[发明专利]一种可控刚度对称组合式空气弹簧

说明书

本发明属于空气弹簧力学特性设计领域，提供了一种对称组合式的空气弹簧及控制系统。将两个相同的空气弹簧对称放置，通过活塞杆连接，活塞杆的连接点即为承力点；两空气弹簧气缸内部气体的物质的量和温度相同；当承力点向右移动，空气弹簧Ⅱ被压缩，空气弹簧Ⅰ被拉伸，两者的合力即为弹簧的回复力；当承力点向左移动，空气弹簧Ⅱ被拉伸，空气弹簧Ⅰ被压缩，情况完全相反；在变形较小的范围内，整体的刚度近似于一个定值。该弹簧原理简单，结构简洁，零件数量少，可靠性高，可设计空间大，应用范围广泛。可根据具体要求通过设计实现回复力近似线性、强非线性特性，并且可以附加一些控制系统来实现力学特性的可控功能。

技术领域

本发明涉及对弹簧刚度有特定要求的工程领域，提出一种对称组合的空气弹簧及控制系统。

背景技术

空气弹簧是利用空气压缩的非线性恢复力实现隔震和缓冲作用的一种非金属弹性元件弹簧，其刚度是非线性的，有自震频率低、高度可调节、良好的高频振动吸收等特性，在汽车、航空、医疗器械、家具、机械制造等领域都有着广泛地应用。空气弹簧种类广泛，总体分为活塞式和气囊式，其中气囊式是运用最广泛的一种。气囊式又可分为囊式、膜式两种，主要部分是类似于汽车轮胎的橡胶、帘线材质，其最大的特点是可以通过调节注入气体的多少来改变内部气压和弹簧高度，从而改变弹簧的刚度特性，是一种可调节弹簧。

活塞式空气弹簧根据气体状态方程可知，在保持内部气体温度、物质的量不变的情况下，弹簧活塞从平衡位置开始压缩内部气体，其呈现出的特性是刚度不断增大并趋向于无穷大的硬化特性，非线性随着活塞偏离平衡位置的增大而加剧。而气囊式空气弹簧由于材质、设计等因素，呈现的特性千差万别，但总的来讲压缩时也是刚度硬化特性。

目前应用广泛的主要是气囊式空气弹簧，主要作用是减震，对于弹簧的刚度特性要求不是很精细。相比较常见的金属弹簧无论是拉伸还是压缩，其刚度是一个定值，在“回复力—变形”坐标系中是关于原点中心对称的，而单个空气弹簧的回复力关于坐标原点是非对称的。

综上所述，目前有必要提出一种对称组合的空气弹簧，使得这种弹簧的刚度在“回复力—变形”坐标系中是关于原点对称的，并通过设计实现回复力近似线性或者强非线性特性，能够满足各种工程领域的要求。同时，这种弹簧也可以加以适当的控制来实现力学性能可变的功能。

发明内容

本发明主要是设计一种对称组合的空气弹簧，就是将两个相同的空气弹簧呈镜面对称放置，整体的两端是固定端，两个弹簧的对接点为承力点(所谓的“固定端”、“承力点”即为普通弹簧的两端)，实现两者间的弹性连接。

为了实现力学性能可变功能，通过控制空气弹簧内部气压、气缸(气室)容积来达到目的。

本发明的技术方案：

一种对称组合的空气弹簧，包括活塞1、活塞杆2、承力点3、气缸4、气缸壁5、空气弹簧Ⅰ6和空气弹簧Ⅱ7，将两个相同的空气弹簧对称放置，通过活塞杆2连接，活塞杆2的连接点即为承力点3；两空气弹簧的气缸4内部气体的物质的量和温度相同；当承力点3向右移动，空气弹簧Ⅱ7被压缩，空气弹簧Ⅰ6被拉伸，两者的合力即为弹簧的回复力；当承力点3向左移动，空气弹簧Ⅱ7被拉伸，空气弹簧Ⅰ6被压缩，则“回复力-变形”的关系与承力点3向右移动的情况完全相反；在变形较小的范围内，整体的刚度近似于一个定值。

所述的空气弹簧Ⅰ6和空气弹簧Ⅱ7同为活塞式空气弹簧或同为气囊式空气弹簧。

一种对称组合的空气弹簧的控制系统，包括对称组合的空气弹簧、附加室8、液体9和毛细管10；