油气弹簧是空气弹簧的一种特例，它仍以气体（一般用惰性气体氮）作为弹性介质，而在气体与活塞之间引入油液作为中间介质。油气弹簧的工作缸由气室、油液和起减振作用的阻尼阀组成。油气不分隔式油气弹簧如图3-96a所示。图3-96b所示为油气分隔式油气弹簧，其特点是油气弹簧气体与油液用橡皮膜隔开，即使在高温和高压条件下气体也不溶化在油液内，保证了性能的稳定。图3-96c所示为带反压气室式油气弹簧，其工作原理及优缺点将在下面详细讨论。

油气弹簧与空气弹簧相比较，由于前者采用钢筒作为气室，气室压力可比空气弹簧高10～20倍，通常为5～7MPa，有的高达20MPa。因此油气弹簧的体积小，重量轻，用于重型自卸车上比钢板弹簧轻50%以上；油气弹簧中用油液为介质，同时能润滑滑动表面，在缸筒内设置节流孔，对油液流动产生阻尼作用，使油气弹簧同时起减振作用。油气弹簧配置一套车身高度调节阀后也能很容易地实现车身高度调节，油气弹簧也可得到较低的固有振动频率，这些都是它的优点，但油气悬架工作缸内为高压气体和油液，要求有较高的密封性。因此，工作表面加工的表面粗糙度要低，装配要精确，耐磨性要好。使用中气体会缓慢泄漏，需要定期充气，但又不能充气过多，需要有一套特殊的充气装备和操作规程，使用中还要保持工作缸内的清洁，否则容易引起表面拉伤，所以，油气弹簧的加工较复杂，维护较麻烦，这是它的缺点。目前主要用于重型自卸汽车上，国外也有用于轿车上的（如法国雪铁龙DS-19型汽车）。

油气弹簧有单气室的、双气室的（或称带反压气室的，如图3-96c所示）和两级压力式的几种。

单气室的油气弹簧特性与有效面积不变的空气弹簧一样，油液对弹簧特性没有影响。

在弹簧上载荷P与弹簧内气压p的关系是

式中 A——活塞面积。

有的油气弹簧采用球形气室，如图3-96b所示，为计算方便起见，将其容积V折算成活塞面积和某一高度H的乘积，即V=AH。此高度H称为折算高度。

此时油气弹簧的刚度公式和空气弹簧刚度公式是一样的，即

图3-96 几种油气弹簧简图

a）油气不分隔式 b）油气分隔式 c）带反压气室式

只是油气弹簧的有效面积A没有变化，所以上式中dA/df=0，而dV/df=-A。

考虑到这些关系，可将上述刚度公式简化为

当测定油气弹簧刚度时，如缓慢地移动活塞，则内部气体状态变化接近于等温过程，即k=1，此时测得的刚度称为油气弹簧的静刚度c_c即

如悬架上下振动急剧时，活塞移动快，内部气体状态变化属于多变过程，此时k取1.3（意大利有文献介绍k=1.25），油气弹簧的动刚度c_d为

由式（3-305）可见，在使用中，刚度与气压（即载荷）成正比，而和气体折算高度成反比。

油气弹簧在平衡位置时的振动频率也可以用空气弹簧的振动频率表示式来表达，只是此时的dA/df=0，可得

式中 g——重力加速度（mm/s²）；

p₀——静平衡位置时的簧上载荷；

k——系数，也叫多变指数；

H₀——静平衡位置时气体折算高度，H₀=V₀/A。当p₀较大时，式（3-307）中，于是，振动频率n₀主要取决于气体折算高度H₀和多变指数k。k值越大，越接近于绝热过程（当悬架上下跳动急剧时），频率就越高。

当弹簧从静平衡位置加载时，弹簧受压缩，气压增大，容积变小，折算高度变小。由式（3-305）可知，弹簧刚度增大，振动频率将增高；反之，当载荷减少时，弹簧刚度和频率值都减少，这一特性与线性弹簧（如钢板弹簧）的特性是恰恰相反的。

当弹簧从静平衡位置伸张（反跃）时，缸内气压下降，气体折算高度增大，刚度下降，过小的刚度使弹簧上载荷稍有变化时，就会产生较大的弹簧变形，即在伸张行程时，过小的刚度会使弹簧动容量太小，结果容易形成活塞与缸体端部撞击，甚至有活塞从缸体中拉脱的可能。为了克服单气室油气弹簧这个缺点，可用增加伸张行程阻尼力的办法（如装一伸张行程止回阀等）。为了上述同样目的在国外发展了一种双气室油气弹簧。这种弹簧具备两个气室——主气室和反压气室，其结构如图3-97a所示。车轮的跳动通过导向机构及连杆推动主气室内的活塞移动，而反压室内只有一个浮动活塞，把反压室分成两个腔，活塞上腔为高压气体形成反压，活塞下腔为油液经通道与主气室液缸相通。

当弹簧处于压缩行程时，主气室中活塞上移，使其气压增大，而活塞下的体积也增大。此时，反压室内油液在活塞上反压作用下经通道流入主气室下腔补充其容积，反压室内气压下降；当弹簧处于伸张行程时，主气室中活塞下移，主气室内气压下降，活塞下腔的油液受挤压，经通道流入反压室，结果反压室内压力增大（图3-97b）。其静平衡位置时的载荷与气压之间的关系可表示为

式中 P₀——静平衡位置时弹簧上的载荷；

p₀，q₀——主气室和反压室内气体起始点的压力；

A₁，A₂——多主气室和反压室的活塞面积。

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图3-97 双气室油气弹簧结构及其特性曲线

a）结构 b）特性曲线

此种弹簧的刚度c可表示为

其静挠度为

式中 H₁——主气室的气体折算高度；

H₂——反压室的气体折算高度。

由于反压的作用，使弹簧在伸张时的刚度比单气室弹簧的刚度要大得多。只要对两气室气压和折算高度参数选择恰当，就可以使弹簧刚度保持合适的变化规律，这种形式的空气弹簧在苏联贝拉斯540矿用自卸车上得到应用。在结构上反压气室和主气室是合装在一个缸筒内的，比较紧凑，如图3-96c所示，但零件多，加工精度要求高。

双压式油气弹簧是国外另一种新型的油气弹簧。它的特点是在活塞上端具有两个并列的气室，但其工作压力不同。其中之一为主气室，充有气压与正常单气室油气弹簧相接近的氮气，其气压为p₁；另一气室称为补偿气室，其内充有高压氮气，其气压为p_k。这两者的作用就像钢板弹簧中主簧和副簧的作用那样，其工作原理图和特性曲线如图3-98所示。

因为弹簧中的补偿气室气压高于主气室的气压，所以当弹簧上载荷增加时，先是主气室参加工作，当载荷大到一定程度时，补偿气室才参加工作。补偿气室开始工作时的弹簧上载荷称为临界载荷，用符号P_k表示。当弹簧上载荷超过P_k，补偿气室受压缩和主气室一起工作，就使工作容积加大，因而弹簧的气体折算高度值也就加大，弹簧的固有振动频率下降，改善了行驶平顺性。其折算高度的变化如图3-98b所示。图中表明，当弹簧上载荷为P₁（＜P_k）时，只有主气室工作，此时弹簧的折算高度按曲线1变化，当载荷增至P_k时，折算高度沿曲线1降至H_k1。一旦载荷超过临界载荷P_k，补偿气室参加工作，弹簧折算高度变化特性就不再由曲线1而是由曲线2来表示。当载荷从P_k增至满载值P₂时，气体折算高度从H_k2减至H₂；如果无补偿气室只有单气室工作时，相应满载P₂的气体折算高度为H₂₀（图3-98b），由于H₂₀比H₂小，所以单气室油气弹簧在满载时的固有振动频率要比带补偿气室的油气弹簧在满载时的固有振动频率高，其行驶平顺性也差。

图3-98 带补偿气室的油气弹簧的工作原理图和特性曲线

a）工作原理 b）特性曲线

带补偿气室的油气弹簧的计算步骤如下所述。

①按满载时的允许气压[p₂]和簧载重量G_s，确定活塞直径D为

②计算空载时的气压p₁，它是根据活塞直径D和空载时弹簧上重量G_s0来确定的，为

③根据选定的空载和满载时固有振动频率，确定空载和满载时的气体折算高度H₁和H₂。为保证良好的行驶平顺性，空载振动频率n₁和满载时振动频率n₂应尽量接近。振动频率和折算高度的关系可由式（3-307）简化为

把n₁和n₂值代入上式，即可求得H₁和H₂。

④确定临界载荷。补偿气室开始工作时的P_k可定为半载，但对很少有半载工况的汽车（如矿山用车），P_k可取得高些以减少弹簧高度的变化。P_k作用下的气体压力为

⑤确定补偿气室容积V_k。根据满载时的压力p₂和气体折算高度H₂可求出补偿气室刚开始工作后相应于P_k的气体折算高度H_k2

根据空载时的气体折算高度H₁和气压p₁可求出载荷为P_k（气压为p_k）时主气室的气体折算高度H_k1（即补偿气室尚未参加工作时）为

其差值即为补偿气室的折算高度H_k，为

补偿气室的容积为

这种结构在意大利矿用车（佩尔利尼S-30）上采用过。