一、弹簧分为空气弹簧和弹簧
弹性元件主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等。
1、钢板弹簧
钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件,它是由若干片等宽但不等长(厚度可以相等,也可以不相等)的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。
钢板弹簧本身还能兼起导向机构的作用,并且由于弹簧各片之间的摩擦而起到一定的减振作用。为了保证在弹簧片间产生定值摩擦力以及消除噪声,可在弹簧片之间夹人塑料垫片。如某些高级轿车后悬架的弹性元件采用钢板弹簧时,常采用此种结构。
2、螺旋弹簧
螺旋弹簧广泛地应用于独立悬架,特别是前轮独立悬架中。然而在有些轿车的后轮非独立悬架中,其弹性元件也采用螺旋弹簧。螺旋弹簧与钢板弹簧比较,具有以下优点:无需润滑,不忌泥污;安置它所需的纵向空间不大;弹簧本身质量小。
螺旋弹簧本身没有减振作用,因此在螺旋弹簧悬架中必须另装减振器。此外,螺旋弹簧只能承受垂直载荷,故必须装设导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成,可做成等螺距或变螺距。前者刚度不变,后者刚度是可变的。
3、扭杆弹簧
扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的杆。扭杆断面通常为圆形,少数为矩形或管形。其两端形状可以做成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形等等,以便一端固定在车架上,另一端固定在悬架的摆臂上。摆臂则与车轮相连。
当车轮跳动时,摆臂便绕着扭杆轴线而摆动,使扭杆产生扭转弹性变形,借以保证车轮与车架的弹性联系。有的扭杆由一些矩形断面的薄条(扭片)组合而成,这样,弹簧更为柔软。
4、气体弹簧
气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种。
空气弹簧质量小,寿命长,一旦漏气弹簧失效,与钢板弹簧比较占用汽车横向方向尺寸多,因此布置困难。空气弹簧只能承受垂直载荷作用,因此选用空气弹簧作为弹性元件,悬架还必须装减振器、导向机构等。
油气弹簧的特点是具有变刚度特性,兼起减振器作用,用于载质量大些的商用货车上时体积与质量比钢板弹簧小。但一旦漏气或漏油将失去作用,所以对密封要求高。油气弹簧只能承受垂直载荷,故选用油气弹簧作弹性元件的悬架还必须装置导向机构。油气弹簧主要应用于载质量大些的商用货车和自卸车上。
5、橡胶弹簧
由橡胶制成。为增加弹簧行程,常将它做成中空状。橡胶弹簧具有隔音、工作无噪声、不要润滑和变刚度等优点。但有易老化、怕油污和行程小,以及只能承受压缩和扭转载荷等缺点。橡胶弹簧主要用于做副簧和缓冲块。
二、空气弹簧的分类
汽车气体弹簧分为空气弹簧和油气弹簧两种类型。空气弹簧和油气弹簧都同螺旋弹簧一样,只能承受轴向载荷, 因此,气体弹簧悬架中必须设置纵向和横向推力杆等导向机构,同时还必须设有减振器。
气体弹簧可以通过专门 的高度控制阀自动调节气室中的原始充气压力面的高度。
气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体,利用气体的可压缩性实现其弹簧作用的。
这种弹簧的刚度是可变的,因为作用在弹簧上的载荷增加时,容器内的定量气体气压升高,弹簧的刚度增大。
反之,当载荷减小时,弹簧内的气压下降,刚度减小,因此,它具有较理想的弹性特性。
三、空气弹簧可以自由确定形状
空气弹簧减震器工作时,内腔充入压缩空气,形成一个压缩空气气柱。随着震动载荷量的增加,弹簧的高度降低,内腔容积减小,弹簧的刚度增加,内腔空气柱的有效承载面积加大,此时弹簧的承载能力增加。
空气弹簧减震器原理
当震动载荷量减小时,弹簧的高度升高,内腔容积增大,弹簧的刚度减小,内腔空气柱的有效承载面积减小,此时弹簧的承载能力减小。
这样,空气弹簧减震器在有效的行程内,空气弹簧减震器的高度、内腔容积、承载能力随着震动载荷的递增与减小发生了平稳的柔性传递、震幅与震动载荷的高效控制。还可以用增、减充气量的方法,调整 空气弹簧减震器的刚度和承载力的大小,还可以附设辅助气室,实现自控调节。
四、空气弹簧组成
空气弹簧工作时,内腔充入压缩空气,形成一个压缩空气气柱。随着振动载荷量的增加,弹簧的高度降低,内腔容积减小,弹簧的刚度增加,内腔空气柱的有效承载面积加大,此时弹簧的承载能力增加。
当振动载荷量减小时,弹簧的高度升高,内腔容积增大,弹簧的刚度减小,内腔空气柱的有效承载面积减小,此时弹簧的承载能力减小。
这样,空气弹簧在有效的行程内,空气弹簧的高度、内腔容积、承载能力随着振动载荷的递增与减小发生了平稳的柔性传递、振幅与震动载荷的高效控制。还可以用增、减充气量的方法,调整弹簧的刚度和承载力的大小,还可以附设辅助气室,实现自控调节。
空气弹簧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5-7Hz。
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。
空气弹簧由于其特殊的材料和独特的结构,因而具有金属弹簧和橡胶弹簧所没有的特点:
1、空气弹簧具有优良的非线性硬特性,能够有效限制振幅,避开共振,防止冲击。空气弹簧的非线性特性曲线可按实际需要进行理想设计,使其表现为在额定载荷附近具有较低的刚度值。
2、由于空气弹簧所采用的介质主要是空气,因而容易实施主动控制。
3、空气弹簧的刚度k随载荷P而变,所以在不同载荷下,其隔振系统固有频率几乎不变,隔振效果也几乎不变。
五、空气弹簧和普通弹簧
橡胶空气弹簧空气弹簧;橡胶空气弹簧;空气隔振器;气动执行机构 空气弹簧,俗称气囊、气囊式气缸、皮囊气缸等。 空气弹簧为曲囊式结构,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。 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。 空气弹簧广泛应用于商业汽车、巴士、轨道车辆、机器设备及建筑物基座的自调节式空气悬挂。