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氣彈簧撐桿的安裝研究與設計應用

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氣彈簧是一根舉力近似不變的伸縮桿，在汽車、飛機、醫療器械、宇航器材、紡織機械等領域都有廣泛的應用。它的內部構造是一條可在密閉筒腔內作直線運動的活塞桿。密閉筒腔內充滿由高壓氣體和可溶解部分高壓氣體的液體所構成的液-氣兩相混合體。氣彈簧的舉力由高壓氣體推動活塞桿產生。推動力決定于高壓氣體的壓強。高壓氣體在液體中的溶解量隨氣體壓縮增加(此過程對應氣彈簧工作于壓縮階段)、隨氣體膨脹而減少(此過程對應氣彈簧工作于伸長階段)，使得密閉筒腔內的高壓氣體的密度始終維持一個近似恒值，也是氣壓近似不變(即舉力近似不變)。
1.氣彈簧的安裝研究
表面上看，將氣彈簧安裝到客車艙門上非常簡單，實際上安裝設計所要解決的問題遠非所想象的簡單。已知安裝信息只有門體(幾何形狀、質量、重心、材料等)、鉸鏈和開度要求，未知安裝信息卻多達6個。而由數學理論知道，要解出6個未知數，必須要解出由這6個未知數構成的6個方程式組成的方程組。由此可見，要求設計人員從純理論形態入手解決氣彈簧的安裝幾乎是不可能的。因此，從工程角度切入，深挖安裝信息，簡化未知數，是解決氣彈簧安裝設計問題的關鍵所在。
2.力學分析
門體、鉸鏈(門體作開關運動的中心)和氣彈簧構成一個杠桿系統。由于氣彈簧對鉸心的力臂遠小于門重對鉸心的力臂，所以這是一個費力杠桿系統。即是說，氣彈簧舉力必須遠大于門重才可以將門體支撐起來。這是一個很重要的隱蔽條件。有了這個條件，才可以初選多大舉力的氣彈簧。
氣彈簧的舉力可以確定為門重的3倍左右。當然也可以確定為門重的2倍、4倍、5倍、6倍左右。對同一個門體來說，相對于氣彈簧舉力取3倍門重，當氣彈簧舉力取2倍門重時，氣彈簧力臂要增大，工作行程要增大，總長度要增加，安裝空間增大；反之，當氣彈簧舉力取4倍以上門重時，氣彈簧力臂要減小，工作行程要減小，總長度要減小，安裝空間減小。這可根據實際安裝空間選取氣彈簧舉力。
3.確定氣彈簧的上下安裝點
氣彈簧的總長度、工作行程是在確定上下安裝點過程中確定的。確定氣彈簧上下安裝點是整個氣彈簧安裝設計的難點。計算是以門體為規則、勻質的理想模型(重心=幾何中心)為基礎進行的。
4.設計應用
在實際設計中，由于門體是非勻質的理想物體，所以理論公式必須作適當的修正。即“兩圓”分別取大些，一般為理論值的1.1—1.3倍，并對機構的運動軌跡進行校核。
校核的作用是：
(1)驗證安裝空間是否滿足氣彈簧的運動要求；
(2)驗證門體處于關閉位置時，氣彈簧對鉸心的力矩是否向門體內側(即氣彈簧是否自鎖。此點非常重要，它牽涉到氣彈簧安全運行問題)。(圖/文http://www.jshht.com/)

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