橡胶空气弹簧隔设计及性能

橡胶空气弹簧是橡胶和帘线制成的弯曲气囊。胶囊的双侧可以用两块钢板连起来，形成封闭，构成压缩空气室。橡胶和帘线自身没有承重能力，通过填充在胶囊中的压缩空气进行支承。它是依靠改变其中的压缩空气的压力来获得所需的刚性。目前，对于橡胶空气弹簧的运用在中国已经十分成熟，尤其是在高精度仪器和工业设备以及车辆等方面的运用。

1、橡胶空气弹簧的工作原理
橡胶空气弹簧是一种气压振动隔离仪。在实现作用时间间隔内，位移变化不随环境载荷的添加而变动，即具备零压缩的特征。橡胶空气弹簧作用时，里面充满高压气体(内部压力小于0.7 MPa)，出现一系列高压下形成的气体柱。负载能力增大，从而使弹簧的缩短，内部的体积缩小，弹簧的刚性增大，里面的气体柱的有效承载面积增加。当负载能力降低时，弹簧的长度会增大，内部空腔的体积会增加，弹簧的刚度将减弱，气柱在腔室中的有效承载面积将减小，弹簧的承重载荷能力将降低。在空气弹簧的，有效冲击下，空腔的高度，空腔的体积和空气弹簧的承载强度将正常而灵活的传递。这是一种十分方便的隔振器。

2  橡胶空气弹簧的设计与应用
2.1  橡胶空气弹簧的设计
1)空气弹簧张力的大小多数取决于内部结构的形状和材料的不同。在选择不同成分的橡胶时，我们需要考虑的东西有很多，首先要了解清楚其中主要材料的性能，还有是从一般的变形结构开始，要对橡胶的机械性能有要求，以承受各种零件的应力变形和压缩所产生的剪切应力。
2)橡胶复合材料的连续伸长应力主要表示橡胶空气弹簧阻尼器的应力和应变能力特性。因而，伸长应力通常用作橡胶组合物的机械功能指标。炭黑用作橡胶空气弹簧的增强成分，它够能加强橡胶材料的恒拉应力，以及缩小橡胶材料在恒定载荷下的动态变形和压缩变形，至使热量的产生大大降低。尽管所用生橡胶的类型不一样，但必须合理分配每个组件橡胶层上的拉伸应力。
3)橡胶隔振系统拥有的最初隔振功能是将中高段频率的振动下降至设想值之下。在低等频率振动下，能够通过对阻尼的运用来进行试验，将它调整到低振动的设想值下。因为本身自带的很多不足，对很多低振幅和一些超低振幅没有办法下降太多，这些是没有办法改变的，是其本身的特性带来的。
4)橡胶空气弹簧在不同的设备或是车辆中的设计是不同的。例如要减少大型货车的振动，提高货车司机的舒适性，研究人员就对货车橡胶空气弹簧开展过单独的设计，通过获得的试验数据分析，最终采用相匹配的电磁装置，这个装置能够把橡胶空气弹簧原有的振动幅度削弱到最轻。而且，在其设计中，采用独特的排序措施，振动幅度可以通过这样的设计而被吸收。建议运用橡胶帘布胶囊为根基零件，设计为上部减振元件]。
2.2  橡胶空气弹簧的应用
(1)磁悬浮列车是一种新型的非地面接触车辆，具备速度高、声音小、节约能源等优点，备受关注。在这里面，橡胶空气弹簧的运用是相当重要的。车辆研究所已经为SYS130A以及SYS130B磁悬浮列车的转向系统支架研发出膜式和囊式橡胶空气弹簧。将此几类橡胶空气弹簧应用于磁悬浮列车的中央悬挂，可以提高磁悬浮列车的乘坐稳定性，促进了我国磁悬浮列车的运用与研发。我国八达岭旅行发展线路的列车使用NEWAY公司制造的空气弹簧，此橡胶空气弹簧使用的是液体减振器，并且没有多余的气室，以减少其体积和重量。橡胶空气弹簧的使用使车辆辅助悬架质量得到提高，增加了其平稳性和耐用性。
(2)橡胶空气弹簧普遍运用在工业设备中。因为我国工业技术的突破，许多先进设备和技术的投入运用，橡胶空气弹簧运用也随之增多。在大多数机器减振方式中橡胶空气弹簧很多时候采用两种构造方式：束缚膜式和自由膜式。橡胶空气弹簧在工此机械设备安装中起缓冲吸震、操控摆动或提供压力技术功能，与别的相同作用的隔振机构比较，橡胶空气弹簧构造系统，无密封泄露风险，材料对环境的污染较小，废
弃处理方便，而且使用时间较长。
(3)橡胶空气弹簧在车辆领域上得到了普遍的应用。空气弹簧在一些大客车、重型卡车、高性能商务车上的使用已经占有很高的比重，而且根据我国汽车行业规划要求，大型车辆的设计要符合对公路有一定保护的要求。现已规定总质量大于等于12 000 kg的危险货物运输车的后轴，所有危险货物运输半挂车，以及三轴栏板式、仓栅式半挂车应装备空气悬架。

3  橡胶空气弹簧的性能
(1)橡胶空气弹簧可单独设计，具有较好的弹簧高度和承载能力设计空间，以及弹簧极软的特性。
a．弹簧高度。运用承载重量感应阀门，可以方便操控空气弹簧的高度，并在其承受重量变动的时候维持一定的高度。
b．承受载荷的能力好。橡胶空气弹簧可以通过改变自身的内部压力以得到很多的承受重量，此承受载荷的大小大约和构件里面的压力成比例关系。橡胶空气弹簧能满足多种载荷的要求，所以经济性比较好，橡胶空气弹簧安装的位置均可承受45～4 500 kg的负载。
(2)弹簧刚度。在不同的负载条件下，其刚度可以根据内部气压的变化来解决。刚度大约与构件里面的压力是正比例关系，所以我们能够根据需要选择任意的刚度。至于一定大小的橡胶空气弹簧，其刚度也是可以发生变化的，并且随着重量变化而改变，所以在每一个载荷下，固有频率大概是稳定的，所以能够让支撑系统可以拥有较为稳定的功能。
(3)原有的本身振动频率相对很低。其零件与一多加的一个气室相互连接，可以将其设备的原有的振动频率下降到至0.5～3 Hz。
(4)空气阻尼作用主要用于在橡胶空气弹簧和内部可用空间之间可以增加一个开口，当弹簧承载振动时，空气经过开口，使更多的能量损失，从而减少振动。
(5)可用时间更长，橡胶空气弹簧的耐磨性比金属弹簧好。悬架的应力测试表明，钢板弹簧经过10万次振动后断裂，而橡胶空气弹簧在40 mm振幅和2.7Hz频率下经过500万次以上振动后并未发生破裂，所似其耐用性要比金属类弹簧要高出很多，降低维修成本，提高了其设备的安全性能。
(6)橡胶空气弹簧与防振橡胶一样，在轴向和旋转方向上具有良好的支撑和抗振动效果。
(7)橡胶空气弹簧的制作和装配萁所用资金和材料较较少，易于拼装和改换，而且不需要经常维护。

4  结论
目前，我国这项技术的设计开发程度比较成熟，部件设计技术已经接近水平，其种类也越来越多，并已得到广泛的应用。尽管在中国橡胶空气弹簧在构造上比一般隔振器复杂，但其所需资金和材料很少，设备更换方便，容易检修，无需频繁的修理。这些优点使得橡胶空气弹簧应用于日常的机器或者一些高精度的仪器及车辆时具有更高的可行性。
相信随着科学技术的发展，功能优于普通隔振器的橡胶空气弹簧将很有可能在更多产品中获得广泛应用。橡胶空气弹簧在我国很有前景，发展的空间很大；相信随着相关技术人员的努力，橡胶空气弹簧的设计将会有质的突破。