空氣彈簧的優(yōu)點(diǎn)

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1、 空氣彈簧的優(yōu)點(diǎn)及分類(lèi) 近年來(lái)，非線(xiàn)性課題一直是各學(xué)科的研究前沿，在隔振領(lǐng)域也不例外。隨著隔振設(shè)計(jì)中對(duì)隔振系統(tǒng)各種性能指標(biāo)要求的提高，迫使人們不斷探索新型的隔振器。非線(xiàn)性隔振器能夠自動(dòng)避開(kāi)共振，有效抑制振動(dòng)幅值、隔離沖擊，因而受到廣泛的關(guān)注。線(xiàn)性隔振器卻不能自動(dòng)避開(kāi)共振。 非線(xiàn)性隔振器的剛度是隨隔振器變形量的不同而變化的，因而由非線(xiàn)性隔振器組成的隔振系統(tǒng)其固有頻率與振動(dòng)幅值有關(guān)。如果隔振器是非線(xiàn)性硬特性的，固有頻率隨振幅的增加而上升；如果隔振器是非線(xiàn)性軟特性的，固有頻率隨振幅的增加而下降。當(dāng)設(shè)備在啟動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)共振點(diǎn)時(shí)，被隔振設(shè)備的振動(dòng)幅值將出現(xiàn)峰

2、值，高出靜態(tài)位移許多倍。隨著振幅的迅速增長(zhǎng)，由非線(xiàn)性隔振器組成的隔振系統(tǒng)其固有頻率將上升或下降，從而避開(kāi)共振頻率。對(duì)于線(xiàn)性隔振器，其剛度值是不變的，只能通過(guò)阻尼作用控制共振振幅。但是過(guò)了共振點(diǎn)之后，隔振器的隔振效率因?yàn)樽枘岬淖饔枚陆怠? 此外非線(xiàn)性隔振器還能有效防止沖擊。對(duì)于非線(xiàn)性硬特性的隔振器其剛度隨變形量的增加而上升，遇到?jīng)_擊時(shí)，簧上載荷的加速度隨變形量的增加而增大，因而在較小的變形下沖擊速度迅速降低。對(duì)于非線(xiàn)性軟特性的隔振器其剛度隨變形量的增加而降低，因而能夠起到緩沖作用，但隔振器的變形量較大。在很多情況下不允許有太大的變形量，就應(yīng)該選擇非線(xiàn)性硬特性隔振器來(lái)防止沖擊。

3、 根據(jù)上述分析，空氣彈簧是一種理想的隔振元件?？諝鈴椈墒窃谌嵝悦荛]容器中加入壓力空氣，利用空氣壓縮的非線(xiàn)性恢復(fù)力來(lái)實(shí)現(xiàn)隔振和緩沖作用的一種非金屬?gòu)椈?。它具有?yōu)良的非線(xiàn)性硬特性，因而能夠有效限制振幅，避開(kāi)共振，防止沖 擊?？諝鈴椈筛粽裣到y(tǒng)的固有頻率可以設(shè)計(jì)得很低，甚至達(dá) 1Hz 以下，而橡膠隔振器的自振頻率一般為 5-7 H z 。所以空氣彈簧的隔振效率比起其它隔振元件高得多，而且能夠隔離低頻振動(dòng)。特別是因?yàn)榭諝鈴椈筛粽裣到y(tǒng)容易實(shí)施主動(dòng)控制，作為一種具有可調(diào)非線(xiàn)性靜、動(dòng)態(tài)剛度及阻尼特性的隔振元件，空氣彈簧的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 1.2 空氣彈簧的分類(lèi)及特點(diǎn)

4、 1.2.1 空氣彈簧的分類(lèi) 目前國(guó)內(nèi)、外對(duì)空氣彈簧的分類(lèi)方法很不統(tǒng)一，大致有下列幾種： （一） 按橡膠囊的曲數(shù)分類(lèi) 空氣彈簧按橡膠囊的曲數(shù)分為單（一）曲，雙（二）曲，三曲， ， n 曲，如圖 1-3 和圖 1-4 所示。隨著曲數(shù)的增加，剛度變小，空氣彈簧隔振系統(tǒng)的固有頻 率也相應(yīng)減小。但這不僅給制造上帶來(lái)了麻煩，而且還會(huì)引起橡膠囊的彈性不穩(wěn)，因此一般只使用到 4 曲。 （二） 按結(jié)構(gòu)型式分類(lèi) 1. 日本《空氣彈簧》一書(shū)中的分類(lèi)：膠囊型空氣彈簧： 輪胎型 [ 圖 1-3 (c ] 平板型 [ 圖

5、 1-3 (a、(b ] 耳垂型 [ 圖 1-4 (b ] 2. 我國(guó)的分類(lèi)： 空氣彈簧： 囊式空氣彈簧 [ 圖 1-2、1-3 ] 約束膜式空氣彈簧 [ 圖 1-4 (a ] 自由膜式空氣彈簧 [ 圖 1-4 (b ] 其他 囊式空氣彈簧 囊式空氣彈簧是由橡膠膜制成的提燈（燈籠）形結(jié)構(gòu)，可以是一段或由數(shù)段串接而成，分別稱(chēng)為單曲、雙曲或多曲囊式空氣彈簧。在各段之間鑲有金屬輪緣，借以承受內(nèi)壓張力的作用。 膜式空氣彈簧 膜式空氣彈簧的構(gòu)造是在金屬外筒與內(nèi)筒，或缸筒與活塞之間

6、放置橡膠膜，通過(guò)膜的變形實(shí)現(xiàn)整體伸縮。在外筒的內(nèi)壁與內(nèi)筒的外壁上預(yù)先給出適當(dāng)?shù)膬A斜或曲面，據(jù)此橡膠膜伸縮時(shí)可沿該壁面發(fā)生變形，受壓面積隨變形而變化。這就可以獲得在額定高度下很軟，而在大位移時(shí)變硬的特性，即合適的非線(xiàn)性彈性特性。膜式空氣彈簧又分為約束膜式和自由膜式。 （三） 按角度是否變化分類(lèi) 1. 只有內(nèi)角發(fā)生變化，外角不發(fā)生變化的空氣彈簧，稱(chēng)為內(nèi)角變型空氣彈簧； 2. 只有外角發(fā)生變化，內(nèi)角不發(fā)生變化的空氣彈簧，稱(chēng)為外角變型空氣彈簧； 3. 內(nèi)角和外角都發(fā)生變化的空氣彈簧，稱(chēng)為雙變角型空氣彈簧； 4. 內(nèi)角和外角都不發(fā)生變

7、化的空氣彈簧，稱(chēng)為不變角型空氣彈簧。 (a (b (c 圖 1-3 囊式空氣彈簧橡膠囊模型 (a 雙曲 (b 三曲 (c 單曲 (a (b 圖 1-4 膜式空氣彈簧橡膠囊模型 (a 約束膜式 (b 自由膜式 1.2.2 空氣彈

8、簧的特點(diǎn) 空氣彈簧由于其特殊的材料和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，因而具有金屬?gòu)椈珊拖鹉z彈簧所沒(méi) 有的特點(diǎn)： 1）空氣彈簧具有優(yōu)良的非線(xiàn)性硬特性，能夠有效限制振幅，避開(kāi)共振，防止 沖擊。空氣彈簧的非線(xiàn)性特性曲線(xiàn)可按實(shí)際需要進(jìn)行理想設(shè)計(jì)，使其表現(xiàn)為在額定載荷附近具有較低 的剛度值。 2）由于空氣彈簧所采用的介質(zhì)主要是空氣，因而容易實(shí)施主動(dòng)控制。 3）空氣彈簧的剛度 k 隨載荷 P 而變，所以在不同載荷下，其隔振系統(tǒng)固有頻 率 ω幾乎不變，隔振效果也幾乎不變。 螺旋鋼彈簧的載荷 P —撓度 x 特性

9、曲線(xiàn)如圖 1-5 所示，它是一條直線(xiàn)，即剛度不變。在承受不同載荷時(shí)，螺旋鋼彈簧 —— 質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率相差很大，固有頻率計(jì)算公式為： ω =k鋼 ?g P （1-3） 式中： ω為系統(tǒng)的固有頻率（ H z ）； k 鋼為螺旋鋼彈簧的垂向剛度； P 為簧上載荷； g 為重力加速度。 載荷 P —頻率 ω曲線(xiàn)如圖 1-6 所示，可以看出：系統(tǒng)固有頻率 ω隨載荷 P 的增加而降低。即：重載時(shí)系統(tǒng)固有頻率低，輕載時(shí)固有頻率高。換言之，如果重載時(shí)隔振性能好，則輕載時(shí)隔振性能差，二者不可兼顧。

10、 P 圖 1-5 螺旋鋼彈簧的 載荷 —— 撓度曲線(xiàn)圖 1-6 螺旋鋼彈簧的載荷 —— 頻率曲線(xiàn) 空氣彈簧的載荷 P —撓度 x 特性曲線(xiàn)如圖 1-7 所示，它是非線(xiàn)性的，就是說(shuō)垂向剛度是變化的，且垂向剛度隨著載荷的增加而變大。理論和實(shí)踐證明：空氣彈簧的工作高度不變時(shí)，無(wú)論輕載還是重載其固有頻率幾乎不變?？諝鈴椈傻墓逃蓄l率計(jì)算公式為： ω =k氣 ?g P （1-4） 式中： K 氣為空氣彈簧的垂向剛度。 由式（ 1-2）知，當(dāng)載荷 P 增加時(shí)， K 氣也變大，而固有頻率 ω在數(shù)值上基本

11、不變，如圖 1-8 所示。所以無(wú)論是重載還是輕載都能保證很好的隔振效果。 P 圖 1-7 空氣彈簧的 載荷 —— 撓度曲線(xiàn)圖 1-8 空氣彈簧的載荷 —— 頻率曲線(xiàn) 4）空氣彈簧的剛度具有可調(diào)性，可借助改變氣室的容積或內(nèi)腔壓力來(lái)改變系 統(tǒng)的剛度。不管載重量多少，都可以根據(jù)需要改變空氣壓力，來(lái)調(diào)節(jié)空氣彈簧剛 度，也可以用增加輔助空氣室的辦法增加其內(nèi)容積，以減小剛度。 5）對(duì)于同樣大

12、小的空氣彈簧，當(dāng)內(nèi)壓力改變時(shí)，可以得到不同的承載能力。 這使得同一種空氣彈簧可以適應(yīng)多種載荷的要求，因此經(jīng)濟(jì)性好?？諝鈴椈稍诔惺? 垂向載荷的同時(shí)，也能承受一定橫向載荷和傳遞扭矩。 6）增大空氣彈簧的總?cè)莘e，能降低隔振系統(tǒng)的固有頻率，這是空氣彈簧獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 空氣彈簧本體的容積，由于結(jié)構(gòu)空間的大小受到一定的限制，不可能太大，為降低隔振系統(tǒng)的固有頻率，可以設(shè)輔助空氣室，輔助空氣室可以布置在遠(yuǎn)離空氣彈簧的地方。輔助空氣室的容積增大，即增大了空氣彈簧的總?cè)莘e，空氣彈簧隔振系統(tǒng)的固有頻率降低。 7）空氣彈簧可以利用高度控制閥系統(tǒng)，使空氣彈簧在不同載荷下

13、，保持工作 高度基本不變。同樣，也可以通過(guò)高度控制閥的作用，使空氣彈簧在一定的載荷下 具有不同的高度，因而能適應(yīng)多種結(jié)構(gòu)上的要求。 8）空氣彈簧能吸收高頻振動(dòng)，隔音性能極好。 空氣彈簧主要是由橡膠囊和空氣組成的。在振動(dòng)過(guò)程中，橡膠囊由于伸縮、翹曲，有很小的內(nèi)摩擦，所以很難傳遞高頻振動(dòng)。空氣和橡膠不容易傳遞聲音，因此具有很好的隔音性能。而鋼彈簧既容易傳遞高頻振動(dòng)，又容易傳遞聲音。 9）若在空氣彈簧主氣室和輔助氣室之間設(shè)置節(jié)流孔，當(dāng)空氣彈簧振動(dòng)變形 時(shí)，主、輔氣室之間將產(chǎn)生壓力差，空氣流過(guò)節(jié)流孔由于阻力而吸收一部分能量， 因而具有阻尼作用。合適的節(jié)流孔徑能改善隔振系統(tǒng)的阻尼特性，有效地抑制共振 振幅。 10）空氣彈簧重量輕。其本體除了橡膠囊和幾乎沒(méi)有重量的空氣以外，就是上 蓋和下蓋，因此比鋼彈簧輕得多。