空气弹簧曲线报告解读
上述内容的重点在第4章，从这些产品数据的图表可以看出空气悬架的特性。A、其中23-27页为一页纸上的数据和图表，主要是静态测试得到的曲线和图表。这一页的曲线和图表包括3部分：
（a）23-24页为外形尺寸的数据
（b）25-26页为静载荷曲线
其中标H的黑色曲线为体积曲线，可以看到体积随工作高度的缩小而缩小。
其中标G的红色曲线为载荷曲线（不同曲线为不同的压强时的数值），可以看出在压强保持不变的情况下，工作高度在一个较宽范围内变化时承受的载荷不变。（也可以理解为：在实际工作情况下如果载荷一定，那么一旦充满气则气囊内部的压强就是一定的并且保持不变，如果高度变化则会引起高度阀感知这个变化从而充气或者放气，而达到最终还是保持这个压强。也就是说在一定载荷下由高度阀控制就确定了充满气时的压强保持不变。而每条曲线都是压强不变的情形，在这种情况下工作高度在一个较宽范围内变化时承受的载荷不变。）
（c）27页为数据表格，是在一个固定的压强值下，高度-载荷-体积的相互关系。
B、28-31页为第二页纸上的数据和图表，包括4部分：
（a）28页为动态数据的表格，是设计高度-载荷-压强-动刚度-固有频率的关系，这个是最重要的一个表格。其中列出了在某一个设计高度下（如果保持这个设计高度不变），载荷变化就对应到压强变化（比如空载时在某个设计高度，加载后高度变小，就会充气恢复到原来的设计高度，这样维持高度不变，载荷变大就意味着压强变大）。而压强变化就意味着动刚度变化，压强越大动刚度就越大。同时气囊的压强越大（空气弹簧的刚度越大，同时对应的载荷也越大）对应固有频率越小，这个与一般的弹簧的特性不一样，不过固有频率的变化不是很大，基本上可以认为是固定的。
（b）29页选取了两个压强下，动刚度随高度的变化。这里的刚度是动刚度，就是在实际工作状态下的刚度。可以看出：（1）首先是在一定的工作高度下，压强越大刚度越大，而压强越大意味着所承受的载荷越大。这也就是说所承受的载荷越大，所对应的动刚度就越大。这个刚度随载荷变大而变大的特性，对于减振有着非常良好的效果。（2）在同样的压强下，动刚度随着工作高度的变化而变化，不是像钢板弹簧一样维持刚度为一个常数。并且，这种变化遵循一定的规律，即在接近正常工作高度时的动刚度最小；而比这个工作高度升高或降低时，动刚度都增大。这个刚度随工作高度而变化的特性，对于减振也有着非常良好的效果。
（c）30页选取了两个压强下，频率随高度的变化。可以看出：（1）首先是在一定的工作高度下，压强越大固有频率越小。压强越大意味着所承受的载荷越大，同时动刚度也越大，两者的综合影响造成固有频率越小。动刚度越大、承受载荷越大所对应的固有频率越小。（2）在同样的压强下，固有频率随着工作高度的变化而变化，不是像钢板弹簧一样维持固有频率为一个常数。并且，这种变化遵循一定的规律，即在接近正常工作高度时的固有频率最小；而比这个工作高度升高或降低时，固有频率都增大。不过固有频率的变化不是很大，基本上可以认为是固定的。
（d）31页是一定压强下，动载荷随高度的变化。（1）在某一个设计高度下（如果保持这个设计高度不变），载荷变化就对应到压强变化（比如空载时在某个设计高度，加载后高度变小，就会充气恢复到原来的设计高度，这样维持高度不变，载荷变大就意味着压强变大）。
而压强变化就意味着动刚度变化，压强越大动刚度就越大。这样就是说在某一个设计高度下载荷越大动刚度越大。（2）在同样的压强下，载荷随着工作高度的变化而变化，但变化规律不是像钢板弹簧一样线性变化（维持刚度为一个常数）。载荷随高度的变化反映出动刚度随高度的变化，见（b）中对动刚度的分析。
我们目前所用的前气囊是仿造ContiTech的SZ51-7型号的，在气囊的图纸上，标注有四个曲线图，分别是外径、囊皮高度、体积、载荷随气簧变形量的变化。可以等同到Firestone的那些曲线里面来看，含义是一样的。
外径、囊皮高度、体积、载荷随气簧变形量的变化
我们所用的后气囊是ZF-Sachs的后气囊减振器，其图纸上也有一个图形是载荷随气簧变形量的变化。
载荷随气簧变形量的变化
机械2008年第8期总第35卷设计与研究?９? ———————————————— 收稿日期：2008－04－13 基金项目：湖北省武汉市科技攻关重点项目（200710321089） 汽车用空气弹簧垂向弹性特性分析与计算 黄卫平，鲍卫宁 （江汉大学机电与建工学院，湖北武汉 430056） 摘要：空气悬架系统主要由空气弹簧、推力杆、高度控制阀、减振器和横向稳定杆等组成，空气弹簧是空气悬架系统的核心部件，空气弹簧具有理想的弹性特性，载荷越大弹簧刚度越大；空气弹簧自振频率低，通用性较好，能适应不同载荷和工作高度；空气悬架系统由于有良好舒适性在商用汽车上得到广泛应用。空气悬架设计时，合理选择空气弹簧结构型式，确定气囊的工作高度、承载能力，可获得极其柔软的弹簧特性，空气弹簧垂向特性对于整车平顺性匹配有重要影响，本研究通过对空气弹簧弹性理论的分析，讨论了空气弹簧垂向刚度和自振频率的计算方法，旨在寻求空气弹簧与整车匹配的基本。以城市客车设计为例，探讨了空气弹簧载荷确定、空气弹簧型号选择、刚度匹配设计基本方法，并指出空气弹簧设计匹配注意基本问题。研究结果表明，合理匹配空气弹簧刚度，空气悬架可以获得良好综合特性。关键词：空气弹簧；弹性特性；非线性；匹配设计 中图分类号：U463.33+4.2 文献标识码：A 文章编号：1006－0316(200808－0009－03 The elastic characteristic computation of the automobile air spring HUANG Wei-ping，BAO Wei-ning
(School of Electromechanical & Architectural Engineering，Jianghan University，Wuhan 430056，China Abstract ：Introduced the automobile with the air spring structure and the principle of work and the elastic characteristic of air spring, the calculation formulas for stiffness and natural frequency are derived, with the example of the match design of the city bus air suspension system, the analysis and match design is carried out, the suggestion about how to select air spring to match the automobile suspension is also given . Key words：air spring；elasticity characteristic；non-linearity ；suspension design 空气弹簧诞生于上世纪中期，早期主要用于机械设备隔振。1944年，通用和法尔斯通公司首次实现了在客车上的应用；1947年美国的普尔曼车上首次使用了空气弹簧的悬架系统；1951年，美国NEWAY 公司的独立总成成为世界上第一款批量应用的空气悬架系统，因通用性强，结构简单，成本较低而迅速占领北美市场。欧洲则遵循另外一条道路，各自开发适合自己车型的空气悬架系统。由于空气悬架具有良好的性能，使其在汽车悬架中的应用越来越广泛。 目前，国外高级大客车几乎100%使用空气悬架；重型载货车上空气悬架的占有率也达到了85%；大约80%的拖挂车使用空气悬架；空气悬架在轻型 车辆上的应用目前虽然只占市场份额的10%，预测到2008年将达到40%；部分轿车也逐渐装备了空气弹簧悬架。 1 汽车空气悬架结构 空气悬架系统主要由空气弹簧组件、推力杆、高度控制阀、减振器和横向稳定杆等组成，如图1所示。它以空气弹簧为弹性元件，利用空气的可压缩性实现其弹性作用的。通过压缩空气的压力能够随载荷和道路条件变化进行自动调节，不论满载还是空载，整车高度几乎没有变化，可以大大提高乘坐的舒适性。 ?１０?设计与研究机械2008年第8期总第35卷
1.问题描述 研究太阳能板展开前和卫星或火箭分离前卫星的运行。研究其发射振动环境及其对卫星各部件的影响。 2.待解决的问题 在发射过程中，运载火箭给敏感部分航天器部件以高载荷。每个航天器部件和子系统必学设计成能够承受这些高载荷。这就会带来附加的质量，花费高、降低整体性能。 更好的选择是设计运载火箭适配器（launch vehicle adapter）结构。 这部分，将设计一个（launch vehicle adapter）的隔离mount，以在有效频率范围降低发射震动传到敏感部件的部分。关心的敏感部件在太阳能板上，对70-100HZ的输入很敏感，尤其是垂直于板方向的。 三个bushings将launch vehicle adapter和火箭连接起来。Bushing的刚度和阻尼影响70-100HZ范围传递的震动载荷。所以设计问题如下： 找到运载火箭适配器系统理想刚度和阻尼从而达到以下目的： 传到航天器的垂直加速度不被放大； 70-100HZ传递的水平加速度最小。 3.将要学习的 Step1——build：在adams中已存在的模型上添加输入通道和振动执行器来时系统振动，添加输出通道测量响应。 @ Step2——test:定义输入范围并运行一个振动分析来获得自由和强迫振动响应。 Step3——review：对自由振动观察模态振型和瞬态响应，对强迫振动，观察整体响应动画，传递函数。 Step4——improve：在横向添加力并检查传递加速度，改变bushing的刚度阻尼并将结果作比较。添加频域测量供后续设计研究和优化使用。
需创建的东西：振动执行器、输入通道、输出通道 完全非线性模型 打开模型在install dir/vibration/examples/tutorial satellite 文件夹下可将其复制到工作木录。
空气弹簧研究综述 1.3 空气弹簧研究综述 1.3.1 国内外空气弹簧发展简史 空气弹簧的发展仅有五十多年的时间。美国自1947年，在普尔曼车上首先采用空气弹簧，后来在意大利、英国、法国等许多欧洲国家对空气弹簧做了大量研究工作，装有空气弹簧的转向架相继出现。1955年，日本国家铁路技术研究院机车车辆动力试验室，对在车辆上安装的空气弹簧进行了系统的研究，为设计空气弹簧提供了宝贵的基本数据；同时，对装有空气弹簧的车辆进行了一系列的试验工作。目前，日本不仅在铁路客车上成功地装用了多种型式的空气弹簧，而且在货车上也予以采用。 在日本，装有空气弹簧的转向架，不仅数量多，而且型式多样。空气弹簧绝大多数用于中央悬挂，轴箱弹簧为螺旋钢弹簧。起初只安装三曲囊式空气弹簧，用以改善车辆的垂向振动性能，横向复原仍采用摇动台。为了取消复杂、笨重的摇动台结构，于是研制出了约束膜式空气弹簧和自由膜式空气弹簧，这类空气弹簧不仅能承受垂向振动，而且可以利用其具有良好的横向刚度的优点来承受横向振动；同时，可以与牵引拉杆两端部的弹性元件共同作为横向复原装置。牵引拉杆一端连接摇枕，另一端连接在构架（对心盘支重的转向架）上，或连接在车体（对旁承支重的转向架）上。牵引拉杆两端弹性元件的横向复原力，对空气弹簧来说，是比较小的。 1957年，我国第一机械工业部汽车研究所，对空气弹簧做了大量的试验研究工作，并装在汽车上试用，积累了一些经验。1958年，沈阳机车车辆厂在试制的“东风号”客车上，首先装用空气弹簧，即由天津车辆段和天津橡胶研究所共同研制出一种双曲囊式空气弹簧（图），其有效直径为460mm时，高度为184mm，最大外径为520mm。这种空气弹簧曾先后在天津车辆段、北京车辆段，装在101型、201型和202型转向架上，以代替叠板弹簧。实践证明：这种空气弹簧的垂向振动性能具有良好的运行品质。但是，由于没有采用高度控制阀，在列车返段时，只好采用人工加气；同时，泄漏问题也没有得到很好的解决，所以没有继续应用。 1959年，四方机车车辆厂在新造低重心车辆的转向架上，1960年在新造双层客车的转向架上，又安装了双曲囊式空气弹簧。但是由于车辆自重较大，空气弹簧的有效承压面积不够，同时受到列车管压力的限制，支承不了簧上重量，只好与螺旋钢弹簧联合使用，并设计了机械式高度控制阀，对空气弹簧的高度进行自动控制；同时，在垂向振动性能方面也取得了比只用钢弹簧更好的运行品质，受到旅客好评。 1965年，长春客车厂在试制DK1型转向架时，又对双曲囊式空气弹簧稍加改进，并设计了电磁式高度控制阀，采用无摇动台结构，在摇枕中下部和构架侧梁内侧之间加装横向复 km，因此，垂向振动性能原弹簧。经过多次试验，由于地铁电动客车运行速度不超过80h 很好。但由于采用横向复原螺旋钢弹簧，在车辆进出曲线和通过道岔时侧摆较大，横向振动性能仍不理想，横向复原弹簧安装也很不方便，故未扩大应用。长春客车厂于同年在试制高速列车的CCKZ1型转向架上，安装了外筒锥角为40o，内筒为0o的约束膜式空气弹簧；四方机车车辆厂于同年也在同列高速客车的KZ2型转向架上安装了内外筒皆为0o的约束膜式空气弹簧，这两种转向架均采用旁承支重的无摇动台结构，用节流孔产主阻尼，代替垂直油
汽车悬架构件的设计计算 前言 第一章汽车悬架的基本知识 第一节汽车悬架构件 一、导向机构 二、弹性元件 三、梯形机构 四、阻尼元件 五、稳定装置 第二节汽车悬架型式 一、悬架的基本要求 二、悬架的分类 (一)按功能原理划分 (二)按导向机构划分 (三)按弹性元件划分 第三节汽车悬架型式的发展 一、导向机构悬架型式的发展 (一)单臂悬架的发展 (二)从单臂到双臂 (三)麦弗逊悬架 (四)平衡悬架 二、弹性元件悬架型式的发展 (一)钢板弹簧悬架 (二)螺旋弹簧悬架 (三)扭杆弹簧悬架 (四)空气弹簧悬架 (五)油气弹簧悬架 第二章汽车悬架的基础理论 第一节汽车悬架术语和力矩中心 一、特定术语 二、力矩中心 (一)定义 (二)相关定理 (三)悬架的侧倾力矩中心 (四)悬架的纵倾力矩中心 第二节多轴汽车的特性参数 一、特性参数 (一)外心距 (二)组合线刚度 (三)中性面 (四)内心距 (五)换算线刚度
二、角刚度与角刚度比 (一)角刚度 (二)角刚度比 第三节汽车平顺性的评价指标 一、IS0263l标准 二、常用评价指标 第四节汽车操纵稳定性的评价指标 一、定义及研究对象 二、评价指标 三、车身稳定性 第三章汽车悬架构件的设计计算 第一节汽车导向机构 一、车轮定位参数 (一)轮距 (二)车轮外倾角 (三)前束 二、麦弗逊悬架的导向机构 (一)悬架中心和力矩中心 (二)换算线刚度和角刚度 (三)受力分析 三、半拖臂悬架的导向机构 (一)相关参数 (二)线刚度与角刚度 (三)设计要点 四、双横臂悬架的导向机构 (一)空间模型 (二)运动学特性 (三)弹性元件受力 (四)换算线刚度与角刚度 (五)摆臂临界角 五、单纵臂悬架的导向机构 六、钢板弹簧悬架的导向机构 (一)对称板簧的运动特性 (二)非对称板簧的运动特性 (三)中心扩展法的作图步骤及其修正方法 (四)两点偏转法的作图步骤及其修正方法第二节汽车弹性元件 一、钢板弹簧 (一)普通钢板弹簧 (二)变断面钢板弹簧 (三)渐变刚度钢板弹簧 (四)非对称钢板弹簧 二、螺旋弹簧 (一)普通压缩螺旋弹簧
ADAMS 分析实例-定轴轮系和行星轮系传动模拟 有一对外啮合渐开线直齿圆柱体齿轮传动.已知ο20,4,25,5021====αmm m z z ，两个齿轮的厚度都是 50mm 。 ⒈ 启动ADAMS 双击桌面上ADAMS/View 的快捷图标,打开ADAMS/View 。在欢迎对话框中选择“Create a new model ”，在模型名 称（Model name ）栏中输入：dingzhouluenxi ；在重力名称（Gravity ）栏中选择“Earth Normal (-Global Y)”；在单位名称（Units ）栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg ”。如图1-1所示。 图1-1 欢迎对话框 ⒉ 设置工作环境 对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。在ADAMS/View 菜单栏中，选择设置（Setting ）下拉菜单中的工作网格（Working Grid ）命令。系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size )中的X 和Y 分别设置成750mm 和500mm ，间距（Spacing ）中的X 和Y 都设置成50mm 。然后点击“OK ”确定。如图2-1所表示。 用鼠标左键点击选择（Select ）图标，控制面板出现在工 具箱中。 用鼠标左键点击动态放大（Dynamic Zoom ）图标，在 模型窗口中，点击鼠标左键并按住不放，移动鼠标进行放大或缩小。 ⒊创建齿轮 在ADAMS/View 零件库中选择圆柱体 (Cylinder )图标 ，参数选择为“New Part ”，长度（Length ）选择50mm （齿轮的厚度），半径 （ Radius ） 选 择 100mm （1002 5042z m 1=?=?） 。如图3-1所示。 图 2-1 设 置工作网格对话框 图3-1设置圆柱体选项 在ADAMS/View 工作窗口中先用鼠标任意左键选择点（0，0，0）mm ，然后选择点（0，50，0）。则一个圆柱体（PART_2）创建出来。如图3-2所示。 图3-2 创建圆柱体(齿轮) 在ADAMS/View 中位置/方向库中选择位置旋转（Position: Rotate …）图标，在角度(Angle )一栏中输入 90，表示将对象旋转90度。如图3-3所示。 在ADAMS/View 窗口中用鼠标左键选择圆柱体，将出来一个白 色箭头，移动光标，使白色箭头的位置和指向如图3-4所示。 然后点击鼠标左键，旋转后的圆柱体如图3-5所示。
轨道交通车辆转向架用空气弹簧 作者：陆海英出自：时代新材 1概述 现代轨道交通车辆不断地朝着高速化、轻量化以及低噪音方向发展，空气弹簧悬挂系统具诸多钢制螺旋弹簧不具备的优点，因此在干线高速铁道车辆转向架和城市轨道交通车辆转向架中均日益广泛地采用空气弹簧作为二系悬挂装置。与空气弹簧相比，钢弹簧由于具有线性刚度特性，使其在轨道交通车辆上的应用受到限制，这主要有两方面的原因：一，在高速轨道交通领域刚弹簧不能够大幅度提高车辆悬挂系统静挠度以降低车体的自振频率，尤其是车辆的载客量较大时；二，城市轨道交通车辆的载客量大而且要求地板高度在不同载客量时基本不变，钢弹簧不具备这种特性。总之，空气弹簧悬挂的采用可以显著提高车辆系统的运行平稳性，大大简化转向架的结构，使转向架实现轻量化和易于维护。一般来讲，轨道交通车辆对空气弹簧的采用可以分为三个阶段： 图-1 B型城市轨道交通车辆动车无摇枕转向架 ⑴利用空气弹簧的垂向特性，提高车辆系统的垂向运行平稳性； ⑵空气弹簧的垂向和横向特性并用，取消转向架二系悬挂装置中的摇动台，简化转向架结构； ⑶充分利用大变位（包括扭转）、低横向刚度空气弹簧的三维特性（图-1，图-2），取消摇枕，彻底实现转向架二系悬挂装置的轻量化，同时使抗蛇行运动减振器的采用成为可能，可更好地协调转向架蛇行运动稳定性和良好的曲线通过性能之间的矛盾。
图-2 利用空气弹簧三维特性的城轨 无摇征转向架二系悬挂装置 2 空气弹簧悬挂系统的构成 空气弹簧悬挂的整个系统如图-3所示，主要由空气弹簧本体、附加空气室、高度控制装置、差压阀和节流孔(阀)等组成。该系统的工作原理为：车辆静载荷增加时，空气弹簧1被压缩使空气弹簧工作高度降低，这样高度控制阀2随车体下降，由于高度调整连杆3的长度固定，此时高度调整杠杆4 图-3 空气弹簧悬挂系统 1.空气弹簧 2.高度控制阀 3.高度调整连杆 4. 高度调整杠杆 5.列车风源 6.排气口 7.节流孔(阀) 8. 附加空气室 9.差压阀 发生转动打开高度控制阀的进气机构，压力空气由列车风源5通过高度控制阀的进气机构进入空气弹簧1和附加空气室8，直到高度调整杠杆回到水平位置即空气弹簧恢复其原来的工作高度；车辆静载荷减小时，空气弹簧1伸长使空气弹簧的工作高度增大，高度控制阀2随车体上升，同样由于高度调整连杆3的长度固定，高度调整杠杆4发生反向转动打开高度控制阀的排气机构，压力空气由空气弹簧1和附加空气室8通过高度控制阀的排气机构经排气口6排入大气，直到高度调整杠杆回到水平位置。 2.1 空气弹簧和附加空气室 2.1.1 空气弹簧
《JTG D63-2007公路桥涵地基与基础设计规范》 桩基土弹簧计算方法 根据地基基础规范中给出的m法计算桩基的土弹簧： 基本公式： K=ab 1 mz ③ 式中： a：各土层厚度 b 1 ：桩的计算宽度 m：地基土的比例系数 z：各土层中点距地面的距离 计算示例： 当基础在平行于外力作用方向由几个桩组成时， b1=0.9×k(d + 1) ① h1=3×(d+1) ∵ d=1.2 ∴ h1=6.6 L1=2m L1＜0.6×h1＝3.96M ∴ k＝b′＋((1－b′)/0.6)×L1/h1 ② 当n1=2时，b′＝0.6 代入②式得：k= 当n1=3时，b′＝0.5 代入②式得：k=0.92087542 当n1≥4时，b′＝0.45 带入②式得：k=0.912962963 将k值带入①式可求得b1， 对于非岩石类地基，③式中m值可在规范表P.0.2-1中查到 对于岩石类地基，③式中m值可由下式求得： m=c/z 其中c值可在表P.0.2-2中查得 将a、b1、m、z带入③可求得K值 m 同时，《08抗震细则》，第6.3.8中规定，对于考虑地震作用的土弹簧， M 动=（2~3倍）M 静 。
桥梁的地震反应分析研究中，考虑桩-土共同作用时，在力学图式中作如下处理。 假定土介质是线弹性的连续介质，等代土弹簧刚度由土介质的动力m 值计算。“m -法”是我国公路桥梁设计中常用的桩基静力设计方法。在此采用的动力m 值最好以实测数据为依据。由地基比例系数的定义可表示为 z zx x z m ??=σ 式中，zx σ是土体对桩的横向抗力，z 为土层的深度，z x 为桩在深度z 处的横向位移(即该处土的横向变位值)。 由此，可求出等代土弹簧的刚度为s K z m b a x x z m b a x A x P K p z z p z zx z s s ???=????===)()(σ 式中，a 为土层的厚度，p b 为该土层在垂直于计算模型所在平面的方向上的宽度，m 值见表1。
油气弹簧刚度计算公式 1． 载荷与气压关系式： A p p P a )(?= ----------(1) 式中： P 载荷 p 气室内绝对气压也是油缸内油液绝对压力 A 油缸活塞面积 a p 标准大气压，其值与运算单位有关： 采用N 、mm 时， 2/1.00981.0mm N p a ≈= 采用kgf 、cm 时，2/1cm kgf p a = 采用lb 、in 时， ()psi in lb p a 2/223.14= 2． 气压与容积变化关系式―――气体状态方程式 m V V p p ?? ????=00 ----------(2) 式中： p 任一位置气室内气体的绝对气压 V 任一位置气室内气体的容积 0p 静平衡位置气室内气体的绝对气压 0V 静平衡位置气室内气体的容积 m 多变指数，对于氮气，一般状态下，可取 25.1=m 3． 刚度和偏频 可认为弹性特性为弱非线性，对于微幅振动，取其导数为刚度： dx dP K = 式中： K 任一位置的刚度 P 载荷 x 活塞行程 将式(2)代入式(1)，得： A p V V p P a m ??????????? ????=00，对x 求导 dx A p V V p d K a m m ?????????????????=00
dx dV V V Amp dx dA p V V p m m a m m ????? ??????=+10000 ----------(3) 当活塞上、下运动时，活塞承压面积不变，即 0=dx dA 活塞处于平衡位置时： 0V V = ， 0p p = ，A dx dV ?= 即： 0 020V mp A K = ----------(4) 令A V H 00= 称为静平衡位置时的气体折算高度，则 00H A mp K = ----------(5) 这时的偏频： 0 00021 H mg p p p n a ??=π ----------(6) 式中 g 重力加速度 可见，增大折算高度0H ，亦即加大气室容积，可以降低偏频， 改善平顺性。由于油气弹簧的压力比较高，通常为5—7a Mp ，有的高达20a Mp （a Mp cm kgf 1.0/12=），所以100≈?a p p p 。当载荷增加后，0H 变小，偏频增大。这种振动频率随载荷增加而增大的特性， 恰与空气弹簧或一般线性弹簧相反。为了得到较好的弹性特性，可采用带有反压气室的油气弹簧或采用两级气室的结构。 为了方便计算，也可改用相对气压1p 来表述： a p p p ?=1 ----------(7) a p p p ?=010 ----------(8) 代入式（5）、（6），得： ()0100H A p p m K a += ----------(9) 0 1010021 H mg p p p n a ?+=π ----------(10) 陈耀明 2006年3月
空气弹簧是一种在柔性密闭橡胶气囊中冲入压缩空气,利用空气的压缩弹性进行工作的非金属弹性元件,它的的振动固有频率较低,且不同载荷下几乎保持不变,是一种隔振性能优良的隔振器。担架支架是伤员运送车辆在行驶途中承载、固定卧姿伤病员担架的主要设备。担架支架的隔振系统设计在很大程度上决定了伤病员在运送途中的乘卧舒适性。性能优异的担架支架隔振系统能有效提高伤员运送车辆的运送能力。空气弹簧是较为合适的可用于担架支架系统的隔振器,它是利用空气的压缩弹性进行工作的非金属弹性元件。作为隔振元件,空气弹簧具有非线性变刚度特性,通过内压的调整,可以得到不同的承载能力;承受轴向载荷和径向载荷,可产生相对较好的缓冲隔振效果;还具有结构简单、安装高度低、更换方便、工作可靠、质量轻、单位质量储能量高等优点。将空气弹簧增加附加气室能显著降低空气弹簧的刚度及固有频率。本文对应用于急救车担架支架装置的空气弹簧隔振器的动态特性进行了理论分析、实验测试、实验建模等方面的研究,为今后进一步研究半主动控制的空气弹簧隔振系统提供了参考依据。本文首先介绍了空气弹簧的研究与发展现状,对空气弹簧的性能和优缺点进行了比较。并对空气弹簧的动力学特性进行研究,推导了空气弹簧动刚度计算公式,分析了其动力学特性的影响因素,建立了带附加气室与不带附加气室空气弹簧的力学模型。其次做了空气弹簧的动力学特性实验,得到如下结论:不带附加气室时,当初始气压、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加;当激振频率增加时,空气弹簧的动刚度随之减小。空气弹簧的固有频率几乎保持不变。而带附加气室空气弹簧在节流孔孔径4-7mm范围内,当孔径增大时,空气弹簧动刚度随之减小;当初始气压、激振频率、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加。在高频(8Hz)左右时,振幅、频率的变化对动刚度的改变已不明显。在低频率时,带附加气室能显著降低空气弹簧的动刚度,而在较高频率时,带附加气室会使空气弹簧的动刚度增加。最后对带附加气室空气弹簧力学模型进行了简化,通过实验数据运用最小二乘法对模型参数进行了识别,并用四个指标对模型拟合精度进行了评价。分析结果表明误差较小,模型能够比较准确的反映出应用空气弹簧隔振器的力学特性。
空气弹簧刚度计算公式 1． 载荷与气压关系式： )A p (p P a -= ----(1) 式中： P 载荷 p 气囊内绝对气压 A 气囊有效承压面积 a p 标准大气压，其值与运算单位有关： 采用N 、mm 时，a p ＝0.0981≈0.1N/mm 2 采用kgf 、cm 时，a p ＝1 kgf/cm 2 采用1b 、in 时，a p ＝14.223 lb/in 2(psi) 2． 气压与容积变化关系式―――气体状态方程式 m )V V (p p 00= 式中： p 任一位置气囊内气体的绝对气压 V 任一位置气囊内气体容积 0p 静平衡位置气囊内气体的绝对气压 0V 静平衡位置气囊内气体容积 m 多变指数，静态即等温过程 m =1; 动态即绝热过程 m =1.4; 一般状态，可取 m =1.33。 3． 刚度：弹性特性为弱非线性，取其导数，即 dx dP K = 式中： K 任一位置的刚度 P 载荷 x 气囊变形量即行程 即： dx )A]p d[(p K a -= dx )A]p V V d[(p a m m 00-= dx dV V V Amp dx dA )p V V (p 1m m 00a m m 00?--=+ ----(2)
当气囊处在平衡位置时， V =0V ， p =0p , dx dV =-A , 即： 020a 00V A mp dx dA )p (p K +-= ----(3) 在平衡位置时之偏频： 0a 000)V p (p mgA p dx dA A g 2π1n -+?= (Hz) ----(4) 式中： dx dA 称为有效面积变化率； g 重力加速度。 可见，降低dx dA 、增大0V ，可降低0n ，提高平顺性。 P.S.有时采用相对气压p 1来运算更为方便: p 1 =p -a p ----(5) 代入式(1)即P = p 1 A 或：0p = a 10p p + 代入式(3) 即：02a 10100V A )p m(p dx dA p K ++= ----(6) 0 10a 100V mgA p p p dx dA A g 2π1n ?++?= (Hz) ----(7) 又∵2 D 4πA = D 为有效直径， ∴dx dD 2πD dx dA ?= 代入式(6) 0 2 a 10100V A )p m(p dx dD 2πDp K ++?= ----(8) 式中： dx dD 称为有效直径变化率。 dx dD 或dx dA 由空气弹簧制造商提供数据或曲线， 对囊式空气弹簧，一般dx dD =0.2--0.3， 对膜式空气弹簧，一般dx dD =0--0.2， 甚至有dx dD =-0.1，取决于活塞形状。
空气弹簧动力学特性分析 担架支架是伤员运送车辆在行驶途中承载、固定卧姿伤病员 担架的主要设备。担架支架的隔振系统设计在很大程度上决定了 伤病员在运送途中的乘卧舒适性。性能优异的担架支架隔振系统 能有效提高伤员运送车辆的运送能力。空气弹簧是较为合适的可 用于担架支架系统的隔振器,它是利用空气的压缩弹性进行工作的非金属弹性元件。作为隔振元件,空气弹簧具有非线性变刚度特性,通过内压的调整,可以得到不同的承载能力;承受轴向载荷和径向 载荷,可产生相对较好的缓冲隔振效果;还具有结构简单、安装高 度低、更换方便、工作可靠、质量轻、单位质量储能量高等优 点。将空气弹簧增加附加气室能显著降低空气弹簧的刚度及固有 频率。本文对应用于急救车担架支架装置的空气弹簧隔振器的动 态特性进行了理论分析、实验测试、实验建模等方面的研究,为今后进一步研究半主动控制的空气弹簧隔振系统提供了参考依据。 本文首先介绍了空气弹簧的研究与发展现状,对空气弹簧的性能和优缺点进行了比较。并对空气弹簧的动力学特性进行研究,推导了空气弹簧动刚度计算公式,分析了其动力学特性的影响因素, 建立了带附加气室与不带附加气室空气弹簧的力学模型。 其次做了空气弹簧的动力学特性实验,得到如下结论:不带附 加气室时,当初始气压、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加;当激振频率增加时,空气弹簧的动刚度随之减小。空气弹簧的
固有频率几乎保持不变。而带附加气室空气弹簧在节流孔孔径4-7mm范围内,当孔径增大时,空气弹簧动刚度随之减小;当初始气压、激振频率、激振振幅增加时,空气弹簧动刚度随之增加。在高频(8Hz)左右时,振幅、频率的变化对动刚度的改变已不明显。在低频率时,带附加气室能显著降低空气弹簧的动刚度,而在较高频率时,带附加气室会使空气弹簧的动刚度增加。 最后对带附加气室空气弹簧力学模型进行了简化,通过实验数据运用最小二乘法对模型参数进行了识别,并用四个指标对模型拟合精度进行了评价。分析结果表明误差较小,模型能够比较准确的反映出应用空气弹簧隔振器的力学特性。
空气弹簧 空气弹簧的基本结构 空气弹簧是一种由橡胶、网线贴合成的曲形胶囊，俗称气胎、波纹气胎、气囊、皮老虎等。胶囊两端部需用两块钢板相连接，形成一个压缩空气室。橡胶与网线本身不提供对负荷的承载力，而是由充入胶囊内的压缩空气来完成。其曲囊数通常为1~3 曲囊，但根据需要也可以设计制造成4 曲或5 曲以上，还可以在一定条件下将两个空气弹簧叠加使用。 空气弹簧按照性能与特点又称为橡胶空气冲程调节器和橡胶空气隔振体。 现有的曲囊式空气弹簧的端部结构，根据联接方式可以分为三大类：一类为固定式法兰联接型，空气弹簧的两端边缘尺寸和曲囊最大外径相等或略小一些，钻若干个孔后用法兰环和端板紧固联接；另一类为活套式法兰联接型，空气弹簧的两端边缘尺寸比曲囊最大外径小得多，无须钻孔，用一个特制的法兰环和一个普通端板紧固联接；第三类为自密封型，不用法兰联接，压入端板，充入压缩空气则自行密封。空气弹簧端部与连接板的法兰密封形式有：LHF 型、JBF 型、GF 型、
HF 型、ZF 型五种结构形式。 参考网址：https://www.doczj.com/doc/7c7030112.html, （详见空气弹簧端封形式选择及装配结构） 空气弹簧端封形式选择及总装配结构 1、弹簧高度、承载能力和弹簧刚度的选择： 设计时，可彼此独立地,范围相当广泛地选择弹簧高度，承载能力和弹簧刚度，可获得极其柔软的弹簧特性。 弹簧高度：使用高度控制阀，可根据使用要求适当控制空气弹簧的高度，在簧上载荷变化的情况下保持一定高度。 承载能力：对于相同尺寸的空气弹簧，改变内压，可得到不同的承载能力，承载能力大致与内压成正比。这便达到了同一种空气弹簧可适应多种载荷要求。 弹簧刚度：在设计空气弹簧的刚度时，可以依靠改变弹簧内压而加以选择，刚度与内压大致成正比，因此，可以根据需要将刚度选得很低，对于一个尺寸既定的空气弹簧，刚度是可变的，它随载荷的改变而变化，因而在任何载荷下自振频率几乎不变，所以它能使被支承系统具有几乎不变的性能。 2、固有的振动频率较低 空气弹簧与附加空气室相连，可是空气弹簧装置的固有振动频率降低到0.5∽ 3Hz。在任何载荷的作用下，空气弹簧都可以保持较低而近乎相等的振动频率。 3、能隔绝高频振动及隔音效果好 空气弹簧是由空气和橡胶构成的，内部摩擦小，不会因弹簧本身的固有振动而影响隔离高频振动的能力。此外，空气弹簧没有金属间的接触，因此能隔音，防音效果也很好。
空气弹簧的优点及分类 近年来，非线性课题一直是各学科的研究前沿，在隔振领域也不例外。随着隔振设计中对隔振系统各种性能指标要求的提高，迫使人们不断探索新型的隔振器。非线性隔振器能够自动避开共振，有效抑制振动幅值、隔离冲击，因而受到广泛的关注。线性隔振器却不能自动避开共振。 非线性隔振器的刚度是随隔振器变形量的不同而变化的，因而由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率与振动幅值有关。如果隔振器是非线性硬特性的，固有频率随振幅的增加而上升；如果隔振器是非线性软特性的，固有频率随振幅的增加而下降。当设备在启动过程中经过共振点时，被隔振设备的振动幅值将出现峰值，高出静态位移许多倍。随着振幅的迅速增长，由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率将上升或下降，从而避开共振频率。对于线性隔振器，其刚度值是不变的，只能通过阻尼作用控制共振振幅。但是过了共振点之后，隔振器的隔振效率因为阻尼的作用而下降。 此外非线性隔振器还能有效防止冲击。对于非线性硬特性的隔振器其刚度随变形量的增加而上升，遇到冲击时，簧上载荷的加速度随变形量的增加而增大，因而在较小的变形下冲击速度迅速降低。对于非线性软特性的隔振器其刚度随变形量的增加而降低，因而能够起到缓冲作用，但隔振器的变形量较大。在很多情况下不允许有太大的变形量，就应该选择非线性硬特性隔振器来防止冲击。 根据上述分析，空气弹簧是一种理想的隔振元件。空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气压缩的非线性恢复力来实现隔振和缓冲作用的一种非金属弹簧。它具有优良的非线性硬特性，因而能够有效限制振幅，避开共振，防止冲击。空气弹簧隔振系统的固有频率可以设计得很低，甚至达1Hz以下，而橡胶隔振器的自振频率一般为5-7 H z。所以空气弹簧的隔振效率比起其它隔振元件高得多，而且能够隔离低频振动。特别是因为空气弹簧隔振系统容易实施主动控制，作为一种具有可调非线性静、动态刚度及阻尼特性的隔振元件，空气弹簧的应用越来越广泛。 1.2 空气弹簧的分类及特点 1.2.1 空气弹簧的分类 目前国内、外对空气弹簧的分类方法很不统一，大致有下列几种： （一）按橡胶囊的曲数分类 空气弹簧按橡胶囊的曲数分为单（一）曲，双（二）曲，三曲，……，n曲，如图1-3和图1-4所示。随着曲数的增加，刚度变小，空气弹簧隔振系统的固有频率也相应减小。但这不仅给制造上带来了麻烦，而且还会引起橡胶囊的弹性不稳，因此一般只使用到4曲。 （二）按结构型式分类 1. 日本《空气弹簧》一书中的分类： 胶囊型空气弹簧：轮胎型[ 图1-3 (c) ] 平板型[ 图1-3 (a)、(b) ] 耳垂型[ 图1-4 (b) ] 2. 我国的分类： 空气弹簧：囊式空气弹簧[ 图1-2、1-3 ] 约束膜式空气弹簧[ 图1-4 (a) ] 自由膜式空气弹簧[ 图1-4 (b) ]
一.ADAMS软件简介 虚拟样机仿真分析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是对机械系统的运动学与动力学进行仿真的商用软件，由美国MDI （Mechnical Dynamics Inc.）开发，在经历了12个版本后，被美国MSC公司收购。ADAMS集建模、计算和后处理于一体，ADAMS有许多个模块组成，基本模块是View模块和Postprocess模块，通常的机械系统都可以用这两个模块来完成，另外在ADAMS中还针对专业领域而单独开发的一些专用模块和嵌入模块，例如专业模块包括汽车模块ADAMS/Car、发动机模块ADAMS/Engine、火车模块ADAMS/Rail、飞机模块ADAMS/Aircraft等；嵌入模块如振动模块ADAMS/Vibration、耐久性模块ADAMS/Durability、液压模块ADAMS/Hydraulic、控制模块ADAMS/Control和柔性体模块ADAMS/AutoFlex等[3]。 1.1ADAMS软件概述 ADAMS是以计算多体系统动力学（Computational Dynamics of Multibody Systems）为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件，利用它可以建立复杂机械系统的运动学和动力学模型，其模型可以是刚体的，也可以是柔性体，以及刚柔混合体模型。如果在产品的概念设计阶段就采取ADAMS 进行辅助分析，就可以在建造真实的物理样机之前，对产品进行各种性能测试，达到缩短开发周期、降低开发成本的目的。 ADAMS，即机械系统动力学自动分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）该软件是美国MDI公司（Mechnical Dynamics Inc.）开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS 软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，
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。 1934年，费尔斯通公司研制出膜片式空气弹簧并首先在美国通用客车上试应用成功。20世纪50年代中期，空气弹簧产品经过多年的研发和试验，有关技术逐步成熟，装有空气悬架的客车开始在美国、德国得到大批量推广应用。20世纪80年代以来，世界上主要的发达国家为了减少车辆对道路的破坏和增加车辆的舒适性，在客车上几乎全部使用了空气弹簧，重型商用车上的使用率也超过了80%。 空气弹簧的种类 空气弹簧由橡胶气囊、上盖板、底座、辅助气室，夹紧环和缓冲块等组成。根据橡胶气囊工作时变形式的不同，空气弹簧的结构形式主要分为膜式空气弹簧、囊式空气弹簧和混合式空气弹簧3种(见图1)。膜式空气弹簧是圆柱形结构，根据橡胶气囊止口与接口的连接方式，膜式空气弹簧又分为约束膜式和自由膜式。约束膜式空气弹簧一般用螺栓夹紧密封，自由膜式空气弹簧则采用橡胶气囊的压力自封。囊式空气弹簧的外形结构有些象灯笼，有单曲、双曲或多曲囊式空气弹簧。早期的商用车上主要使用双曲囊和三曲囊式空气弹簧。近期膜式空气弹簧的用量逐步增加，是因为膜式空气弹簧具有行驶平顺性好和行程大的优点。 不同种类空气弹簧的使用区别 1.膜式空气弹簧 (1)有效面积变化率较小，因此其刚度较低，易于得到较低的固有频率。 (2)通过改变活塞底座的形状和利用活塞底座的空心腔增加出储气空间，优化其刚度特性，从而获得理想的非线性特性。
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1.问题描述 研究太阳能板展开前和卫星或火箭分离前卫星的运行。研究其发射振动环境及其对卫星各部件的影响。 2.待解决的问题 在发射过程中，运载火箭给敏感部分航天器部件以高载荷。每个航天器部件和子系统必学设计成能够承受这些高载荷。这就会带来附加的质量，花费高、降低整体性能。更好的选择是设计运载火箭适配器（launch vehicle adapter）结构。 这部分，将设计一个（launch vehicle adapter）的隔离mount，以在有效频率范围降低发射震动传到敏感部件的部分。关心的敏感部件在太阳能板上，对70-100HZ的输入很敏感，尤其是垂直于板方向的。 三个bushings将launch vehicle adapter和火箭连接起来。Bushing的刚度和阻尼影响70-100HZ范围传递的震动载荷。所以设计问题如下： 找到运载火箭适配器系统理想刚度和阻尼从而达到以下目的： 传到航天器的垂直加速度不被放大； 70-100HZ传递的水平加速度最小。 3.将要学习的 Step1——build：在adams中已存在的模型上添加输入通道和振动执行器来时系统振动，添加输出通道测量响应。 Step2——test:定义输入范围并运行一个振动分析来获得自由和强迫振动响应。 Step3——review：对自由振动观察模态振型和瞬态响应，对强迫振动，观察整体响应动画，传递函数。 Step4——improve：在横向添加力并检查传递加速度，改变bushing的刚度阻尼并将结果作比较。添加频域测量供后续设计研究和优化使用。
空气弹簧曲线报告解读 上述内容的重点在第4章，从这些产品数据的图表可以看出空气悬架的特性。A、其中23-27页为一页纸上的数据和图表，主要是静态测试得到的曲线和图表。这一页的曲线和图表包括3部分： （a）23-24页为外形尺寸的数据 （b）25-26页为静载荷曲线
其中标H的黑色曲线为体积曲线，可以看到体积随工作高度的缩小而缩小。 其中标G的红色曲线为载荷曲线（不同曲线为不同的压强时的数值），可以看出在压强保持不变的情况下，工作高度在一个较宽范围内变化时承受的载荷不变。（也可以理解为：在实际工作情况下如果载荷一定，那么一旦充满气则气囊内部的压强就是一定的并且保持不变，如果高度变化则会引起高度阀感知这个变化从而充气或者放气，而达到最终还是保持这个压强。也就是说在一定载荷下由高度阀控制就确定了充满气时的压强保持不变。而每条曲线都是压强不变的情形，在这种情况下工作高度在一个较宽范围内变化时承受的载荷不变。） （c）27页为数据表格，是在一个固定的压强值下，高度-载荷-体积的相互关系。
B、28-31页为第二页纸上的数据和图表，包括4部分： （a）28页为动态数据的表格，是设计高度-载荷-压强-动刚度-固有频率的关系，这个是最重要的一个表格。其中列出了在某一个设计高度下（如果保持这个设计高度不变），载荷变化就对应到压强变化（比如空载时在某个设计高度，加载后高度变小，就会充气恢复到原来的设计高度，这样维持高度不变，载荷变大就意味着压强变大）。而压强变化就意味着动刚度变化，压强越大动刚度就越大。同时气囊的压强越大（空气弹簧的刚度越大，同时对应的载荷也越大）对应固有频率越小，这个与一般的弹簧的特性不一样，不过固有频率的变化不是很大，基本上可以认为是固定的。 （b）29页选取了两个压强下，动刚度随高度的变化。这里的刚度是动刚度，就是在实际工作状态下的刚度。可以看出：（1）首先是在一定的工作高度下，压强越大刚度越大，而压强越大意味着所承受的载荷越大。这也就是说所承受的载荷越大，所对应的动刚度就越大。这个刚度随载荷变大而变大的特性，对于减振有着非常良好的效果。（2）在同样的压强下，动刚度随着工作高度的变化而变化，不是像钢板弹簧一样维持刚度为一个常数。并且，这种变化遵循一定的规律，即在接近正常工作高度时的动刚度最小；而比这个工作高度升高或降低时，动刚度都增大。这个刚度随工作高度而变化的特性，对于减振也有着非常良好的效果。
空气弹簧的分类及特点 近年来，非线性课题一直是各学科的研究前沿，在隔振领域也不例外。随着隔振设计中对隔振系统各种性能指标要求的提高，迫使人们不断探索新型的隔振器。非线性隔振器能够自动避开共振，有效抑制振动幅值、隔离冲击，因而受到广泛的关注。线性隔振器却不能自动避开共振。 非线性隔振器的刚度是随隔振器变形量的不同而变化的，因而由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率与振动幅值有关。如果隔振器是非线性硬特性的，固有频率随振幅的增加而上升；如果隔振器是非线性软特性的，固有频率随振幅的增加而下降。当设备在启动过程中经过共振点时，被隔振设备的振动幅值将出现峰值，高出静态位移许多倍。随着振幅的迅速增长，由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率将上升或下降，从而避开共振频率。对于线性隔振器，其刚度值是不变的，只能通过阻尼作用控制共振振幅。但是过了共振点之后，隔振器的隔振效率因为阻尼的作用而下降。 此外非线性隔振器还能有效防止冲击。对于非线性硬特性的隔振器其刚度随变形量的增加而上升，遇到冲击时，簧上载荷的加速度随变形量的增加而增大，因而在较小的变形下冲击速度迅速降低。对于非线性软特性的隔振器其刚度随变形量的增加而降低，因而能够起到缓冲作用，但隔振器的变形量较大。在很多情况下不允许有太大的变形量，就应该选择非线性硬特性隔振器来防止冲击。 根据上述分析，空气弹簧是一种理想的隔振元件。空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气压缩的非线性恢复力来实现隔振和缓冲作用的一种非金属弹簧。它具有优良的非线性硬特性，因而能够有效限制振幅，避开共振，防止冲击。空气弹簧隔振系统的固有频率可以设计得很低，甚至达1Hz 以下，而橡胶隔振器的自振频率一般为5-7 H z 。所以空气弹簧的隔振效率比起其它隔振元件高得多，而且能够隔离低频振动。特别是因为空气弹簧隔振系统容易实施主动控制，作为一种具有可调非线性静、动态刚度及阻尼特性的隔振元件，空气弹簧的应用越来越广泛。