橡胶空气弹簧

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。

橡胶空气弹簧规格尺寸表英文回答：Air springs, also known as rubber air springs or air suspension springs, are widely used in various industries and applications. They provide a flexible and adjustable support system that can be used to isolate vibrations, absorb shocks, and provide load support. These air springs are typically made of rubber and reinforced with fabric or metal components.The specifications and dimensions of rubber air springs vary depending on their intended use and the manufacturer. However, there are some common parameters that are usually provided in a specification table. These include the diameter, height, maximum load capacity, operating pressure range, and the number of convolutions or layers.For example, let's consider a specific rubber air spring used in the automotive industry. Its diameter mayrange from 100mm to 300mm, and the height may vary from150mm to 400mm. The maximum load capacity can be anywhere from 1000kg to 5000kg, depending on the design and construction. The operating pressure range may be specified as 0.5 bar to 7 bar, indicating the minimum and maximum pressure levels at which the air spring can operate effectively. The number of convolutions or layers can vary from 2 to 6, with each layer providing additional strength and flexibility.In addition to these basic specifications, there may be other parameters mentioned in the table, such as thenatural frequency, spring rate, and the type of endfittings or mounting options available. The natural frequency is an important factor to consider as it determines the dynamic response of the air spring and its ability to isolate vibrations. The spring rate indicates the stiffness of the air spring and its ability to support the load. The end fittings or mounting options may include different types of connections, such as bolt-on, threaded, or flanged, to facilitate easy installation and integration into the system.中文回答：橡胶空气弹簧，也被称为橡胶气弹簧或空气悬架弹簧，在各个行业和应用中广泛使用。

空气弹簧作用原理
空气弹簧是一种利用气体的弹性来提供支撑力的装置。

其作用原理主要包括以下几点：
1. 气体的弹性原理：根据理想气体状态方程，气体的压力与体积成反比。

当气体变压缩时，气体分子之间的碰撞增加，从而增加了气体的压力，产生了弹性支撑力。

2. 气囊结构：空气弹簧通常由气囊和充气装置组成。

气囊由柔性材料（如橡胶、聚氨酯等）制成，能够容纳气体。

气囊的形状和尺寸可以根据实际需求进行设计和制造。

3. 充气装置：通过充气装置向气囊中注入气体，使气囊充气膨胀，从而产生支撑力。

充气装置可以是手动或自动的，可以通过压缩空气、气泵或液压系统等方式实现。

4. 应用场景：空气弹簧广泛应用于工业和汽车领域，例如汽车悬挂系统、起重设备、工业生产线上的各类机械设备等。

空气弹簧的优点包括调节方便、结构简单、可靠性高等。

总之，空气弹簧利用气体的弹性原理，通过充气装置向气囊中注入气体，使气囊膨胀产生支撑力，从而提供弹性支撑作用。

空气弹簧生产工艺
空气弹簧是一种可以根据载荷重量来调节高度和硬度的弹簧装置。

它由带有弹性气囊的金属构架组成，当气囊内注入或排放气体时，可以改变弹簧的高度和硬度。

空气弹簧的生产工艺一般包括以下几个步骤：
首先，准备材料。

空气弹簧的金属构架一般由钢材或铝合金制成，而气囊则通常由橡胶或塑料制成。

在生产之前，需要准备好所需的钢材、铝合金、橡胶或塑料等原材料。

接下来，制造金属构架。

首先按照设计要求，将钢材或铝合金进行切割、成型等加工工艺。

然后，通过焊接、镗孔等工艺将金属构架的各个零部件组装成整体。

在组装过程中，需要确保金属构架的结构紧密、稳固，以确保其在使用过程中的安全性和稳定性。

然后，制造气囊。

根据设计要求，将橡胶或塑料材料进行模塑工艺，将其制成符合要求的气囊形状。

在模塑过程中，可以添加一些特殊的化学处理剂，以增强气囊的弹性和耐磨性能。

接下来，将气囊安装到金属构架上。

首先，将气囊的一端连接到金属构架的固定点上，然后使用专用工具将气囊的另一端连接到金属构架的调节装置上。

在连接过程中，需要确保气囊的连接紧密、密封，以确保其能够正常进行气体的充放操作。

最后，对空气弹簧进行测试和调试。

将空气弹簧放置到测试设备中，进行气囊充放气、高度和硬度调节等测试。

通过测试，
可以确保空气弹簧的质量和性能符合设计要求。

总结起来，空气弹簧的生产工艺包括准备材料、制造金属构架、制造气囊、安装气囊到金属构架上以及测试和调试等步骤。

这些工艺的严格执行可以确保空气弹簧的质量和性能达到要求，以满足客户的需求。

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。

摘要随着我国橡胶制品工业的发展，橡胶制品的种类日益增多，产量日益扩大，促使着橡胶模具设计与制造由传统的经验设计到理论计算设计。

尤其是橡胶生产设备的不断提高与生产工艺的不断改进，橡胶模具越来越多，模具的制造水平与模具复杂程度也越来越高越精致。

高效率、自动化、精密、长寿命已经成为橡胶模具发展的趋势。

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。

橡胶空气弹簧按形状可分为曲囊式、膜式和滚筒式三大类。

按密封结构形式可分为压力自密封式、卷边式、法兰夹紧式、箍环密封式和混合式五大类。

其结构由特性表层橡胶、高强度骨架层、极性内层橡胶构成。

我所设计的模具能过解决气孔、缺胶、充气尺寸变化大、帘线变稀劈缝等问题，还可以在空气弹簧上附设辅助气室，实现自控调节增、减充气量来调整弹簧的刚度和承载力的大小。

这个模具对空气弹簧（甚至橡胶产品）的生产有很大的意义，可以提高空气弹簧中橡胶气囊的质量，因为橡胶气囊是空气弹簧的重要部件，它的质量是决定空气弹簧使用寿命的关键因素。

从而使空气弹簧簧具有优良的弹性特性。

关键词：橡胶制品，模具，空气弹簧AbstractAlong with the development of rubber industry in China, the kinds of rubber products, expanding production and makes the rubber mold design and manufacturing from the traditional experience design to the theoretical calculation of the design. Especially in rubber production equipment constantly improve with the continuous improvement of production technology, rubber mold, more and more mold manufacturing level and the degree of the mould complex, more and more is also high, the more elaborate. High efficiency, automation, precision, long life has already become the trend of the development of the rubber mold. Air spring is a vehicle air suspension system and an important part, it uses the elastic air compression work, with buffering, vibration and bearing weight function. The air spring has good flexibility characteristics, has many advantages compared with ordinary steel springs, so its a very wide range of applications. The air spring for automobile suspension system can improve the vehicle ride comfort and comfort. Rubber air spring can be divided according to the shape bellows type, film type and roller type three categories. Press the sealing structure can be divided into the form of pressure sealing type, edge type, flange clamping, hoop ring seal type and mixed type five categories. The structure characteristics of the surface of rubber, high strength reinforced layer, polar inner rubber.I the design of the mould can solve porosity, lack of plastic, inflatable dimension change is big, the cord is thinning problem such as crack, can also be on the air spring with auxiliary chamber, realize automatic adjustment increase, decreases your to adjust the size of the spring stiffness and bearing capacity.Key words：Rubber products,The mold, Air spring目录摘要 (I)引言 (1)1橡胶模具和空气弹簧 (10)1.1 橡胶模具 (10)1.2 空气弹簧 (10)2硫化工艺分析 (13)2.1 硫化基本概念和工艺要素 (13)2.2 汽车用空气弹簧硫化模具设计原则 (16)2.3 对制品零件的分析 (16)2.4 确定硫化机参数 (17)3橡胶模具结构设计 (20)3.1模具结构的确定 (20)3.2收缩率的确定 (21)3.3型腔尺寸的计算 (22)3.4模具外形尺寸的确定 (23)3.5中模的设计 (23)3.6上模的设计 (25)3.7下模的设计 (25)3.8模具材料的选用 (26)3.9模具精度 (26)4 辅助装置设计 (29)4.1螺栓连接的设计 (28)4.2上夹盘的设计 (28)4.3上夹环的设计 (30)4.4上盖板的设计 (30)4.5 下夹环的设计 (30)4.6下夹盘的设计 (31)4.7空气弹簧模具装配图 (32)4.8气咀的设计 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (36)引言（一）空气弹簧的发展前景目前国外在高级大客车上几乎全部使用了空气悬架，重型载货车使用空气悬架的比例也已达80%以上，空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升，部分轿车也逐渐开始安装空气悬架，如美国的林肯、德国的Benz300SE和Benz600等。

橡胶空气弹簧工作原理橡胶空气弹簧是一种利用橡胶和气体组合而成的弹簧装置，其工作原理是通过橡胶的弹性和气体的压力来实现。

这种弹簧广泛应用于汽车悬挂系统、工业机械、军事装备等领域，具有重量轻、减震效果好、调节方便等优点。

我们来了解一下橡胶的特性。

橡胶是一种具有高弹性的材料，具有很好的可塑性和耐磨性。

当外界施加压力或形变时，橡胶可以迅速恢复原状，具有很好的回弹性。

这使得橡胶成为制作弹簧的理想材料之一。

橡胶空气弹簧的主要构成部分是由两个橡胶膜组成的袋状结构，内部充满了气体。

当外界施加压力或形变时，橡胶膜会发生相应的变化。

当外力作用消失时，橡胶膜会迅速恢复原状，使得弹簧能够起到缓冲和支撑的作用。

具体来说，橡胶空气弹簧的工作原理如下：当外界施加压力或形变时，弹簧内的气体会受到挤压，而橡胶膜则会发生弯曲或扩张。

这时，橡胶膜会产生弹性力，使得弹簧能够承受外力并产生相应的变形。

当外力消失时，橡胶膜会迅速恢复原状，使得弹簧恢复到初始状态。

这种变形-恢复的过程，使得橡胶空气弹簧具有良好的减震和缓冲效果。

橡胶空气弹簧的工作原理还涉及到气体的特性。

气体在弹簧内部充当支撑和压力传递的介质。

当外力作用于弹簧时，气体会受到压缩，从而产生一定的压力。

这个压力可以帮助弹簧承受外力并分担部分负荷。

同时，气体还具有压力均匀分布、回弹快等特点，使得弹簧能够更加稳定和可靠地工作。

橡胶空气弹簧的工作原理还需要考虑到外界条件的影响。

例如，温度的变化会对橡胶和气体的性能产生影响，进而影响弹簧的工作效果。

此外，弹簧的设计和制造也需要考虑到使用环境、负荷要求等因素，以确保弹簧能够正常工作并具有良好的使用寿命。

总结起来，橡胶空气弹簧通过橡胶的弹性和气体的压力来实现其工作原理。

当外界施加压力或形变时，橡胶膜和气体会发生相应的变化，使得弹簧能够起到缓冲和支撑的作用。

这种弹簧具有重量轻、减震效果好、调节方便等优点，在汽车悬挂系统、工业机械等领域得到广泛应用。

空气弹簧的发展ECJTU 段晋伟一、空气弹簧的简介1．定义：在可伸缩的密闭容器中充以压缩空气，利用空气弹性作用的弹簧。

俗称气囊、气囊式气缸、皮囊气缸等。

它具有如下特点：①空气弹簧具有非线性特性，可将其特性曲线设计成理想形状；②空气弹簧质量轻，内摩小，对高频振动有很好的隔振消声能力；③空气弹簧的刚度和承载能力可以通过调节橡胶气囊的内压力来调整；④空气弹簧的制造工艺复杂，费用高。

2．结构：曲囊式结构，其曲囊数通常为1~3 曲囊，但根据需要也可以设计制造成袖式、膜式、束带型空气弹簧，还可以在一定条件下将两个囊式空气弹簧叠加使用。

（注：五种结构对应按联接方式分类中的图）3．分类：(1)根据联接方式：a.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；b.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；c.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。

(2)按工作时的变形方式：分为囊式、膜式和混合式三种。

如图1、2、3 所示。

a.囊式空气弹簧主要依靠橡胶气囊的挠屈获得弹性变形。

囊式空气弹簧根据橡胶气囊曲数的不同分为单曲、双曲和多曲囊式空气弹簧。

b.膜式空气弹簧主要依靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形。

膜式空气弹簧的结构是在盖板和底座之间放置一圆柱形橡胶气囊，通过气囊挠曲变形实现整体伸缩。

膜式空气弹簧在其正常工作范围内，弹簧刚度变化要比囊式小，同时也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。

膜式空气弹簧有效面积的变化率也比囊式弹簧小，因此，膜式空气弹簧在辅助气室较小的情况下，也可得到较低的自振频率。

c.混合式空气弹簧则兼有以上两种变形方式。

图表1 囊式空气弹簧图表2 膜式空气弹簧图表3 混合式空气弹簧(3)根据橡胶气囊止口与接口的连接方式：分为约束模式和自由模式空气弹簧。

空气弹簧的作用
空气弹簧是一种由充气的袋子组成的弹簧，它具有消声、行走缓冲、机械阻尼等特点，常用于各种类型的机械和汽车产品的组装。

它的最大特点在于其三要素：振动减振、缓冲和无油润滑，这使得空气弹簧在安装、设计和使用中具有极大的灵活性。

空气弹簧主要由两个部分组成：气室和弹簧。

气室由一组软性材料制成，可以持续不断地吸收和释放气体，对振动产生阻尼作用；而弹簧则由一组聚合材料或橡胶制成，可以产生弹性，使得气体在气室中得到有效分布。

由于空气弹簧可以提供振动减振和缓冲，它们常用于汽车配件的组装，以减少在路面行驶时的噪音和振动，改善舒适性和操控性。

此外，它们还可以用于电子产品中的传感器、按键、马达和发动机等配件，确保其完整性和运行稳定性。

此外，空气弹簧还具有无油润滑的特性。

正常情况下，这种弹簧和其他弹簧都不需要润滑，只需要将充气的袋子放入指定的位置，它就能自动确保行驶和操作过程中的舒适性和安全性。

同时，这种无油润滑的特性也使得空气弹簧在耐久性和可靠性方面具有明显的优势。

空气弹簧在机械和汽车行业的应用越来越广泛，它们不仅能够提供振动减振和机械阻尼，还能改善机械产品的组装和设计，提升使用者的实际体验。

此外，它们还具有无油润滑的特性，使得安装、维护和使用更加便利，进一步提高了产品的质量。

总之，空气弹簧是一种具有振动减振、缓冲和无油润滑特性的弹
簧，它在机械和汽车行业的应用得到了非常广泛的应用，为机械和汽车行业的发展和改善贡献了重要的力量。