容积和有效面积变化率是空气弹簧刚度的影响因
发布时间：2016-12-13
空气弹簧是一种由有帘线的橡胶囊和充入其内腔的压缩空气所组成的非金属弹性元件，其隔振性能主要受到刚度特性、频率特性和阻尼特性的影响。尤其是其刚度特性，一致是研究热点之一，结构设计中，往往先根据初步的刚度需求进行设计。设空气弹簧胶囊内的气体为理想气体，空气弹簧受到垂直载荷F的作用，此时内部的绝对气压为P，外部气压为Pa，则有以下关系式：
F=（P-Pa）Ae（1）
PVn=P0Vn 0=const（2）
式中：Ae——空气弹簧的有效面积；
n——多变指数，与气体的流动速度相关，缓慢流动时相当于等温过程，n=1；快速流动时接近绝热过程，n=1.4，一般情况下，n=1.3～1.38；
P0、V0——为空气弹簧处于静平衡位置的内部气体的绝对压力和容积。
由式（1）、式（2）可得：
F=（P0Vn 0-Pa）Ae（3）
将式（3）对空气弹簧的垂直位移S求导数，其中Ae=-dV/dS，负号表示空气弹簧受载荷压缩时容积减少，则可得空气弹簧的垂直刚度公式：
K=（P0Vn 0Nn-Pa）（dAe/dS）-Aen P0Vn 0Nn+1（dV/dS）（4）
由上述可知空气弹簧刚度的影响因素有两个，容积变化率和有效面积变化率。通过添加附加气室可以改变容积变化率；通过改变空气弹簧的结构可以控制有效面积变化率，则可以进一步降低空气弹簧的刚度。显然，常规空气弹簧刚度计算中，将问题进行了诸多简化，可用于初期的空气弹簧设计，但并未考虑实际结构和工况中的诸多因素影响，与实际情况有一定偏差，利用有限元分析进行刚度求解是十分必要的。
