车用气弹簧有关知识介绍l定义l作用l原理l分类l生产工艺流程l性能评价l结构设计中关于气 弹簧的几个重点关 注项气弹簧是指由一个密闭缸筒和可以在 缸筒内滑动的活塞组件及活塞杆组成的以 压缩气体为贮能介质的机构。气弹簧的定义气弹簧的作用l对某些运动件提供一定的支撑力支撑 杆l对某些运动件提供缓冲减震 器具备弹簧的某些特征气弹簧的原理l在缸筒内充入高压气体，气体压强作用 在活塞两端面，由于气体分别作用于活 塞有杆面和无杆面的压力不一样，因此 形成了活塞杆的输出推力。l为了避免气弹簧推动质量物体时，在伸 展行程最终阶段产生的惯性冲击，在气 弹簧中注入少量液压油，并在活塞上设 置阻尼通道，形成阻尼力。气弹簧工作原理图P PS S2 2S S1 1F F1 1F F2 2F FFF1F2PS1P(S1S2)PS2气弹簧的分类l定阻尼气弹簧在气弹簧活塞运动过程中，阻 尼力是固定不变的l变阻尼气弹簧在气弹簧活塞运动过程中，阻 尼力是渐变的定阻尼气弹簧阻尼通道采用活塞上设置的阻尼孔 的形式，活塞运动时，液压油受压通过 阻尼孔产生阻尼力，这个力值是固定的 。变阻尼气弹簧阻尼通道采用缸筒内壁上设置的阻尼槽的形式， 由于阻尼槽的横截面大小是渐变的，因此活塞运动时 ，液压油受压通过阻尼槽而产生渐变的阻尼力。（这 个阻尼力通常是随着气弹簧的伸长而增大的）阻尼槽相比定阻尼气弹簧而言，变阻尼气弹 簧具有较大的性能优势：l由于变阻尼气弹簧的阻尼力是逐渐增大的 ，因此气弹簧在伸展过程中所受的缓冲较 平缓，不会出现振颤现象。l由于气弹簧活塞杆伸展前期位置的阻尼槽 横截面积处于较大的状况，因此活塞杆伸 展前期的运行速度较大，由此提高了使用 效率。l阻尼槽结构不易阻塞，比阻尼孔结构的抗 污染能力高。同时，由于设计制造的技术含量的提高 ，变阻尼气弹簧的设计制造成本也比定阻尼 气弹簧的高，特别是增加了阻尼槽的设计以 及用于制造带阻尼槽缸筒的模具。因此，这两方面已被气弹簧制造商作为 核心技术加以保护。不足之处虽然变阻尼气弹簧活塞杆伸展前期的运 行速度较大，有较高的使用效率，但是这个 特点并不是总是好的，对于某些部件而言（ 如背门），过快的前期速度将带来不好的使 用效果我们在开门时必须注意躲避被过 快开启的背门击中。因此，在背门的实际应用中，我们为了 使开启速度不至于太快，通常会把变阻尼气 弹簧和定阻尼气弹簧结合起来使用。 气弹簧的生产工艺流程钢棒压力管活塞等其余配件切割磨光滚丝表面处理切割超声波清洗拉槽液压扩口超声波清洗焊接，组装充气喷漆气弹簧的评价l关于气弹簧的力-位移曲线图（力学性能）评价气弹簧性能的基本工具d(Fd(F1 1) )c(Fc(F2 2) )a(Fa(F3 3) )b(Fb(F4 4) )力力位移位移0 0压缩压缩伸张伸张几个参数l力的标称值（F14 ）：其中F1为气弹簧的特征 标称值，即通常用F1值作为气弹簧的特征参 数。l动态内阻（G）：活塞杆在运动时产生的动态 阻力（内耗），由综合因素造成。通常变阻 尼气弹簧的G值小于定阻尼气弹簧。l工作行程（L）：活塞杆的滑动行程，气弹簧 未被压缩状态（自由状态），L值为0。ll：通常为了获得稳定的公称力值，测量点和 压缩与伸张顶点间应有l长度的距离，一般情 况下l=10mm。两种气弹簧力-曲线图的对比l定阻尼气弹簧l变阻尼气弹簧气弹簧性能评价的主要项目l气密性：8024h20 22h -40 24h 20 22h ，2次循环后，测量 力学性能，F1的变化率应不大于8%。l耐久性：46次/min进行25000次循环，每循 环2500次后，测量力学性能，F1的变化率应 不大于8%。l耐腐蚀性：在最小压缩状态下，进行48h的 中性盐雾试验，气弹簧的镀层应符合GB6461 中5.2条b的规定，涂覆层应符合GB1740中一 级的规定。l抗拉强度：气弹簧的整体抗拉强度应符合 下表规定，试验后各连接件不应有断裂或 脱落现象，力学性能也应符合其力-位移曲 线图。 受拉部件最小截面尺寸，mm拉力，N5200063000845001060001210000结构设计中的几个重点关注项l气弹簧的正常工作状态与装配位置气弹簧的工作状态与装配位置直接影 响着气弹簧的使用效果和使用寿命。其中，良好的使用效果意味着气弹簧 应该具备良好的运动缓冲，即良好的阻尼 效果。使用寿命使用寿命自身性能自身性能使用状态使用状态了解气弹簧的正常工作状态与装配位置， 需要先了解的几个方面1. 气弹簧使用的阻尼介质为高压油气混和物， 由于油的密度大于气体，因此气弹簧在静置 后，液压油总是位于混和物的底部。对于定阻尼气弹簧而言，主要起阻尼作 用的是其中的液压油。因此液压油的位置决 定了气弹簧阻尼缓冲的位置。对于变阻尼气弹簧而言，主要起阻尼作 用的除了液压油还包括阻尼槽的截面变化段 。因此液压油和气缸壁阻尼槽截面变化段的 位置共同决定了气弹簧阻尼缓冲的位置。2. 气弹簧的主要失效模式：a. 由于缸筒端部密封圈老化，导致缸筒漏气 （油），气弹簧举伸无力；b. 活塞密封环老化，导致活塞密封不良，气 弹簧举伸无力；c. 活塞杆体生锈，影响其与缸筒间的密封性 ； 3. 油气混和物中液压油的作用阻尼缓冲和保护活塞杆（定阻尼气弹 簧）保护活塞杆（变阻尼气弹簧）活塞杆在运动中穿过液压油层，使其 表面覆盖一层油膜，从而达到保护的作用。根据以上几方面的信息，我们可以做出以 下几点关于气弹簧的工作状态和装配位置 的基本原则。l在工作过程中，气弹簧的阻尼缓冲位置应 位于靠近运动终了处；l气弹簧在压缩状态下（活塞位于缸筒底部 ），液压油应位于缸筒口部，即活塞头不 能浸在液压油中，应与其成相对位置分开 ；l对于倾斜度较大的安装位置，气弹簧在压 缩状态下，其缸筒口应处于向下的位置， 以免缸筒口处积水对缸口的密封性造成影 响。根据以上几点基本原则，我们就可以定出 各种结构中的气弹簧装配状态结构1：气弹簧在运动过程中始终保持同一方 向不变，即活塞杆与缸筒的上下相对位置始 终不变。（常见于背门以及某些溜背式行李 箱盖）液压油液压油活塞活塞活塞杆活塞杆缸筒缸筒 关关 闭闭 状状 态态开开 启启 状状 态态l结构2：气弹簧在压缩状态时，呈水平状态， 张开后呈竖立状态。（常见于发动机盖）此结构着重关注开启后，即气弹簧张开 后处于竖立时的状态，气弹簧活塞连杆应在 缸筒上方。下部的液压油段下部的液压油段 会增大发动机盖会增大发动机盖 的关闭力的关闭力结构2有两种气弹簧的安装方式第一种第一种第二种第二种无论哪种安装方无论哪种安装方 式都可遵循以上式都可遵循以上 安装规律安装规律l结构3（大翻转式）：气弹簧在压缩状态和伸张 状态时，均呈竖立状态，但活塞杆与缸筒的上 下相对位置发生了变化。（常见于某些背门）关闭状态关闭状态开启状态开启状态l结构4（平衡杆铰链式）：对于某些使用气弹 簧的行李箱盖而言，由于必须获得行李箱盖 关闭时的平行下降过程，因此气弹簧必须配 合平衡杆铰链（通常为四边形铰链的形式）此结构气弹簧的装配状态可以按结构2的 方法处理，但由于和铰链的配合存在空间尺 寸配合的问题，因此此种结构的装配状态应 结合具体情况而定，不能机械地一概而论。车辆中的结构是千差万别的，从来车辆中的结构是千差万别的，从来 就没有一成不变的解决方案，我们就没有一成不变的解决方案，我们 在结构设计时应具体问题具体分析在结构设计时应具体问题具体分析 。l结构设计中，对于气弹簧尺寸的考虑点1. 气弹簧行程的上限由缸筒的长度决定，下 限是由活塞杆的长度决定。因此在设计气弹 簧的长度的时候，应注意，气弹簧的活塞杆 长度不应超过缸筒的长度。2. 应保证气弹簧在工作时有合理的行程，行 程长度应不大于活塞杆长度-5mm，不小于活 塞杆长度-20mm。（即气弹簧在全压缩状态时 ，活塞杆外露的长度应为520mm）3. 气弹簧缸筒内径与公称力的关系。虽然从气弹簧的工作原理公式中我 们可以看出气弹簧的公称力只与气弹簧 的内部介质的压强和活塞杆的截面积有 关，但从生产的角度看，内部介质的压 强越高，对气弹簧气密性的要求就越高 ，制造难度以及制造成本就越高。相比之下，缸筒直径越大，制造气 弹簧时所能达到的公称力就越大。结构设计时，应在充分考虑气弹簧 的使用、布置与制造等因素下合理选择 缸筒直径。缸筒内径与气弹簧公称力关系表缸筒直径活塞杆直径最大公称力（N）198600211070022108002310900l关于气弹簧的公称力1. 气弹簧只能产生伸张方向的推力，而无法 产生反方向的压力，因此在设计过程中应充 分考虑这一点。 有时我们为了使气弹簧在运动过程中能产生 施力方向改变的力，通常会利用四边形铰链 的结构。2. 虽然气弹簧的性能要求中有最大承受拉力的 要求，但是在设计中，应避免气弹簧在完全伸 张状态下受到拉力的作用。在某些结构中，无法避免气弹簧在完全伸张 状态下受拉力，因此必须有限位的设计。l气弹簧的连接方式气弹簧的连接方式主要有两种：销轴式铰 链和球头式铰链。球头式铰链中又分为：金属球头式和塑料 球头式。销轴式金属球头式塑料球头式l销轴式连接，其可靠性较好，但制造难度较 大，成本较高，且对气弹簧的使用有较高的 方向要求（即气弹簧在运动过程中，其相对 于销轴的轴向摆幅应在5以内）。l球头式连接，其受力均匀，对气弹簧的使用 方向性要求较低（可达30以内）。制造难 度与成本均较低。其中，金属球头式连接，由于有卡环的 安装步骤，因此比塑料球头式连接的装配稍 显复杂。 现在塑料球头式连接的 气弹簧已成为市场主流