压缩气弹簧(又称自由型气弹簧、支撑杆)是一种以高压惰性气体(通常为氮气)为动力的执行元件,常用来代替传统的圆柱螺旋弹簧,主要起到支撑、缓冲和制动的作用。
压缩气弹簧主要由密封的管体、活塞、活塞杆及内部腔室组成。其工作原理基于气体的可压缩性:
储能与释能:当弹簧受到纵向压力时,活塞被推入气缸内,压缩内部的高压气体以增加缸内压强,从而储蓄势能。当外力解除时,缸内气体压强驱使活塞复位,释放推力。
支撑力产生:弹簧不受外力时,活塞两边气压相等,但由于受力面积不同(活塞杆横截面积小于活塞横截面积),会产生压力差,从而提供气弹簧的支撑力。
自适应刚度:外力压缩气弹簧时,撑杆在气室内体积增大,压缩气体的有效容积变小,气室气压随之变大,使得压力差产生的支撑力也相应变大。