空气悬挂是利用内置帘布线的橡胶气囊压缩空气的反力隔振的一种弹性元件。空气悬挂由橡胶空气囊、辅助空气室、上压板、悬挂底座、限位块等零件组成, 空气悬挂气囊内充满压缩空气, 提供弹性力,从而达到减振的目的。橡胶空气囊是空气悬挂的重要部件。高强度纤维层硫化在橡胶层之间, 作为空气悬挂的骨架, 并由橡胶限位块起支撑保护作用。

1. 空气悬挂的分类

根据橡胶空气囊工作方式不同, 车用空气悬挂可分为囊式空气悬挂和膜式空气悬挂两大类。囊式空气悬挂是圆型灯笼状结构, 其挠曲的气囊可以由一层或数层串联而成, 分别被称作单曲囊式空气悬挂、双曲囊式空气悬挂或多曲囊式空气悬挂。膜式空气悬挂又为圆柱形结构, 分为约束膜式空气悬挂和自由膜式空气悬挂两种。约束膜式空气悬挂采用螺栓夹紧密封, 自由膜式空气悬挂利用空气悬挂内的压力密封。早期车用空气悬挂主要是双曲囊式空气悬挂和三曲囊式悬挂, 随着人们对车辆行驶平顺性和车身性能要求的提高, 膜式空气悬挂以其优良的性能在客车和货车上得到大量的应用。

2. 车用空气悬挂特点

( 1) 空气悬挂的刚度可以通过改变气囊内的空气压力加以调整, 例如在空气悬挂外加辅助空气室来增加空气悬挂的容积, 进而降低空气悬挂的刚度,达到减振降噪的目的。

( 2) 与传统的金属悬挂相比, 空气悬挂寿命长。试验表明, 空气悬挂的疲劳寿命可以高达 400万次,而钢板式金属悬挂的疲劳寿命一般只有 50万次。

( 3) 空气悬挂的刚度随车辆载荷的变化而改变,可以实现任何载荷下其自振频率恒定, 获得优良的减振性能。而普通金属弹簧式悬挂, 因其自身刚度不能改变, 所以随着车辆载荷的变化其自振频率变化范围较大, 难以设计出性能优良的车辆悬挂系统。

( 4) 对于空气悬挂, 可以通过改变充气压力的办法获得不同的承载能力。因此, 空气悬挂能够满足车辆多种载荷的要求, 具有较好的使用性能。此外,还可以通过调整高度控制阀, 使空气悬挂挂在一定的载荷下具有不同的车身高度, 从而提高其通过性能。

( 5) 空气悬挂具有优良的非线性弹性特性, 可以设计出理想的特性曲线。如车辆悬挂装置中最理想的倒/S0形性能曲线, 合理配置悬挂的刚度, 从而保证车辆在正常行驶时悬挂柔软, 而在急转弯、路面凸凹不平及制动等工况刚度加大, 从而能限制车身的位移和大幅振动, 使车辆具有优良的性能。而普通金属悬挂, 由于特性曲线是线性的, 必然影响车辆的隔振、限位性能。

( 6) 空气悬挂制造工艺复杂, 需要密封, 因而成本较高。

3. 空气悬挂的发展

1847 年, 美国人 John L ew is发明了空气悬挂。此后, W illiam R Fee、Hoagland IW 等人对空气悬挂的密封性问题进行研究, 设计了车用空气悬挂。 20世纪 30年代, Firestone公司首次将空气悬挂用于汽车, 并取得了良好效果。 1944年, 美国通用汽车公司与 F irestone公司合作, 首次将空气悬挂安装到客车上, 试验结果表明空气悬挂性能优异, 具有良好的减振降噪效果。通用汽车公司于 1953年开始批量生产装有空气悬挂的客车, 开创了商用汽车采用空气悬挂的先河。随着高分子合成物人造橡胶的出现,空气悬挂在商用车上得到了广泛的应用。随着空气悬挂技术的日趋成熟, 空气悬挂技术在欧洲也得到了快速发展。1955年, 联邦德国开始制造装备空气悬挂的客车, 截至 1964年, 联邦德国生产的 50多种大中型客车中, 绝大多数装备了空气悬挂。此后几年, 空气悬挂在客车上得到了快速发展。

20世纪 80年代后, 基于降低重型货车对公路路面破坏的考虑, 很多发达国家对车辆与道路相互作用的机理进行了广泛深入的理论研究。研究结果表明, 采用空气悬挂系统的重型货车可减小对道路的破坏, 在此基础上提出了道路友好悬架的概念。如今, 空气悬挂在商用车上已经得到了广泛的应用, 空气悬挂发展前景广阔, 越来越受到车辆设计人员的重视。