GB/T 39433-2020 气弹簧设计计算

ICS21.160

中华人民共和国国家标准

GB/T39433—2020

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犌犪狊狊狆狉犻狀犵犱犲狊犻犵狀犮犪犾犮狌犾犪狋犻狅狀

2020-11-19发布2021-06-01)*

iniiniii发布

GB/T39433—2020

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刖言

本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本标准由全国弹簧标准化技术委员会(SAC/TC235)提出并归口。

本标准起草单位：常州气弹簧有限公司、昆山金发液压机械有限公司、常州市莱特气弹簧有限公司、

中机生产力促进中心、湖州吉信气弹簧制品有限公司、上海震飞汽车零部件有限公司、宁波市仁龙机械

有限公司、北京磊焱氮气弹簧技术研究所、无锡市精诚橡塑制品厂、河北超普机械制造有限公司、南京江

凯汽车零部件有限公司、浙江双冠汽车部件股份有限公司、徐州东宏机械制造有限公司。

本标准主要起草人：窦智、施与秋、周正明、宁成、余方、陶声华、梁一民、俞愉、余卫忠、董喜刚、秦守忠、

孙敬军、董树平、吴小雁、岳彩立。

丄

GB/T39433—2020

气弹簧设计计算

1范围

本标准规定了气弹簧的参数名称、符号、说明及单位，常用的结构型式，设计计算原理和设计计算。

本标准适用于压缩气弹簧、可锁定气弹簧、座椅升降气弹簧和拉伸气弹簧，其他气弹簧可参照使用。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本文件。

GB/T2348流体传动系统及元件缸径及活塞杆直径

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3．1

气弹簧犵犪狊狊狆狉犻狀犵

由一个密闭缸筒和可以在缸筒内滑动的活塞及活塞杆组件组成的以氮气或其他惰性气体为储能介

质的弹性元件。

3．2

压缩气弹簧犮狅犿狆狉犲狊犻狅狀犵犪狊狊狆狉犻狀犵

无外力作用下活塞杆呈自由伸展状态，并承受压力的气弹簧。

3．3

可锁定气弹簧犾狅犮犽犪犫犾犲犵犪狊狊狆狉犻狀犵

在运动行程内，可在任意位置锁定或开启的气弹簧。

3．4

座椅升降气弹簧犮犺犪犻狉犺犲犻犵犺狋犪犱犼狌狊狋犿犲狀狋犵犪狊狊狆狉犻狀犵

用于座椅高度调节并可在运动行程内任意位置锁定或开启的气弹簧。

3.5

拉伸气弹簧狊狋狉犲狋犮犺犻狀犵犵犪狊狊狆狉犻狀犵

无外力作用下活塞杆呈自由回弹状态，并承受拉力的气弹簧。

4参数名称、符号、说明及单位

气弹簧参数名称、符号、说明及单位见表1。

1

GB/T39433—2020

表1

参数名称符号说明单位

设计行程活塞杆从全伸展（或拉伸）状态到压缩（或回弹）至最小尺寸时的

S

designstroke轴向位移

工作行程气弹簧工作状态下最大伸展（或拉伸）量与最小伸展（或拉伸）量

Si

workingstroke之间的长度

安全行程犛2满足所需工作行程的安全余量，即:犛2=犛一犛1

safestroke

伸展长度犔全伸展（或拉伸）状态下气弹簧的长度

extendedlength注:拉伸器弹簧伸展长度为拉伸状态下的伸展长度。

杆端长度

I犔气弹簧杆端连接长度

rodendlength

缸筒端长度

犔2气弹簧缸筒端连接长度

cylinderendlength

气腔长度

Ii气弹簧气腔长度

gascavitylength

缸筒长度犅气弹簧缸筒长度

cylnderength

导向长度

犎气弹簧导向长度

guidelength

活塞杆直径

犱气弹簧活塞杆直径

pistonroddiameter

mm

空心活塞杆内径

do可锁定气弹簧空心活塞杆内径

lnnerdlameterofhoowplstonrod

阀芯直径

di气弹簧阀芯的有效直径

vavecoredlameter

缸筒内径

犇气弹簧缸筒内径

cylnderlnnerdlameter

缸筒外径

犇2气弹簧缸筒外径

cylnderouterdlameter

外筒外径

犇座椅升降气弹簧外筒外径

outsidediameterofoutertube

立筒外径

犇座椅升降气弹簧立筒外径

outsldedlameterofstandlngtube

缸筒壁厚气弹簧缸筒壁厚，即：4=(犇2—犇1)/2

thlcknessofdlameter

空心活塞杆壁厚

各2气弹簧空心活塞杆壁厚，即：么二(d-do)/2

thlcknessofhoowplstonrod

外筒壁厚

A座椅升降气弹簧外筒壁厚

thlcknessofoutertube

立筒壁厚

A座椅升降气弹簧立筒壁厚

thlcknessofstandlngtube

2

GB/T39433—2020

表1(续)

参数名称符号说明单位

重心距离

犾气弹簧支撑物重心到回转中心的距离

centerofgravitydistance

力臂

犫气弹簧杆臂伸展时的力臂mm

armofforce

回转半径

犓气弹簧活塞杆横截面回转半径

radiusofgyration

截面积

犃气弹簧活塞杆截面积mm2

crosssecttonarea

惯性矩

犑气弹簧活塞杆横截面惯性矩mm4

momentoftnertta

阀芯开启力

Fk为解除气弹簧的锁定状态，打开阀门阀芯所需的力

unlockingforce

最小伸展力

犉在伸展过程中，离工作行程起点处规定采力点C，处的力

minimumextensionforce

最大伸展力

f2在伸展过程中，离工作行程终点处规定采力点C，处的力

maximumextensionforce

最小压缩力

F3在压缩过程中，离工作行程起点处规定采力点C，处的力

minimumcompressforce

最大压缩力

f4在压缩过程中，离工作行程终点处规定采力点Cl处的力

maximumcompressforce

最小拉伸力

f5在拉伸过程中，离工作行程起点处规定采力点Cl处的力

minimumstretchingforce

最大拉伸力

f6在拉伸过程中，离工作行程终点处规定采力点C、处的力

maximumstretchingforce

最小回弹力

f7在回弹过程中，离工作行程起点处规定采力点C、处的力N

minimumresilienceforce

最大回弹力

F在回弹过程中，离工作行程终点处规定采力点C、处的力

maximumresilienceforce

最小伸展力和最小压缩力的平均值，即Fa二(犉：+犉:）/^，或最

公称力a

Fa小拉伸力和最小回弹力的平均值，即：Fa=(F5+F7)/2。

nominalforcea

公称力a是气弹簧综合特性的指标之一

最大伸展力和最大压缩力的平均值，即Fb=(F2+F4)/2,或最大

公称力bFb拉伸力和最大回弹力的平均值，即：Fb=(F6+Fs)/2。

nominalforceb

公称力b一般用于弹力比率计算

标称力F供需双方确认的图样及产品上标注的力（犉，、犉2、犉3……）

specifiedforce

动态摩擦力最小压缩力和最小伸展力之差的平均值，或最小拉伸力和最小回

Fr

dynamicfrictionforce弹力之差的平均值

阀芯摩擦力

fr阀芯上产生的摩擦力，一般为10-30

valvecorefriction

3

GB/T39433—2020

表1(续）

参数名称符号说明单位

重力

犌被气弹簧支撑物的重力

gravity

N

许用临界力

气弹簧活塞杆允许的临界力

permissiblecriticalforce

压强

犘气弹簧内部压强

pressure

最大压强

犘max气弹簧工作状态下内部最大压强

maximumpressure

弹性模量犈材料弹性模量，钢取2.1X105MPa

modulusofelasticity

许用应力

w材料许用应力

allowablestress

材料强度试验值

犳材料强度试验值，钢取490

testvalueofmaterialstrength

弹力比率

a公称力b公称力a之比，即a=Fb/Fa

forceratto

半径比

狉气弹簧钢筒外径与缸筒内径之比

radtusratto

安全系数狀活塞杆稳定性安全系数，一般n>1.4

safetyfactor

—

安装系数

犿气弹簧安装系数

tnstalattoncoeftctent

温度系数狅工作环境温度变化对气弹簧力值需求影响的补偿系数，一般为

temperaturecoeftctent1.1—1.25

数量

犻气弹簧数量

number

采力点犆1动态或静态橙测时力值的采集点，一般S<80mm，C1=5mm;mm

MeasuringpointS>80mm,C1=10mm

5常用结构型式

5.1常用压缩气弹簧YQ)（系列结构型式

常用压缩气弹簧(YQ)系列结构型式见图1。

4

GB/T39433—2020

说明：

—活塞杆；—缸筒

1——5——

—导向套；—气腔

2——6——

3———密封件；—油液

7——

—活塞；—隔套

4——8——

图1常用压缩气弹簧示意图

5.2常用可锁定气弹簧KQ)（结构型式

5.2.1伸展方向刚性可锁定气弹簧系列结构型

伸展方向刚性可锁定气弹簧系列结构型式见图2。

说明：

1——活塞杆组件;5——活塞组件;8——隔离活塞组件;

2———导向套；6缸筒；9——阀门阀芯；

3——密封件；7——气腔；10——隔套。

4——油液；

图2伸展方向刚性可锁定气弹簧示意图

5.2.2压缩方向刚性可锁定气弹簧系列结构型式

压缩方向刚性可锁定气弹簧系列结构型式见图3。

说明：v9v7

活塞杆组件；—油液；阀门阀芯；

1———4——7——

导向套；—活塞组件；8——隔离活塞组件

2———5——

3———密封件；—缸筒；气腔。

6——9——

图3压缩方向刚性可锁定气弹簧示意图

5

GB/T39433—2020

5.2.3弹性可锁定气弹簧系列结构型式

弹性可锁定气弹簧系列结构型式见图4。

说明：

1——活塞杆组件6缸筒；

2——导向套；7——气腔；

3——密封件；8阀门阀芯;

4———油液；9——隔套。

5——活塞组件；

图4弹性可锁定气弹簧示意图

5.3常用座椅升降气弹簧ZSQ)（结构型式

5.3.1弹性锁定座椅升降气弹簧系列结构型式

弹性锁定座椅升降气弹簧系列结构型式见图5。

说明：

1———启动杆；8———缸筒（内筒)

—启动杆座；—活塞杆；

2——9——

3———阀体；—外筒；

10—

—阀芯；—内筒固定座

4——11——

—立筒导向套；—密封件；

5——12——

—气腔；—导向套。

6——13——

—立筒；

7——

图5弹性锁定座椅升降气弹簧示意图

5.3.2刚性锁定座椅升降气弹簧系列结构型式

刚性锁定座椅升降气弹簧系列结构型式见图6。

6

GB/T39433—2020

说明：

—启动杆；

1——9—

—缸筒（内筒）;

2———启动杆座；—活塞杆；

10—

—阀体；—外筒；

3——11——

—阀芯；—气腔；

4——12——

—立筒导向套；—通气支座；

5——13——

—油腔；—密封件；

6——14——

7———立筒；—导向套。

15——

8———隔离活塞组件；

图6刚性锁定座椅升降气弹簧示意图

5.4常用拉伸气弹簧结构型式

5.4.1普通拉伸气弹簧LQ)（系列结构型式

普通拉伸气弹簧(LQ)系列结构型式见图7。

说明：

1活塞杆;4——气腔；

2——导向套;5缸筒；

3——密封件;6——活塞组件。

图7普通拉伸气弹簧示意图

5.4.2可锁定拉伸气弹簧KLQ)（系列结构型式

可锁定拉伸气弹簧(KLQ)系列结构型式见图8。

7

GB/T39433—2020

说明:

1——导向套；6——活塞组件；

2——密封件；7——接杆导向密封;

3隔套；8差压接杆；

4——活塞杆组件;9缸筒。

5——气腔；

图8可锁定拉伸气弹簧示意图

6设计计算原理

在环境温度不变的条件下，气弹簧的工作过程可以看作是等温变化过程，应遵循气体状态方程一波

义耳定律，见公式（1)或公式(2)：

PV=C(1)

或

PlVi=犘2犞2(2)

式中：

P―压强（本标准指气弹簧内部压强），单位为兆帕(MPa)；

Pi——状态1压强，单位为兆帕（MPa)；

P2——状态2压强，单位为兆帕（MPa)；

V——气体体积，单位为立方米(m3)；

Vi状态1气体体积，单位为立方米(m3)；

V2——状态2气体体积，单位为立方米(m3)；

C———常数。

注：实际常用体积单位为立方毫米（mm3)。

7设计计算

7.1概述

气弹簧的设计计算一般涉及内容:力值、弹力比率、行程及伸展长度、活塞杆直径、缸筒内径及壁厚

等。气弹簧的设计计算以环境温度20°C±2°C为条件，同时应考虑使用环境温度的影响，环境温度变

化1°C，公称力Fa的变化约为0.37%。

7.2力值

7.2.1力-位移曲线示意图

力-位移曲线示意图如图9所示。

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