空气弹簧帘线参数对刚度特性影响的显著性
自由膜式空气弹簧刚度分析
自由膜式空气弹簧刚度分析摘要：空气弹簧刚度是空气弹簧自身最重要的参数指标，直接影响高速列车运行的安全性、平稳性与舒适性。
本论文研究橡胶囊帘线对空气弹簧刚度影响，对提高自身性能具有深远意义。
关键词：空气弹簧；非线性；有限元；刚度引言列车运行过程中，由于轨道振动、线路不平顺、轨距误差与接触非线性等外界因素的作用，使空气弹簧垂向位移不断变化。
空气弹簧自身力学性能是机车车辆系统动力学性能的基本要素，车辆通过一系悬挂、二系悬挂系统来衰减轮轨作用力，进而达到减振效果。
二系悬挂系统主要组成单位是空气弹簧，其自身力学性能对列车运行的安全性与平稳性有重要意义。
橡胶囊由橡胶和帘线、帆布共同组成的复合材料。
1 空气弹簧系统工作原理空气弹簧调节系统为气动管路风动调节，整体结构如图1所示。
空气弹簧本体高压内腔与附加空气室（储存高压气体）相连，中间配有差压阀和车体高度调节阀，存在压力差或出现车体高度调节工况，来对附加空气室内气体与空气弹簧高压内腔进行调节。
列车制动总管将高压气体送入橡胶内腔，经过截断塞门和止回阀进入贮风缸，后送入端部高压橡胶内腔[1]。
一节车辆包含四个空气弹簧，同车端两个空气弹簧内部气压相等，由差压阀连接调节。
随着簧上载荷变化（人员上车、下车），高压橡胶囊受压变形量改变，产生压缩或拉伸形变，进而导致车辆高度出现变化，触发高度调节装置来对空气弹簧进行充气、放气，达到原有设定高度。
2 空气弹簧有限元模型空气弹簧橡胶囊是橡胶与尼龙布采用硫化工艺制成，帘线和橡胶囊径向截面的角度称为帘线角。
橡胶囊包含平行的帘线层，变化的帘线角使橡胶囊受力方向发生变化，材料形变改变导致剪切应力、拉伸形变量改变，影响刚度数值。
空气弹簧三维模型如图1所示。
图1 空气弹簧三维模型1—进气口； 2—上盖板； 3—橡胶囊；4—应急橡胶堆； 5—出气口；2.1 空气弹簧高压腔体有限元模型橡胶囊作为空气弹簧本体主要承载单位，其内部的高压空气是减振的主要受力部分。
初始内压和帘线间距对膜式空气弹簧横向刚度特性影响的有限元分析
式中， ， 和１ 。 分 别 为 ｘ， ｙ和 Ｚ轴 方 向的拉 伸 系数 。 初 始剪切 模量 （ 。 ） 和体 积 弹性模量 （ Ｋ。 ） 为
／ １ 。＝ ２ （ Ｃ１ ０＋ Ｃ １ 。 ） （ ４ ）
第 ４ 期
张俊玲等． 初 始 内 压 和 帘线 间距 对 膜 式 空 气 弹 簧 横 向 刚 度 特 性 影 响 的 有 限 元 分 析
２ ３ ３
初始 内压 和 帘 线 间距 对 膜 式 空气 弹 簧 横 向刚度 特 性 影 响 的有 限元 分 析
张俊玲 ， 王 浩 宇
（ 贵 州 工 业 职 业 技 术 学 院 机 械 与 电气 学 院 ， 贵 州 贵 阳 ５ ５ ０ ０ ０ ０ ）
不 可压缩 的超 弹 性 材料 ， 其力 学 性 能 可 以用 应 变
次 成功 地在 载重 汽车 上采用 空气 弹簧作 为 悬架 系
统 弹性 元件 以来 ， 空 气 弹 簧 在公 路 交 通 车 辆领 域
逐 步得 到 了广泛 的应用 ｌ ｌ ］ 。
空 气 弹簧是 空气 悬 架 的核 心 部 件 ， 因 此 在 空 气 弹簧 的设计 过 程 中 ， 为 得 到符 合 空 气 悬 架 参 数 要 求 的横 向刚度 ， 可通 过调 整不 同初始 内压 、 帘线 间距 、 帘线 角度 和帘布 层数 等参 数来优 化 。
１ ． １ 材 料和 边界 接触 模型 １ ． １ ． １ 胶囊 材料模 型
空气 弹簧 胶囊 是 由帘线 和橡 胶硫化 而成 的复 合材 料 ， 同时 各层互 成一 定角 度布 置 ， 帘 布层是 主 要 的承载 部件 ， 因而 呈现 出各 向异性 的特 点 。橡 胶材 料是 体积 模 量 远 大 于 弹性 模 量 的各 向 同性 、
空气弹簧随温度变化静刚度特性分析
初始内压和帘线间距对膜式空气弹簧横向刚度特性影响的有限元分析
初始内压和帘线间距对膜式空气弹簧横向刚度特性影响的有限
元分析的报告，800字
空气弹簧是一种新型的软件体系结构，它可用于减震、支撑和受力分配。
目前，膜式空气弹簧已经广泛应用于汽车、航空航天、机械制造以及其他行业。
在应用过程中，内压和帘线间距对于膜式空气弹簧的性能特性具有重要意义。
因此，研究分析内压和帘线间距对膜式空气弹簧横向刚度特性影响的有限元分析是具有重要意义的。
本文首先介绍了膜式空气弹簧的原理，然后对该系统进行了三维有限元分析，研究了内压和帘线间距对横向刚度特性影响的结果。
本文使用ANSYS有限元分析软件对膜式空气弹簧进行
仿真，把膜式空气弹簧模型分成400个单元格，并研究了不同的内压和膜厚的数值特性。
结果表明，随着帘线间距的增加，横向弹性模量减小，但内压对横向弹性模量的影响很小。
此外，在帘线间距一定的情况下，随着内压的增加，横向弹性模量会逐渐增加，但增加的幅度不大。
从最大等效应力来看，内压和帘线间距都会增加最大等效应力，但随着内压增加，最大等效应力增加的幅度较小，而随着帘线间距的增加，最大等效应力增加的幅度较大。
从本文的研究得出，内压和帘线间距对膜式空气弹簧横向刚度特性有一定的影响，内压增加会有一定程度的增加横向弹性模量和最大等效应力，而帘线间距增加会更大程度地增加横向弹性模量和最大等效应力。
基于上述研究发现，在实际应用中应
根据结构需求选取适当的内压和帘线间距保证膜式空气弹簧的良好性能。
基于有限元的空气弹簧刚度分析
不变量表达式：
（15 ）
将 （7 ） 式展开得： ∂W ∂I ∂W ∂I ∂W ∂I t = + + ∂I ∂ε ∂I ∂ε ∂I ∂ε
（16 ）
将式 （14 ） 代入式 （15 ） 得主应力表达式：
2 1 ∂W +λ λ − λ λ λ ∂I 2 1 ∂W +λ t = λ − λ λ λ ∂I t = ∂W ∂I ∂W ∂I
图1 rebar 单元
后如图 5 所示。
rebar 单元是用于模拟层状结构或实体结构中嵌入 层面内各 rebar 之间 的钢筋部分， 其参数包含 rebar 层数、 的间距、 rebar 的横截面积、 rebar 的方向角。 这些参数均以 帘线层中帘线的布置参数带入， 其中， 建模时选取帘线角 为便于分析结果将 参考于橡胶囊纬线方向， 如图 2 所示， 其转化为与经线方向的夹角。
辆的运行稳定性。文章利用非线性有限元软件 ABAQUS 对空气弹簧的垂向刚度与横向刚度进行模拟分析， 通过考虑空气 结构参数等影响空气弹簧刚度的因数， 对基于各影响因数下空气弹簧刚度特性进行比较分析 。 弹簧的非线性性质、
vehicle dynamic performance，raising the ride comfort ride comfort and stability of vehicles. Using the nonlinear finite element software ABAQUS to simulate the vertical stiffness and lateral stiffness of air spring，by considering the factor of affecting air spring stiffness including nonlinear nature and structure parameter，simultaneously comparing the stiffness of air spring based on the different influence factors. Key words： air spring； nonlinear finite element； ABAQUS； vertical stiffness； lateral stiffness
南京地铁车辆空气弹簧的常见问题及处理措施
南京地铁车辆空气弹簧的常见问题及处理措施作者：李启俊来源：《企业技术开发·中旬刊》2015年第06期摘要：文章结合南京地铁车辆空气弹簧在运用和检修过程中常见的一些实际故障，对故障现象、故障原因和解决方案等方面进行详细阐述，以便彻底处理空气弹簧故障，确保列车运行安全。
关键词：地铁车辆；空气弹簧；常见问题；处理措施中图分类号：U279.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）17-0083-02南京地铁车辆空气弹簧主要由金属部件和橡胶部件组成，安装于转向架构架和车体之间，传递垂向力和横向力。
在运行时，空气弹簧利用内部的压力空气承受垂向载荷，利用胶囊和橡胶堆的柔性承受各个方向的变形。
正常情况下，空气弹簧的金属部件一般不会发生质量问题。
空气弹簧的性能主要取决于胶囊和橡胶堆，由于橡胶材料本身特性以及使用环境和运用工况的相互影响，即便在正常的使用状态下，在使用寿命内也会出现龟裂、开胶、磨损等问题。
在这些问题中，有些属于正常现象，可以继续使用；但也有部分缺陷会影响性能，甚至可能导致列车发生安全事故，必须及时进行更换处置。
1 空气弹簧常见问题及处理措施1.1 空气弹簧漏气在运用过程中，由于气候条件、线路状况（尤其是小半径曲线）以及空气弹簧本身质量等综合因素影响，空气弹簧可能出现漏气现象。
原因分析：空气弹簧漏气主要发生在上盖与胶囊之间。
在列车运用6～8 a后橡胶材料性能逐渐老化，上盖和胶囊密封部位的橡胶也会发生压缩永久变形，在突然承受较大的横向冲击时，上盖与胶囊密封部会出现配合错位而发生漏气现象。
特别在冬季气温降低时，橡胶材料性能进一步变差，更容易出现漏气故障。
处理方式：参照南京地铁相关技术要求，在车辆运用中若空气弹簧出现轻微漏气，整车做气密性试验5 min 内主风管降压量未超过0.15 bar，可继续使用。
若超过泄漏量，则进行更换空气弹簧维修。
1.2 胶囊常见缺陷及处理方式空气弹簧胶囊由帘线层、内外橡胶层和成型钢丝圈硫化而成，如图1所示。
汽车空气弹簧动静刚度特性分析
汽车空气弹簧动静刚度特性分析刘国漪;张少波;周劲松【摘要】针对某一膜式空气弹簧,运用非线性有限元软件ABAQUS建立有限元模型.首先通过模拟空气弹簧静特性试验,得出了空气弹簧在给定位移和一定初始气压情况下的静刚度特性曲线,其次改变空气弹簧的物理参数,分析初始气压、帘线加强层的角度和各层间的距离对空气弹簧垂向静特性的影响,最后建立动刚度模型,研究在特定工作气压下振动频率对动刚度的影响.计算结果表明,该膜式空气弹簧的帘线层角度、帘线层间距的改变对其静刚度会产生相应的影响;不同频率下,空气弹簧的动刚度也将发生相应改变以适应不同工况.【期刊名称】《海南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(036)002【总页数】6页(P197-202)【关键词】空气弹簧;非线性;有限元分析;动静刚度特性【作者】刘国漪;张少波;周劲松【作者单位】同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201804;海南大学机电工程学院,海南海口570228;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201804【正文语种】中文【中图分类】U468.4空气弹簧利用胶囊内部的压缩空气承受载荷，主要用于车辆的悬架及驾驶室座椅等，具有变刚度、自振频率低、高度可控及良好的降噪和隔振性能等特点，在改善乘坐舒适性、车辆行驶平顺性和对道路的保护方面，相比刚性弹簧和板簧等具有明显的优越性，目前已得到了广泛应用[1].空气弹簧的物理参数影响其力学性能，为了提高汽车动态性能和平稳性，有必要开展关于空气弹簧物理参数对其刚度特性影响的研究.例如刘青峰[2]等对空气弹簧的横向刚度的影响因素进行了研究，张建振[3]研究了活塞形状与橡胶囊结构对其刚度的影响.为了丰富空气弹簧刚度特性的研究，笔者将着重于探讨影响空气弹簧垂向特性的因素.基于有限元非线性理论，采用非线性有限元软件ABAQUS，对某空气弹簧进行动静刚度特性分析，研究垂向静载荷、垂向静刚度随着充气压力、帘线层角度和帘线层间距的变化规律；在动刚度方面，通过改变振动频率，分析振动频率对空气弹簧动刚度的影响，从而为产品的开发设计提供参考.图1 膜式空气弹簧结构1 空气弹簧有限元模型的建立1.1 膜式空气弹簧的结构空气弹簧主要由上盖板、橡胶气囊和下盖板(或底座)组成，如图1所示，在其内部充入一定量的压缩气体.上盖板和活塞底座主要是将弹簧固定在车身和车架之间，也起到支撑作用，材料一般由铝合金或者不锈钢铁制成.1.2 模型分析空气弹簧在工作过程中多方面都涉及到非线性问题，主要有几何非线性、边界条件非线性和材料非线性.1.2.1 几何非线性橡胶气囊由外覆层、帘线层、内覆层组成，橡胶气囊壁厚设定为4 mm.空气弹簧根据承受的载荷方向不同会呈现拉伸或压缩的状态，在整个过程中由于幅度变化大，属于大变形问题，此时线性理论不再适用.因此在求解该类问题应采用几何非线性方程[4].在ABAQUS中采用全拉格朗日法求解，表示为(KO+Kσ+KL)δq=F+T+P，(1)其中，KO为切线刚度矩阵，Kσ为几何刚度矩阵，KL为大位移刚度矩阵，δq为节点坐标增量矢量，F为体载荷矢量，T为面载荷矢量，P为应力在节点上的等价合力矢量.1.2.2 边界条件非线性本文的接触问题是一种边界非线性问题.接触状态和边界条件会随着气囊的形变而改变，当发生大幅度的位移和变形时尤为明显.由于金属的弹性模量远远大于橡胶气囊，在接触分析时可以简单地将底座和上盖板视为不可变形的刚体部件并设成接触主面，气囊设置为接触从面.边界接触协调条件可以表示为[5](2)其中，Cj=nj，n为接触单元局部坐标的单位矢量，下标为边界单元沿切向方向与法向的局部坐标，Δk为k处的材料重叠矢量，上标(i)为迭代次数；接触分析的控制方程(3)其中，D阻尼方程，M为质量方程，F为体单位应力矢量，T为面单位应力矢量，P(i)为每次迭代的合力矢量，KT，R，Δλ，Δq，Δ为接触引起的附加项.式(3)是一个对称的非线性方程组，而且每次迭代未知数系数矩阵都会随接触状态变化而变化.1.2.3 材料非线性气囊部分采用复合材料，由橡胶和尼龙帘线层复合组成的聚合物PA-66.橡胶属于超弹性材料，在受到拉力或压力而形变时也是非线性问题.在有限元分析中，橡胶的力学特性使用Mooney-Rivlin模型[6]U=C10(I1-E)+C01(I2-3)，(4)其中，U为应变能，C10和C01为与温度有关的材料参数，I1和I2是应变不变量.帘线加强层是气囊承压的核心部分.建模过程中，采用壳单元来模拟橡胶气囊壁.采用Rebar钢筋层单元模拟橡胶材料的帘线层，通过嵌入的方式设置在壳单元上. 在Rebar要赋予4个几何特性：1) Rebar的横截面积；2) Rebar与Rebar间的距离(帘线层间距)；3) Rebar的帘线角(帘线与气囊轴向的夹角)；4) Rebar到中性面的距离.1.3 建立有限元模型采用四节点的壳单元模拟橡胶层，对应到ABAQUS单元类型为S4R.帘线层的参数设置如表1，帘线层的弹性模量为1 450 MPa，泊松比为0.002 59.超弹性橡胶材料输入Mooney-Rivlin参数C10为3.2e6，C01为8e5.上盖板和活塞底座采用三节点壳单元S3R和四节点壳单元S4R，同时通过设定刚体约束设置成刚体.上板盖、底座与气囊上下口圈上接触的点采用绑定约束，连接3个部件.摩擦设定为有限滑移，摩擦系数设定为0.2.表1 空气弹簧帘线增强层的基本参数横截面积/m2帘线层间距/mm帘线角/(°)中性面距离/mm 2.043e-70.78541.5流体腔的设定当中，选择封闭曲面内任意一点为参考点，封闭面积选择由气囊、上下刚体所围成的封闭曲面.在计算过程中，气囊壁上形成静流体单元 (F3D4，F4D4)，每一个组成节点都与相同位置的气囊壳单元节点相同.因此气囊壁上流体单元的位移或形变与对应气囊的壳单元相同，从而实现气固耦合.设定气体常数为8.314 J/(mol·K).基于ABAQUS/CAE建立的空气弹簧有限元模型如图2所示.图2 空气弹簧有限元模型1.4 静态垂向特性有限元分析根据《汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊》(GB/T 13061-1991)[7]的试验方法，在ABAQUS中设定3个分析步计算空气弹簧静刚度.第1步对上板盖和底座的6个自由度进行约束，往气囊充入0.1 Mpa气体；第2步释放上板盖垂向位移的约束，并移动至工作高度，充入初始工作气压0.3 Mpa；第3步对上板盖施加±100 mm的垂向位移.通过获取上板盖参考点位移的变化和底座所受到的反作用力的数据，便可得出空气弹簧的静刚度特性.空气弹簧工作时应力云图见图3，图3a为充气后压缩100 mm状态，图3b为充气后拉伸100 mm状态.图3 空气弹簧充气0.3 Mpa时应力云图2 静态垂向特性影响因素探究2.1 初始气压对垂向弹性特性的影响空气弹簧的气囊内充入气体量的不同，影响其承压能力.在标准高度的位置，分别对气囊充入0.15 Mpa，0.2 Mpa，0.3Mpa，0.4 Mpa的初始气压，标准高度285 mm，其余参数不变，设定相同的分析步.不同初始工作气压下位移-刚度曲线如图4所示.图4 不同初始气压时空气弹簧位移-刚度曲线从图4可知，气囊腔内在上板盖同一位移下承受的刚度都随着气压的增大而增大.在拉伸过程至标准高度区间，刚度变化不明显，只在工作气压0.3 Mpa以上有微弱的增加.2.2 帘线角对垂向弹性特性的影响保持初始工作气压0.3 Mpa不变，设定不同帘线层角度47 °，54 °，60 °，计算空气弹簧底座随着上盖板位移变化的载荷.图 5为不同帘线角空气弹簧的位移-刚度曲线.图5 不同帘线角的空气弹簧的位移-刚度曲线由图5可知，当帘线角增加时，空气弹簧的刚度在小位移行程(小于±50 mm)时略微增加，在大位移行程(大于±50 mm)时，刚度增加明显.帘线加强层角度增加时，垂向载荷投影至帘线增强层垂直方向的载荷量增加，使帘线层承受的压力增大，在压缩小行程阶段，各层之间仍存在间隙，所以此变化相对不明显.2.3 帘线层间距对垂向弹性特性的影响保持初始工作气压0.3 Mpa不变，设定间距分别为1 mm、3 mm和5 mm，研究各层间的距离对弹性特性的影响.图6为不同帘线层间距的空气弹簧的位移-刚度曲线.由图6可知，在压缩位移较小阶段(小于50 mm)至拉伸阶段，帘线增强层间的距离对刚度的影响有限，在标准高度附近，基本没有影响.从整体来看，各层间距越大，刚度的变化曲线更加缓和.在压缩行程量较大的阶段，不同间距所承受的载荷也基本相同，但是间距较小的刚度在此阶段增大明显，由于各层之间的距离较小，在压缩阶段相互作用愈加明显，表现为刚度增加.图6 不同帘线层间距的空气弹簧的位移-刚度曲线3 空气弹簧动态垂向特性探究静态特性的模拟忽略了材料在动态过程中的应变迟滞现象.此迟滞应力所产生的阻尼作用，使空气弹簧在循环往复运动工作过程中需要克服内在摩擦，消耗内功.在动态特性仿真中，施加简谐位移变化，模拟空气弹簧在工作状况下的变化情况.振动频率的不同，影响迟滞应力作用，间接影响橡胶气囊的阻尼作用[8].研究动态特性的模型与静态特性的模型大致相同，在几何方面不做改动.关于接触的设定，稍作简化，将模型的所有接触设定为全局的普通接触.流体属性中设置摩尔定压热容为30 J/(mol·K).流体腔的气固耦合设置与静态特性的模型一致.设定橡胶密度1 000 kg·m-3，尼龙密度1 150 kg·m-3.动态特性的求解使用ABAQUS/Explicit模块，选取设计常用工作气压0.4 Mpa作为初始气压，简单探讨频率与动刚度之间的关系.选取5～35Hz频率，加以正弦周期位移.一般情况下频率高时的振动位移较小，因此较高的频率可以选择较小的幅值[9].表2为频率与对应幅值的选择.表2 正弦激励频率与对应幅值频率/Hz幅值/m10、15、180.02520、25、280.02030、32、350.010图7 在标准高度下刚度与频率关系曲线在正常的工作过程中，空气弹簧一般在标准高度上下浮动.拉伸和压缩的量不同，动刚度也不一样，为了探究动态刚度与振动频率之间关系，选取标准高度下的刚度进行比较.图7为动刚度与频率关系曲线.由图7可知，低频率时，动刚度基本保持不变.在25～30Hz之间存在最小刚度，之后刚度值随频率的增加急剧增加.在汽车行驶过程中，低频率的行驶相当于慢速行驶，此时刚度大小适中且基本维持不变，车辆的高度较为稳定而且也有良好的吸振效果.当较高速行驶时，振动频率增加，此时空气弹簧的刚度也随之增加，保证了高速行驶时的稳定性.在相同变形量下，空气弹簧刚度大时，吸收振动的能力也增加.4 小结借助非线性有限元软件ABAQUS建立了研究膜式空气弹簧静、动态特性的有限元模型，分析不同因素对空气弹簧垂向特性的影响，得到以下结论1) 空气弹簧处于标准工作高度时，增大气囊内压缩空气的压力，可也提高空气弹簧的垂向刚度；2) 气囊帘线层的物理参数变化对静刚度也会产生相应影响，帘线层角度增加会使空气弹簧的静刚度增加，且在大位移行程比较明显；帘线层间距增大使静刚度减小，在压缩大位移时变化比较明显；3) 在某一初始气压不变的情况下空气弹簧的动刚度随着振动频率发生改变，以适应不同的车况.【相关文献】[1] 朱敬娜,赵倩. 空气弹簧的应用现状及发展趋势[J]. 电子制作,2013(24):76-77.[2] 刘青峰,张治国,谢基龙. 空气弹簧非线性横向特性的有限元计算[J]. 铁道学报,2015,37(3):29-34.[3] 张建振. 空气弹簧活塞形状对悬架特性的影响[D].长春：吉林大学,2005.[4] 陈灿辉,谢建藩,陈娅玲. 汽车悬架用空气弹簧的非线性有限元分析[J]. 汽车工程,2004(4):468-471.[5] 任彦莎. 空气弹簧静态接触的三维非线性有限元分析[D].北京：北京化工大学,2004.[6] 张丽霞. 快速货车橡胶减振元件静、动态特性分析[D].成都：西南交通大学,2013.[7] 中国标准出版社.GB/T 13061-1991, 汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊[S].北京：中国标准出版社，1991.[8] 王艳. 空气弹簧力学特性仿真分析与试验研究[D].成都：西南交通大学,2015.[9] 李美. 带附加气室空气弹簧系统动态特性机理的研究[D].镇江：江苏大学,2012.。
船用长方体形空气弹簧隔振器刚度特性
２１ ０
文章 编号 ： ０ ６ １ ５ （０ ２０ —２ １０ １０ —３ ５２ １）３０ ０ —５
船 用长方体形空气弹簧隔振 器刚度特性
唐 钊，翁雪涛，朱石坚，楼京俊
（ 海军工程 大学 船舶与动力学院，武汉 ４０ ３ ３０ ３）
摘 要： 长方体 形空气弹簧 因其 结构特点可 以通过 改变特性参数和 工况 获得理想 的垂 向和横 向刚度 比， 从而可 以 更好地满足工程应用 的要 求。综合考虑橡胶． 帘布复合材料 的材料 非线性、 变形过程 中的几何非线性 以及基座 刚性 大 板与胶囊柔 性体之 间的接触非 线性 ， 建立 长方体形空气 弹簧 的有 限元模型 ， 分别计算 并绘制在不 同的初 始工作气压 、
Байду номын сангаас
ｐ ｓｔ ｔｒａ，ｔ ｅ ｇ ｏ ｔ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒｐ ｏ ｅ ｓｃ ｕ ｅ ｙ ｌ ｇ ｅｏ ｍａｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ａ ｔｂ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ａ ｅ ｐ ａ ｅ ｏ ｉ ｍａｅ ｌ ｈ ｅ ｍｅｒ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｓ ａ ｓ ｄ ｂ ａ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔ ｎ ｈ ｏ ｔ ｃ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｇ ｄ ｂ ｓ ｌｔ ｅ ｉ ｉ ｎ ｒ ｏ ｈ ｉ ｎ ｌ ｘｂ ｅｃ ｐ ｕ ｅ ａｆ ｉ ｅｅ ｎ ｄ ｌ ｏ ｅｒ ｃａ ｇ ｌ ｉ ｓ ｒｎ ｓｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ ｉ ｅ ｉ ａ ｔ ｅ ｓａ ｄ ｌ ｔｒ ｌ ａ ｄ ｔ ｅｆｅ ｉ ｌ ａ ｓ ｌ ， ｎ ｔ ｌｍｅ ｔ ｈ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ｒ ｈ ｅ ｔ ｎ ａ ａｒ ｐ ｇ ｗａ ｓａ ｌ ｅ ， ｔ ｖ ｒ ｃ ｌ ｉ ｆ ｔ ｕ ｒ ｉ ｓ ｓ ｔ ｓ ｆ ｓ ｅ ａ ｎ ｎ ａ
空气弹簧特性分析
4.3 分析结果
1、不同帘线角度：
2、不同帘线间距：
3、不同的帘线层数：
4、不同的充气气压：
5、不同的附加气室的影响
4.4 结论
通过对不同参数空气弹簧弹性特性进行分析， 得到：帘线角度、充气气压和附加气室对空 气弹簧的弹性特性影响比较大。其他的参数 对空气弹簧的弹性特性影响不大。
一、空气弹簧概念
空气弹簧的工作原理是利用橡胶气囊内部压 缩的空气，空气弹簧的支撑和弹性作用主要 取决于弹簧内的压缩气体。 橡胶气囊是空气弹簧的重要部件，一般由内 橡胶层、外橡胶层、帘线层和成型钢丝圈硫 化（交联）而成。
二、空气弹簧分类
根据橡胶气囊的变形方式，空气弹簧的结构形式主 要分为囊式和膜式两大类，如下图所示：
囊式空气弹簧主要靠橡胶气囊的挠曲获得弹性变形 膜式空气弹簧主要靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形
三、空气弹簧特性
1、空气弹簧的刚度随载荷的变化而改变，因而在 任何载荷下自振频率几乎不变。 2、空气弹簧具有非线性弹性特性，可以将其特性 曲线设计成理想形状。 3、与金属弹簧比较，空气弹簧寿命较长。 4、空气弹簧质量轻，内摩擦极小，对高频振动有很 好的隔振、消声能力。 5、对于同一空气弹簧，当充气压力改变时，可以得 到不同的承载能力。
5.2.2 附加气室的添加
<1>现在所添加的附加气室是在不考虑节流孔作用 和通气管路的影响，直接建立附加气室。
<2>考虑节流孔的情况，在附加气室与空气弹簧囊 体之间建立节流孔，但是节流孔的设置问题没有解 决，改变节流孔的大小弹性曲线没有改变，节流孔 没有起作用，怎么设置参数？？？？
四、空气弹簧的特性分析
采用编写inp文件，来分析空气弹簧的弹性 特 性。
基于有限元法空气弹簧参数对其垂向刚度的影响
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；ｉｇｖｒｃｌｔ ｎｓ ｈ ｒ ｇｓｃ ｎｒ ｒｓｕｅｃｒ ｇｅｔｉ ｎｓ ｏｆｂｒａｅ （ ｅｌ ｓａ一 ｎ ｅｔａ ｉ ｅｓｆｔｅｓ ｉ ｈａ ｉ ｅｐｅｓｒ，ｏｄａ ｌ， ｃ ｅｓｆ ｅ ｙｒＩｗ ｌａ ｙ ｉ ｓｆ ｏ ｐｎ ｕ ｓ ｎ ｎ ｈｋ ｉ ｌ Ｓ ｌ
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｝ｔｅｓｓ ｅｓ ｎ ｏ ｉｈ ｓ ｅｄ ｔ ｉｓａ ｔ ｂｌｓｂ ｃ ｓ ｏ ｓａｃｎ ａｔｃ ａａｔｒ ｔ ｓａ ｒ ｇ ｏ — ｈ ｕｐ ｎ ｉ ｈ －ｐ ｅ ａｎ ，ｕｏ ｉ ｅ ａ ｅｆ ｉ ｅ ｄ ｎ ｈｒｃｅｉｉ ， ｒｓ ｉ ． ｎ ｏ ｆ ｇ ｒ ｍｏ ｅ ｕ ｔｓ ｓｃ ｉ ｐ ｎ Ｃ
帘线层参数对空气弹簧性能的灵敏度分析
132
机
械
强
度
2011 年
引言
空气弹簧是一种优质的低频减振、 隔振器 , 作为空 气悬架和驾驶室悬置的关键部件广泛 应用于商用车 上, 还应用于光弹桌、 激光试验台面、 微制造平台的环 境隔振、 电动振动台的隔振和支承等。我国的商用车 空气弹簧在设计和制造上与发达国家相比还有相当大 的差距
[ 1] 262
[ 9] 94 95
。ABAQUS 软件具有符合流体静力学条
件的充腔流体单元, 该流体单元可以使结构变形和作 用在边界上的流体压力之间相互耦合, 能真实再现空 气弹簧在振动过程中腔内气体压力的变化
[ 11]21 22
。本文的研究选择非线性有限元分 建立空气弹簧有限元模型。
[ 9]97
Hale Waihona Puke 。本析软件 ABAQUS
abaqus软件具有符合流体静力学条件的充腔流体单元该流体单元可以使结构变形和作用在边界上的流体压力之间相互耦合能真实再现空气弹簧在振动过程中腔内气体压力的变化1121222文应用abaqus提供的流体单元三维三节点气体单元f3d3和三维四节点气体单元f3d4建立的气体单元在橡胶气囊的上止口和底座下部内圈处将整个充气容腔封闭起来实现整个空气弹簧内部的大学 汽车工程学院 汽车动态模拟国家重点实验室 , 长春 130025) ( 2. 中国第一汽车集团公司 技术中心 , 长春 130011) JIANG Wan HUANG Ying SHI WenKu YAO WeiMin YA Hao LIU ZuBin ( 1. State Key Laboratory of A utomobile Dynamical Simulation , College o f Automotive Engineering , Jilin University , Changchun 130025, China ) ( 2. First Automobile Works Group Corporation , Research and Development Center , Changchun 130011, China )
基于的帘线参数对汽车空气弹簧垂向刚度影响的研究
一１００
一６０
—２０
２０
，位移，ｍｍ
６０
１００
图７不同帘线角的空气弹簧特性曲线
５３不同帘线间距下的弹性特性
相邻两帘线层间距离定义为帘线间距。空气弹
簧在初始压力为０．５ ＭＰａ．其它条件相同而帘线间
距不同时的负荷一位移仿真曲线如图８所示。从图８
汽车技术
万方数据
．设计．计算．研究． 中可以看出．空气弹簧的垂直刚度随着帘线间距的 增大而降低。
空气弹簧结构如图ｌ所示，主要由上盖板、气囊、 下底座和应急囊组成，气囊部分由橡胶、帘布层组成． 是一种层状复合材料结构。气囊由内层橡胶、外层橡 胶、帘线层（图２）和成型钢丝圈硫化而成。
图ｌ空气弹簧结构示意
＋安徽省科技厅产学研项目（２０１０叮Ｄ【Ｍ０２６８）。
一ｌＯ一
万方数据
汽车技术
·设计．计算．研究．
位移，ｍｍ 图８ 不同帘线间距的空气弹簧特性曲线
５４不同帘线层数下的弹性特性 空气弹簧的帘线层由Ｒｅｂａｒ定义。其中．多层帘
线层可通过改变Ｒｅｂａｒ距壳单元中性面的距离模 拟。空气弹簧在初始压力０．５ ＭＰａ，其它条件相同而 帘线层数不同时的负荷一位移仿真曲线如图９所示。
位移，ｍｍ 图９帘线层数不同的空气弹簧特性曲线
分析过程分为充气和加载．首先在气体单元参 考点施加一定气压，相当于给气囊充气。完成后对上 盖板施加垂直位移．使空气弹簧上盖板离下活塞底 面的距离为空气弹簧的设计高度：再往空气弹簧内 部充入气体．使其内部气压达到额定气压即空气弹 簧工作时的初始充气压力：最后对上盖板施加±１００ ｍｍ 的位移．
该空气弹簧实际气囊壁厚度为４ ｍｍ．所以取壳 单元厚度为４ ｍｍ。其几何特性参数可以定义为： Ｒｅｂａｒ距橡胶材料的壳单元中性面距离为±ｌ ｍｍ： Ｒｅｂａｒ的横截面积为９×１０＿４ ｍｍ２：Ｒｅｂａｒ的方向角为 ４伊：同一层内Ｒｅｂａｒ和Ｒｅｂａｒ之间的距离为１ｍｍ；材质 为１４００ ｄｔｅｘＩｌｌ尼龙。最后的有限元模型如图４所示。
基于变帘线参数的商用车膜式空气弹簧刚度特性研究
保 护作 用 ； 布层 为 空气 弹簧 的受 力骨 架材 料 。 帘
本 工 作研 究 的某 型号 商用 车膜 式 空气 弹簧 的 部 分技 术 指标 如下 ： 作 气 压 工 工 作行 程 ０ ３ ０ ８ＭＰ ， ． ～ ． ａ ２ ０ｍｍ， 成设 计 高度 ２ ５ｍｍ， ６ 总 ７ 总 ４ ５ｍｍ， １ 总成 压缩 最低 高 度
空气 弹 簧 是 在 柔 性 密 闭 容 器 中充 人 压 缩 空 气 ， 用空气 的可 压 缩 性 实 现 弹性 作 用 的一 种 非 利
金 属 弹簧 。 由于具有 变 刚度 、 自振 频率 、 度可 低 高 控 以及 良好 的 高频振 动 吸收 和 隔声性 能等 优 良的
特 性 ， 于 车辆 悬 架 装 置 中 可 以 明显 改 善 车辆 的 用 动力 性 ， 减少 车 辆 对 高 速公 路 路 面 的破 坏 并 显 著
２ 有 限 元 模 拟 ２ １ 非 线 性 分 析 ．
作 者 简 介 ： 锋 （ ９ ３） 男 ， 州 贵 阳人 ， 州 大 学 教 授 ， 何 １６ ， 贵 贵 硕 士 ， 事 汽车 系统 动 力 学 和控 制及 汽 车 关键 零 部 件 研 究 工 作 。 从
在 空 气 弹簧建 模 过程 中要 充分 考 虑在其 大 变
囊 的接 触面积 变化 进行 描述 。 （） ４ 应用 流体 力 学 对 空气 弹 簧 的 较 大压 力 变 化进 行描 述 。 ２ ２ 橡 胶气 囊材料 模型 ．
得 到准 确 数 据 。本 研 究 采 用 非 线 性 有 限元 软 件 Ａｂ ｑ ｓ 立 有效 的有 限 元 模 型 对 空 气 弹 簧 的 刚 ａｕ 建
图 １ 膜 式 空气 弹 簧 的 结 构
起 辅 助气 室 的作 用 。橡 胶 气 囊 一 般 由 内覆胶 层 、 外覆胶 层 、 布层 和成 型 钢丝 圈硫 化而 成 ， 帘 内覆 胶 层 主要 用 于密 封 ； 覆 胶 层 除 了密 封 作 用 外 还起 外
帘线参数对膜式空气弹簧垂向特性的影响研究
蔡永周，曹永军，曹龙田，何锋帘线参数对膜式空气弹簧垂向特性的影响研究（贵州大学机械工程学院，贵阳５５０００３）摘要：关键词：简述膜式空气弹簧的结构，建立其有限元模型，获得其载荷—垂向位移的关系曲线，研究帘线参数对其承载能力的影响。
结果表明，帘线角和帘线层数是影响膜式空气弹簧垂向特性的重要因素。
膜式空气弹簧；垂直特性；有限元模型；帘线参数中图分类号：文献标识码：文章编号：Ｕ４６３．３３４．２Ａ１００６－３３３１（２０１０）０２－００４８－０３＋Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：This paper briefly describes the structure and establishes FEA model of the rolling lobe air spring,attains its relation curves of load-vertical displacement,and studies the effects of cord parameters on its load-carrying ability.The results show that the cord angle and cord plies are important factors that affect the vertical characteristic of rolling lobe air springs.rolling lobe air spring;vertical characteristic;FE model;cord parametersＳｔｕｄｙｏｆＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＣｏｒｄＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎＳｔｉｆｆｎｅｓｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＲｏｌｌｉｎｇＬｏｂｅＡｉｒＳｐｒｉｎｇｓ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈ．Ｅｎｇ．，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖ．，Ｇｕｉｙａｎｇ５５０００３，Ｃｈｉｎａ）ＣＡＩＹｏｎｇ－ｚｈｏｕ，ＣＡＯＹｏｎｇ－ｊｕｎ，ＣＡＯＬｏｎｇ－ｔｉａｎ，ＨＥＦｅｎｇ基金项目：贵州省工业攻关项目（黔科合ＧＹ［２００８］３０１３），贵州大学研究生创新基本项目（校研理工２００９０２１）资助。
基于ABAQUS的帘线参数对汽车空气弹簧垂向刚度影响的研究
基于ABAQUS的帘线参数对汽车空气弹簧垂向刚度影响的研究汽车空气弹簧是一种空气力学弹簧，能够根据载荷自适应调整其垂向刚度，被广泛应用于汽车悬架系统，具有良好的行驶和乘坐舒适性能。
然而，其垂向刚度的大小会对车辆悬架系统的动态特性、能耗以及乘坐舒适度等方面产生不同程度的影响。
因此，如何优化汽车空气弹簧的垂向刚度，成为目前悬架系统优化设计中的重要问题。
在这篇文章中，我们使用ABAQUS有限元软件，建立了一个基于空气力学模型的汽车空气弹簧模型，并针对弹簧长度、压缩度、截面积等帘线参数进行分析，研究其对垂向刚度的影响。
首先，我们通过调整弹簧长度，分析其对垂向刚度的影响。
我们可以发现，当弹簧长度增加时，其垂向刚度也会相应增加。
这是因为弹簧长度越长，其内部空气受到的压缩程度就越大，从而提高了空气的密度和压力，增大了弹簧的刚度。
其次，我们研究了弹簧压缩度对其垂向刚度的影响。
我们发现，当弹簧压缩度增加时，其垂向刚度也会逐渐增加。
这是因为弹簧在承受载荷的过程中，内部空气被逐渐压缩，空气密度和压力也逐渐增大，从而增加了弹簧的刚度。
最后，我们分析了弹簧截面积对其垂向刚度的影响。
我们可以发现，当弹簧截面积增大时，其垂向刚度也会相应增加。
这是因为弹簧截面积越大，空气被压缩的范围就越大，从而使空气密度和压力增大，增大了弹簧的刚度。
总之，本文通过建立基于ABAQUS的汽车空气弹簧模型，研究了弹簧长度、压缩度、截面积等帘线参数对其垂向刚度的影响。
针对不同的参数组合，我们可以调整弹簧的垂向刚度，实现悬架系统的优化设计，提高汽车行驶和乘坐的舒适性能。
除了以上提到的帘线参数，还有一些其他的因素也可能会对空气弹簧的垂向刚度产生影响，比如壁厚、材料硬度等因素。
可以通过进一步的研究来深入理解这些影响因素。
此外，由于空气弹簧是一种易受外界影响的元件，因此其安装位置和周围环境也可能会对其垂向刚度产生影响。
应该在设计时考虑到这些因素，并采取相应的预防和措施。
橡胶空气弹簧工艺参数的确定及其对使用性能的影响(精)
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２００６年唐全胜橡胶空气弹簧工艺参数的确定及其对使用性能的影响３０５橡胶空气弹簧工艺参数的确定及其对使用性能的影响唐全胜（尉氏县橡胶厂，河南尉氏４７５５００）摘要：通过试验确定合理的工艺参数及相关设备，保证了橡胶空气弹簧的产品性能和使用性能。
关键词：橡胶空气弹簧；硫化模具；帘布角度；膨胀系数；横向刚度橡胶空气弹簧（ＲＵＢＢＥＲＡＩＲＳＰＲＩＮＧ）以其优越的动态减振承载性能，被广泛应用于各种机车车辆、汽车的减振悬挂系统，以及精密仪器仪表、大型机械设备的隔振器等方面。
特别是近年来我国在汽车、铁路等方面的应用更为广泛。
我厂所研制出的汽车悬架用橡胶空气弹簧（以下简称气囊）主要配用依卡露斯（ＩＫＡＲＵＳ）一２５６及桑诺斯Ｓ一４１１等车型。
本文简述生产及使用过程中橡胶空气弹簧工艺参数的确定及其对产品物性和使用性能的影响。
１车辆配用系统及生产设备车辆配用系统见图１所示。
气囊工作部分简图见图书馆所示。
气囊上下配用法兰尺寸见图３所示。
ＩＫＡＲＵＳ减振悬挂系统见图１所示。
主要由橡胶空气弹簧，空气供给系统，空气压力调节系统，减振器构成。
气泵工作压力０．７～０．８ＭＰａ，空气弹簧工作压力为０．６ＭＰａ，动行程为＋９５～＋１４０ｍｍ，每车配置六只，前轮二只，后轮四只。
单只承载３５ｋＮ，自减振荡频率７２～７３次／ｍｉｎ，工作直径３４０ｍｍ［１１。
生产设备：气囊的解剖尺寸见表３所示。
气囊的成品尺寸见图４所示。
成型机头尺寸见图５所示。
硫化机及模具结构见图９所示。
２加工工艺图１空气弹簧使用示意图为改进气囊硫化过程中温度的均匀性，模具采用轴向分型，降低了模具高度节约了成本。
并保证了气囊帘布角度的正确。
图２空气弹簧产品外观图咽樯凰３法兰配甩尺寸图ｇ钢丝固尺寸固４空气弹簧成品尺寸图５删曲线国ｓ成型机头曲线图囤７帘线角度ｆ示意国２００６年唐全胜橡胶空气弹簧工艺参数的确定及其对使用性能的影响３０７国外产品的解剖其采用的生产工艺是：帘布绕过下部钢丝圈再同帘布贴合，工艺难度大，但下部胎体耐曲绕性好。
单气室变截面空气弹簧刚度特性及影响因素分析
单气室变截面空气弹簧刚度特性及影响因素分析唐传茵;张义民;李允公;赵广耀;李旭【期刊名称】《机械工程学报》【年(卷),期】2014(50)24【摘要】研究膜式空气弹簧的刚度特性,分析影响膜式空气弹簧刚度的因素。
活塞形状是影响膜式空气弹簧的主要因素,不同的活塞形状对应着不同的刚度特性。
膜式空气弹簧的刚度特性没有统一的标准,每种活塞形状都有相对应的刚度特性。
基于膜式空气弹簧的这种特点,推导出曲线回转体空气弹簧的刚度公式。
其中,活塞作用高度与空气弹簧位移的关系是推导单气室变截面空气弹簧刚度特性的关键因素,提出分段推导活塞作用高度与空气弹簧位移关系的方法。
在建立单气室变截面空气弹簧的模型过程中,分析活塞结构尺寸变化对单气室空气弹簧刚度特性的影响。
在空气弹簧基本结构尺寸确定的条件下,活塞内锥角和活塞高度变化是影响单气室变截面空气弹簧的主要因素。
【总页数】8页(P137-144)【关键词】空气弹簧;刚度特性;活塞形状【作者】唐传茵;张义民;李允公;赵广耀;李旭【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院【正文语种】中文【中图分类】TH12【相关文献】1.带附加气室空气弹簧动刚度影响因素试验研究 [J], 王家胜;朱思洪2.连接管路对附加气室空气弹簧刚度特性影响的试验研究 [J], 孙丽琴;李仲兴;郭继伟3.单气室油气弹簧阻尼特性及其影响因素分析 [J], 程祥瑞;高钦和;刘志浩;刘毓希4.单气室油气弹簧刚度及频率特性仿真分析 [J], 程祥瑞;高钦和;刘志浩;刘毓希5.空气弹簧动态特性拟合及空气悬架变刚度计算分析 [J], 陈燎;周孔亢;李仲兴因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ABAQUS的帘线参数对膜式空气弹簧横向特性影响研究_图(精)
14□文 /何锋蔡永周曹龙田(贵州大学机械工程学院引言空气弹簧是在柔性密闭容器中充入压缩空气,利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧。
由于具有变刚度、低自振频率、高度可控等优良的特性,用于车辆悬架装置中可以明显改善车辆的动力性,可减小车辆对路面的破坏并显著提高运行舒适性。
所以,空气弹簧在商用车上得到广泛应用。
目前空气弹簧的生产主要以试验和经验为依据,在传统的空气弹簧生产过程中,得到帘线参数对空气弹簧横向特性的影响,需反复试验修改试件参数,耗时长,成本高,且难以得到精确数据。
本文采用非线性有限元技术, 通过非线性有限元软件ABAQUS,建立有效的有限元模型, 可方便改变帘线角、帘线层间距、帘线密度、帘线层数等参数,迅速得到其对空气弹簧横向刚度特性的影响,可缩短时间,节约成本,为空气弹簧的数字设计提供参考。
1 膜式空气弹簧的结构膜式空气弹簧主要由橡胶气囊、上盖板、活塞底座和缓冲块等部件组成,如图1所示。
橡胶气囊一般由内覆层、外覆层、帘线层和成型钢丝圈硫化而成,内覆层主要用于密封;外覆层除了起密封作用外,还起保护作用;帘线层为空气弹簧的受力骨架。
2 空气弹簧有限元模型建立2.1 非线性分析在空气弹簧的大变形位移中存在橡胶材料非线性等非线性问题,因此,在空气弹簧的有限元分析模型中需考虑非线性问题。
①橡胶材料非线性采用非线性特性材料来描述空气弹簧胶囊和帘线层。
②胶囊发生大位移、大变形的几何非线性,采用大变形理论对空气弹簧大变形量进行描述。
③上盖板、底座与胶囊的接触边界条件非线性,采用边界非线性对上盖板与胶囊的接触面积变化进行描述。
④内部气压变化大,应用流体力学对空气弹簧内部压力变化进行描述。
2.2 模型建立本文研究的是贵州宏洋橡胶制品有限公司644N商用车膜式空气弹簧,其技术指标如表所示。
在模型上定义好材料特性、rebar单元、边界条件、内部气压、分析步和划分好网格后,在模型上加载荷提交作业,空气弹簧发生垂向位移,其内容积变化较大,需要对其内气体进行恰当的模拟。
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LI A-wu，ZHANG Cui-ping，ZHOU Wei
（College of Mechanical Engineering，Taiyuan University of Technology，Shanxi Taiyuan 030024，China）
析，并结合正交实验法研究空气弹簧帘线材料及结构参数对其刚 度特性的影响显著性[3]。
2 膜式空气弹簧的基本结构及特点
准34
上盖 橡胶囊
缓冲块 活塞
280 酝ax准360 图 1 膜式空气弹簧的基本结构示意图 Fig.1 The Basic Structure of the Membrane Air Spring Schematic
第5期
机械设计与制造
圆园19 年 5 月
酝葬糟澡蚤灶藻则赠 阅藻泽蚤早灶 驭 酝葬灶怎枣葬糟贼怎则藻
261
空气弹簧帘线参数对刚度特性影响的显著性
李阿午，张翠平，周 维
（太原理工大学机械工程学院，山西 太原 030024）
摘 要：基于某重卡车用悬架空气弹簧，针对其材料、几何、接触、气固耦合等非线性力学特性，采用 Abaqus 软件建立空 气弹簧的有限元模型，对其垂向静态力学特性进行仿真分析，并采用正交实验法分析帘线材料、帘线布置角度、帘线网格 间距、帘线横截面积和帘线层数对其垂向刚度的影响。结果表明：帘线材料及结构参数对空气弹簧的垂向刚度有很大的 影响，其中帘线布置角对空气弹簧的垂向刚度影响最显著，帘线截面面积和帘线层数对其刚度影响一般，帘线弹性模量 和帘线间距对其刚度影响较小。 关键词：空气弹簧；ABAQUS 软件；垂向刚度；帘线参数；正交实验法 中图分类号：TH16；U463.33+4.2 文献标识码：A 文章编号：员园园员-3997（圆园19）05-0261-04
粤遭泽贼则葬糟贼：This study is made based on the fact that the air springs are installed in heavy trucks，as to the non -linear mechanical properties such as material，geometry，contact and gas-solid coupling ，the finite element model is established by Abaqus software and the vertical mechanical characteristics are analyzed from it.Orthogonal experiment method is used to analyzed the effect on the vertical stiffness of air springs made by the following five factors cord material，cord arrangement angle，cord grid spacing，cross -sectional area of the cord and the number of cord layers. The research shows that the cord parameters have an obvious effect on the vertical stiffness of the air spring. A nd it also shows that the angle of the cord arrangement has a large influence on the vertical stiffness，both the cross-sectional area of the cord and the number of the cord layers have normal influence on it，and it is less influenced by the cord elastic modulus and cord spacing. Key Words：Air Spring；ABAQUS Software；Vertical Stiffness；Cord Parameters；Orthogonal Experiment
空气弹簧是一种利用密闭空间内压缩气体的反作用力实现
来稿日期：2018-11-09 基金项目：山西省煤基重点科技攻关项目（MJ2014-14） 作者简介：李阿午，（1996-），男，山西原平人，硕士研究生，主要研究方向：汽车现代设计；
张翠平，（1964-），女，山西万荣人，博士研究生，硕士生导师，教授，主要研究方向：发动机设计与仿真分析研究
1 引言
随着我国公路运输系统和高速物流的迅猛发展，车辆行驶 的平顺性、操作稳定性和安全性等性能指标被提出更高的要求， 基于空气弹簧的诸多优点，如自振频率低、车身高度可升降、刚度 可变、质量较轻、噪声较小等，使空气悬架越来越广泛地应用于现 代车辆，特别是载重货车、挂车和大客车[1]。《运营客车类型划分及 等级评定》也明确规定，高级大中型客车必须装配空气悬架。由于 空气悬架优良的弹性减振作用，一方面可以减轻路面颠簸冲击对 货物和车辆自身零件的振动损伤，改善了车辆行驶的平顺性，提 高了车辆的使用寿命；另一方面，有效地降低了轮胎对地面的动 载系数，减轻了对路面的破坏[2]。空气弹簧作为空气悬架系统工作 的最主要构件，掌握其静态刚度特性及影响因素是研究整个悬架 系统与整车性能匹配的基础。运用 Abaqus 对某重型车后悬用膜 式空气弹簧建立有限元模型，对其静态垂向力学特性进行仿真分
262
李阿午等：空气弹簧帘线参数对刚度特性影响的显著性
第5期
其弹性作用的弹性元件，其结构由上盖板（缘板）参数，如图 1 所示。