囊式空气弹簧垂向刚度统一模型研究

摘要

囊式空气弹簧的结构参数及橡胶气囊力学特性是影响其力学特性的关键因素，解决结构参数辨识和橡胶气囊建模难题是计算囊式空气弹簧刚度特性的关键途径。以单曲囊弧长和盖板有效法兰半径为关键设计参量，建立基于关键设计参量的囊式空气弹簧结构参数模型；采用线弹性模型、Coulomb摩擦模型、分数导数Maxwell模型并联建立橡胶气囊迟滞非线性力学模型；基于结构参数模型和橡胶气囊模型，建立囊式空气弹簧垂向刚度统一模型。试验与计算表明，两样品结构参数最大相对误差为12%，证明CAS结构参数模型的正确性和通用性；振幅5 mm和8 mm测试工况下迟滞回线损耗能量相对误差均小于0.2%，静刚度相对误差均小于4%，不同频率下的动刚度最大相对误差小于1%，验证垂向刚度统一模型的有效性。以样品1为例，指出橡胶气囊刚度的占比总体在8%～14%，并揭示橡胶气囊对总刚度的影响规律。研究结果为设计阶段准确计算囊式空气弹簧的力学特性奠定基础，也为其结构优化、性能匹配提供理论支撑。