CN114165552A - 一种空气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气弹簧，包括气罐、充气嘴、气罐法兰盘、橡胶气囊下法兰盘、橡胶气囊、橡胶气囊上法兰盘、侧向支持安装孔、螺栓、滚子盘、支持台面、侧向支持环、侧向支持环安装孔和侧向支持气囊；橡胶气囊一端通过橡胶气囊上法兰盘与滚子盘连接，另一端橡胶气囊下法兰盘与气罐法兰盘连接，气罐法兰盘与气罐连接，气罐上设有充气嘴，支持台面外侧至少安装有四个侧向支持气囊，每个侧向支持气囊均连接有一个侧向支持环，侧向支持环通过螺栓穿过侧向支持环安装孔和侧向支持安装孔与橡胶气囊上法兰盘固定连接，滚子盘上表面与支持台面连接；本发明的优点是：可提供垂向和侧向极低刚体频率的空气弹簧，解决了侧向支持刚度和稳定性之间的矛盾。

Description

一种空气弹簧

技术领域

本发明属于模态试验技术领域，具体的，涉及一种飞机结构模态试验过程中使用的空气弹簧。

背景技术

为防止飞机飞行中发生颤振，需对飞机进行颤振分析，而地面振动模态试验为颤振分析计算提供输入数据，因此试验数据的准确性关乎颤振分析结果的可靠性。地面振动模态试验需模拟飞机自由-自由状态，因此需要用空气弹簧支持系统支撑飞机，且要求支持系统的刚体频率小于飞机最小固有频率的三分之一。理论上飞机有6个刚体频率，要求所有的支持频率都满足三分之一的要求。现有的支持系统主要是空气弹簧和橡皮绳，橡皮绳一般适用小质量试验件，对于大质量的试验件一般采用空气弹簧。空气弹簧的垂向支持刚度一般能满足三分之一的要求，而侧向支持刚度一般大于垂向支持刚度，因此难以满足三分之一的要求。中国专利zl201420815531.1公开了一种能使飞机悬浮的空气弹簧，能提供小于1.5Hz的支持频率，但该专利考虑的是垂向刚体频率，并未提及侧向刚体频率。中国专利zl201820673731.6公开了一种大型带附加气室的空气弹簧，该空气弹簧带有大附加气室，能提供的支持刚体频率为0.9Hz，但该专利考虑的是垂向刚体频率，并未提及侧向刚体频率。众多专利对空气弹簧的垂向支持刚度和频率研究较多，可以得到较低的垂向支持频率，但并未提及侧向支持刚度，实际情况是，侧向支持刚度受到空气弹簧的橡胶影响很大，一般会大于垂向支持刚度，且当试验件的质量减小时其侧向支持刚体频率会更大，在模态试验中往往难以满足支持频率的要求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于克服现有技术中的不足，适应现实需要，从而提供一种垂向和侧向支持频率都低于1Hz，稳定可靠的模态试验空气弹簧。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种空气弹簧，包括气罐、充气嘴、气罐法兰盘、橡胶气囊下法兰盘、橡胶气囊、橡胶气囊上法兰盘、侧向支持安装孔、螺栓、滚子盘、支持台面、侧向支持环、侧向支持环安装孔和侧向支持气囊；橡胶气囊上下两端分别与橡胶气囊上法兰盘下表面和橡胶气囊下法兰盘上表面连接，橡胶气囊下法兰盘下表面与气罐法兰盘上表面连接，气罐法兰盘下表面与气罐连接，气罐上设有充气嘴，橡胶气囊上法兰盘上表面安装有滚子盘，橡胶气囊上法兰盘外侧沿圆周方向均布有多个侧向支持安装孔，侧向支持气囊至少设有四个，均垂直的分布于橡胶气囊上法兰盘上表面上，且侧向支持气囊一侧对称的设于支持台面外壁上，另一侧均连接有一个侧向支持环，侧向支持环外壁沿圆周方向上均布有多个侧向支持环安装孔，侧向支持环通过螺栓穿过侧向支持环安装孔和侧向支持安装孔与橡胶气囊上法兰盘固定连接，滚子盘上表面与支持台面下表面连接。

进一步，滚子盘包括滚子盘下安装盘，滚子盘上安装盘，滚子支架和滚子，滚子支架包括滚子下支架和滚子上支架，滚子下支架和滚子上支架均为外径相同的圆盘状，该圆盘状上沿圆周方向均均布有多圈且每圈均布有多个用于安装滚子的圆孔，滚子上下两端分别安装于滚子上支架和滚子下支架的圆孔中，且滚子上下两端分别露出滚子上支架的上端和滚子下支架的下端，滚子上下两端的露出端分别与滚子盘上安装盘下表面和滚子盘下安装盘上表面连接，滚子盘下安装盘下表面与橡胶气囊上法兰盘上表面中部连接，滚子盘上安装盘上表面与支持台面下表面连接。

进一步，滚子盘上安装盘和滚子盘下安装盘均为外径相同的圆轴状，滚子为滚珠结构，且设有多个，滚子下支架和滚子上支架上的每个圆孔内均安装有一个滚子。

进一步，侧向支持环与橡胶气囊上法兰盘呈垂直设置，且用于固定侧向支持气囊。

进一步，侧向支持气囊外形结构与轮胎外形相似，且侧向支持气囊一端侧面的结构与支持台面外壁的结构相匹配，另一端侧面的结构与侧向支持环的侧面结构相匹配。

进一步，气罐法兰盘的总长度大于橡胶气囊下法兰盘的总长度和橡胶气囊上法兰盘的总长度。

进一步，橡胶气囊下法兰盘的总长度和橡胶气囊上法兰盘的总长度相同，且均大于支持台面的总长度，支持台面的总长度大于滚子盘的总长度。

进一步，橡胶气囊上法兰盘的总长度与支持台面的总长度加上两个侧向支持气囊的总厚度的和相同。

进一步，侧向支持环的总长度均大于侧向支持气囊的总长度。

进一步，滚子盘的滚动摩擦系数可到1‰-2‰。

本发明将垂向和侧向支持刚度分别独立设计，橡胶气囊满足垂直方向的支持刚度和支持频率，一般情况下橡胶气囊的侧向支持刚度和支持频率大于垂向支持刚度和支持频率，一般垂向支持频率可以到1Hz，而侧向支持频率为2Hz，即侧向支持刚度是垂向支持刚度的4倍，而且减小橡胶气囊的侧向支持刚度会导致侧向稳定性降低，甚至会导致失稳，且目前橡胶气囊的高为20厘米，要达到1Hz的侧向支持频率橡胶气囊的高需达到80厘米，这无法在实际中使用，因此本发明将垂向上方安装一个滚子盘，一般滚动摩擦系数可以到1‰-2‰，隔开橡胶气囊侧向刚度，然后支持台面四周安装侧向支持气囊，外侧再用侧向支持环固定，防止侧向失稳。这样垂向和侧向的支持刚度就可以分别独立设计，分别根据实际需要选个合适的气囊厚度和充气气压。

本发明的有益效果为：能够提供垂向和侧向为1Hz的极低刚体频率的空气弹簧，解决了侧向支持刚度和稳定性之间的矛盾，满足现有飞机地面振动模态试验的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖视图；

图3为本发明滚子盘的分解结构示意图。

其中：1为气罐，2为充气嘴，3为气罐法兰盘，4为橡胶气囊下法兰盘，5为橡胶气囊，6为橡胶气囊上法兰盘，7为侧向支持安装孔，8为螺栓，9为滚子盘，9a1为滚子盘下安装盘，9b为滚子支架，9b1为滚子下支架，9b2为滚子上支架，9c滚子，9a2为滚子盘上安装盘，10为支持台面，11为侧向支持环，12为侧向支持环安装孔，13为侧向支持气囊。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

如图1至图3所示，本发明提供了一种空气弹簧，包括气罐1、充气嘴2、气罐法兰盘3、橡胶气囊下法兰盘4、橡胶气囊5、橡胶气囊上法兰盘6、侧向支持安装孔7、螺栓8、滚子盘9、支持台面10、侧向支持环11、侧向支持环安装孔12和侧向支持气囊13；橡胶气囊5上下两端分别与橡胶气囊上法兰盘6下表面和橡胶气囊下法兰盘4上表面连接，橡胶气囊下法兰盘4下表面与气罐法兰盘3上表面连接，气罐法兰盘3下表面与气罐1连接，气罐1上设有充气嘴2，橡胶气囊上法兰盘6上表面安装有滚子盘9，橡胶气囊上法兰盘6外侧沿圆周方向均布有多个侧向支持安装孔7，侧向支持气囊13至少设有四个，均垂直的分布于橡胶气囊上法兰盘6上表面上，且侧向支持气囊13一侧对称的设于支持台面10外壁上，另一侧均连接有一个侧向支持环11，侧向支持环11外壁沿圆周方向上均布有多个侧向支持环安装孔12，侧向支持环11通过螺栓8穿过侧向支持环安装孔12和侧向支持安装孔7与橡胶气囊上法兰盘6固定连接，滚子盘9上表面与支持台面10下表面连接。

优选的，滚子盘9包括滚子盘下安装盘9a1，滚子盘上安装盘9a2，滚子支架9b和滚子9c，滚子支架9b包括滚子下支架9b1和滚子上支架9b2，滚子下支架9b1和滚子上支架9b2均为外径相同的圆盘状，该圆盘状上沿圆周方向均均布有多圈且每圈均布有多个用于安装滚子9c的圆孔，滚子9c上下两端分别安装于滚子上支架9b2和滚子下支架9b1的圆孔中，且滚子9c上下两端分别露出滚子上支架9b2的上端和滚子下支架9b1的下端，滚子9c上下两端的露出端分别与滚子盘上安装盘9a2下表面和滚子盘下安装盘9a1上表面连接，滚子盘下安装盘9a1下表面与橡胶气囊上法兰盘6上表面中部连接，滚子盘上安装盘9a2上表面与支持台面10下表面连接。

优选的，滚子盘上安装盘9a2和滚子盘下安装盘9a1均为外径相同的圆轴状，滚子9c为滚珠结构，且设有多个，滚子下支架9b1和滚子上支架9b2上的每个圆孔内均安装有一个滚子9c。

优选的，侧向支持环11与橡胶气囊上法兰盘6呈垂直设置，且用于固定侧向支持气囊13。

优选的，侧向支持气囊13外形结构与轮胎外形相似，且侧向支持气囊13一端侧面的结构与支持台面10外壁的结构相匹配，另一端侧面的结构与侧向支持环11的侧面结构相匹配。

优选的，气罐法兰盘3的总长度大于橡胶气囊下法兰盘4的总长度和橡胶气囊上法兰盘6的总长度。

优选的，橡胶气囊下法兰盘4的总长度和橡胶气囊上法兰盘6的总长度相同，且均大于支持台面10的总长度，支持台面10的总长度大于滚子盘9的总长度。

优选的，橡胶气囊上法兰盘6的总长度与支持台面10的总长度加上两个侧向支持气囊13的总厚度的和相同。

优选的，侧向支持环11的总长度均大于侧向支持气囊13的总长度。

优选的，滚子盘9的滚动摩擦系数可到1‰-2‰。

在本发明中，滚子盘9的滚子9c安装于滚子支架9b上的结构形式类似于轴承内滚珠的安装结构形式，侧向支持气囊13竖直的设于橡胶气囊上法兰盘6上表面上，且其一侧端面与支持台面10侧壁接触，另一侧端面与侧向支持环11侧面接触，同时侧向支持气囊13两侧端面的结构形状分别与支持台面10外壁的接触面和侧向支持环11侧面的接触面相匹配，侧向支持环11与橡胶气囊上法兰盘6呈垂直设置，侧向支持环11外壁上的侧向支持环安装孔12均位于侧向支持环11外壁的同一侧。

在本发明中，侧向支持气囊13可设有四个、八个或者围绕支持台面10外壁圆周方向整圈设置，且侧向支持气囊13均对称的分布于支持台面10外壁上，同时均垂直于橡胶气囊上法兰盘6，侧向支持气囊13底部均与橡胶气囊上法兰盘6上表面连接。

在本发明中，侧向支持气囊13所设的数量只要使本空气弹簧整个装置各个方向受力均匀即可，具体数量可根据实际使用情况而定。

本发明将垂向和侧向支持刚度分别独立设计，橡胶气囊5满足垂直方向的支持刚度和支持频率，一般情况下橡胶气囊5的侧向支持刚度和支持频率大于垂向支持刚度和支持频率，一般垂向支持频率可以到1Hz，而侧向支持频率为2Hz，即侧向支持刚度是垂向支持刚度的4倍，而且减小橡胶气囊5的侧向支持刚度会导致侧向稳定性降低，甚至会导致失稳，因此本发明将垂向上方安装一个滚子盘，一般滚动摩擦系数可以到1‰-2‰，隔开橡胶气囊5侧向刚度，然后支持台面10四周安装侧向支持气囊13，外侧再用侧向支持环11固定，防止侧向失稳。这样垂向和侧向的支持刚度就可以分别独立设计，分别根据实际需要选个合适的气囊厚度和充气气压。

本发明的工作原理为：

将3台该空气弹簧分别支撑到飞机前起落架顶窝，左、右机翼翼根中间承力处，且保证飞机的重心在3台该空气弹簧中间。

1)给该空气弹簧充气，调整飞机至水平和合适的高度。

2)充气完毕，做好辅助保护措施。

3)进行模态试验，验证检查该空气弹簧的刚体频率是否满足要求，并继续进行后续试验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种空气弹簧，其特征在于：包括气罐（1）、充气嘴（2）、气罐法兰盘（3）、橡胶气囊下法兰盘（4）、橡胶气囊（5）、橡胶气囊上法兰盘（6）、侧向支持安装孔（7）、螺栓（8）、滚子盘（9）、支持台面（10）、侧向支持环（11）、侧向支持环安装孔（12）和侧向支持气囊（13）；橡胶气囊（5）上下两端分别与橡胶气囊上法兰盘（6）下表面和橡胶气囊下法兰盘（4）上表面连接，橡胶气囊下法兰盘（4）下表面与气罐法兰盘（3）上表面连接，气罐法兰盘（3）下表面与气罐（1）连接，气罐（1）上设有充气嘴（2），橡胶气囊上法兰盘（6）上表面安装有滚子盘（9），橡胶气囊上法兰盘（6）外侧沿圆周方向均布有多个侧向支持安装孔（7），侧向支持气囊（13）至少设有四个，均垂直的分布于橡胶气囊上法兰盘（6）上表面上，且侧向支持气囊（13）一侧对称的设于支持台面（10）外壁上，另一侧均连接有一个侧向支持环（11），侧向支持环（11）外壁沿圆周方向上均布有多个侧向支持环安装孔（12），侧向支持环（11）通过螺栓（8）穿过侧向支持环安装孔（12）和侧向支持安装孔（7）与橡胶气囊上法兰盘（6）固定连接，滚子盘（9）上表面与支持台面（10）下表面连接。

2.根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于：滚子盘（9）包括滚子盘下安装盘（9a1），滚子盘上安装盘（9a2），滚子支架（9b）和滚子（9c），滚子支架（9b）包括滚子下支架（9b1）和滚子上支架（9b2），滚子下支架（9b1）和滚子上支架（9b2）均为外径相同的圆盘状，该圆盘状上沿圆周方向均均布有多圈且每圈均布有多个用于安装滚子（9c）的圆孔，滚子（9c）上下两端分别安装于滚子上支架（9b2）和滚子下支架（9b1）的圆孔中，且滚子（9c）上下两端分别露出滚子上支架（9b2）的上端和滚子下支架（9b1）的下端，滚子（9c）上下两端的露出端分别与滚子盘上安装盘（9a2）下表面和滚子盘下安装盘（9a1）上表面连接，滚子盘下安装盘（9a）下表面与橡胶气囊上法兰盘（6）上表面中部连接，滚子盘上安装盘（9d）上表面与支持台面（10）下表面连接。

3.根据权利要求2所述的空气弹簧，其特征在于：滚子盘上安装盘（9a2）和滚子盘下安装盘（9a1）均为外径相同的圆轴状，滚子（9c）为滚珠结构，且设有多个，滚子下支架（9b1）和滚子上支架（9b2）上的每个圆孔内均安装有一个滚子（9c）。

4.根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于：侧向支持环（11）与橡胶气囊上法兰盘（6）呈垂直设置，且用于固定侧向支持气囊（13）。

5.根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于：侧向支持气囊（13）外形结构与轮胎外形相似，且侧向支持气囊（13）一端侧面的结构与支持台面（10）外壁的结构相匹配，另一端侧面的结构与侧向支持环（11）的侧面结构相匹配。

6.根据权利要求1至5任一项所述的空气弹簧，其特征在于：气罐法兰盘（3）的总长度大于橡胶气囊下法兰盘（4）的总长度和橡胶气囊上法兰盘（6）的总长度。

7.根据权利要求1至5任一项所述的空气弹簧，其特征在于：橡胶气囊下法兰盘（4）的总长度和橡胶气囊上法兰盘（6）的总长度相同，且均大于支持台面（10）的总长度，支持台面（10）的总长度大于滚子盘（9）的总长度。

8.根据权利要求1至5任一项所述的空气弹簧，其特征在于：橡胶气囊上法兰盘（6）的总长度与支持台面（10）的总长度加上两个侧向支持气囊（13）的总厚度的和相同。

9.根据权利要求1至5任一项所述的空气弹簧，其特征在于：侧向支持环（11）的总长度均大于侧向支持气囊（13）的总长度。

10.根据权利要求1至5任一项所述的空气弹簧，其特征在于：滚子盘（9）的滚动摩擦系数可到1‰-2‰。

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