FIRESTONE空气减震隔离器可以提供其他任何减震隔离器不

良好的隔离减震能力

 FIRESTONE空气减震隔离器可以提供其他任何减震隔离器不能比拟的最好程度的隔离减震效果。通过附设外部储气装置可以提供更低的固有频率。

高度控制精确

空气弹簧是通过内部气压来调整运行高度。空气弹簧不与其他部件之间产生静态摩擦。在承载力发生变化的情况下, 自动调节系统压力可以确保稳定的运行高度。。

隔震效率稳定及独立承载减震特性

空气震动隔离器是独一无二的, 其系统固有频率不会随着负荷大小而产生太大的变化。因此可以在有不均匀载荷的设备上每一安装点上使用相同的空气减震隔离器。

有效的防止共振

空气弹簧减震系统可以被设计成两种固有频率, 所以可以通过切换固有频率来防止共振。

良好的水平稳定性

 FIRESTONE空气弹簧具有良好的水平稳定性。

有效的减少噪音

空气减震隔离器可以减少结构传递噪音, 由于它没有普通螺旋弹簧中产生的弹簧震动, 因此其自身不产生噪音。。

工业空气弹簧作为减震隔离器的典型应用

工业洗衣机	离心机	振动筛
精密控制台	振动电机减震台	振动研磨机

 FIRESTONE空气弹簧刚度 基于有限元的空气弹簧垂直刚度特性分析

0 引言

作为重要的汽车弹性元件，空气弹簧采用夹有帘线的橡胶气囊内压缩空气的反力作为弹性恢复力，在载重车辆和高速客车中有着广泛的应用。在空气弹簧的相关特性中，垂直刚度特性对汽车整车性能的影响特别显著[1-3]。空气弹簧橡胶气囊的初始压力、帘线角和帘线层数是空气弹簧的三个重要参数，对空气弹簧的刚度特性有着重要的影响[4]。本文以某品牌的商用车自由膜式空气弹簧为例，通过ADINA非线性有限元分析软件对其静态垂直刚度特性进行了仿真分析，并对影响空气弹簧垂直刚度特性的各种主要参数进行了详细分析，得到一些有意义的结论。

1  FIRESTONE空气弹簧的垂直刚度特性[5, 6]

空气弹簧的支承和弹性作用的大小主要取决 于空气弹簧内的压缩气体密度，因此空气弹簧的承载力F可表示为：

 F＝Pi Ae  （1）

通过承载力F对弹簧行程s求导可得空气弹簧刚度k。

式中： k为 FIRESTONE空气弹簧刚度；pi为空气弹簧内气体工作压力； po为大气压力；n为气体的多变指数；Ae为空气弹簧有效承压面积； V为空气体积。

由公式（5）可知，影响空气弹簧垂直刚度特性的主要因素有空气弹簧的初始压力、分子运动过程、有效承压面积、底座的形状、辅助气室等。

2  FEA分析方法

本文采用ADINA软件进行有限元分析，ADINA作为通用的模拟计算工具，能分析应力、位移等复杂的非线性问题。大量的复杂问题都可以通过选项块的不同组合模拟出来[7]。

采用ADINA进行有限元分析的基本步骤如下：

步骤1：使用前处理系统ADINA-AUI 定义空气弹簧有限元模型；

步骤2：应用ADINA，ADINA-T，ADINA-F等求解器对空气弹簧模型实施数值计算；

步骤3：运行ADINA-AUI 对上述计算结果进行处理。

3 基于有限元的垂直刚度特性分析

3.1 有限元模型的建立

首先，建立空气弹簧整体三维几何模型，对材料特性定义、单元组定义、网格划分、接触的定义、约束的定义、载荷的定义以及定义载荷的时间函数、时间步和步长，最后得到膜式空气弹簧的静特性有限元模型，如图1所示。

3.2 垂直刚度的有限元分析

3.2.1 不同初始压力下的空气弹簧垂直刚度特性

对自由膜式空气弹簧的模拟工况为：空气弹簧压缩到-10mm位移时，对有限元模型腔内分别设定0.3MPa和0.4MPa的初始压力，研究不同初始压力对空气弹簧垂直刚度特性的影响，应力和应变的云图如图2图5所示。

步骤1：外径分析 通过有限元分析计算获得空气弹簧橡胶气囊外径参考点处位移和最低参考点的计算数值，计算数值如表1所示。

由表1可知，空气弹簧橡胶气囊的外径与初始压力进行同向变化，即：其轴向变化量随着初始压力的增加而增大，这与空气弹簧实际的工作状态相一致。

步骤2：应力应变分析 在不同初始压力下，通过对空气弹簧产生的应力和应变的云图分析，橡胶气囊最大应力值和最大应变值如表2。

由表2可知，空气弹簧橡胶气囊的应力值和应变值与初始压力同向变化，这与空气弹簧实际的工作状态一致。且其理论变形情况与空气弹簧的实际变形情况相吻合，即建立的模型是正确的。

3.2.2 不同帘线角的空气弹簧垂直刚度特性

当自由膜式空气弹簧中的气体达到一定压力后，橡胶气囊在横向、纵向将产生相应的变化。另帘线角度分别为0°、45°、65°和90°时，研究橡胶气囊外径和轴向伸长量在不同帘线角度时的变化情况。

步骤1：外径分析 在相同初始压力、相同位移的情况下，随着帘线角的变化，通过有限元分析计算获得空气弹簧橡胶气囊外径参考点处位移和最低参考点的计算数值，计算数值如表3所示。 由表3可知，当帘线角度由45°增加65°时，在相同的初始压力和位移下，橡胶气囊外径变化为0，轴向变化量逐渐减小，弹簧垂直刚度逐渐增加。这说明了，当帘线角度发生变化，而帘线层的其它几何参数不变时，橡胶气囊外径的伸缩量变化不大。

步骤2：应力应变分析 通过对空气弹簧产生的应力和应变的云图分析，橡胶气囊最大应力值和最大应变值如表4。

由表4可知，当帘线角度由45°增加65°时，在相同的初始压力和位移下，橡胶气囊的最大应力值逐渐减小，其垂直承载能力逐渐增加，垂直刚度也在逐渐增加。

3.2.3 不同帘线层数的空气弹簧垂直刚度特性

在相同初始压力、相同位移和相同帘线角的情况下，以1层帘线层为研究对象与2层帘线层作比较。

步骤1：外径分析 通过对不同帘线层数对空气弹簧外径变化量和轴向伸长量的曲线图的分析，空气弹簧橡胶气囊外径参考点处位移和最低参考点的变化曲线如图6图9所示。 计算获得空气弹簧橡胶气囊外径参考点处位移和最低参考点的计算数值，计算数值如表5所示。

由表5可知，当帘线层的1层和2层处于压缩状态时，空气弹簧的外径变化量逐渐减少，即空气弹簧的垂直刚度逐渐增加，这与空气弹簧在工作状态下的实际变形情况一致。

步骤2 应力应变分析 通过对空气弹簧产生的应力和应变的云图分析，橡胶气囊最大应力值和最大应变值如表6.

从表6可知，在同一工作行程下，橡胶气囊所受应力随着帘线层数的增加而减小，即：帘线层数的增加，空气弹簧的垂直刚度也随之增加。根据车辆使用性能的要求，在橡胶气囊制造过程中采用不同帘线层数会获得不同的弹性特性。在相同的初始压力下，2层帘线层的应力值比1层帘线层的应力值小。因此，空气弹簧气囊满足强度要求时，其帘线层数一般选2层。

4 结论

本文通过ADINA有限元分析软件对空气弹簧的静态垂直刚度特性进行了数值模拟。讨论了空气弹簧垂直刚度特性在不同的初始压力、帘线角度和帘线层数的情况下变化的趋势，得出如下结论：1）当初始压力和位移不变，帘线角度增加时，橡胶气囊外径基本保持不变，轴向变化量、最大应力值都逐渐减少，即：空气弹簧的垂直刚度逐渐增加，且橡胶气囊外径变化不明显，满足橡胶气囊的使用强度。2）在同一工作行程下，随着帘线层数的增加，橡胶气囊所受应力逐渐减小，即：空气弹簧的垂直刚度逐渐增大。因此，空气弹簧气囊满足强度要求时，其帘线层数一般选2层。