囊式空气弹簧平衡性分析

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橡胶空气弹簧隔振设计及性能分析

刘业刚·橡胶空气弹簧隔振设计及性能分析2021年第47卷·53·作者简介：刘业刚（1987-），男，硕士，中级工程师，主要从事汽车非轮胎橡胶制品的研究开发工作。

收稿日期：2021-03-02橡胶空气弹簧是橡胶和帘线制成的弯曲气囊。

胶囊的双侧可以用两块钢板连起来，形成封闭，构成压缩空气室。

橡胶和帘线自身没有承重能力，通过填充在胶囊中的压缩空气进行支承。

它是依靠改变其中的压缩空气的压力来获得所需的刚性。

目前，对于橡胶空气弹簧的运用在中国已经十分成熟，尤其是在高精度仪器和工业设备以及车辆等方面的运用。

1　橡胶空气弹簧的工作原理橡胶空气弹簧是一种气压振动隔离仪。

在实现作用时间间隔内，位移变化不随环境载荷的添加而变动，即具备零压缩的特征。

橡胶空气弹簧作用时，里面充满高压气体(内部压力小于0.7 MPa)，出现一系列高压下形成的气体柱。

负载能力增大，从而使弹簧的缩短，内部的体积缩小，弹簧的刚性增大，里面的气体柱的有效承载面积增加。

当负载能力降低时，弹簧的长度会增大，内部空腔的体积会增加，弹簧的刚度将减弱，气柱在腔室中的有效承载面积将减小，弹簧的承重载荷能力将降低。

在空气弹簧的有效冲击下，空腔的高度，空腔的体积和空气弹簧的承载强度将正常而灵活的传递。

这是一种十分方便的隔振器[1]。

2　橡胶空气弹簧的设计与应用2.1　橡胶空气弹簧的设计（1）空气弹簧张力的大小多数取决于内部结构的形状和材料的不同。

在选择不同成分的橡胶时，我们橡胶空气弹簧隔振设计及性能分析刘业刚(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛 266042)摘要：橡胶空气弹簧是气囊减振器,随着各种精密仪器的广泛应用，这些精密仪器的使用对外界环境的要求也越来越高。

在隔振方面，用橡胶空气弹簧进行隔振，减少了外界环境对各种精密仪器的影响。

本文具体剖析了橡胶空气弹簧的隔振设计和隔振性能，表明橡胶空气弹簧在一些高精度仪器、工业设备以及车辆上的一些隔振设计是合理可行的。

囊式空气弹簧结构

囊式空气弹簧结构囊式空气弹簧结构是一种常见的机械结构，它由一个包裹着压缩空气的囊体和外部的金属壳体组成。

这种结构常用于汽车悬挂系统、工业设备和航空航天领域等。

囊式空气弹簧结构具有很多优点，如具有较高的承载能力、良好的减震效果、可调节的刚度和较低的噪音等。

下面将详细介绍囊式空气弹簧结构的工作原理、应用领域和优点。

囊式空气弹簧结构的工作原理是基于空气的压缩和膨胀。

当外部施加载荷时，囊体内的空气被压缩，从而使弹簧产生反作用力。

这种反作用力可以平衡外部的载荷，使系统保持稳定。

当外部载荷减小或消失时，囊体内的空气膨胀，使弹簧恢复原状。

囊式空气弹簧结构在汽车悬挂系统中应用广泛。

它可以提供较好的减震效果，使乘坐更加舒适。

此外，囊式空气弹簧结构的刚度可以通过调节囊体内的空气压力来实现。

这使得悬挂系统可以根据不同的道路状况和驾驶需求进行调节，提高了悬挂系统的适应性和稳定性。

此外，囊式空气弹簧结构还可以通过改变囊体的形状和材料来实现更高的承载能力和更好的耐久性。

囊式空气弹簧结构还被广泛应用于工业设备和航空航天领域。

在工业设备中，它可以用于支撑重物、减少振动和保护设备。

在航空航天领域，囊式空气弹簧结构可以用于飞机的起落架和座椅等部件，提供更好的减震效果和舒适性。

囊式空气弹簧结构具有许多优点。

首先，它具有较高的承载能力。

由于囊体内的空气可以被压缩和膨胀，囊式空气弹簧结构可以承受较大的载荷。

其次，囊式空气弹簧结构具有良好的减震效果。

通过调节囊体内的空气压力，可以实现不同程度的减震效果，提高乘坐舒适性。

此外，囊式空气弹簧结构的刚度可调节，适应不同的工作条件和需求。

最后，囊式空气弹簧结构的运动平稳且噪音较低，使其在许多领域得到广泛应用。

囊式空气弹簧结构是一种常见的机械结构，具有较高的承载能力、良好的减震效果、可调节的刚度和较低的噪音等优点。

它在汽车悬挂系统、工业设备和航空航天领域等方面有着广泛的应用。

随着科技的不断进步，囊式空气弹簧结构将会得到进一步的改进和应用，为人们的生活和工作带来更多的便利和舒适。

客车用空气弹簧分析研究

减小有效面积变化率 (因气囊变形时由各个曲部平
均分担 ,有效直径变化率小) 或采用辅助气室以减小
其刚度。膜式空气弹簧有效面积的变化率比囊式
小 ,并可通过改变底座形状的方法控制其有效面积
变化率 ,以获得比较理想的弹性特性。对于膜式空
气弹簧 ,当活塞座轮廓为圆柱形时 ,其有效面积几乎
不随位移变化而变化 , 此时空气弹簧刚度计算公式
可简化为 :
k
=
n(
p0
+
pe)
A
2 e
v
(5)
2. 3 空气悬架频率特性
汽车在行驶过程中 ,假定不考虑轮胎的质量、刚
度和阻尼 ,可将汽车简化为单质量弹簧系统。悬架
系统的固有频率可由如下公式计算得到 :
f
=
1 2π
k m
=
g
2π
k F
(6)
传统的金属弹簧悬架的弹簧刚度一般是固定
的 ,所以当簧载质量发生变化时 ,由公式可知悬架系
即空气弹簧上的载荷变化对系统的固有频率影响不
大 ,可称为准等频特性。
另外 ,可以通过降低空气弹簧的工作压力、减小
有效面积变化率、增大空气弹簧容积等简单的措施
减小其刚度 ,从而使空气悬架具有较低的固有频率。
空气悬架如此的频率特性对改善汽车的平顺性
·设计 ·计算 ·研究 ·
客车技术与研究
2007 年第 3 期
图 3 空气悬架簧载质量垂直加速度的频率特性曲线
如今对弹簧刚度系数调节的控制方法有很多 , 如文献[ 4 ]介绍了一种模糊控制方法 ;文献 [ 5 ]介绍了一种神经网络控制方法 ;文献[ 6 ]介绍了一种模糊神经网络控制方法 ;文献[ 7 ]介绍了一种基于最优控制方法 ;文献[ 8 ]介绍了电子控制空气悬架为目前较为先进的空气悬架系统 ,它可以通过以上控制策略 , 调节弹簧刚度 ,实现除控制正常行车高度外 ,还可与开关配合 ,实现其它控制功能。如正常高度 1/ 2 的切换 ,限高功能 ,屈膝功能 ,监控输入气压等功能。某典型客车采用的电子控制空气悬架的基本组成结构如图 4 所示。

囊式空气弹簧载荷建模与实验研究_成小霞

properties coefficient on output force
3
3. 1
实验验证
实验方案为了测试空气弹簧在静态加载下的输出力，设计
了实验台架，实验装置如图 6 所示。
图3
空气弹簧输出力－高度－压力关系曲线
Fig． 3 The relation of force output to height and pressure
dP u 径向的分力和内部气压力共同微元体在 dP s 、
( )
( )
（ 3）
2
2. 1
数值仿真
数值计算
（ 4）
考虑到帘线层弹性模量较大，囊壁在压缩或拉伸变形时，材料产生的变形量与工作高度相比较可忽略不计，所以假设变形过程中囊壁轴向圆弧长度保持不变。采用几何图解的方法对空气弹簧的工作参数进行计算。其参数满足以下几何关系： θr = L sin θ 2
振动过程中囊壁和上下盖板连接处会产生接触问题。考虑到接触状态的复杂性，建立空气弹簧载荷模型时需要对问题进行简化，并引入一些适当的假设： ① 囊壁自身重力与空气弹簧输出力相比较很小，可忽略不计； ②工作过程中，轴向和径向囊壁在自然状态下假设始终保持圆弧形状； ③假设囊内气体是理想气体，静态加载过程为等温加载。囊式空气弹簧结构如图 1 所示。
( )
h 2 = 2
s = rcos θ 2 Ｒ =
( )
（ 7）
b +r －s 2
82
振动与冲击
2014 年第 33 卷
L 为囊壁圆弧长度， θ 式中： h 为空气弹簧的工作高度， b 为上盖板直径，Ｒ、 r 定义和图 1 中为囊壁圆弧角度， s 为 r 在Ｒ上的投影值。相同， r，由式（ 7 ）可得到空气弹簧的重要参数Ｒ，其为关 r 值带入载荷表达式进行数值于高度 h 的函数。将Ｒ、仿真，可以得到载荷 F 关于工作高度 h、气体压力 p 的曲线。 2. 2 仿真结果分析首先对空气弹簧的输出力与工作高度、压力的关系进行仿真，结果如图 3 所示。从图中可以看出，空气弹簧静态载荷为一簇非线性曲线。工作高度恒定时，压力越大，承载力越强；工作压力恒定时，压缩程度越大（高度越低），承载能力越强；且随着工作压力升高，非线性特性越明显。

囊式空气弹簧力学特性分析与研究

囊式空气弹簧力学特性分析与研究佟雪峰;陈克;王新芳;张中生;贺鹏【摘要】空气弹簧是空气悬架的关键部件,空气弹簧的力学性能对空气悬架的影响很大.空气悬架具有变刚度非线性阻尼特性,可改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性,其特征曲线可设计成符合车辆振动规律的理想特性曲线.本文根据气体状态方程,推导囊式双变角型空气弹簧刚度与形状系数、内压、容积的关系表达式,建立空气弹簧的数学模型,仿真分析空气弹簧刚度与几何形状系数、弹簧内压、弹簧容积的变化关系.为空气弹簧的设计提供参考和依据.%Air spring is the key component of the air suspension. The mechanical properties of air spring play a great role in air suspension. The air suspension has the characteristics of nonlinear variable spring rate. To improve vehicle handling stability and ride comfort, the characteristic curve can be designed to comply with the vehicle vibration. According to the basic theory of mechanics, the geometric shape factors and spring rate of dual variable angle air spring is derived, the mathematical model of dual-angle-type air springs is established, the geometric shape factor, the relationship between the air spring stiffness and spring pressure and the spring volume are simulated and analyzed. As a result a reference and basis for the air spring design are obtained.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2011(030)005【总页数】5页(P63-67)【关键词】空气弹簧;弹簧刚度;力学特性;弹簧容积;弹簧内压【作者】佟雪峰;陈克;王新芳;张中生;贺鹏【作者单位】沈阳理工大学汽车与交通学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学汽车与交通学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学汽车与交通学院,辽宁沈阳110159;中国北方车辆研究所,北京100072;大连交通大学软件学院,辽宁大连116028【正文语种】中文【中图分类】TB533+.2空气弹簧作为空气悬架中重要的弹性元件具有良好的弹性特性，用于车辆悬架装置中可明显改善车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。

列车空气弹簧对车辆系统平稳性的影响研究

列车空气弹簧对车辆系统平稳性的影响研究列车空气弹簧对车辆系统平稳性的影响研究引言：随着城市化进程的加速和人们对出行的需求不断增加，列车运输作为一种高效、安全、环保的交通方式逐渐受到人们的重视。

在列车的车辆系统中，空气弹簧作为重要的元件之一，对列车的平稳性具有重要影响。

因此，对列车空气弹簧对车辆系统平稳性的影响进行深入研究，对于提高列车的运行安全性和乘坐舒适性具有重要意义。

与传统弹簧相比的优势：传统列车通常使用钢制弹簧作为车辆的悬挂装置，但钢制弹簧在减震、隔振方面存在一定的局限性。

相比而言，使用空气弹簧作为悬挂装置可以有效地提高列车的平稳性。

空气弹簧作为一种压缩弹簧，其内部充气气压可以根据车辆的负载情况进行调节，从而实现对车辆的主动控制。

这种特性使得车辆在行驶过程中可以在保持稳定性的同时更加舒适。

影响车辆系统平稳性的关键因素：除了空气弹簧本身的特性外，还有其他一些因素会影响到车辆系统的平稳性。

其中最主要的因素包括路况、车辆速度、车辆负载等。

在分析和预测车辆系统平稳性时，必须同时考虑这些因素，以实现对列车运行情况的科学管理。

空气弹簧对平稳性的影响：首先，空气弹簧具有较高的柔度和可调性，在应对不同路况时具有良好的适应能力。

当列车运行在平整路面时，空气弹簧可以提供较为舒适的乘坐体验，减小因为路面颠簸而产生的不适感。

而当列车经过不平整道路时，空气弹簧可以通过调整气压的方式对车辆进行主动控制，保持车辆的稳定性。

其次，空气弹簧还可通过控制气压的大小来调整车辆的高度。

通过调整车辆的高度，可以改变车辆的重心位置，进一步提高车辆的稳定性。

当车辆速度较高时，通过调整空气弹簧的气压，可以使车辆的重心降低，提供更好的侧向稳定性，减小侧向偏移和滚转的风险。

此外，空气弹簧还能主动控制列车的纵向运动，减小由于刹车和加速过程中的冲击带来的不适感。

在列车启动或停车过程中，可以通过调整空气弹簧的气压，减小车辆前后摇晃的幅度，提高乘坐的舒适度。

空气弹簧橡胶气囊的技术介绍-概述说明以及解释

空气弹簧橡胶气囊的技术介绍-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以从以下几个方面入手：空气弹簧橡胶气囊是一种利用气体压缩性和弹性能量储存的装置。

它采用特殊的材料制成，包括橡胶和聚酯纤维等，在工业、汽车、航空等领域得到广泛应用。

空气弹簧橡胶气囊具有很高的弹性和耐用性，能够承受大量的重量和压力。

通过调整气囊内的气压，可以实现对物体的支撑、缓冲和调节功能，提高机械装置的运行效率和安全性。

在汽车领域，空气弹簧橡胶气囊被广泛应用于悬挂系统中。

它可以减轻车辆的重量，提高悬挂系统的舒适性和稳定性。

与传统的金属弹簧相比，空气弹簧橡胶气囊能够根据不同路况和负载自动调整气压，实现车辆的自适应悬挂。

在航空领域，空气弹簧橡胶气囊被用于飞机起落架系统。

它具有较低的重量和较高的耐用性，能够承受飞机的重量和冲击力。

同时，由于气囊内的气压可以根据飞机起落的情况进行调节，可以实现起落架的平稳缓冲，保护飞机和乘客的安全。

除了汽车和航空领域，空气弹簧橡胶气囊还广泛应用于工业领域。

例如，在起重机械中，空气弹簧橡胶气囊被用于支撑和平衡重物；在模具制造中，空气弹簧橡胶气囊被用于模具的顶出和回缩操作。

综上所述，空气弹簧橡胶气囊是一种具有重要应用价值的装置。

它通过利用气体的压缩性和弹性能量储存，实现对物体的支撑、缓冲和调节功能。

在汽车、航空和工业等领域，空气弹簧橡胶气囊得到了广泛的应用，并取得了显著的效果。

随着科技的不断发展，空气弹簧橡胶气囊的技术将不断创新和完善，为各行各业提供更加先进和高效的装置。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以介绍整篇文章的布局和组织，以及各个章节的主要内容和目标。

具体可以参考以下内容：文章结构本文主要围绕空气弹簧橡胶气囊展开，分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分引言部分包括概述、文章结构和目的。

首先，我们将简要概述空气弹簧橡胶气囊的背景和应用，引起读者的兴趣。

然后，我们将说明本文的整体结构和各个章节的内容。

25T型铁道客车空气弹簧常见故障分析与处理

客车在长期运行中，可能由于种种客观因素导致，出现故障问题，加之后期维修和保养不当，为客车行车安全埋下了一系列安全隐患。

而在科学技术不断发展下，在车辆生产中应用了大量的新技术和材料，空气弹簧是一种常见的客车部件，合理有效解决客车空气弹簧运用故障问题，对于车辆行车安全和使用寿命具有十分深远的影响。

本毕业设计就25T型铁路客车空气弹簧运用常见故障进行深入剖析，提出合理措施，有助于为后续工作开展提供帮助，确保车辆可以安全运行。

关键词：25T型客车；空气弹簧；故障；分析摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究思路 (1)第2章空气弹簧概述 (3)2.1 空气弹簧概述 (3)2.2 空气弹簧橡胶囊的结构 (3)2.3 空气弹簧的控制系统 (5)第3章空气弹簧常见故障分析 (6)3.1 空气弹簧故障类型及分析 (6)3.2 空气弹簧故障常见类型及分析 (8)3.2.1上盖与胶囊之间漏风。

(8)3.2.2 上盖、下座密封部脱胶漏风 (8)3.2.3 胶囊裂纹 (8)3.2.4 胶囊磨损 (9)3.2.5 胶囊鼓泡 (9)3.2.6 节流阀生锈和脱落 (9)第4章空气弹簧检修工艺与改进 (10)4.1 空气弹簧检修工艺设计 (10)4.1.1 胶囊和上盖漏风故障检修 (10)4.1.2 胶囊故障检修 (11)4.1.3节流阙生锈和脱落 (12)4.1.4上盖变形 (13)4.1.5 橡胶堆脱胶、裂纹 (13)4.1.6 其他相关故障 (13)4.2 空气弹簧检修工艺改进 (14)4.2.1 注意事项及基本技术要求： (14)4.2.2 组装 (14)4.2.3 气密性试验方法 (15)4.2.4 分解 (15)4.2.5 空气弹簧的更换方法 (15)参考文献 (16)致谢............................................. 错误!未定义书签。

第1章绪论1.1研究背景铁路第五次大提速采用了一种全新的运营及检修模式，即可持续长达20小时的城际间点对点式运行，持续运行时速达到160公里，一次库检作业满足5000公里\(一个往返\)无须检修。

空气弹簧特性分析

结构设计
优化空气弹簧的结构设计，使其具有更好的刚度、阻尼和稳定性。
制造工艺
采用先进的制造工艺，确保空气弹簧的质量和性能。
未来发展趋势
智能化
随着智能化技术的发展，空气弹簧有望实现智能化控制，进一步提高其性能和稳定性。
环保化
随着环保意识的提高，环保型的空气弹簧将越来越受到关注和应用。
定制化
随着个性化需求的增加，定制化的空气弹簧将更加普及和流行。
THANKS
感谢观看
3
焊接工艺
将金属部件焊接在一起，形成完整的空气弹簧结构。
03
空气弹簧的动态特性
刚度特性
总结词
空气弹簧的刚度特性是指其抵抗变形的能力。
详细描述
空气弹簧的刚度特性主要取决于其内部气压和结构尺寸。随着内部气压的增加，空气弹簧的刚度也会相应增大，使其更难以发生变形。此外，不同结构的空气弹簧具有不同的刚度特性，例如，膜片式空气弹簧的刚度相对较低，而钟罩式空气弹簧的刚度则相对较高。
自适应特性
总结词
自适应特性是指空气弹簧在不同工作条件下能够自动调整自身高度和刚度的能力。
详细描述
由于空气弹簧内部气压的可调性，使其能够在不同的负载和温度条件下自动调整自身的高度和刚度，以保持稳定的工作状态。这种自适应特性使得空气弹簧在各种工业领域中得到了广泛应用。
使用寿命
总结词
使用寿命是衡量空气弹簧性能的重要指标之一，它反映了空气弹簧能够持续工作的时长。
工作原理
原理
通过向气囊内充入不同压力的气体，使空气弹簧产生不同的变形和刚度，从而起到支撑、减震和隔振的作用。
工作过程
当受到外部载荷时，空气弹簧发生变形，内部气体受到压缩或扩张，产生反作用力抵抗外部载荷，实现减震和隔振效果。

CRH380BL高速列车空气弹簧

在普通机车车辆中，常常采用弹簧装置来缓冲冲击，使列车平稳运行，从而改善车辆横向运动性能和曲线通过性能。

在高铁迅猛发展的今天，普通机车传统的弹簧装置已经无法满足CRH系列动车组的列车性能要求了，所以采用圆弹簧，橡胶弹簧以及空气弹簧。

圆弹簧和橡胶弹簧常常用于一级悬挂系统中，而空气弹簧则主要应用于二级悬挂系统中。

本文主要介绍的是CRH380BL动车组空气弹簧悬挂装置的分析与改进。

关键词：二系悬挂装置空气弹簧设计改进第1章空气弹簧简介 (1)1.1空气弹簧原理 (1)1.2空气弹簧分类 (1)1.3空气弹簧特点 (2)1.4空气弹簧在CRH380BL的应用 (3)第2章 CRH380BL空气弹簧的结构原理与结构分析 (5)2.1CRH380BL空气弹簧系统的工作原理 (5)2.2空气弹簧系统的结构 (5)2.2.1空气弹簧 (5)2.2.2高度阀 (6)2.2.3差压阀 (8)2.2.4抗测滚扭杆 (8)2.2.5抗蛇行减振器 (11)2.2.6二系横向减振器 (11)2.2.7二系垂向减振器 (12)2.3CRH380BL整体转向架特点 (12)第3章日本空气弹簧系统 (15)3.1日本新干线高速动车组二系悬挂空气弹簧技术 (15)3.1.1抗蛇行减振器 (16)3.1.2半有源悬挂和有源悬挂 (16)第4章CRH380BL空气弹簧的设计改进分析 (17)4.1空气弹簧的支撑方式 (17)4.2垂向减振器方式的选择 (17)4.3空气弹簧气囊大小的选择 (18)4.4存在问题 (20)4.5分析问题 (20)4.6改进方案 (21)参考文献 (23)致谢 (24)第1章空气弹簧简介空气弹簧是一种在可伸缩的密闭容器中充以压缩空气，利用空气可压缩性实现其弹性作用。

空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性，加装高度调节装置后，车身高度不随载荷增减而变化，弹簧刚度值可以设计得较低，乘坐舒适性好。

但空气弹簧悬架结构复杂、制造成本较高。

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* 国家自然科学基金(50775218)。********收到初稿， ********收到修改稿
壳体结构[24]。其中，内外橡胶层的主要作用是对空气进行密封以及在外部环境中对囊体的防护；帘线层是空气弹簧囊体的主要受力部件，一般由纤维、芳纶、钢丝等可承受极大拉力而伸长率(未拉断)又极低的材料交叉编织而成[57]。由于橡胶弹性模量远远低于帘线弹性模量且帘线体积在整个囊体体积所占比例又极小，因此可认为囊体力学特性由帘线层决定[89]。帘线的特点是承受轴向拉力变形极小，而承受轴向压力或横向力却极易变形，而帘线变形必将影响囊体变形。帘线铺设角度影响帘线的受力，当帘线按平衡角铺设时，囊体变形最小，满足平衡性要求。若帘线缠绕角偏离平衡角较大，由此得到
spring, for naval JYQN air spring, the geometric model of airbag is simplified. Based on nonmoment theory of elastic thin shell,
airbag's balance equation and boundary condition is established, then both longitude and latitude internal force formula of the airbag are derived. Furthermore, combined analysis of airbag's composite material, cord's equilibrium angle formula is given and analysis method of air spring's equilibrium performance is proposed. When lay angle of airbag’s skeleton cords close to the neutral angle, the deformation of airbag subjected to inner pressure and outer load is minimum, that is, it has a good equilibrium performance. Functional relationship between cord’s neutral angle and air spring’s effective area is established, which provides a theoretical basis for the design and development of air springs.
a
N1
N2 c
g b
b
图 3 单层帘线复合材料受力分析示意图
保证囊体的平衡就必须要保证帘线的平衡，即
保证帘线仅受到轴向拉力作用；反之，若帘线仅受
轴向拉力作用，其伸长量极小可忽略不计，那么囊
体就可认为是基本不变形。
根据图 3，保证帘线仅受轴向拉力作用，则
N1 > 0 、 N2 > 0 ，有下式成立
tan g = N1b
G ——空气弹簧承载 1.1 囊体平衡微分方程
取囊体曲边 da 、db 微元，其在内压 p 作用下
的应力分析如图 2 所示，图中， N1 、 N2 分别是经线和纬线方向膜应力与囊体厚度的乘积，应力参考
方向符合弹性力学规定。囊体厚度远小于另外两个
方向上的尺寸，并且受到剪切力和弯矩极易变形，因此可根据弹性薄壳无矩理论[1415]，得到轴对称薄
(4)
N2c
将式(3)代入式(4)，计算出帘线平衡角，记为 g e
g e = arctan
(2R1R2 - R22 ) pπR2 sin 2 a + GR2 πpR1R22 sin 2 a - GR1
(5)
2 算例
对某型船用 JYQN 空气弹簧进行平衡性分析，表 1 给出了该空气弹簧的各项参数指标。
的表达式如下
ì
ïï
í
ï ïî
N
2
=
N1 =
pR2 2
-
G 2πR2 sin 2
a
(2R1R2 - R22 ) p 2R1
+
G 2πR1 sin 2 a
(3)
囊体单层帘线复合材料微观模型如图 3 所示。图中，a 、 b 分别是以囊体经向参数、纬向参数建
立的坐标系轴， b 、 c 分别为所取微元纬向、经向的帘线间距整倍数长度并且倍数相同， g 为帘线缠绕角， N1 、 N2 即为上文计算的经向、纬向囊体膜应力与厚度的乘积。(注：微元之所以这样取法，一是因为微元要能体现材料宏观性质，二是简化了计算推导。)
的空气弹簧在内压和承载作用下囊体将有很大变形，此时空气弹簧将不具有平衡性，这将严重影响空气弹簧的性能和工作可靠性[10]。
空气弹簧在从无外力作用的自由平衡状态到承载与压力共同作用下的工作平衡状态的加载过程中，其囊体的帘线缠绕角可能会有很大变化，这就会导致加载前后其材料特性可能不同。本文提出了一种囊式空气弹簧帘线平衡性设计方法，采用该方法设计的空气弹簧使得帘线在加载过程中只承受轴向拉力作用，从而加载或加载平衡后外力作用下，帘线缠绕角不变(或变化很小)，使得囊体材料特性保持相对稳定，这样的空气弹簧才能使用。同时，帘线平衡性分析确定了帘线平衡角与空气弹簧有效面积(承载/气压)之间的函数关系，而此前未见相关文献的报道，其对空气弹簧设计与研制具有重要的理论指导意义。
平衡角 ge
1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
0.80
0.75
0.70
0.65
0.60
有效面积 Se/m2
0.55
2.5 2.0 1.5 1.0 经布
3 结论
论文依据弹性薄壳无矩理论，建立了囊式空气弹簧囊体及其复合材料的微观分析模型进行平衡性分析，推导了囊体帘线平衡角理论计算公式。
Equilibrium Performance Analysis for Bellows Type Air Spring
GU Taiping HE Lin ZHAO Yinglong
(Institute of Noise ＆ Vibration, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)
Abstract：Air spring is a kind of lowfrequency, highefficient vibration isolator. At present, it is widely used in ship main power
equipment to reduce vibration and noise transmission. Whether air springs have equilibrium performance will seriously affect the vibration isolation system security and reliability, while the cord winding angle is critical factor to determine equilibrium performance of the air spring. To quantitatively analyze the influence of Cord winding angle on the equilibrium performance of air
G R0
R2
O2 R1
a b O1
p
iβ
iα
图 1 空气弹簧结构示意图
图中 R0 ——囊体开口半径 R1 ——经线的拉密系数，即囊体经线曲率半径 R2 ——纬线的拉密系数，即囊体经线曲率半径所在直线被经线和轴线所截线段的长度 p ——囊体承受的工作气体静压强
图 2 囊体曲边微元受力分析示意图
1.2 囊体应力边界条件由于空气弹簧盖板一般为金属合金构件，其弹
(1)该公式表明，帘线平衡角分布由囊体几何形状与设计有效面积决定。而有效面积须处于某一范围内，囊体及其帘线才可能保持平衡，否则囊体形状必然发生改变。
(2)仅在某一数值范围内，帘线经向空间分布的平衡角与有效面积一一对应，并随有效面积的增大而增大，应在此范围内设计空气弹簧。
(3)论文给出了囊式空气弹簧气压、承载和帘线平衡角之间的函数关系，这对于囊式空气弹簧设计和研制具有重要的理论指导意义。
囊式空气弹簧平衡性分析*
顾太平何琳赵应龙
(海军工程大学振动与噪声研究所武汉 430033)
摘要：空气弹簧是一种低频、高效隔振元件，目前已广泛应用于舰船以降低主要动力设备的振动与噪声传递。空气弹簧是否具有平衡性将严重影响隔振系统的安全与可靠性，而帘线缠绕角是决定空气弹簧平衡性的关键。为定量分析帘线缠绕角对空气弹簧平衡性的影响，针对舰用 JYQN 囊式空气弹簧，对其囊体几何模型进行简化，进而依据弹性薄壳无矩理论，建立囊体平衡方程和边界条件，推导出囊体经向和纬向薄膜内力公式。结合囊体复合材料分析，给出囊体帘线平衡角计算公式，提出空气弹簧囊体的平衡性分析方法。当骨架帘线铺设角度接近平衡角时，此时得到的空气弹簧囊体在内压和承载作用下的变形最小，具有较好平衡性。建立帘线平衡角与空气弹簧设计有效面积之间的函数关系，为空气弹簧设计与研制提供了理论依据。关键词：空气弹簧平衡性平衡角缠绕角中图分类号：TB535
参考文献
[1] 张利国，张嘉钟，贾力萍，等.空气弹簧的现状及其发展[J].振动与冲击，2007，26(2)：146151. ZHANG Liguo ， ZHANG Jiazhong ， JIA Liping ， et