空氣懸掛是利用內(nèi)置簾布線的橡膠氣囊壓縮空氣的反力隔振的一種彈性元件。空氣懸掛由橡膠空氣囊、輔助空氣室、上壓板、懸掛底座、限位塊等零件組成, 空氣懸掛氣囊內(nèi)充滿壓縮空氣, 提供彈性力,從而達(dá)到減振的目的。橡膠空氣囊是空氣懸掛的重要部件。高強(qiáng)度纖維層硫化在橡膠層之間, 作為空氣懸掛的骨架, 并由橡膠限位塊起支撐保護(hù)作用。

1. 空氣懸掛的分類

根據(jù)橡膠空氣囊工作方式不同, 車用空氣懸掛可分為囊式空氣懸掛和膜式空氣懸掛兩大類。囊式空氣懸掛是圓型燈籠狀結(jié)構(gòu), 其撓曲的氣囊可以由一層或數(shù)層串聯(lián)而成, 分別被稱作單曲囊式空氣懸掛、雙曲囊式空氣懸掛或多曲囊式空氣懸掛。膜式空氣懸掛又為圓柱形結(jié)構(gòu), 分為約束膜式空氣懸掛和自由膜式空氣懸掛兩種。約束膜式空氣懸掛采用螺栓夾緊密封, 自由膜式空氣懸掛利用空氣懸掛內(nèi)的壓力密封。早期車用空氣懸掛主要是雙曲囊式空氣懸掛和三曲囊式懸掛, 隨著人們對(duì)車輛行駛平順性和車身性能要求的提高, 膜式空氣懸掛以其優(yōu)良的性能在客車和貨車上得到大量的應(yīng)用。

2. 車用空氣懸掛特點(diǎn)

( 1) 空氣懸掛的剛度可以通過(guò)改變氣囊內(nèi)的空氣壓力加以調(diào)整, 例如在空氣懸掛外加輔助空氣室來(lái)增加空氣懸掛的容積, 進(jìn)而降低空氣懸掛的剛度,達(dá)到減振降噪的目的。

( 2) 與傳統(tǒng)的金屬懸掛相比, 空氣懸掛壽命長(zhǎng)。試驗(yàn)表明, 空氣懸掛的疲勞壽命可以高達(dá) 400萬(wàn)次,而鋼板式金屬懸掛的疲勞壽命一般只有 50萬(wàn)次。

( 3) 空氣懸掛的剛度隨車輛載荷的變化而改變,可以實(shí)現(xiàn)任何載荷下其自振頻率恒定, 獲得優(yōu)良的減振性能。而普通金屬?gòu)椈墒綉覓? 因其自身剛度不能改變, 所以隨著車輛載荷的變化其自振頻率變化范圍較大, 難以設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的車輛懸掛系統(tǒng)。

( 4) 對(duì)于空氣懸掛, 可以通過(guò)改變充氣壓力的辦法獲得不同的承載能力。因此, 空氣懸掛能夠滿足車輛多種載荷的要求, 具有較好的使用性能。此外,還可以通過(guò)調(diào)整高度控制閥, 使空氣懸掛掛在一定的載荷下具有不同的車身高度, 從而提高其通過(guò)性能。

( 5) 空氣懸掛具有優(yōu)良的非線性彈性特性, 可以設(shè)計(jì)出理想的特性曲線。如車輛懸掛裝置中最理想的倒/S0形性能曲線, 合理配置懸掛的剛度, 從而保證車輛在正常行駛時(shí)懸掛柔軟, 而在急轉(zhuǎn)彎、路面凸凹不平及制動(dòng)等工況剛度加大, 從而能限制車身的位移和大幅振動(dòng), 使車輛具有優(yōu)良的性能。而普通金屬懸掛, 由于特性曲線是線性的, 必然影響車輛的隔振、限位性能。

( 6) 空氣懸掛制造工藝復(fù)雜, 需要密封, 因而成本較高。

3. 空氣懸掛的發(fā)展

1847 年, 美國(guó)人 John L ew is發(fā)明了空氣懸掛。此后, W illiam R Fee、Hoagland IW 等人對(duì)空氣懸掛的密封性問(wèn)題進(jìn)行研究, 設(shè)計(jì)了車用空氣懸掛。 20世紀(jì) 30年代, Firestone公司首次將空氣懸掛用于汽車, 并取得了良好效果。 1944年, 美國(guó)通用汽車公司與 F irestone公司合作, 首次將空氣懸掛安裝到客車上, 試驗(yàn)結(jié)果表明空氣懸掛性能優(yōu)異, 具有良好的減振降噪效果。通用汽車公司于 1953年開(kāi)始批量生產(chǎn)裝有空氣懸掛的客車, 開(kāi)創(chuàng)了商用汽車采用空氣懸掛的先河。隨著高分子合成物人造橡膠的出現(xiàn),空氣懸掛在商用車上得到了廣泛的應(yīng)用。隨著空氣懸掛技術(shù)的日趨成熟, 空氣懸掛技術(shù)在歐洲也得到了快速發(fā)展。1955年, 聯(lián)邦德國(guó)開(kāi)始制造裝備空氣懸掛的客車, 截至 1964年, 聯(lián)邦德國(guó)生產(chǎn)的 50多種大中型客車中, 絕大多數(shù)裝備了空氣懸掛。此后幾年, 空氣懸掛在客車上得到了快速發(fā)展。

20世紀(jì) 80年代后, 基于降低重型貨車對(duì)公路路面破壞的考慮, 很多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)車輛與道路相互作用的機(jī)理進(jìn)行了廣泛深入的理論研究。研究結(jié)果表明, 采用空氣懸掛系統(tǒng)的重型貨車可減小對(duì)道路的破壞, 在此基礎(chǔ)上提出了道路友好懸架的概念。如今, 空氣懸掛在商用車上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用, 空氣懸掛發(fā)展前景廣闊, 越來(lái)越受到車輛設(shè)計(jì)人員的重視。