空气弹簧设计手册

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1、 1 目录目录 注意：注意： 本文件中的资料只提供相关产品特性 和用途的一般指南。其中的材料是通 过设计开发、试验和应用而得到，相 信是可靠和准确的。但是，Firestone 并没有明确或暗示地对这些资料做出 保证。任何人使用此文件中的资料及 其后果完全应由使用者本人负责。对 于具体应用，建议寻求称职专业人员 的帮助。 1 优势 3 2 术语 空气弹簧和悬架 5 3 空气弹簧型式 7 4 如何使用产品数据单 12 5 应用考虑因素 18 6 基本原理（公式推导） 20 7 计算举例： 空气弹簧和悬架 27 8 计算举例： 使用个人计算机 34 9 保修考虑因素 35 2 发展历史发展历史 在

2、30 年代早期，Firestone 轮胎和橡胶制品公司就 开始试验开发应用空气弹簧的潜力。 从 1935 到 1939，几家美国汽车制造商在其汽车上 安装了空气弹簧，并进行了大量试验以证明汽车空 气悬架系统的潜力。但从未投入生产，因为钢板弹 簧有了很大改进，乘坐性能得到显著改进，而其成 本却比当时的空气弹簧系统要低得多。 在 1938 年，美国最大的客车厂家有兴趣在其新设计 开发的客车上采用空气弹簧。他们与 Firestone 的 工程师们合作，使第一辆安装空气悬架系统的客车 在 1944 年进行了试验，空气悬架的优异性能清楚地 记录在试验文件中。 在 50 年代早期，经过几年产品开发之后，配

3、备空气 弹簧的客车终于投入生产。这也就是 Airide 空气 弹簧的成功发展历史。 空气弹簧在客车中的成功应用引起了卡车、挂车及 工业减振隔振应用的新兴趣。今天，在道路上行驶 的几乎所有客车、8 级以上卡车、和许多挂车都已 安装的空气弹簧，同时，控制系统设计的巨大进步 也进一步开启了汽车应用的大门。 3 优势优势 空气弹簧使车队占据竞争优势的前沿空气弹簧使车队占据竞争优势的前沿 现代卡车行业的效率比过去任何时候都要高得多。 在很多情况下，效率成了是否能生存的决定性因 素。所以越来越多的车队指定其新卡车和挂车要配 备空气悬架。 文件记载的许多事实都证明，安装了空气悬架的卡 车和挂车比钢板弹簧的卡

4、车的挂车发生“磨损和裂 纹”故障的情况要少得多。这就意味着，驾驶室和 汽车寿命更长、运营成本更低、停运时间更少、车 载昂贵电子设备故障更少。 不可忽视的另一个事实是，卡车乘坐性能更佳，这 对车载货物也同样重要。配备空气悬架的卡车和挂 车的货物破损率比传统悬架车辆的显著降低，货物 破损投诉也大为减少。 空气悬架除了上述经济效益之外，司机的舒适性也 正在变为所有效益中最重要的效益。雇用和挽留住 优秀的司机已成为卡车行业中的主要问题。安装了 空气悬架之后，司机驾驶更舒适、效率更高、更不 容易疲劳。他们更为高兴。司机们总是优先选择空 气悬架。现在他们甚至要求安装空气悬架。 投资空气悬架的车队做出了非常

5、聪明的商务决策。 在节约了成千上万美元维修费用和降低了停运时间 之后，在空气悬架初始投资的折旧期内就以现金方 式收回了投资。多年后，在更换型号时，带空气悬 架的卡车和挂车比钢板弹簧的车辆残值也更高。 没有任何设备比空气悬架更能使挂车增值没有任何设备比空气悬架更能使挂车增值 要想在当前的市场中具有竞争实力，车队必须具有 灵活性。他们承担不起让挂车跑空车。安装空气悬 架系统之后，车队几乎可以承运任何货物。车队可 以在开出去时运出铸钢件，而在返回时运回西瓜或 易碎的电子产品。消除提高成本的挂车空载里程。 并且由于载荷在各车桥之间完善分配，所以总是能 在法定车桥载荷限制之内运营。另一个效益是消除 “载

6、货移动” 。配备空气悬架系统后，车载货物总是 保持在装货时的位置。绝不会发生由于装载重量不 均匀分配而发生货物移动现象。 空气悬架系统同时因为降低了维修成本和增加了挂 车寿命而降低运营成本。 Firestone 的 Airide 空气弹簧隔绝了从路面输入 的破坏性震动。这就意味着挂车（和拖车头）车轮 跳动更小、寿命更长。空载油罐车和平板挂车受的 损失要少得多，电气设备、制冷装置、和上铰结装 置发生的问题也显著减少而这不过只提到了一部 分效益。另外，门、密封、门闩、合页、电路和灯 泡等发生的问题也更少。 事实是，没有任何装置比空气悬架更能使挂车提供 更大回报。安装空气悬架的挂车寿命更长、对人和

7、货物提供更软乘坐性能、适于装载各种货物、在车 间维修的时间更短、路上行驶时间更长。 4 采用采用 FIRESTONE AIRIDE 空气弹簧的空气悬 空气弹簧的空气悬 架厂家比采用其他任何品牌空气弹簧的厂家架厂家比采用其他任何品牌空气弹簧的厂家 都多都多 Firestone 在 1934 年引入 Airide 空气弹簧时，在 汽车工业掀起了一场革命。从那时起，我公司比世 界上其他任何一家空气弹簧厂家都设计和生产了用 于更多用途的更多空气弹簧。 我公司全心致力于生产空气弹簧。它们占我公司业 务量的 90%。我公司销售代表完全了解空气悬架厂 家和车队业主的需要。这就是我们为用户提供的技 术支持没有

8、竞争对手的原因之一。 但是，真正的考验是道路行驶试验，在实际道路使 用中，Airide 的优势每时每刻都在世界各地成千上 万辆拖车和挂车上接受挑战、受到检验、并被证 实。所以我公司的品牌当之无愧地赢得了“世界第 一空气弹簧”的美誉。 而这也是越来越多的卡车、挂车、和客车悬架厂家 指定采用 Firestone Airide 优质空气弹簧的原因。 5 术语术语 空气弹簧和悬架空气弹簧和悬架 压力和计算过程用术语压力和计算过程用术语 绝对压力绝对压力。容器处于完全真空环境中时所承受的内 部压力。通常是将表压加上 14.7。即：绝对压力 = 表压 + 大气压力。 绝热过程绝热过程。计算容积、压力、和温

9、度等所有变量的 变化时，认为没有任何热交换（这通常不符合真实 情况） 。 大气压力大气压力。在海平面高度下测得的平均空气压力。 通常接受的数值为 14.7 磅/平方英寸（psi） 。 等容过程等容过程。在所有计算的变量中，容积和温度保持 不变，压力改变。这种条件适用于在一段时间内从 空气弹簧上增加或减小载荷的情况。 表压表压。在容器中的空气或流体的压力，即高出于大 气压力的部分。一般用布尔登管式压力计按每平方 英寸磅（psi）进行度量。 多变过程多变过程。所有计算的变量，容积、压力、和温度 都因空气弹簧结构的热传导而改变。考虑到这种情 况时，在计算中需采用熟知的多变指数“n” 。在空 气弹簧的

10、计算中，一般接受的数值 n = 1.38。 空气弹簧零件术语空气弹簧零件术语 缘口缘口。柔性零件的一部分，它把柔性零件的帘布结 构锁定在加强金属环的内部，并保证柔性零件与相 邻结构连接的气密性。 缘板缘板。封闭柔性零件顶端的金属板。用卷边与柔性 零件相连接。其上有螺柱、暗螺母、支架、或销 钉，以 便将其固定在汽车结构上。为此组件提供有管接头 或与螺柱组合在一起的管接头，以供入空气。回转 曲面型空气弹簧在其底部也有一个缘板，既起到密 封作用，也是将空气弹簧连接在悬架上的零件。 缘环缘环。一个金属环，在其横截面咬紧柔性零件的缘 口，并保证将缘口连接于一个板或其他结构时的密 封。 缓冲垫缓冲垫。一般

11、是用橡胶、塑料、或橡胶与帘布材料 制造。其用途是当空气弹簧中没有气压、汽车长期 不用、或在道路行驶中系统发生故障时用来支承汽 车。另外，在车桥受到道路强大冲击力时也可在一 定程度上起到缓冲作用，防止 Airide 空气弹簧组 件和汽车受损。 夹紧环夹紧环。靠近无缘口柔性零件端部的金属环带。用 来将无缘口柔性零件牢固地夹紧在上盖端和活塞 上。 柔性零件柔性零件。空气弹簧组件中用帘布加强的橡胶零 件。 下端密封件下端密封件。通常是一个杯形金属零件，用来封闭 和密封可卷入套管式空气弹簧的下端。经常是模铸 硫化在柔性零件中。一般有一个暗螺母，用一个长 螺钉将其固定在活塞和/或下安装面上。直径较大的 端

12、部密封件可能用多个螺柱直接固定在活塞上。 活塞活塞。空气弹簧组件中的一个金属或塑料零件，通 常位于柔性零件的下端，起支承作用，并为柔性零 件提供卷入时的支承表面。它也用来将组件固定在 安装面上。可用改变活塞的外形的办法来满足特殊 空气弹簧特性要求。 上端盖上端盖。塑料或金属零件，其上有空气入口，并有 将空气弹簧定位和固定在安装面上的装置。空气入 口可以与安装螺柱结合为一体。 空气弹簧术语空气弹簧术语 组件组件。组件包括柔性零件（柔性零件还可以包括有 一个端部密封件） 、上缘板、活塞、或带内部缓冲垫 6 的下缘板。参见第 8 页的图。 组件容积组件容积。内部工作空气容积，不包括外部工作容 积。

13、缓冲垫容积缓冲垫容积。缓冲垫在空气弹簧内部占据的容积。 参见第 19 页表中的缓冲垫容积。 压缩（弹起）行程压缩（弹起）行程。空气弹簧动态循环中从正常设 计高度减小的行程。 死载荷死载荷。空气弹簧承受的最小额定静载荷。即在汽 车空载条件下，车桥承受的空载汽车的那部分重 量。将此重量除以该车桥的空气弹簧数，并考虑悬 架臂杠杆比而得出的数值。 设计载荷设计载荷。空气弹簧承受的最大额定静载荷。将车 桥额定重量除以该车桥的空气弹簧数，并考虑悬架 杠杆比，就得到空气弹簧的设计载荷。 设计高度设计高度。从性能曲线设计范围内选择的空气弹簧 总高度。选择的空气弹簧设计高度应能为建议的悬 架提供足够的弹起和回弹

14、行程。设计高度是计算空 气弹簧和悬架动态特性的开始点。 动态力动态力。汽车运动过程中某一瞬时空气弹簧支承的 或承受的力。正是此不断变化的力确立了空气弹簧 的刚性、悬架刚性。这些刚性与汽车正常载荷一 起，就确立了悬架系统的自然频率。 有效面积有效面积。垂直于弹簧输出力的实际工作面积。此 工作面积乘以弹簧中的压力（表压） ，则得到校正的 弹簧输出力。相反，将输出力除以测得的弹簧内部 压力，则得到校正的有效面积。在很多情况下，这 是得到这些数据的实用办法。 拉伸行程（回弹）拉伸行程（回弹） 。当弹簧处于动态循环状态时，从 正常设计高度增加的数值。 与悬架有关的术语与悬架有关的术语 高度传感器高度传感

15、器。感受悬架位置的电子装置或其他机械 装置。此装置输出的信号被送到控制回路中，然后 控制回路则通过一个电磁阀向空气弹簧增加空气或 从其中放出空气。 高度阀高度阀。通过一个连杆感受汽车车架与车桥之间距 离的一个气动阀，用增加或降低空气弹簧气压的办 法以保持汽车悬架高度不变。 弹簧支承质量自然频率弹簧支承质量自然频率。悬架弹簧承受质量的振动 频率。可用每分钟振动次数（cpm）或每秒周数 （Hz）表示。 弹簧支承质量（重量）弹簧支承质量（重量） 。悬架承受的汽车结构和载货 重量。 非弹簧支承质量非弹簧支承质量。不由弹簧承受的悬架部分质量 （如：拖臂、车桥和车轮、空气弹簧等） 。 7 空气弹簧类型空气

16、弹簧类型 柔性零件结构柔性零件结构 空气弹簧是一个经仔细设计的橡胶和帘布的柔性零 件，内部包容一定容积的压缩空气柱。柔性零件本 身并不提供力和支承载荷；这些功能是由压缩空气 柱来完成的。 Firestone 空气弹簧是经过仔细设计和精密制造的 高质量柔性零件，并配置有专门设计的金属端部密 闭板。标准的双线网层型号由四层构成。 内衬层内衬层。内衬层是砑光橡胶层。 第一线网层第一线网层。是帘布加强的橡胶层。线网按特 定的斜角布置。 第二线网层第二线网层。也是帘布加强的橡胶层，其线网 斜角与第一层线网的方向相反。 外覆盖层外覆盖层。砑光的橡胶层。 虽然标准型空气弹簧是双线网线，但也可提供 多种型号的四线网层空气弹簧，用于承受更高 压力。 空气弹簧的柔性零件都有其识别型号，固化 （硫化）时模铸在外层上。例如：16、22、 313、1T15M-6 等。它们只用于识别橡胶/帘布 柔性零件，而不是整个部件。 8 可卷入套管式空气弹簧，带卷边缘板可卷入套管式空气弹簧，带卷边缘板 螺柱螺柱。安装螺柱一般是 1/2”-13 美制粗牙 螺纹。 组合螺柱组合螺柱。安装螺