汽车空气弹簧的应用128517.docx

空气弹簧在在汽车上的的应用    空空气弹簧是是汽车空气气悬架系统统的和重要要组成部分分，它利用用空气的压压缩弹性进进行工作，具具有缓冲、减减振和承载载重量等功功能。空气气弹簧具有有优良的弹弹性特性，与与普通钢制制弹簧相比比有许多优优点，因而而其应用范范围十分广广泛。将空空气弹簧用用于汽车悬悬架系统可可大大提高高汽车的行行驶平顺性性和舒适性性。    11934年年，费尔斯斯通公司研研制出膜片片式空气弹弹簧并首先先在美国通通用客车上上试应用成成功。200世纪500年代中期期，空气弹弹簧产品经经过多年的的研发和试试验，有关关技术逐步步成熟，装装有空气悬悬架的客车车开始在美美国、德国国得到大批批量推广应应用。200世纪800年代以来来，世界上上主要的发发达国家为为了减少车车辆对道路路的破坏和和增加车辆辆的舒适性性，在客车车上几乎全全部使用了了空气弹簧簧，重型商商用车上的的使用率也也超过了880%。    空空气弹簧的的种类    空空气弹簧由由橡胶气囊囊、上盖板板、底座、辅辅助气室，夹夹紧环和缓缓冲块等组组成。根据据橡胶气囊囊工作时变变形式的不不同，空气气弹簧的结结构形式主主要分为膜膜式空气弹弹簧、囊式式空气弹簧簧和混合式式空气弹簧簧3种(见见图1)。膜膜式空气弹弹簧是圆柱柱形结构，根根据橡胶气气囊止口与与接口的连连接方式，膜膜式空气弹弹簧又分为为约束膜式式和自由膜膜式。约束束膜式空气气弹簧一般般用螺栓夹夹紧密封，自自由膜式空空气弹簧则则采用橡胶胶气囊内的的压力自封封。囊式空空气弹簧的的外形结构构有些象灯灯笼，有单单曲、双曲曲或多曲囊囊式空气弹弹簧。早期期的商用车车上主要使使用双曲囊囊和三曲囊囊式空气弹弹簧。近期期膜式空气气弹簧的用用量逐步增增加，是因因为膜式空空气弹簧具具有行驶平平顺性好和和行程大的的优点。    不不同种类空空气弹簧的的使用区别别    11.膜式空空气弹簧(1)有效面积积变化率较较小，因此此其刚度较较低，易于于得到较低低的固有频频率。(2)通通过改变活活塞底座的的形状和利利用活塞底底座的空心心内腔增加加出储气空空间，优化化其刚度特特性，从而而获得理想想的非线性性特性。(3)结构较为为简单，便便于大量生生产。(4)橡橡胶气囊的的工作条件件更为苛刻刻，耐久性性和使用寿寿命比囊式式空气弹簧簧低。    22.囊式空空气弹簧    一一般在各曲曲之间镶有有箍带，以以使各曲之之间的中间间部分不致致径向扩张张，并可防防止各曲之之间的互相相摩擦。囊囊式空气弹弹簧具有以以下特点。    (1)由于于底部没有有活塞，囊囊式空气弹弹簧的标准准高度可比比膜式空气气弹簧低。    (2)有效效承压面积积变化率在在工作时较较大，弹簧簧的刚度较较大、固有有频率较高高。    通通过增加曲曲囊和设置置辅助气室室可以减小小弹簧刚度度、降低空空气悬架固固有频率，但但是增加气气囊曲数或或设置辅助助气室，将将使几何尺尺寸变化较较大，因此此曲囊数和和辅助气室室结构要受受整车总结结构布局的的限制。    33.混合式式空气弹簧簧    混混合式空气气弹簧兼有有膜式空气气弹簧与囊囊式空气弹弹簧的特点点，它的气气囊上部与与囊式气囊囊上部基本本相同，下下部则与膜膜式气囊类类似，混合合式空气弹弹簧运动时时在活塞的的表面滚动动。    空空气弹簧的的密封方式式    气气囊上、下下口连接密密封的装配配形式有机机械式连接接和自压式式连接。机机械密封式式的优点是是连接牢固固、密封较较为可靠，不不易发生气气囊开脱现现象，适用用于因道路路条件较差差或其他原原因造成车车轮相对车车身垂直位位移较大的的工况。压压力自封式式的优点是是结构简单单、气囊拆拆装较为方方便，适用用于在道路路条件较好好的车辆上上使用。    空空气弹簧的的主要特点点    (1)空气气弹簧具有有非线性特特性，刚度度和承载能能力可以调调节，其刚刚度随载荷荷的变化而而变化。空空气弹簧的的特性曲线线可按实际际需要进行行理想设计计，使其在在额定载荷荷附近具有有较低的刚刚度值，并并使空气悬悬架获得较较低的固有有频率，因因而工作柔柔和。    (2)利用用高度阀可可以改变或或保持空气气弹簧的高高度。压缩缩气体的气气压能够随随载荷和道道路条件的的变化进行行自动调节节，不论满满载还是空空载.保证证车身高度度不随载荷荷的变化而而变化，大大大提高了了乘坐的舒舒适性。升升高车身以以提高车辆辆在极差路路面上的通通过性，降降低车身以以方便人员员或货物上上下，提高高高速行驶驶车辆的安安全性。    (3)空气气弹簧具有有高的吸振振和降噪能能力，不仅仅可以提高高商用车的的舒适性，而而且对车辆辆本身和运运输的货物物有一定的的保护作用用。    (4)空气气弹簧可以以有效减轻轻汽车悬架架的质量。    (5)空气气弹簧具有有较高的疲疲劳寿命，其其疲劳寿命命可达3000万次以以上，实际际使用寿命命可达5年年以上。而而钢板弹簧簧的疲劳寿寿命一般只只有20万万次。    (6)空气气弹簧能适适应多种刚刚度或载荷荷的要求，因因此经济效效果较好。    (7)空气气弹簧的主主要缺点是是：由于空空气弹簧只只能承受垂垂直负荷，需需要有导向向机构传递递纵向力、横横向力及其其力矩，因因而悬架结结构较为复复杂。    空空气弹簧的的选用    11.空气弹弹簧悬架    随随着车辆减减振性能的的提高，空空气弹簧悬悬架因其独独特的性能能和适应性性，正在逐逐步取代钢钢板弹簧悬悬架。空气气悬架系统统是以空气气弹簧为弹弹性元件，利利用气体的的可压缩性性实现其弹弹性作用的的。汽车上上使用的空空气弹簧悬悬架系统见见图2。    22.空气弹弹簧的工作作特性参数数    空空气弹簧的的工作特性性主要由刚刚度、恒压压曲线、变变压曲线来来表征，这这些特性可可作为选用用空气弹簧簧的依据。    (1)刚度度    实实际工作中中，空气弹弹簧的刚度度主要通过过试验方法法测定。在在不同工作作压力下，测测出弹簧行行程(横坐坐标)和承承载力(纵纵坐标)的的关系曲线线，该曲线线的斜率即即为空气弹弹簧刚度。    (2)恒压压曲线    空空气弹簧工工作时，需需不断向橡橡胶气囊内内补充气体体，以保证证空气弹簧簧在上下运运动过程中中具有恒定定的气压，这这样测出的的空气弹簧簧行程与承承载力的关关系曲线称称为恒压曲曲线。    (3)变压压曲线    如如果向橡胶胶气囊内充充入一定压压力的气体体后关闭进进气阀，并并保证空气气弹簧在上上下运动过过程中气体体不泄漏，这这样测出的的空气弹簧簧行程与承承载力的关关系曲线称称为变压曲曲线。    在在进行汽车车设计时，总总希望汽车车悬架系统统具有较低低的固有频频率，并且且希望固有有频率在整整个载荷范范围内保持持不变，从从而有效地地改善车辆辆行驶的平平顺性、操操纵的稳定定性和安全全性。传统统金属弹簧簧悬架的弹弹簧刚度一一般是固定定的，当汽汽车载荷发发生变化时时，悬架系系统的固有有频率会发发生变化，且且汽车载荷荷变化越大大，悬架系系统固有频频率的变化化越大、汽汽车行驶平平顺性越差差。而空气气弹簧刚度度呈非线性性，通过优优化空气弹弹簧结构及及特性参数数，可以显显著改善汽汽车的行驶驶平顺性。    空空气弹簧的的刚度与空空气弹簧的的内容积成成反比，为为了降低刚刚度可以在在弹簧上外外加一个辅辅气室。该该方法一般般用于囊式式空气弹簧簧，原因是是囊式空气气弹簧刚度度一般较大大，无辅气气室时一曲曲的固有频频率为2.53.3Hz，两两曲的为11.711.9Hzz，三曲的的为1.331.55Hz。辅辅气室的容容积设计为为空气弹簧簧本身容积积的1.552倍比比较理想，再再大效果就就不明显了了。空气弹弹簧刚度与与有效面积积变化率密密切相关。    此此外，膜式式空气弹簧簧还获得了了较为理想想的变刚度度特性反“S”形形的载荷-变形曲线线。图3比比较了膜式式空气弹簧簧、三曲囊囊式空气弹弹簧和钢板板弹簧的载载荷-变形形曲线。从从中可以看看出，空气气弹簧具有有非线性刚刚度特性，可可获得比钢钢板弹簧低低的刚度；膜式空气气弹簧刚度度特性比囊囊式空气弹弹簧好，在在正常工作作范围内刚刚度及其变变化较小，而而在伸张或或压缩的边边缘区段刚刚度逐渐增增加，这样样可以避免免以较低刚刚度在粗糙糙路面行驶驶时车身产产生过冲击击或碰撞，保保证了车辆辆的行驶平平顺性。    33.匹配特特性     空空气弹簧具具有变刚度度特性，空空气悬架的的固有频率率可以根据据需要进行行适当调整整。选择合合适结构的的空气弹簧簧并优化其其特性参数数，可以使使正常工作作条件下空空气弹簧的的刚度变化化较小，而而伸张和压压缩行程边边缘的刚度度较大。研研究非线性性刚度系统统振动传递递规律是空空气弹簧匹匹配的关键键。空气弹弹簧匹配设设计时首先先要确定的的是空气悬悬架参数，如如车辆在空空载、半载载、满载时时的轴荷及及空气弹簧簧的承载力力，并计算算在各种不不同载荷下下空气弹簧簧的刚度及及空气悬架架的固有频频率。橡胶胶气囊刚度度对空气弹弹簧刚度影影响极大，这这是造成空空气弹簧刚刚度理论值值与试验值值差异较大大的原因之之一。    胶胶囊的制造造和质量控控制    11.胶囊结结构橡胶气囊是是空气弹簧簧的重要部部件，它的的质量是决决定空气弹弹簧使用寿寿命的关键键因素。空空气弹簧胶胶囊由内胶胶层、帘布布层和外胶胶层组成，其其结构如图图4所示。其其中，内胶胶层相当于于无内胎轮轮胎气密层层，起密封封胶囊内压压缩空气的的作用。外外胶层相当当于轮胎胎胎侧，起保保护帘布层层的作用。    22.成型工工艺    橡橡胶气囊的的制造工艺艺与质量会会对空气弹弹簧的特性性造成影响响，不同厂厂家生产的的同一规格格的空气弹弹簧特性可可能会有较较大差别。橡橡胶气囊的的制造就是是将各部分分的半成品品在成型机机上组合成成一个完整整胶囊的过过程。空气气弹簧橡胶胶气囊的制制造工艺流流程(见图图5)与汽汽车轮胎的的制造工艺艺有许多相相似之处，材材料和外形形也有相通通的地方。一一般分为胶胶料的配合合加工、压压延帘布、硫硫化等几个个部分。    胶胶料配方：内橡胶层层主要用于于密封，应应采用气密密性和耐油油性较好的的橡胶；外外橡胶层除除密封外，还还起保护作作用，应考考虑耐气候候老化和耐耐臭氧的橡橡胶，一般般采用氯丁丁橡胶、三三元乙丙并并用胶；帘帘布是胶囊囊的主要承承载部件，应应选用强度度高、耐屈屈挠性好的的聚酯和尼尼龙等涂胶胶帘线，以以满足载荷荷要求和取取得良好的的使用性能能，一般用用2层或44层帘布。帘帘布各铺层层按帘布帘帘线方向互互成一定角角度布置，因因而胶囊呈呈现出正交交各向异性性的特点。帘帘布的压延延采用三辊辊半热压工工艺。帘布布贴合采用用半鼓式层层贴工艺，将将剪裁好的的帘布贴在在成型鼓上上，扣上两两边的钢丝丝圈，使成成型鼓膨胀胀，翻边反反压，再用用压辊仔细细地压实贴贴合，除去去气泡，取取下后进行行装模硫化化。    钢钢丝圈：采采用19号号钢丝缠绕绕而成。     硫硫化：在双双模硫化机机内进行硫硫化，硫化化压力1.52.0MPaa，温度1140660，时间为为30miin。    33.橡胶胶胶囊的质量量问题及解解决措施    (1)表面面龟裂    由由于胶囊长长期暴露在在空气中，橡橡胶胶囊表表面会逐渐渐硬化、弹弹性降低，加加上压力和和曲挠变形形的作用，外外层橡胶表表面会出现现均匀的裂裂纹和轻微微的脱落。大大气臭氧是是使橡胶龟龟裂的主要要原因，日日晒雨淋、高高低温差及及酸、碱的的腐蚀均会会加速这一一现象的出出现。使用用耐老化橡橡胶品种和和优良的抗抗老化配方方可以提高高橡胶的耐耐老化性。    (2)气孔孔    解解决气孔的的措施：aa.采用三三辊压延机机出片，辊辊温宜低，中中、下辊带带有少量堆堆积胶；bb.成型时时将胶片和和半成品的的气泡全部部刺穿，并并将半成品品压平、压压实，排尽尽空气；cc.应尽量量少用胶浆浆，待胶浆浆溶剂完全全挥发再滚滚压，半成成品的停放放时间不能能小于8hh，但不能能超时存放放，出现喷喷霜现象的的胶料必须须返炼后再再用；d.低模温装装料，加大大硫化压力力。    (3)缺胶胶    解解决表面缺缺胶的措施施：a.装装料量准确确，排气眼眼及排气线线布局合理理，保证模模具排气眼眼及排气线线通畅；bb.合适的的硫化压力力。    44.充气尺尺寸变化大大    解解决措施：a.帘布布铺设角度度合理；bb.选用高高模量、高高强度帘布布，加大帘帘布胶强度度，增加帘帘布层数。    55.帘线变变稀劈缝    解解决措施：a.在成成型过程中中，要严格格控制胶层层和帘布层层的接头长长度和接头头质量，最最好控制在在4mm以内内；b.胶胶囊毛胚尺尺寸尽量与与硫化模接接近；c.减缓充气气速度和压压力。    66.产品性性能测试    橡橡胶空气弹弹簧性能测测试的指标标主要有：胶料的物物理机械性性能指标，如如拉伸强度度、伸长率率、硬度和和老化系数数等；载荷荷-变形曲曲线试验；载荷-体体积变化曲曲线试验；气密性试试验；爆破破试验；疲疲劳试验等等。    空空气弹簧的的发展前景景    国国外主要的的空气弹簧簧生产企业业有德国的的大陆公司司。美国的的费尔斯通通公司和固固特异公司司等，他们们的产品在在种类、性性能、适用用范围和质质量上都优优于国内产产品。国内内空气悬架架的应用目目前主要集集中在高等等级客车上上，且以选选装国外空空气悬架产产品为主，在在载货车上上的应用尚尚处于起步步阶段。据据悉，国外外先进的空空气悬架技技术已引进进我国，如如采埃孚已已在国内建建厂、美国国柯普克公公司采用纽纽威公司技技术也在国国内投入生生产。与进进口产品相相比，国内内几个有一一定生产规规模的空气气弹簧生产产厂的产品品质量较差差、品种相相对比较单单一、适用用范围较窄窄。此外，在在空气弹簧簧设计和制制造技术上上与发达国国家相比还还有相当大大的差距。    我我国高速公公路的迅速速发展和运运输量的增增加以及对对高性能客客货车的需需求，都对对汽车的操操纵稳定性性、平顺性性、安全性性提出了更更高的要求求，空气悬悬架客车将将逐渐得到到广泛应用用。此外，对对公路养护护的重视，也也将使空气气悬架在重重型车市场场的应用进进一步扩大大。    目目前，空气气悬架已经经由机械控控制式逐步步发展为电电子控制式式，如Auudi AA6旅行车车、丰田凌凌志LS4400轿车车、Bennz公司SS系列20000型轿轿车和美国国Linccoln轿轿车、Foord轿车车均装备了了电子控制制的空气悬悬架系统。此此外，空气气弹簧在车车辆上的应应用范围也也越来越广广泛，除了了作为悬架架的弹性元元件以外，空空气弹簧还还用作驾驶驶室和座椅椅的支承。