空气弹簧的刚度计算

空气弹簧的主要设计参数是有效面积A。如图1所示，作一平面T-T切于空气囊的表面，且垂直空气囊的轴线。因为空气囊是柔软

图1有效面积的定义

的橡胶薄膜，根据薄膜理论的基本假设，空气囊不能传递弯矩和横向力，因此在通过空气囊切点处只传递平面T-T中的力，而平面T-T有效面积为A，有效半径为R

弹簧所受的载荷P

式中　p——空气弹簧的内压力，N/cm²

空气弹簧垂直刚度计算

表1

类型及变形简图

公式及数据

备注

囊

式

弹

簧

p——空气弹簧的内压力，MPa

p_a——大气压力，MPa

自

由

膜

式

弹

簧

式中，系数a可按下式计算或由图2求出

V——空气弹簧有效容积，mm³

m——多变指数，等温过程中(如计算静刚度时)m＝1，绝热过程中m＝1.4，一般动态过程1＜m＜1.4

n——空气弹簧的曲数(图中只画出一曲)

P'——垂直刚度，N/mm

a——形状系数

约

束

膜

式

弹

簧

式中，系数a可按下式计算或由图3求出

图2自由膜式空气弹簧的系数a　　　　　　　　　　　　　　图3约束膜式空气弹簧的系数a

空气弹簧横向刚度计算

囊式空气弹簧

一般囊式空气弹簧在横向载荷作用下的变形，是弯曲和剪切作用的合成变形，如图4所示

图4橡胶囊在横向载荷作用下的变形

(1)单曲囊式空气弹簧的弯曲刚度T'(图5)

式中　a——囊式空气弹簧的垂直特性形状系数，可由表1中的有关公式确定

图5空气弹簧的弯曲变形

(2)单曲囊式空气弹簧的剪切刚度P'_1r(图6)

式中　ρ ——帘线的密度；

i——帘线的层数；

E_f——一根帘线的截面积与其纵向弹性模量的积；

φ——帘线相对纬线的角度

图6空气弹簧的剪切变形

对于多曲囊式空气弹簧，横断面受弯曲和剪切载荷而发生的变形，可以利用力和力矩的平衡，将各曲的变形叠加起来而得到。若横断面总的变形很小时，则多曲囊式空气弹簧的横向刚度P'_r可由下式求得：

式中　h——一曲橡胶囊的高度；

h'——中间腰环的高度；

P——空气弹簧所受垂直载荷；

F——空气弹簧承受的轴向载荷；

n——空气弹簧的曲数；

T'——弯曲刚度；

P'_1r——剪切刚度

由上式可以看出，空气弹簧的曲数越多，则其横向刚度越小。实际上4曲以上的空气弹簧，由于其弹性不稳定现象，已不适于承受横向载荷的场合

膜式空气弹簧

表2

类型及变形简图

公式及数据

备注

自

由

膜

式

空

气

弹

簧

式中，b可按下式计算或查图7

b——横向变形系数

P'₀——橡胶-帘线膜本身的横向刚度

p——空气弹簧的内压力

A——空气弹簧的有效面积

约

束

膜

式

空

气

弹

簧

式中，b可按下式计算或查图8

图7 自由膜式空气弹簧的形状系数b　　　　　　　　　　　　　　　图8 约束膜式空气弹簧的形状系数b