汽车空气弹簧的应用

1、空气弹簧在汽车上的应用 空气弹簧是汽车空气悬架系统的和重要组成部分，它利用空气的压缩弹性进行工作，具有缓冲、减振和承载重量等功能。空气弹簧具有优良的弹性特性，与普通钢制弹簧相比有许多优点，因而其应用范围十分广泛。将空气弹簧用于汽车悬架系统可大大提高汽车的行驶平顺性和舒适性。 119344年，费费尔斯通通公司研研制出膜膜片式空空气弹簧簧并首先先在美国国通用客客车上试试应用成成功。220世纪纪50年年代中期期，空气气弹簧产产品经过过多年的的研发和和试验，有有关技术术逐步成成熟，装装有空气气悬架的的客车开开始在美美国、德德国得到到大批量量推广应应用。220世纪纪80年年代以来来，世界界上主要要的发达

2、达国家为为了减少少车辆对对道路的的破坏和和增加车车辆的舒舒适性，在在客车上上几乎全全部使用用了空气气弹簧，重重型商用用车上的的使用率率也超过过了800%。 空空气弹簧簧的种类类 空空气弹簧簧由橡胶胶气囊、上上盖板、底底座、辅辅助气室室，夹紧紧环和缓缓冲块等等组成。根根据橡胶胶气囊工工作时变变形式的的不同，空空气弹簧簧的结构构形式主主要分为为膜式空空气弹簧簧、囊式式空气弹弹簧和混混合式空空气弹簧簧3种(见图11)。膜膜式空气气弹簧是是圆柱形形结构，根根据橡胶胶气囊止止口与接接口的连连接方式式，膜式式空气弹弹簧又分分为约束束膜式和和自由膜膜式。约约束膜式式空气弹弹簧一般般用螺栓栓夹紧密密封，自自由

3、膜式式空气弹弹簧则采采用橡胶胶气囊内内的压力力自封。囊囊式空气气弹簧的的外形结结构有些些象灯笼笼，有单单曲、双双曲或多多曲囊式式空气弹弹簧。早早期的商商用车上上主要使使用双曲曲囊和三三曲囊式式空气弹弹簧。近近期膜式式空气弹弹簧的用用量逐步步增加，是是因为膜膜式空气气弹簧具具有行驶驶平顺性性好和行行程大的的优点。 不不同种类类空气弹弹簧的使使用区别别 11.膜式式空气弹弹簧(1)有效面面积变化化率较小小，因此此其刚度度较低，易易于得到到较低的的固有频频率。(22)通过过改变活活塞底座座的形状状和利用用活塞底底座的空空心内腔腔增加出出储气空空间，优优化其刚刚度特性性，从而而获得理理想的非非线性特特

4、性。(33)结构构较为简简单，便便于大量量生产。(4)橡胶气囊的工作条件更为苛刻，耐久性和使用寿命比囊式空气弹簧低。 22.囊式式空气弹弹簧 一一般在各各曲之间间镶有箍箍带，以以使各曲曲之间的的中间部部分不致致径向扩扩张，并并可防止止各曲之之间的互互相摩擦擦。囊式式空气弹弹簧具有有以下特特点。 (1)由由于底部部没有活活塞，囊囊式空气气弹簧的的标准高高度可比比膜式空空气弹簧簧低。 (2)有有效承压压面积变变化率在在工作时时较大，弹弹簧的刚刚度较大大、固有有频率较较高。 通通过增加加曲囊和和设置辅辅助气室室可以减减小弹簧簧刚度、降降低空气气悬架固固有频率率，但是是增加气气囊曲数数或设置置辅助气气

5、室，将将使几何何尺寸变变化较大大，因此此曲囊数数和辅助助气室结结构要受受整车总总结构布布局的限限制。 33.混合合式空气气弹簧 混混合式空空气弹簧簧兼有膜膜式空气气弹簧与与囊式空空气弹簧簧的特点点，它的的气囊上上部与囊囊式气囊囊上部基基本相同同，下部部则与膜膜式气囊囊类似，混混合式空空气弹簧簧运动时时在活塞塞的表面面滚动。 空空气弹簧簧的密封封方式 气气囊上、下下口连接接密封的的装配形形式有机机械式连连接和自自压式连连接。机机械密封封式的优优点是连连接牢固固、密封封较为可可靠，不不易发生生气囊开开脱现象象，适用用于因道道路条件件较差或或其他原原因造成成车轮相相对车身身垂直位位移较大大的工况况。

6、压力力自封式式的优点点是结构构简单、气气囊拆装装较为方方便，适适用于在在道路条条件较好好的车辆辆上使用用。 空空气弹簧簧的主要要特点 (1)空空气弹簧簧具有非非线性特特性，刚刚度和承承载能力力可以调调节，其其刚度随随载荷的的变化而而变化。空空气弹簧簧的特性性曲线可可按实际际需要进进行理想想设计，使使其在额额定载荷荷附近具具有较低低的刚度度值，并并使空气气悬架获获得较低低的固有有频率，因因而工作作柔和。 (2)利利用高度度阀可以以改变或或保持空空气弹簧簧的高度度。压缩缩气体的的气压能能够随载载荷和道道路条件件的变化化进行自自动调节节，不论论满载还还是空载载.保证证车身高高度不随随载荷的的变化而而

7、变化，大大大提高高了乘坐坐的舒适适性。升升高车身身以提高高车辆在在极差路路面上的的通过性性，降低低车身以以方便人人员或货货物上下下，提高高高速行行驶车辆辆的安全全性。 (3)空空气弹簧簧具有高高的吸振振和降噪噪能力，不不仅可以以提高商商用车的的舒适性性，而且且对车辆辆本身和和运输的的货物有有一定的的保护作作用。 (4)空空气弹簧簧可以有有效减轻轻汽车悬悬架的质质量。 (5)空空气弹簧簧具有较较高的疲疲劳寿命命，其疲疲劳寿命命可达3300万万次以上上，实际际使用寿寿命可达达5年以以上。而而钢板弹弹簧的疲疲劳寿命命一般只只有200万次。 (6)空空气弹簧簧能适应应多种刚刚度或载载荷的要要求，因因此

8、经济济效果较较好。 (7)空空气弹簧簧的主要要缺点是是：由于于空气弹弹簧只能能承受垂垂直负荷荷，需要要有导向向机构传传递纵向向力、横横向力及及其力矩矩，因而而悬架结结构较为为复杂。 空空气弹簧簧的选用用 11.空气气弹簧悬悬架 随随着车辆辆减振性性能的提提高，空空气弹簧簧悬架因因其独特特的性能能和适应应性，正正在逐步步取代钢钢板弹簧簧悬架。空空气悬架架系统是是以空气气弹簧为为弹性元元件，利利用气体体的可压压缩性实实现其弹弹性作用用的。汽汽车上使使用的空空气弹簧簧悬架系系统见图图2。 22.空气气弹簧的的工作特特性参数数 空空气弹簧簧的工作作特性主主要由刚刚度、恒恒压曲线线、变压压曲线来来表征，

9、这这些特性性可作为为选用空空气弹簧簧的依据据。 (1)刚刚度 实实际工作作中，空空气弹簧簧的刚度度主要通通过试验验方法测测定。在在不同工工作压力力下，测测出弹簧簧行程(横坐标标)和承承载力(纵坐标标)的关关系曲线线，该曲曲线的斜斜率即为为空气弹弹簧刚度度。 (2)恒恒压曲线线 空空气弹簧簧工作时时，需不不断向橡橡胶气囊囊内补充充气体，以以保证空空气弹簧簧在上下下运动过过程中具具有恒定定的气压压，这样样测出的的空气弹弹簧行程程与承载载力的关关系曲线线称为恒恒压曲线线。 (3)变变压曲线线 如如果向橡橡胶气囊囊内充入入一定压压力的气气体后关关闭进气气阀，并并保证空空气弹簧簧在上下下运动过过程中气气

10、体不泄泄漏，这这样测出出的空气气弹簧行行程与承承载力的的关系曲曲线称为为变压曲曲线。 在在进行汽汽车设计计时，总总希望汽汽车悬架架系统具具有较低低的固有有频率，并并且希望望固有频频率在整整个载荷荷范围内内保持不不变，从从而有效效地改善善车辆行行驶的平平顺性、操操纵的稳稳定性和和安全性性。传统统金属弹弹簧悬架架的弹簧簧刚度一一般是固固定的，当当汽车载载荷发生生变化时时，悬架架系统的的固有频频率会发发生变化化，且汽汽车载荷荷变化越越大，悬悬架系统统固有频频率的变变化越大大、汽车车行驶平平顺性越越差。而而空气弹弹簧刚度度呈非线线性，通通过优化化空气弹弹簧结构构及特性性参数，可可以显著著改善汽汽车的行

11、行驶平顺顺性。 空空气弹簧簧的刚度度与空气气弹簧的的内容积积成反比比，为了了降低刚刚度可以以在弹簧簧上外加加一个辅辅气室。该该方法一一般用于于囊式空空气弹簧簧，原因因是囊式式空气弹弹簧刚度度一般较较大，无无辅气室室时一曲曲的固有有频率为为2.553.3Hzz，两曲曲的为11.71.99Hz，三三曲的为为1.331.5Hzz。辅气气室的容容积设计计为空气气弹簧本本身容积积的1.522倍比较较理想，再再大效果果就不明明显了。空空气弹簧簧刚度与与有效面面积变化化率密切切相关。 此此外，膜膜式空气气弹簧还还获得了了较为理理想的变变刚度特特性反“SS”形的的载荷-变形曲曲线。图图3比较较了膜式式空气弹弹

12、簧、三三曲囊式式空气弹弹簧和钢钢板弹簧簧的载荷荷-变形形曲线。从从中可以以看出，空空气弹簧簧具有非非线性刚刚度特性性，可获获得比钢钢板弹簧簧低的刚刚度；膜膜式空气气弹簧刚刚度特性性比囊式式空气弹弹簧好，在在正常工工作范围围内刚度度及其变变化较小小，而在在伸张或或压缩的的边缘区区段刚度度逐渐增增加，这这样可以以避免以以较低刚刚度在粗粗糙路面面行驶时时车身产产生过冲冲击或碰碰撞，保保证了车车辆的行行驶平顺顺性。 33.匹配配特性 空空气弹簧簧具有变变刚度特特性，空空气悬架架的固有有频率可可以根据据需要进进行适当当调整。选选择合适适结构的的空气弹弹簧并优优化其特特性参数数，可以以使正常常工作条条件下

13、空空气弹簧簧的刚度度变化较较小，而而伸张和和压缩行行程边缘缘的刚度度较大。研研究非线线性刚度度系统振振动传递递规律是是空气弹弹簧匹配配的关键键。空气气弹簧匹匹配设计计时首先先要确定定的是空空气悬架架参数，如如车辆在在空载、半半载、满满载时的的轴荷及及空气弹弹簧的承承载力，并并计算在在各种不不同载荷荷下空气气弹簧的的刚度及及空气悬悬架的固固有频率率。橡胶胶气囊刚刚度对空空气弹簧簧刚度影影响极大大，这是是造成空空气弹簧簧刚度理理论值与与试验值值差异较较大的原原因之一一。 胶胶囊的制制造和质质量控制制 11.胶囊囊结构橡胶气囊是是空气弹弹簧的重重要部件件，它的的质量是是决定空空气弹簧簧使用寿寿命的关

14、关键因素素。空气气弹簧胶胶囊由内内胶层、帘帘布层和和外胶层层组成，其其结构如如图4所所示。其其中，内内胶层相相当于无无内胎轮轮胎气密密层，起起密封胶胶囊内压压缩空气气的作用用。外胶胶层相当当于轮胎胎胎侧，起起保护帘帘布层的的作用。 22.成型型工艺 橡橡胶气囊囊的制造造工艺与与质量会会对空气气弹簧的的特性造造成影响响，不同同厂家生生产的同同一规格格的空气气弹簧特特性可能能会有较较大差别别。橡胶胶气囊的的制造就就是将各各部分的的半成品品在成型型机上组组合成一一个完整整胶囊的的过程。空空气弹簧簧橡胶气气囊的制制造工艺艺流程(见图55)与汽汽车轮胎胎的制造造工艺有有许多相相似之处处，材料料和外形形也

15、有相相通的地地方。一一般分为为胶料的的配合加加工、压压延帘布布、硫化化等几个个部分。 胶胶料配方方：内橡橡胶层主主要用于于密封，应应采用气气密性和和耐油性性较好的的橡胶；外橡胶胶层除密密封外，还还起保护护作用，应应考虑耐耐气候老老化和耐耐臭氧的的橡胶，一一般采用用氯丁橡橡胶、三三元乙丙丙并用胶胶；帘布布是胶囊囊的主要要承载部部件，应应选用强强度高、耐耐屈挠性性好的聚聚酯和尼尼龙等涂涂胶帘线线，以满满足载荷荷要求和和取得良良好的使使用性能能，一般般用2层层或4层层帘布。帘帘布各铺铺层按帘帘布帘线线方向互互成一定定角度布布置，因因而胶囊囊呈现出出正交各各向异性性的特点点。帘布布的压延延采用三三辊半

16、热热压工艺艺。帘布布贴合采采用半鼓鼓式层贴贴工艺，将将剪裁好好的帘布布贴在成成型鼓上上，扣上上两边的的钢丝圈圈，使成成型鼓膨膨胀，翻翻边反压压，再用用压辊仔仔细地压压实贴合合，除去去气泡，取取下后进进行装模模硫化。 钢钢丝圈：采用119号钢钢丝缠绕绕而成。 硫化：在双模硫化机内进行硫化，硫化压力1.52.0MPa，温度14060，时间为30min。 33.橡胶胶胶囊的的质量问问题及解解决措施施 (1)表表面龟裂裂 由由于胶囊囊长期暴暴露在空空气中，橡橡胶胶囊囊表面会会逐渐硬硬化、弹弹性降低低，加上上压力和和曲挠变变形的作作用，外外层橡胶胶表面会会出现均均匀的裂裂纹和轻轻微的脱脱落。大大气臭氧氧

17、是使橡橡胶龟裂裂的主要要原因，日日晒雨淋淋、高低低温差及及酸、碱碱的腐蚀蚀均会加加速这一一现象的的出现。使使用耐老老化橡胶胶品种和和优良的的抗老化化配方可可以提高高橡胶的的耐老化化性。 (2)气气孔 解解决气孔孔的措施施：a.采用三三辊压延延机出片片，辊温温宜低，中中、下辊辊带有少少量堆积积胶；bb.成型型时将胶胶片和半半成品的的气泡全全部刺穿穿，并将将半成品品压平、压压实，排排尽空气气；c.应尽量量少用胶胶浆，待待胶浆溶溶剂完全全挥发再再滚压，半半成品的的停放时时间不能能小于88h，但但不能超超时存放放，出现现喷霜现现象的胶胶料必须须返炼后后再用；d.低低模温装装料，加加大硫化化压力。 (3

18、)缺缺胶 解解决表面面缺胶的的措施：a.装装料量准准确，排排气眼及及排气线线布局合合理，保保证模具具排气眼眼及排气气线通畅畅；b.合适的的硫化压压力。 44.充气气尺寸变变化大 解解决措施施：a.帘布铺铺设角度度合理；b.选选用高模模量、高高强度帘帘布，加加大帘布布胶强度度，增加加帘布层层数。 55.帘线线变稀劈劈缝 解解决措施施：a.在成型型过程中中，要严严格控制制胶层和和帘布层层的接头头长度和和接头质质量，最最好控制制在4mmm以内内；b.胶囊毛毛胚尺寸寸尽量与与硫化模模接近；c.减减缓充气气速度和和压力。 66.产品品性能测测试 橡橡胶空气气弹簧性性能测试试的指标标主要有有：胶料料的物理理机械性性能指标标，如拉拉伸强度度、伸长长率、硬硬度和老老化系数数等；载载荷-变变形曲线线试验；载荷-体积变变化曲线线试验；气密性性试验；爆破试试验；疲疲劳试验验等。 空空气弹簧簧的发展展前景 国国外主要要的空气气弹簧生生产企业业有德国国的大陆陆公司。美美国的费费尔斯通通公司和和固特异异公司等等，他们们的产品品在种类类、性能能、适用用范围和和质量