CN110195758B - 一种空气弹簧及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气弹簧，所述空气弹簧包括上盖(1)、气囊(2)、外弹性体(3)；所述气囊(2)设置于上盖(1)与外弹性体(3)之间，所述外弹性体(3)上设有贯穿其上端的空腔(8)；所述空腔(8)内固定有内弹性体(5)；所述外弹性体(3)上端设有外支撑件(4)，所述内弹性体(5)上端设有内支撑件(6)，所述内支撑件(6)套设于外支撑件(4)内；其特征在于：所述内支撑件(6)与内弹性体(5)上端连接形成环状的凹槽(7)；所述外支撑件(4)包括第一卡板(41)，所述第一卡板(41)位于凹槽(7)内；本发明提高了空气弹簧的稳定性、部件利用率及安全性能。

Description

一种空气弹簧及车辆
技术领域
本发明属于轨道车辆减振设备技术领域，具体提出一种空气弹簧及车辆。
背景技术
空气弹簧安装在车体和转向架之间，作用为传递垂向载荷、横向载荷以及扭矩等，吸收垂向和横向振动，提供水平复原力等，对车辆的平稳性和舒适度具有较大的影响。空气弹簧包括上盖、气囊及橡胶堆等部件，其中上盖位于车体或摇枕的下方，起密封及传递载荷的功能，气囊位于上盖的下方，橡胶堆位于气囊的下方，在空气弹簧正常充气的状态下，气囊起主要的减振作用，同时橡胶堆起辅助的减振作用，在空气弹簧因气囊失效等原因无气时，橡胶堆起主要的减振作用，以保证车辆在限速状态下行驶，同时气囊不再起作用。
专利申请CN108518441A公开了一种空气弹簧，包括上盖、气囊、第一橡胶堆及第二橡胶堆，气囊设置于上盖及第一橡胶堆之间，第一橡胶堆中空设置，以形成腔室，第一橡胶堆的腔室沿竖直方向贯穿第一橡胶堆的顶部，第一橡胶堆的顶部连接有外支撑件，外支撑件的顶部与上盖对应，以在当气囊无气时与上盖接触；第二橡胶堆固定套设于第一橡胶堆腔室的内部，第二橡胶堆的顶部连接有内支撑件，内支撑件的顶部与上盖对应，以在当气囊无气时与上盖接触，气囊有气时内支撑件顶部与外支撑件顶部之间具有高度差Δh，Δh≠0。以上申请的空气弹簧在无气的情况下使用时，低载工况下橡胶堆刚度较小，能够保证车辆具备较高的乘坐舒适性；同时在重载工况下橡胶堆刚度较大，能够避免因车体的下沉而损坏其他部件的现象发生。然而，以上的空气弹簧产品采用两个橡胶堆并联的结构形式，由于并联的两个橡胶堆相互独立，因此存在高度尺寸增大的趋势，而增大空气弹簧高度尺寸导致空气弹簧重心升高，降低空气弹簧的整体稳定性及减振效果；另一方面，以上空气弹簧有气状态下只有一个橡胶堆起垂向承载作用，即在有气状态下仅一个橡胶堆及气囊承载；而另一个橡胶堆不承担额外载荷，该另一个橡胶堆仅在气囊受损时才起作用，仅在备用时起作用；以上设置导致浪费第二橡胶堆功能，同时有气状态下易因受力过大而发生故障。
有鉴于此，提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空气弹簧，以解决上述问题。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种空气弹簧，所述空气弹簧包括上盖、气囊、外弹性体；所述气囊设置于上盖与外弹性体之间，所述外弹性体上设有贯穿其上端的空腔；所述空腔内固定有内弹性体；所述外弹性体上端设有外支撑件，所述内弹性体上端设有内支撑件，所述内支撑件套设于外支撑件内；所述内支撑件与内弹性体上端连接形成环状的凹槽；所述外支撑件包括第一卡板，所述第一卡板位于凹槽内。
优选的，充气且空载状态下，所述第一卡板和凹槽下槽壁之间的间隙为D1，D1＝0。
优选的，充气且空载状态下，所述内弹性体处于压缩状态。
优选的，充气且空载状态下，所述第一卡板和凹槽下槽壁之间的间隙D1，D1＞0。
优选的，无气且空载状态下，所述内支撑件顶部高于外支撑件顶部，所述内支撑件顶部与外支撑件顶部的高度差为A0，A0＞0。
优选的，无气且空载状态下，所述第一卡板和凹上槽壁之间的间隙为C0，C0＞0。
优选的，无气且空载状态下，所述内支撑件顶部低于外支撑件顶部，所述内支撑件顶部与外支撑件顶部的高度差为A0，A0＜0。
优选的，无气且空载状态下，所述第一卡板和凹槽下槽壁之间的间隙D2，D2＞0。
优选的，无气且空载状态下，所述内支撑件顶部与外支撑件顶部在同一平面内，所述内支撑件顶部与外支撑件顶部的高度差为A0，A0＝0。
优选的，所述外支撑件包括挡肩，所述挡肩沿所述第一卡板的外边沿设置，所述挡肩突出于第一卡板上侧。
一种车辆，所述车辆包括车体、转向架；所述转向架包括空气弹簧，所述空气弹簧为以上其中任一项所述的空气弹簧。
有益效果
本发明通过在外支撑件上设置第一卡板，内支撑件与内弹性体连接形成凹槽，并使外支撑件上的第一卡板安装于凹槽内，能够使外支撑件与内支撑件其中之一带动另一个，从而实现不同载荷下，由不同的承载件承载，有效提高了空气弹簧的稳定性、部件利用率及空气弹簧使用的安全性能。
本发明结构中，充气且空载状态下，所述第一卡板和凹槽下槽壁之间的间隙为D1，D1＝0，能够使充气状态下，始终由外弹性体、内弹性体及气囊共同承载，由于相互分担垂向载荷，减小了两个弹性体的受力，两个弹性体的受力状态较为良好，利于减少弹性体故障，有效提高了空气弹簧的稳定性及空气弹簧使用的安全性能。
本发明结构中，充气且空载状态下，所述内弹性体处于压缩状态。该设置能够使内弹性体在垂向方向的位移/尺寸受外弹性体的限制，降低了其高度尺寸，使空气弹簧更小型化。
本发明结构中，充气且空载状态下，所述第一卡板和凹槽下槽壁之间的间隙D1，D1＞0。充气状态下，低载时，由外弹性体、气囊共同承载。重载时，由外弹性体、内弹性体及气囊共同承载。以上设置能够使充气状态下，低载与重载这两种不同工况下，由不同的承载件承载，以减少低载与重载工况下的挠度差，提高了空气弹簧的稳定性、空气弹簧使用的安全性能。
本发明结构中，无气且空载状态下，所述内支撑件顶部高于外支撑件顶部，所述内支撑件顶部与外支撑件顶部的高度差为A0，A0＞0。此时，无气且空载状态下，所述第一卡板和凹上槽壁之间的间隙为C0，C0＝0时，无气负载状态下，始终由外弹性体、内弹性体共同承载。由于相互分担垂向载荷，减小了两个弹性体的受力，两个弹性体受力状态较为良好，利于减少弹性体故障，有效提高了空气弹簧的稳定性及空气弹簧使用的安全性能。
C0＞0时，无气负载状态下，低载时，由内弹性体承载；重载时，由外弹性体、内弹性体共同承载。以上设置能够使无气状态下，低载与重载这两种不同工况下，由不同的承载件承载，以减少低载与重载工况下的挠度差，提高了空气弹簧的稳定性、空气弹簧使用的安全性能。
本发明结构中，无气且空载状态下，所述内支撑件顶部低于外支撑件顶部，所述内支撑件顶部与外支撑件顶部的高度差为A0，A0＜0。此时，无气且空载状态下，所述第一卡板和凹槽下槽壁之间的间隙D2，D2＝0时，无气负载状态下，始终由外弹性体、内弹性体共同承载。由于相互分担垂向载荷，减小了两个弹性体的受力，两个弹性体受力状态较为良好，利于减少弹性体故障，有效提高了空气弹簧的稳定性及空气弹簧使用的安全性能。
D2＞0时，无气负载状态下，低载时，由外弹性体承载；重载时，由外弹性体、内弹性体共同承载。以上设置能够使无气状态下，低载与重载这两种不同工况下，由不同的承载件承载，以减少低载与重载工况下的挠度差，提高了空气弹簧的稳定性、空气弹簧使用的安全性能。
本发明结构中，无气且空载状态下，所述内支撑件顶部与外支撑件顶部在同一平面内，所述内支撑件顶部与外支撑件顶部的高度差为A0，A0＝0。以上结构在无气负载状态下，始终由外弹性体、内弹性体共同承载。由于相互分担垂向载荷，减小了两个弹性体的受力，两个弹性体受力状态较为良好，利于减少弹性体故障，有效提高了空气弹簧的稳定性及空气弹簧使用的安全性能。
本发明结构中，所述内支撑件包括挡肩，所述挡肩沿所述第一卡板的外边沿设置，所述挡肩突出于第一卡板上侧。所述挡肩能够有效限制凹槽上槽壁的横向位移，提高空气弹簧的稳定性。
本发明中，当气囊充气时，气囊将垂向载荷传递至外弹性体，外支撑件带动内外弹性体同时承受垂向载荷，由于相互分担垂向载荷，减小了每个弹性体的受力，两个弹性体的受力状态较为良好，利于减少弹性体故障。或外弹性体在低载工况时配合气囊共同承载，并于重载工况时外弹性体带动内弹性体与气囊同时承受垂向载荷；由低载向重载转换时，空气弹簧的刚度增大，有效提高了空气弹簧的稳定性。
当气囊无气时，上盖先与外弹性体与内弹性体其中之一相接触，以将垂向载荷传递至相应的弹性体，从而保证了在低载工况下车辆乘坐的舒适性，继而在由低载工况进入到重载工况后，上盖对外弹性体和内弹性体同时施力(上盖同时直接对外弹性体和内弹性体施力，或上盖对外弹性体和内弹性体其中之一直接作用，同时外弹性体和内弹性体之间相互作用)，以将垂向载荷传递至外弹性体和内弹性体，此时空气弹簧的刚度瞬间增大，垂向载荷-垂向位移曲线发生突变，从而显著降低了在重载和低载两种工况下的挠度差，进而有效避免了因车体的下沉而损坏其他部件的现象发生。或气囊无气时，外弹性体与内弹性体始终共同承载，由于相互分担垂向载荷，减小了每个弹性体的受力，两个弹性体的受力状态较为良好，利于减少弹性体故障，有效提高了空气弹簧的稳定性。
本发明空气弹簧的结构设置综合考虑了空气弹簧的工况，使空气弹簧于充气和无气工况下都能够有效发挥外弹性体与内弹性体的作用，并提高了空气弹簧的稳定性、部件利用率及空气弹簧使用的安全性能；保障空气弹簧的有效性，提高车辆乘坐的舒适性。
附图说明
图1为本发明空气弹簧实施例一的整体结构示意；
图2为本发明空气弹簧的外减振件与内减振件装配结构示意图；
图3为本发明空气弹簧的仅包含外减振件时的结构示意图；
图4为本发明空气弹簧内减振件的整体结构示意图；
图5为本发明空气弹簧充气状态下的整体结构示意图；
图6为图5的局部结构示意图；
图7为本发明空气弹簧无气且低载状态下的整体结构示意图；
图8为本发明空气弹簧无气且重载临界状态下的整体结构示意图；
图9为空气弹簧垂向载荷-垂向位移曲线示意图。
附图标记说明
为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。
上盖1，气囊2，外弹性体3，外支撑件4，第一卡板41，第一配合面42，第二配合面43，第三配合面44，第三上端面45，挡肩46，第一通孔47，第二通孔48，内弹性体5，上端部51，第一上端面52，内支撑件6，第二卡板61，柱体62，第二上端面63，第四配合面64，第五配合面65，凹槽7，空腔8，外减振件9，内减振件10。
通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一
一种空气弹簧，如图1-图9所示，所述空气弹簧包括上盖1、气囊2、外减振件9；所述气囊2位于上盖1与外减振件9之间，且所述气囊2与外减振件9固定连接；所述外减振件9上设有贯穿其上端的空腔8；所述空腔8内固定有内减振件10，以与外减振件9并联；所述内减振件10上端部的侧面上设有环状的凹槽7，即所述凹槽7的槽口面向外减振件9。
所述外减振件9包括外弹性体3，所述外弹性体3上端设有外支撑件4；所述内减振件10包括内弹性体5，所述内弹性体5的上端设有内支撑件6，所述外支撑件4套装于内支撑件6上。所述内支撑件6与内弹性体5连接形成环形的凹槽7，部分所述外支撑件4位于凹槽7内。所述外支撑件4与内支撑件6均为环状，所述外支撑件4和内支撑件6分别通过螺栓与外弹性体3及内弹性体5的顶部可拆卸固定连接。
如图3-图4所示，所述内弹性体5包括上端部51，所述上端部51与内支撑件6相连接。所述上端部51包括靠近第二卡板61的第一上端面52。
所述内支撑件6包括第二卡板61，所述第二卡板61中间区域向下凸出形成柱体62，所述柱体62远离第二卡板61的端部与内弹性体5的上端部51中间区域相连接；即所述柱体62的直径小于内弹性体5上端部51的端面尺寸，所述第二卡板61、内弹性体5的上端部51，及柱体62共同形成凹槽7；即所述凹槽7的槽壁为第二卡板61、内弹性体5的上端部51，所述凹槽7的槽底为柱体62。
所述第二卡板61包括位于其顶部的第二上端面63，及位于其下部的第五配合面65，位于其侧面的第四配合面64；即所述内弹性体5上的第一端面52、第二卡板61上的第五配合面65为凹槽7的内侧壁面。
如图3所示，所述外弹性体3上端设有外支撑件4，所述外支撑件4包括基板40，所述基板40中央设有第一通孔47，所述第一通孔47与空腔8相对应。所述基板40周向外边沿区域设有挡肩46，所述挡肩46凸出于基板40上侧；由此所述挡肩46中间形成第二通孔48，且第二通孔48孔径尺寸大于第一通孔47的孔径尺寸，即第二通孔48与第一通孔47形成台阶孔。如图5所示，所述内支撑件6上的柱体62位于第一通孔47内，所述内支撑件6上的第二卡板61位于第二通孔48内；所述基板40靠近第一通孔47的区域形成第一卡板41，所述第一卡板41位于凹槽7内。
所述外支撑件4包括第三上端面45、第一配合面42、第二配合面43及第三配合面44；所述第三上端面45为所述挡肩46的顶部表面，所述第一配合面42位于所述挡肩46靠近第二通孔48的一侧，所述第二配合面43为所述第一卡板41的上表面；所述第三配合面44为第一卡板41的下表面。
如图5所示，所述外支撑件4上的第一配合面42、第二配合面43及第三配合面44依次与所述第二卡板61上的第四配合面64、第五配合面65及所述内弹性体5的第一上端面52相配合。
优选的，所述外支撑件4上的第一配合面42与所述第二卡板61上的第四配合面64之间不存在间隙，同时保证内支撑件6能够相对外支撑件4滑动，以进一步限制外弹性体3与内弹性体5之间的相对横向偏移，避免内支撑件6与外支撑件4之间发生横向碰撞，进而提高了空气弹簧在使用过程中的稳定性。优选的，所述内支撑件6上柱体62的外表面与第一卡板41位于第一通孔47处的内侧面之间存在小间隙。
优选的，所述外支撑件4上的第一配合面42与所述第二卡板61上的第四配合面64之间存在小间隙；所述内支撑件6上柱体62的外表面与第一卡板41位于第一通孔47处的内侧面之间不存在间隙，同时保证内支撑件6能够相对外支撑件4滑动，以进一步限制外弹性体3与内弹性体5之间的相对横向偏移，避免内支撑件6与外支撑件4之间发生横向碰撞，进而提高了空气弹簧在使用过程中的稳定性。
优选的，所述外支撑件4上的第一配合面42与所述第二卡板61上的第四配合面64之间存在小间隙，且所述内支撑件6上柱体62的外表面与第一卡板41位于第一通孔47处的内侧面之间存在小间隙。以保证内支撑件6能够相对外支撑件4滑动，并限制外弹性体3与内弹性体5之间的相对横向偏移范围，避免内支撑件6与外支撑件4之间发生强烈的横向碰撞，进而提高了空气弹簧在使用过程中的稳定性。
所述第一卡板41与第二卡板61之间存在间隙C，即第二配合面43与第五配合面65之间的距离，即所述第一卡板41和凹槽7上槽壁之间的间隙，其中C≥0；所述第一卡板41和内弹性体5的上端部之间存在间隙D，即第三配合面44与第一上端面52之间的距离，即所述第一卡板41和凹槽7下槽壁之间的间隙，其D≥0；所述内支撑件6的顶部与外支撑件4顶部之间具有高度差A，即第二上端面63与第三上端面45之间的距离；其中，第二上端面63位于第三上端面45上侧时，A＞0；第二上端面63位于第三上端面45下侧时，A＜0。其中，无气且空载状态下，所述内支撑件6顶部与外支撑件4顶部的高度差记为A0；所述第一卡板41和凹槽7下槽壁之间的间隙记为D2；所述第一卡板41和凹槽7上槽壁之间的间隙为C0；充气且空载状态下，所述第一卡板41和凹槽7下槽壁之间的间隙记为D1。
本申请中会涉及充气且空载状态、及无气且空载两种状态；以上两种状态具体含义如下：
充气且空载状态，空载是指在空气弹簧做为零部件与其它部件构成完成装配体后，整个装配体没有承载任何负荷情况下，空气弹簧所处的状态。如在空气弹簧在车辆行业内使用，空载是指空车情况下，空气弹簧仅承载车体重量时的状态。
充气是指空气弹簧正常充气状态下，气囊2内有足够的含气量，气囊2足以使内减振件10和外减振件9的顶部均与上盖1下表面之间存在间隙，即在充气且空载状态下，所述内减振件10和外减振件9的顶部均与上盖1无相互作用力。
无气且空载状态，空载是指在空气弹簧做为零部件与其它部件构成完成装配体后，整个装配体没有承载任何负荷情况下，空气弹簧所处的状态。如在空气弹簧在车辆行业内使用，空载是指空车情况下，空气弹簧仅承载车体重量时的状态。(同上充气且空载状态中的空载状态)
无气是指气囊2破损(漏气、破裂等)导致气囊2内气压等于外界大气压；此时内减振件10或外减振件9顶面与上盖1接触，并产生相互作用力；即空气弹簧中气囊(无气)及气囊上侧的空气弹簧及空气弹簧上部部件的自重力完全施加在内减振件10或外减振件9上。
充气且空载状态下，所述第一卡板41和凹槽7下槽壁之间的间隙为D1，D1＝0；即充气且空载状态下，所述第一卡板41和内弹性体5的上端部之间存在间隙D1＝0。此时充气状态下，所述空气弹簧的第一卡板41和内弹性体5的上端部51始终相接触；并于负载状态下，所述第一卡板41与上端部51产生相互作用，以由外支撑件4带动内弹性体5向下移动，使内弹性体5与外弹性体3共同承载。由于内弹性体5与外弹性体3相互分担垂向载荷，减小了两个弹性体的受力，两个弹性体的受力状态较为良好，利于减少弹性体故障，有效提高了空气弹簧的稳定性及空气弹簧使用的安全性能。
优选的，充气且空载状态下，所述内弹性体5处于压缩状态。在空气弹簧充气且空载状态下，对内弹性体5施加预紧力，有效避免载荷过大引起的空气弹簧变形过大造成的部件损坏，提高了空气弹簧的安全性能。
综上，空气弹簧设置为：充气且空载状态下，所述第一卡板41和内弹性体5的上端部之间存在间隙D1＝0；在以上空气弹簧设置下，并于充气状态下，，内弹性体5与外弹性体3及气囊2始终共同承载。其具体承载情况及无气状态下的空气弹簧的工况如下表：
Figure GDA0002632963040000091
实施例二
实施例二与实施例一结构相同，原理相同，其主要区别在于：充气且空载状态下，所述第一卡板41和凹槽7下槽壁之间的间隙D1，D1＞0。即充气且空载状态下，所述第一卡板41和内弹性体5的上端部之间存在间隙D1＞0。
在该设置下，充气状态下，低载与重载的临界点载荷记为F1；当载荷F≤F1时为低载工况；当载荷F＞F1时，为重载工况。空气弹簧设置时，载荷F＝F1时，所述外支撑件4向下移动的距离L1，L1＝D1。即使充气状态下，低载与重载临界点载荷F1所引起的外支撑件4下移距离L1与无气且空载状态下的所述第一卡板41和内弹性体5的上端部之间的间隙D1大小相等。
充气且低载状态下，F＜F1，所述外支撑件4受气囊2作用向下移动距离小于D1，所述外支撑件4将垂向载荷仅传递至外弹性体3，即在充气且低载工况下，仅所述外弹性体3和气囊2共同承载。
当F＝F1时，所述外支撑件4受气囊2作用向下移动距离等于D1，所述第一卡板41与内弹性体5的上端部51相接触，但两者之间无相互作用，此时仅所述外弹性体3和气囊2共同承载。
载荷一旦继续增大，所述第一卡板41与上端部51之间产生相互作用；即在F＝F1时，所述外支撑件4将垂向载荷一方面直接传递至外弹性体3，另一方面处于低载与重载工况转换的临界点，为空气弹簧的刚度瞬间增大的临界点。如图9所示，F＝F1时，垂向载荷-垂向位移曲线发生突变点。
随着载荷的增大，进入充气且重载状态，即F＞F1，所述外支撑件4受气囊2作用向下移动距离大于D1，此时，所述外支撑件4上的第一卡板41带动所述内弹性体5的上端部51向下移动，即所述第二卡板61带动内弹性体5向下移动。即在F＞F1时，所述外支撑件4将垂向载荷一方面直接传递至外弹性体3，另一方面外支撑件4通过上端部51将垂向载荷传递至内弹性体5；此时外弹性体3和内弹性体5及气囊2共同承载；此时空气弹簧的刚度较低载时更大，能将提高空气弹性的稳定性。
综上，充气且低载工况下(F≤F1)，仅所述外弹性体3和气囊2共同承载。充气且重载工况下(F＞F1)，所述外弹性体3、气囊2及内弹性体5共同承载。
需要说明的是，由于D1的值决定了图9所示垂向载荷-垂向位移曲线发生突变时对应拐点的位置，因此D1的取值范围是根据实际对低载工况和重载工况划分的需求而设定，优选的，D1的取值范围为0mm＜D1≤30mm，以此既能够较好地对低载和重载需求的合理区分，又能够较好的保证车辆在瞬间停车等情况下使用的安全性。
以上设置能够使空气弹簧在充气状态下，低载与重载这两种不同工况下，由不同的承载件承载，以减少低载与重载工况下的挠度差，提高了空气弹簧的稳定性、空气弹簧使用的安全性能。
充气且低载工况下(F≤F1)，仅所述外弹性体3和气囊2共同承载。充气且重载工况下(F＞F1)，所述外弹性体3、气囊2及内弹性体5共同承载。其具体承载情况及充气状态下的空气弹簧的工况如下表：
Figure GDA0002632963040000111
实施例三
实施例三与实施例一至实施例二结构相同，原理相同，其主要区别在于，所述空气弹簧在无气且空载状态下，所述内支撑件6顶部高于外支撑件4顶部，所述内支撑件6顶部与外支撑件4顶部的高度差为A0，A0＞0。
在以上设置下，无气且空载状态下，所述第一卡板41和凹槽7上槽壁之间的间隙为C0，C0＝0；即无气且空载状态下，所述第一卡板41与第二卡板61之间存在间隙C＝C0＝0。此时无气且空载状态下，所述空气弹簧的第一卡板41和内支撑件6的第二卡板61始终相接触，并于负载状态下，所述第二卡板61与第一卡板41产生相互作用，以由第二卡板61带动外支撑件4向下移动，即带动外弹性体3向下移动，使内弹性体5与外弹性体3共同承载。空气弹簧处于无气负载状态下，始终由外弹性体3、内弹性体5共同承载。由于内弹性体5与外弹性体3相互分担垂向载荷，减小了两个弹性体的受力，两个弹性体的受力状态较为良好，利于减少弹性体故障，有效提高了空气弹簧的稳定性及空气弹簧使用的安全性能。
A0＞0时，无气且空载状态下，所述第一卡板41与第二卡板61之间存在间隙C＝C0＞0；在该设置下，无气状态下，低载与重载的临界点载荷记为F0；当载荷F≤F0时为低载工况；当载荷F＞F0时，为重载工况。空气弹簧设置时，载荷F＝F0时，所述内支撑件6向下移动的距离L2，L2＝C0(A0＞C0时)或L2＝A0(A0≤C0时)。即使无气状态下，低载与重载临界点载荷F0所引起的内支撑件6下移距离L2与无气且空载状态下的所述第一卡板41与第二卡板61之间的间隙C0或内支撑件6顶部与外支撑件4顶部的高度差A0大小相等。
无气且低载状态下，即F＜F0时，所述内支撑件6受载荷作用向下移动距离小于C0(A0＞C0时)或A0(A0≤C0时)，所述内支撑件6将垂向载荷仅传递至内弹性体5，即在无气且低载工况下，仅所述内弹性体5承载，从而保证了在低载工况下车辆乘坐的舒适性。
当F＝F0时，所述内支撑件6受上盖1作用向下移动距离等于C0(A0＞C0时)或A0(A0≤C0时)，所述内支撑件6上的第二卡板61与所述外支撑件4上的第一卡板41相接触，但两者之间无相互作用，此时仅所述内弹性体5承载(A0＞C0时)；或外支撑件4的上平面与内支撑件6的上平面平齐，但上盖1与外支撑件4之间无相互作用，此时仅所述内弹性体5承载(A0≤C0时)。
载荷一旦继续增大，第二卡板61与第一卡板41之间产生相互作用；即在F＝F0时，所述内支撑件6将垂向载荷一方面直接传递至内弹性体5，另一方面处于低载与重载工况转换的临界点，为空气弹簧的刚度瞬间增大的临界点。如图9所示，F＝F0时，垂向载荷-垂向位移曲线发生突变点。
随着载荷的增大，进入无气且重载状态，F＞F0时，所述内支撑件6受上盖1作用向下移动距离大于C0(A0＞C0时)或A0(A0≤C0时)，此时，所述内支撑件6上的第二卡板61带动所述外支撑件4上的第一卡板41向下移动，所述第一卡板41带动外弹性体3向下移动(A0＞C0时)；或上盖同时带动外弹性体3和内弹性体5向下移动(A0≤C0时)；即在F＞F0时，所述内支撑件6将垂向载荷一方面直接传递至内弹性体5，另一方面内支撑件6通过外支撑件4将垂向载荷传递至外弹性体3(A0＞C0时)；或上盖将垂向载荷同时直接传递至外弹性体3和内弹性体5(A0≤C0时)；此时外弹性体3和内弹性体5共同承载；此时空气弹簧的刚度较低载时更大，垂向载荷-垂向位移曲线斜率变大，产生单位位移所需要的载荷量增大；从而显著降低了在重载和低载两种工况下的挠度差，进而有效避免了因车体的下沉而损坏其他部件的现象发生。
需要说明的是，由于C0(A0＞C0时)或A0(A0≤C0时)的值决定了图9所示垂向载荷-垂向位移曲线发生突变时对应拐点的位置，因此C0(A0＞C0时)或A0(A0≤C0时)的取值范围是根据实际对低载工况和重载工况划分的需求而设定，优选的，A0＞C0时，C0的取值范围为0mm＜C0≤30mm；或A0≤C0时，A0的取值范围为0mm＜A0≤30mm，以此既能够较好地对低载和重载需求的合理区分，又能够较好的保证车辆在瞬间停车等情况下使用的安全性。
以上设置能够使空气弹簧在无气状态下，低载与重载这两种不同工况下，由不同的承载件承载，以减少低载与重载工况下的挠度差，提高了空气弹簧的稳定性、空气弹簧使用的安全性能。
以上空气弹簧充气状态下的情况同实施例一或实施例二，具体内容参见实施例一或实施例二，在此不再赘述。
空气弹簧设置为A0＞0时，无气且低载工况下(F≤F0)，仅所述内弹性体5承载。无气且重载工况下(F＞F0)，所述外弹性体3及内弹性体5共同承载。而充气状态下的工况取决于充气且空载状态下，D1与0的相对大小关系。其具体承载情况及无气状态下的空气弹簧的工况如下表：
Figure GDA0002632963040000131
Figure GDA0002632963040000141
注：由于充气状态下，空气弹簧以外弹性体3与气囊2为基础承载；而充气状态下的工况取决充气且空载状态下，D1与0的相对大小关系，空气弹簧根据结构设置决定是否由外弹性体3能够带动内弹性体5下移，其具体工况简单，表格中未列出。
实施例四
实施例四与实施例一至实施例二结构相同，原理相同，其主要区别在于，所述的空气弹簧在无气且空载状态下，所述内支撑件6顶部低于外支撑件4顶部，所述内支撑件6顶部与外支撑件4顶部的高度差为A0，A0＜0。
在以上设置下，无气且空载状态下，所述第一卡板41和凹槽7下槽壁之间的间隙D2，D2＝0；即无气且空载状态下，所述第一卡板41和内弹性体5的上端部之间存在间隙D2＝0。此时无气且空载状态下，所述空气弹簧的第一卡板41和内弹性体5的上端部51始终相接触，并于负载状态下，所述第二卡板61与上端部51产生相互作用，以由第二卡板61带动上端部51向下移动，即带动内弹性体5向下移动，使内弹性体5与外弹性体3共同承载。空气弹簧处于无气负载状态下，始终由外弹性体3、内弹性体5共同承载。由于内弹性体5与外弹性体3相互分担垂向载荷，减小了两个弹性体的受力，两个弹性体的受力状态较为良好，利于减少弹性体故障，有效提高了空气弹簧的稳定性及空气弹簧使用的安全性能。
其中，D2≠D1，即无气且空载状态下，所述第一卡板和凹槽7下槽壁之间的间隙D2与充气且空载状态下，所述第一卡板和凹槽7下槽壁之间的间隙D1不相等。这是由于在充气状态下，气囊中的压缩空气具有一定质量。而空气在绝对压力0.1Mpa(标准大气压下)，摄氏度25℃时，空气密度为1.1691kg/m3，故在同等压力和温度条件下，单位立方的压缩空气的质量必大于1.1691kg，则根据空气弹簧中气囊的设置及充入的压缩空气的密度，充入的压缩空气的质量不能忽略不计，故必有D2≠D1。
A0＜0时，无气且空载状态下，所述第一卡板41和内弹性体5的上端部之间存在间隙D2＞0；在该设置下，无气状态下，低载与重载的临界点载荷记为F0；当载荷F≤F0时为低载工况；当载荷F＞F0时，为重载工况。空气弹簧设置时，载荷F＝F0时，所述外支撑件4向下移动的距离L3，L3＝D2(|A0|＞D2时)或L3＝|A0|(|A0|≤D2时)。即使无气状态下，低载与重载临界点载荷F0所引起的外支撑件4下移距离L3与无气且空载状态下的所述第一卡板41和内弹性体5的上端部51之间存在间隙D2或所述内支撑件6顶部与外支撑件4顶部的高度差的绝对值|A0|大小相等。
当F＜F0时，所述外支撑件4受上盖1作用向下移动距离小于D2(|A0|＞D2时)或|A0|(|A0|≤D2时)，所述外支撑件4将垂向载荷仅传递至外弹性体3，即在无气且低载工况下，仅所述外弹性体3承载，从而保证了在低载工况下车辆乘坐的舒适性。
当F＝F0时所述外支撑件4受上盖1作用向下移动距离等于D2(|A0|＞D2时)或|A0|(|A0|≤D2时)，所述外支撑件4上的第一卡板41与内弹性体5的上端部51相接触，但两者之间无相互作用，此时仅所述外弹性体3承载(|A0|＞D2时)。或外支撑件4的上平面与内支撑件6的上平面平齐，但上盖1与内支撑件6之间无相互作用，此时仅所述外弹性体3承载(|A0|≤D2时)。
载荷一旦继续增大，第一卡板41与上端部51之间产生相互作用；即在F＝F0时，所述外支撑件4将垂向载荷一方面直接传递至外弹性体3，另一方面处于低载与重载工况转换的临界点，为空气弹簧的刚度瞬间增大的临界点。如图9所示，F＝F0时，垂向载荷-垂向位移曲线发生突变点。
随着载荷的增大，进入无气且重载状态，F＞F0时，所述外支撑件4受上盖1作用向下移动距离大于D2(|A0|＞D2时)或|A0|(|A0|≤D2时)，此时，所述外支撑件4上的第一卡板41带动所述内弹性体5的上端部51向下移动，所述内弹性体5向下移动(|A0|＞D2时)；或上盖同时带动外弹性体3和内弹性体5向下移动(|A0|≤D2时)；即在F＞F0时，所述外支撑件4将垂向载荷一方面直接传递至外弹性体3，另一方面外支撑件4通过第一卡板41将垂向载荷传递至内弹性体5(|A0|＞D2时)；或上盖将垂向载荷同时直接传递到外弹性体3和内弹性体5(|A0|≤D2时)；此时外弹性体3和内弹性体5共同承载；此时空气弹簧的刚度较低载时更大，垂向载荷-垂向位移曲线斜率变大，产生单位位移所需要的载荷量增大；从而显著降低了在重载和低载两种工况下的挠度差，进而有效避免了因车体的下沉而损坏其他部件的现象发生。
需要说明的是，由于D2(|A0|＞D2时)或|A0|(|A0|≤D2时)的值决定了图9所示垂向载荷-垂向位移曲线发生突变时对应拐点的位置，因此|A0|(|A0|≤D2时)或D2(|A0|＞D2时)的取值范围是根据实际对低载工况和重载工况划分的需求而设定，优选的，|A0|＞D2时，D2的取值范围为0mm＜D2≤30mm；或|A0|≤D2时，|A0|的取值范围为0mm＜|A0|≤30mm；以此既能够较好地对低载和重载需求的合理区分，又能够较好的保证车辆在瞬间停车等情况下使用的安全性。
以上空气弹簧充气状态下的情况同实施例一或实施例二，具体内容参见实施例一或实施例二，在此不再赘述。
空气弹簧设置为A0＜0时，无气且低载工况下(F≤F0)，仅所述外弹性体3承载。无气且重载工况下(F＞F0)，所述外弹性体3及内弹性体5共同承载。而充气状态下的工况取决于充气且空载状态下，D1与0的相对大小关系。其具体承载情况及无气状态下的空气弹簧的工况如下表：
Figure GDA0002632963040000161
Figure GDA0002632963040000171
注：由于充气状态下，空气弹簧以外弹性体3与气囊2为基础承载；而充气状态下的工况取决充气且空载状态下，D1与0的相对大小关系，空气弹簧根据结构设置决定是否由外弹性体3能够带动内弹性体5下移，其具体工况简单，表格中未列出。
实施例五
实施例五与实施例一至实施例二结构相同，原理相同，其主要区别在于，无气且空载状态下，所述内支撑件6顶部与外支撑件4顶部在同一平面内，所述内支撑件6顶部与外支撑件4顶部的高度差为A0，A0＝0。
无气且空载状态下，所述内支撑件6顶部与外支撑件4顶部的高度差为A0，A0＝0。此时无气状态下，所述空气弹簧的上盖1与外支撑件4和内支撑件6的顶部始终相接触，并于负载状态下，外支撑件4和内支撑件6均与上盖1产生相互作用，以由上盖1带动外支撑件4和内支撑件6同时向下移动，即由上盖1带动内弹性体5与外弹性体3同时向下移动，使内弹性体5与外弹性体3共同承载。由于内弹性体5与外弹性体3相互分担垂向载荷，减小了两个弹性体的受力，两个弹性体的受力状态较为良好，利于减少弹性体故障，有效提高了空气弹簧的稳定性及空气弹簧使用的安全性能。
以上空气弹簧充气状态下的情况同实施例一或实施例二，具体内容参见实施例一或实施例二，在此不再赘述。
空气弹簧设置为A0＝0时，无气工况下，始终由所述外弹性体3及内弹性体5共同承载。而充气状态下的工况取决于充气且空载状态下，D1与0的相对大小关系。其具体承载情况及无气状态下的空气弹簧的工况如下表：
Figure GDA0002632963040000172
Figure GDA0002632963040000181
注：由于充气状态下，空气弹簧以外弹性体3与气囊2为基础承载；而充气状态下的工况取决充气且空载状态下，D1与0的相对大小关系，空气弹簧根据结构设置决定是否由外弹性体3能够带动内弹性体5下移，其具体工况简单，表格中未列出。
实施例六
本实施例六与实施例一至实施例三原理相同，其主要区别在于，所述外支撑件4的结构不同，本实施例中所述外支撑件4上不设挡肩46。所述外支撑件4具体结构如下：
所述外支撑件4由基板40构成，所述基板40中央设有第一通孔47，所述第一通孔47与空腔8相对应，所述基板40位于空腔8上端部边沿处为第一卡板41，所述第一卡板41位于凹槽7内。即所述外支撑件4的顶部表面为所述第一卡板41的上表面。即所述内支撑件6的顶部必然高于所述外支撑件4的顶部，且A＝C+第二卡板61的厚度，即必然为实施例三中空气弹簧设置为A＞C≥0的情况；即工况同实施例三中空气弹簧设置为A0＞0，C0≥0时的工况相同，即当A0＞0，C0＝0时，无气状态下，始终由内弹性体5与外弹性体3共同承载；当A0＞0，C0＞0时，无气且低载工况下(F≤F0)，仅所述内弹性体5承载。无气且重载工况下(F＞F0)，所述外弹性体3及内弹性体5共同承载。而充气状态下的工况同实施例一或实施例二。其具体承载情况及无气状态下的空气弹簧的工况参见实施例一至实施例三，在此不再赘述。
综上，本发明空气弹簧在无气状态下，随载荷增大，所述外支撑件4和内支撑件6其中之一能够先单独下移预设距离，再带动另一个共同下移；即外弹性体3或内弹性体5其中之一能够先单独承载，后再由两者共同承载；或外弹性体3与外弹性体5始终共同承载。
充气状态下，外支撑件4、气囊2及内支撑件6共同承载；或随载荷增大，所述外支撑件4先单独下移预设距离，再带动内支撑件6共同下移，即随着载荷的增大，首先由外弹性体3和气囊2共同受力，当载荷超过预设数值时，外弹性体3、内弹性体5和气囊2共同承载。
以上实施例中，优选的，所述外支撑件和/或内支撑件为摩擦块。
优选的，所述外弹性体为叠层橡胶堆或沙漏式橡胶堆。所述内弹性体为叠层橡胶堆、沙漏式橡胶堆或锥形橡胶堆其中之一种。
本发明当气囊充气时，气囊将垂向载荷传递至外支撑件，外支撑件带动内外弹性体同时承受垂向载荷，由于相互分担垂向载荷，减小了每个弹性体的受力，两个弹性体的受力状态较为良好，利于减少弹性体故障。或外支撑件在低载工况时配合气囊共同承载，并于重载工况时外支撑件带动内弹性体同时承受垂向载荷；由低载向重载转换时，空气弹簧的刚度增大，有效提高了空气弹簧的稳定性。
当气囊无气时，上盖先与外支撑件与内支撑件其中之一相接触，以将垂向载荷传递至相应的弹性体，从而保证了在低载工况下车辆乘坐的舒适性，继而在由低载工况进入到重载工况后，上盖对外支撑件和内支撑件同时施力(上盖同时直接对外支撑件和内支撑件施力，或上盖对外支撑件和内支撑件其中之一直接作用，同时外支撑件和内支撑件之间相互作用)，以将垂向载荷传递至内弹性体和内弹性体，此时空气弹簧的刚度瞬间增大，垂向载荷-垂向位移曲线发生突变，从而显著降低了在重载和低载两种工况下的挠度差，进而有效避免了因车体的下沉而损坏其他部件的现象发生。
本发明空气弹簧的结构设置综合考虑了空气弹簧的各种工况，使空气弹簧于充气和无气工况下都能够有效发挥内弹性体与外弹性体的作用，并提高了空气弹簧的稳定性、部件利用率及空气弹簧使用的安全性能；保障空气弹簧的有效性，提高车辆乘坐的舒适性。
在本申请的描述中，属于“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如“连接”可以是固定连接，也可以时可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介简介相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”“一些实施例”“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中，在本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本领域的技术人员应该明白，虽然发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明的实施例。任何本发明实施例所属领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改及变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种空气弹簧，所述空气弹簧包括上盖(1)、气囊(2)、外弹性体(3)及与所述外弹性体(3)底部相固定的支撑板；所述气囊(2)设置于上盖(1)与外弹性体(3)之间，所述外弹性体(3)上设有贯穿其上端和下端的空腔(8)；所述空腔(8)内设有内弹性体(5)，所述外弹性体(3)的内腔壁与所述内弹性体(5)的侧面之间存在间隙，且所述内弹性体(5)的底部固定于所述支撑板上与所述空腔(8)相对应的区域；所述外弹性体(3)上端设有外支撑件(4)，所述内弹性体(5)上端设有内支撑件(6)，所述内支撑件(6)套设于外支撑件(4)内；其特征在于：所述内支撑件(6)与内弹性体(5)上端连接形成环状的凹槽(7)；所述外支撑件(4)包括第一卡板(41)，所述第一卡板(41)位于凹槽(7)内。
2.根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于：充气且空载状态下，所述第一卡板(41)和凹槽(7)下槽壁之间的间隙为D1，D1＝0。
3.根据权利要求2所述的空气弹簧，其特征在于：充气且空载状态下，所述内弹性体(5)处于压缩状态。
4.根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于：充气且空载状态下，所述第一卡板(41)和凹槽(7)下槽壁之间的间隙D1，D1＞0。
5.根据权利要求1-4其中一项所述的空气弹簧，其特征在于：无气且空载状态下，所述内支撑件(6)顶部高于外支撑件(4)顶部，所述内支撑件(6)顶部与外支撑件(4)顶部的高度差为A0，A0＞0。
6.根据权利要求5所述的空气弹簧，其特征在于：无气且空载状态下，所述第一卡板(41)和凹槽(7)上槽壁之间的间隙为C0，C0＞0。
7.根据权利要求1-4其中一项所述的空气弹簧，其特征在于：无气且空载状态下，所述内支撑件(6)顶部低于外支撑件(4)顶部，所述内支撑件(6)顶部与外支撑件(4)顶部的高度差为A0，A0＜0。
8.根据权利要求7所述的空气弹簧，其特征在于：无气且空载状态下，所述第一卡板(41)和凹槽(7)下槽壁之间的间隙D2，D2＞0。
9.根据权利要求1-4其中一项所述的空气弹簧，其特征在于：无气且空载状态下，所述内支撑件(6)顶部与外支撑件(4)顶部在同一平面内，所述内支撑件(6)顶部与外支撑件(4)顶部的高度差为A0，A0＝0。
10.根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于：所述外支撑件(4)包括挡肩(46)，所述挡肩(46)沿所述第一卡板(41)的外边沿设置，所述挡肩(46)突出于第一卡板(41)上侧。
11.一种车辆，所述车辆包括车体、转向架；所述转向架包括空气弹簧，其特征在于：所述空气弹簧为以上权利要求1-10其中任一项所述的空气弹簧。
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