SAE Manual Air Spring Design P18-20.pdf

在商业应用中采用空气弹簧是相对较晚才出现的事物，但空气弹簧的想法却不是什么新的概念。

空气弹簧最早的实用记录是1847年2月授予约翰·路易斯的一项专利。1910年之前，本杰明·贝尔进行了套筒式空气弹簧的试验工作，以不同的活塞形状进行试验研究。他们两人的想法和工作实际上是综合了300多年前一位爱尔兰人和一位英国人努力的结果。

早在1660年，爱尔兰人罗伯特·波义尔出版了一篇论文：“新试验
– 探索空气弹性”，提出了“温度保持常数时空气绝对压力和容积成反比”这样的定律。18年后，英国人罗伯特·霍克提出了弹性固体的力和伸长之间的关系式。

凡士通轮胎和橡胶公司于上世纪30年代早期首次进行了一系列工作将空气弹簧改进用于汽车工业。到1935年，实验性的Buick和Plymouth小轿车便配备上了空气弹簧。很快又安装到其他汽车上，如Studebaker、Chrysler、Ford、Lincoln等。尽管人们对之如此感兴趣，但到了30年代末期，这些汽车就不再采用空气弹簧了，主要是因为成本高，并且要对钢板弹簧和悬架进行大量改动。
1938年，通用汽车公司对在其客车上安装一种新的空气弹簧悬架感兴趣。他们与凡士通合作，于1944年试验了第一辆空气悬架客车，并于1953年实现了首批生产。这种突破促使了空气弹簧在许多新领域和今天应用领域中的发展的成长。此外，还发展了一些空气弹簧的新概念，以适应新出现的和不断变化的需求。
        在上世纪50年代中期，Goodyear公司开发了获专利的卷绕波瓣型空气弹簧。这种卷绕波瓣型空气弹簧的载荷-变形特性受活塞形状的影响很大。
        空气弹簧之所以能够打入原来采用更传统和更熟悉弹簧的领域，主要是因为它们的独特性能和多用性。通常熟知的空气弹簧优点是：
1.        弹簧刚度可控制。
2.        载荷能力可调节。
3.        高度控制简易性。
4.        减少摩擦。
5.        几乎不随载荷变化的频率特性。

空气弹簧为什么和如何具有这些优点，并且能满足现代工业的需要，这些问题将在下面说明，包括空气弹簧的基本原理、型式、设计问题、和特殊应用。
空气弹簧基本原理


1.        一般讨论

        空气弹簧基本上是一个密闭空气柱的容器，利用压力空气作为弹簧的承力介质。空气的压缩性提供了符合悬架应用要求的弹性。
        空气弹簧支承重量的能力取决于其有效面积。此面积是一个名义面积，是将弹簧支承的载荷除以任一给定位置的空气压力而得出的。有效面积是空气弹簧变形的函数。不管它是保持为常数、随变形而增加，还是减少，这些都由弹簧及其零件的设计所控制。弹簧刚度是弹簧变形时有效面积改变和空气压力改变的结果。空气压力随变形的速度和幅度而变；对于一单位变形量，压力（因而弹簧刚度）将按等温、绝热、或多变过程而不同。
        空气弹簧提供了可调节的弹簧刚度、可调节的承载能力、高度控制的简易性、和低摩擦的运动。空气弹簧可适用于轻型或重型悬架应用。

2.        压缩过程

对于给定的弹簧设计，最小的空气弹簧刚度发生于等温压缩过程条件下，而最大的弹簧刚度则发生在绝热压缩过程条件下。多变刚度则在等温和绝热刚度之间变化。当空气全部压缩热量都散出从而使空气温度保持不变时，则得到等温刚度。当弹簧变形非常慢而有足够的时间散出热量，并且压力升高最小时，就接近于等温刚度。
当所有压缩热量保存在空气中时，则得到绝热刚度。当弹簧快速变形，没有足够的时间散热时就接近这样的条件。空气升温越高就会使空气压力越高，因而使弹簧刚度越高。
当只有一部分压缩热量保留在空气中时，则得到多变刚度。大多数空气弹簧的变形既不是等温过程也不是绝热过程，不过在正常使用过程中，它们非常接近绝热过程。

3.        等容空气弹簧

        在给定的工作高度下，空气弹簧的容积都相对不变而不管静载荷或空气压力如何。这样的空气弹簧叫做等容空气弹簧，并且是现在最常用的型式。在给定高度下，承载能力和弹簧刚度将随内部空气压力的变化而改变。对于这种型式的空气弹簧，当弹簧承受载荷变化时，需要有外部压缩空气源来保持弹簧高度不变。等容空气弹簧的自然振动频率随载荷的改变而基本不变，而等质量空气弹簧的自然频率随载荷的变化就要较大。

4.        等质量空气弹簧

        作为弹簧介质的空气质量固定不变时，就叫做等质量空气弹簧。给定数量的空气密封在系统中，在任何载荷或变形条件下都保持不变。
        等质量空气弹簧承受载荷增加时，空气容积减小，弹簧刚度则增加。相反，当弹簧载荷减小时，空气则膨胀而容积增加，从而使弹簧刚度减小。所以，使用等质量空气弹簧的悬架系统，其自然振动频率随系统载荷的增加而增加。
        不与带高度控制阀或其他控制阀配置的气源相连接的空气弹簧通常叫做“闭锁”系统。象大多数液-气弹簧一样，被分类为“等容空气弹簧”

5.        气缸-活塞基本空气弹簧

        A. 带活塞的气缸可用作空气弹簧，但它们有几个主要缺点：

(1)        滑动摩擦力很大。特别是对短行程脉冲不利。
(2)        在要求的装置使用寿命中，很难保证不通过活塞和活塞密封漏气。
(3)        在大多数安装中要求上下安装都采用叉环结构。
(4)        有效面积不能改变。
(5)        活塞和活塞杆导引造成磨损问题。

B. 还有一个优点是可以采用更高工作压力，并且可以综合承载能力和阻震性能，使两者都满足要求。

[ 本帖最后由 leeleening 于 15-6-2009 14:56 编辑 ]

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[ 本帖最后由 leeleening 于 15-6-2009 15:51 编辑 ]

LENNY 是在宣传FIRESTONE吗嘛。。。。。

LENNY ：在FIRESTONE后应该能找到详细的关于气囊设计方面的资料吧，什么时候发几个给我，我的邮箱zhaoguanghui2004@126.com

干一行，爱一行吗！

[ 本帖最后由 leeleening 于 15-6-2009 16:20 编辑 ]

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新学一个知识-空气弹簧。

貌似现在的好点的客车上都广泛使用了空气弹簧

空气弹簧舒适性比较好！

是啊,空气弹簧舒适性比较好！

大型的10米以上的用这个将会成为一种趋势。
大家现在第一追求的就是舒适型。
上帝说舒服了，这就是好车。

这话放在前五年说很对，现在应该说10m以上很普及了，开始往10米以下推广了。

对于国内客车很多时候是由于JT325营运客车分级影响的。10m以上车以中长途为主，发展比较早，应用比较多，其实8~10m发展也很早，但量没有10m以上多，8m以下车辆由于市场的区分、价格、布置等问题发展比较慢，特别是6m左右的车辆更为明显些，布置难度特别大，和成熟市场上的独立悬架竞争优势不明显。
对于技术发展，由于空气悬架自身的优势决定其技术发展。4月上海客车展，奔驰展出了一辆4m多的房车后悬架采用斜置臂独立空气悬架。

您好！能不能把您的关于空气弹簧的资料发我一下啊，我也不能看到您的资料，邮箱：01-yanghe@163.com，谢谢！

楼主这篇文章确实是不错，对于我比较管用，谢谢！
但是文章仅仅是对悬架作了比较概念性的介绍，不知道对其核心——电控系统有否了解？
是否有相关资料可以提供，谢谢！

目前客车厂还是用的进口气囊较多，国产气囊还没有得到应用

看来是FIRESTONE的伙计在发小广告了，不过是科普知识。

当前新能源车会大量普及空气弹簧

感谢分享，值得好好学习