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1、第27卷第10期合肥工业大学学报(自然科学版)Vol.27No.102004年10月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYOct.2004汽车膜式空气弹簧的分析与计算李滨,陈无畏(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽,合肥230069)摘要:对空气弹簧悬架中的主要元件膜式空气弹簧进行了分析,在简化计算模型的基础上,进行空气弹簧系统垂直刚度及振动频率的计算和结果分析。在膜式空气弹簧结构与计算模型的基础上,建立起膜式空气弹簧有效面积、有效面积的变化率及有效体积变化率的计算模型。通过实例分析与空气弹簧的负荷特性计算,对空气弹簧的设计与计算提供了理
2、论依据。关键词:空气弹簧;垂直刚度;振动频率中图分类号:U463.23文献标识码:A文章编号:1003-5060(2004)10-1191-05AnalysisandcalculationofdiaphragmairspringofanautomobileLIBin,CHENWu-wei(SchoolofMachineryandAutomobileEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Thediaphragmairspring,whichisthemaincomponentofa
3、irspringsuspension,isanalyzed.Theverticalstiffnessandvibrationfrequencyoftheairspringsystemarecalculatedandanalyzedonthebasisofthesimplifiedcalculationmodel.Thecalculationmodelsoftheeffectivearea,therateofchangeoftheeffectiveareaandtherateofchangeoftheeffectivevolumeareestablishedforthedi-
4、aphragmairspring.Acalculationexampleispresentedandtheloadcharacteristicoftheairspringan-alyzed.Thisstudyprovidesatheoreticbasisforthedesignandcalculationofairsprings.Keywords:airspring;verticalstiffness;vibrationfrequency空气弹簧悬架因其优越的特性已在国外大客车上得到广泛应用。在我国,装有空气弹簧悬架的大客车,由于其良好的性能,倍受交通、旅游部门的欢迎。近年
5、来,国产的大型高档客车特别是引进国外先进[1,2]技术制造的大型高档客车大都采用了空气弹簧悬架。空气弹簧悬架中的主要元件是空气弹簧。它由夹有帘线的橡胶囊和充入囊内的压缩空气组成。从结构形式上分为两大类:囊式空气弹簧和膜式空气弹簧。二者相比,前者制造方便,寿命长,刚度较大;后者刚度较小,而且可以很容易地用改变活塞形状的方法来改变其特性曲线的形状,使其更为理想,因此,它在汽车上得到了广泛的应用。本文仅研究汽车上应用较多的膜式空气弹簧。收稿日期:2003-12-30;修改日期:2004-03-11基金项目:安徽省国际合作项目资助(02088001)作者简介:李滨(1976-),男
6、,江苏连云港人,硕士,合肥工业大学助教;陈无畏(1951-),男,湖南攸县人,博士,合肥工业大学教授,博士生导师.1192合肥工业大学学报(自然科学版)第27卷1空气弹簧垂直刚度及空气弹簧系统振动频率的计算空气弹簧的弹力可由下式表示P=Pr/A(1)其中,P为空气弹簧的负荷;Pr为空气弹簧内腔中的相对气压;A为气囊的有效面积(水平截面积)。[3]假设气囊中的气体的热交换过程是处于等温和绝热过程之间,称为多变过程,则它的状态方程为mm(Pr+Pa)V=(Pr0+Pa)V0(2)其中,Pr为气囊中任意位置的相对气压;V为任意位置的相对容积;Pa为气囊外部的气压;Pr0为静平衡位
7、置时,气体的相对气压;V0为静平衡位置时,气体相对容积;m为多变指数。由(2)式得mV0Pr=(Pr0+Pa)-Pa(3)V将(3)式代入(1)式,得mV0P=(Pr0+Pa)-PaA(4)V将(4)式对空气弹簧的垂直位移x求导,可得空气弹簧的刚度计算公式mmdPV0dAV01dVC==(Pr0+Pa)-Pa-Am(Pr0+Pa)õdxVdxVVdx将(3)式代入上式,得1dVdAC=-Am(Pr+Pa)+Pr(5)Vdxdx将初始状态下平衡位置时V=V0,A=A0,Pr=P0代入(5)式,得m1dVdAC0=-A
