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[悬挂] 油气弹簧的设计

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发表于 27-7-2009 19:45:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

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油气弹簧设计

一、        油气弹簧的设计
油气弹簧是空气弹簧的一种特例,其工作原理如图4—20所示。

图4—20  油气弹簧工作原理图
1-油液;2-气体;3-橡胶膜;4-活塞
其中起弹性元件作用的仍是密封在工作气室内的惰性气体(一般为氮气),但在气体与活塞之间引入油液作为传力介质。通常用弹性橡胶膜将气体与油液隔开,从而防止在高温、高压及复杂的工作条件下气体溶于油液,确保性能的稳定性。由于油气弹簧采用钢制气室,因而与空气弹簧相比,可以有更高的工作压力,通常为5~7 MPa,有的高达20MPa。因此在同样的工作条件下,油气弹簧具有尺寸短、质量小的优点,便于在车上布置,用于重型自卸汽车上比钢板弹簧轻50%以上。油气弹簧的其他优点还包括:传力的油液介质同时也可起到润滑滑动表面的作用;在缸筒内安装内置节流阀,可以提供必要的阻尼力使油气弹簧同时起减振作用,从而取消了单独的减振器;依靠车身高度调节阀调节油液的压力,可以方便地实现车身高度的调节;油气弹簧具有较低的固有振动频率等。其缺点有:由于工作介质为高压气体和油液,因而对相对运动部件的表面粗糙度、耐磨性、装配精度以及密封环节的设计都提出了较高的要求,以确保密封性。在使用过程中气体会缓慢地泄漏,需要专门的充气装备及作业规程并及时充气。所以油气弹簧结构较复杂,维修保养较麻烦。目前油气弹簧常用于重型汽车尤其是重型自卸汽车上,也有个别轿车采用油气弹簧(如雪铁龙DS—19型汽车)。
油气弹簧的典型结构是单气室结构,除此之外,还有双气室(即带反压气室)和两级气室(或两级压力式)等结构型式。
由于油气弹簧的气体密封在工作气室内,在不同的载荷下其质量维持不变,因而又称为定质量空气弹簧。与此相比较,上一节所讨论的囊式和膜式空气弹簧在给定的工作高度下,其工作容积不受载荷的影响,基本维持不变,因而也称为定容积空气弹簧。
单气室油气弹簧的特性可用式(4-39)求得。在式(4-40)中,由于油气弹簧的有效面积 就是活塞面积 ,当活塞位移时其面积 保持不变,即 ,因而弹簧刚度 可表述为
   (4-44)
为计算方便起见,今将气体体积y折合成活塞面积A和一高度H的乘积,即引入气体折算高度 ,则上式进一步简化为
   (4-45)
在静平衡位置时,有
         (4-46))
式中 ——静平衡位置时气体折算高度,
       (4-47)
    由式(13—4)、(13—95)和式(13—87)可得到在静平衡位置时的振动偏频n (Hz)为
     (4-48)
式中 ——重力加速度,g=9810mm/ 。
由式(4-48)可以看出,振动的偏频与静平衡位置时的折算高度成反比。亦即当弹簧所承受的载荷增加时,由于气体被压缩,其折算高度减小,振动频率增加;当载荷减小时,气体的体积增加,折算高度增大,振动频率减小。这种振动频率随载荷增加而增大的特性与一般线性弹簧刚好相反。
由于载荷减小时油气弹簧的刚度减小,在伸张行程时有可能导致动容量太小,经常发生撞击限位块的情况。为防止这种情况发生,可以采取增大伸张行程阻尼力的办法,也可以采用双气室即带反压气室结构。在该种结构中有一个反压工作气室,其中有一浮动活塞将油液与高压气体分隔,油液有回路与主气室的油液相通。因此,带反压气室油气弹簧的刚度由主气室与反压气室的参数共同决定。通过合理选择主气室与反压气室的参数,可以得到恰当的弹簧刚度特性。
油气弹簧的另一种型式为两级气室或两级压力式结构。在这种结构中,有两个并联工作的气室,其中之一为主气室,其工作压力 与单气室油气弹簧相近,另外一个气室称为补偿气室,其中充以高压气体,一般其压力 约为 的1.5~2.0倍。当弹簧承受轻载时,只有主气室的气体参与工作,当所承受的载荷超过某一临界载荷 时,补偿气室开始参与工作,此时,由于气体总容积的增加,使得气体折算高度增加,弹簧刚度下降,振动频率降低,从而改善了汽车的行驶平顺性。两级气室型油气弹簧的作用原理与钢板弹簧主、副簧结构的类似,它们都是为了使汽车在空、满载时均具有良好的平顺性,但钢板弹簧是当载荷增加时增大刚度,而油气弹簧则要减小刚度。


该用户从未签到

发表于 27-7-2009 22:25:53 | 显示全部楼层
好东东,只是有些公式和图都看不到,国内对于油气悬架的研究还是比较热的,其实在国外已经相当成熟了,
但是不知道有没有一些公开的设计资料咯。要是有的话就好了,期盼!

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  • TA的每日心情

    7-9-2016 15:38
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 28-7-2009 16:30:48 | 显示全部楼层
    听说北京有个什么研究所  在作方面的东西
    还有就是  重庆的了
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    发表于 16-3-2010 19:27:22 | 显示全部楼层
    可有气弹簧耐久试验的分析方法?
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    该用户从未签到

    发表于 9-4-2010 16:49:36 | 显示全部楼层
    懒人 直接求结果了

    国内有值得推荐的生产厂商吗?
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    该用户从未签到

    发表于 9-4-2010 20:28:30 | 显示全部楼层
    现在的科技离不了数学和物理!
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    该用户从未签到

    发表于 12-11-2011 17:55:35 | 显示全部楼层
    就我所了解的,目前北京的201所(北方车辆研究所)对这一块有一定研究
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    该用户从未签到

    发表于 12-11-2011 17:57:26 | 显示全部楼层
    QQ726446415,希望对油气弹簧的计算有一定研究的或者感兴趣的加我,指导指导俺
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    该用户从未签到

    发表于 3-12-2011 22:25:41 | 显示全部楼层
    好像徐工对这一块有一定的研究
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    该用户从未签到

    发表于 2-8-2012 21:33:15 | 显示全部楼层
    好东西  可惜图片看不到
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