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| 油氣彈簧及空氣懸架的設計分析 |
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| 1.油氣彈簧的設計 通常用彈性橡膠膜將氣體與油液隔開，從而防止在高溫、高壓及復雜的工作條件下氣體溶于油液，確保性能的穩定性。由于油氣彈簧采用鋼制氣室，因而與空氣彈簧相比，可以有更高的工作壓力，通常為5—7MPa，有的高達20MPa。因此在同樣的工作條件下，油氣彈簧具有尺寸短、質量小的優點，便于在車上布置，用于重型自卸汽車上比鋼板彈簧輕50%以上。油氣彈簧的其他優點還包括：傳力的油液介質同時也可起到潤滑滑動表面的作用；在缸筒內安裝內置節流閥，可以提供必要的阻尼力使油氣彈簧同時起減振作用，從而取消了單獨的減振器；依靠車身高度調節閥調節油液的壓力，可以方便地實現車身高度的調節；油氣彈簧具有較低的固有振動頻率等。其缺點有：由于工作介質為高壓氣體和油液，因而對相對運動部件的表面粗糙度、耐磨性、裝配精度以及密封環節的設計都提出了較高的要求，以確保密封性。在使用過程中氣體會緩慢地泄漏，需要專門的充氣裝備及作業規程并及時充氣。所以油氣彈簧結構較復雜，維修保養較麻煩。 油氣彈簧的典型結構是單氣室結構，除此之外，還有雙氣室(即帶反壓氣室)和兩級氣室(或兩級壓力式)等結構型式。由于油氣彈簧的氣體密封在工作氣室內，在不同的載荷下其質量維持不變，因而又稱為定質量空氣彈簧。與此相比較，上一節所討論的囊式和膜式空氣彈簧在給定的工作高度下，其工作容積不受載荷的影響，基本維持不變，因而也稱為定容積空氣彈簧。 由于載荷減小時油氣彈簧的剛度減小，在伸張行程時有可能導致動容量太小，經常發生撞擊限位塊的情況。為防止這種情況發生，可以采取增大伸張行程阻尼力的辦法，也可以采用雙氣室即帶反壓氣室結構。在該種結構中有一個反壓工作氣室，其中有一浮動活塞將油液與高壓氣體分隔，油液有回路與主氣室的油液相通。因此，帶反壓氣室油氣彈簧的剛度由主氣室與反壓氣室的參數共同決定。通過合理選擇主氣室與反壓氣室的參數，可以得到恰當的彈簧剛度特性。 由于氣體總容積的增加，使得氣體折算高度增加，彈簧剛度下降，振動頻率降低，從而改善了汽車的行駛平順性。兩級氣室型油氣彈簧的作用原理與鋼板彈簧主、副簧結構的類似，它們都是為了使汽車在空、滿載時均具有良好的平順性，但鋼板彈簧是當載荷增加時增大剛度，而油氣彈簧則要減小剛度。 2.空氣懸架的設計 空氣懸架多應用于各類大型客車和無軌電車上，在轎車、長途運輸重型載貨汽車和掛車上也有所采用。其彈性元件是由夾有簾線的橡膠囊或膜和沖入其內腔的壓縮空氣所組成。這種懸架除彈性元件、減振器和導向機構外，一般還裝有車身高度調節裝置。 由于空氣彈簧可以設計得比較柔軟，因而空氣懸架可以得到較低得固有振動頻率，同時空氣彈簧的變剛度特性使得這一頻率在較大的載荷變化范圍內保持不變，從而提高了汽車的行駛平順性。空氣懸架的另一個優點在于通過調節車身高度使大客車的地板高度和載貨汽車的貨箱高度隨載荷的變化基本保持不變。此外，空氣懸架還具有空氣彈簧壽命長、質量小以及噪聲低等一些優點。 空氣懸架的不足之處在于：結構復雜，與傳統的鋼制彈性元件相比，需要增加壓氣機、車身高度調節器以及氣閥等零部件；價格昂貴；空氣彈簧尺寸較大，不便于布置；需要專門的導向機構傳遞側向力、縱向力及制動、驅動力矩。正是由于這些原因，普通轎車上很少采用空氣懸架。 按照結構特點，空氣彈簧可以分為囊式和膜式兩大類。囊式空氣彈簧結構相對簡單，制造方便，但剛度較高，因而常用于大型客車、無軌電車和載貨汽車，并且常配有輔助氣室以降低彈簧剛度。膜式空氣彈簧剛度小，適合于用作轎車懸架，但同等空氣壓力和尺寸下其承載能力小，并且動剛度會增大。增加輔助氣室后，可使空氣彈簧的彈性特性更接近于理想彈性特性，但輔助氣室的容積一般不超過彈簧容積的3倍。 由于空氣彈簧無法承受側向力及轉矩，必須為懸架選擇恰當的導向桿系。目前常用的有以下三種方式：用鋼板彈簧作為導向元件，這種方法的優點在于可以利用以前的零部件，便于改裝，同時板簧與空氣彈簧聯合作用可使懸架彈性特性更接近理想，懸架的偏頻在很大載荷范圍內近似保持不變�？v臂式，這種方式增加了設計的靈活性，可以較好地懸架的縱傾特性，車輪跳動時主銷傾角的變化量也能滿足要求。A型架式，實際上為縱臂式的變形，其側向剛度較大，可減小車身側向擺動的加速度，從而減小懸架中出現的附加載荷，多用于重型車的懸架。在轎車上，一般前懸采用雙橫臂，后懸采用縱臂式導向機構。 空氣懸架車身高度調節機構是一端固定在車架、一端固定在車身上的聯動閥，當車引高度變化時，閥動作打開相應的氣路，向彈簧氣室中補充或由彈簧氣室放出空氣，達到測節車身高度的目的。(圖/文http://www.sahksoft.xyz/) |
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