2 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 帶氣柱管的膜片式空氣彈簧 件號 名 稱 材 料 參 數(shù) 規(guī) 格 橡膠囊 橡膠 , 胎 線 有効直徑 D 0 240 帶橡膠 中間環(huán) 限位檔塊 活塞 緊固環(huán) SPCC、 S25C SPCC, S25C 上面板 橡膠密封 橡膠 零件重量 kg 可變節(jié)流孔 尼龍等 橡膠 SS41 橡膠 SPCC SPCC, S25C 最大外徑 D maxmm 標(biāo)準(zhǔn)高 Hmm 限位檔塊間距 hmm 常用 最大 行程 內(nèi)部容積 拉伸 mm 壓縮 mm 220 293 271 220 220 75 75 140 140 100 100 16.7 14.4 7 8 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 管 中 的空氣質(zhì)量，恰好是 2個彈簧（輔助儲氣罐和膜片中的空氣彈性）的支撐形式。 其特點是，使該氣柱的共振頻率和車輛的簧下固有頻率一致，在發(fā)生共振時，氣柱 的運動量達(dá)到最大，由于管壁和氣柱的摩擦，可以獲得大的減振阻尼力。 空氣 彈性 管內(nèi)空 氣質(zhì)量 空氣 彈性 空氣彈 簧變形 空氣管內(nèi)摩擦力產(chǎn) 生的阻尼力彈性 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 靜載荷 變形的關(guān)系 變形 mm 拉伸 壓縮 載荷（ T） 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 動剛度和頻率 頻率 Hz 動剛度 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 阻尼力和頻率、振幅的關(guān)系 頻率 Hz 阻尼力 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 大客車用，帶節(jié)流孔的活塞 -囊式空氣彈簧 件號 名 稱 材 料 參 數(shù) 規(guī) 格 橡膠 氣囊 橡膠 胎線 有效直徑 D 0 240 帶橡膠 中間環(huán) 限位檔塊 活塞 緊固環(huán) SPCC、 S25C SPCC, S25C 上面板 橡膠密封 橡膠 零件重量 kg 可變節(jié)流孔 尼龍等 橡膠 SS41 橡膠 SPCC SPCC, S25C 最大外徑 D maxmm 標(biāo)準(zhǔn)高 Hmm 限位檔塊間距 hmm 常用 最大 行程 內(nèi)部容積 拉伸 mm 壓縮 mm 220 293 271 220 220 75 75 140 140 100 100 16.7 14.4 7 8 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 可變節(jié)流孔的構(gòu)造 可變節(jié)流孔流量特性 可變節(jié)流孔 作動原理圖 螺母 殼體 副 閥 主 閥 彈 簧座 A固定孔 B、C孔徑可 變 的 節(jié) 流孔 殼體 （輔 助 儲 氣罐） 彈簧座 彈簧 副 閥 主 閥 接通到波 紋軟 管 壓 力差 流量 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 空氣彈簧阻尼力和頻率的關(guān)系 變形 mm 載荷（ T） 拉伸 壓縮 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 空氣彈簧靜載荷 -變形曲線圖 變形 mm 拉伸 壓縮 載荷（ T） 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 空氣彈簧的共振特性 加振頻率 Hz 簧上質(zhì)量振幅 mm 孔徑固定的孔 孔徑可變的節(jié)流孔 簧上質(zhì)量 200kg 加振振幅 10mm -2 28/30 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 空氣彈簧固有頻率和載荷的關(guān)系 載荷 kg 固有頻率 Hz 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 空氣彈簧動剛度和頻率的關(guān)系 簧上載荷 1500kg 輔助儲氣罐容積 Vt=20L 振動頻率 Hz 簧上剛度 kg/cm 空氣懸架的設(shè)計實例 車用空氣彈簧的具體設(shè)計實例 空氣彈簧阻尼力和頻率的關(guān) 系 簧上載荷 1500kg 輔助儲氣罐容積 Vt=20L 振動頻率 Hz 阻尼力 kg