毕业设计(论文)-双筒液压减震器设计[管理资料]

摘 要

为改善汽车行驶平顺性悬架中与弹性元件并联安装减振器为衰减振动汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器其工作原理是当车架 或车身 和车桥间受振动出现相对运动时减振器内的活塞上下移动减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对振动形成阻尼力使汽车振动能量转化为油液热能再由减振器吸收散发到大气中在油液通道截面和等因素不变时阻尼力随车架与车桥 或车轮 之间的相对运动速度增减并与油液粘度有关

发展到今天减振器的结构有了很大的改变性能也有了极大的提高通过对减振器的发展历史和发展趋势的深入了解明确了设计该型减振器的重要性和意义并设计了一种应用于微型汽车悬架的双筒油压减振器本文研究的主要问题如下

1对双筒式油压减震器的结构设计结构设计主要是确定减振器的类型布置形式安装角度和选用数量这是进行尺寸设计的基础

2对双筒式油压减震器的尺寸设计尺寸设计的过程主要包括相对阻尼系数以及最大卸荷力的确定减振器工作缸活塞活塞杆阀系以及相关零部件的尺寸计算

3完成结构设计与尺寸设计后应对减振器的强度和稳定性进行校核校核的结果应符合国家相关技术标准

4对双筒油压减震器的结构进行优化设计这主要是连接件的比较和焊接工

艺的优化

5对双筒油压减振器的三维模型建立包括工作缸活塞活塞杆及相关零件的模型建立和装配方法

本文的研究成果对减振器的进一步研究有重要的理论和实际应用意义本文提出的优化方案为实际的生产制造提供一定的理论依据

关键词油压式 减振器 优化阻尼系数工作缸 ABSTRACT

The shock absorber is an important constituent of automobile suspension it has a big change in the structure of the shock absorber until now The performance also had big enhancement Through the deep understanding of the history and tendency of the shock absorber we make clear the importance and significance of the designing of the shock absorber and design a kind of shock absorber which is applied to the suspension of the compact car The main problems discussed in this paper are as follows

1The design to the structure of the gasification type shock absorber It mainly determines the types of the shock absorber layouts the angle of installing and the quantity of selecting these are the foundation of the designing of the sizes

2The design to the size of the gasification type shock absorber It includes relative damping coefficient the determination of the biggest discharge strength and the computing of the sizes of work cylinder piston

connecting rod valve and related spare parts

3After completing the structural design and the designing of the sizes the shock absorber intensity and the stability should be checked the results should conform to the country related technical standards

4The optimization design to the structure of the gasification type shock absorber which mainly concludes the comparison of connected pieces and optimization of the welding process

5The building of the three-dimensional model of the gasification type shock absorber It includes the building of the work-cylinder piston rod and the relevant parts of the model and assembly methods

In this paper the results of research has important theoretical and practical significance on the shock absorbers further study the optimal scheme which put forward in this paper has provided the certain theoretical basis for the manufacturing of the reality production

Key words TypeShock AbsorberOptimizationDamping FactorWork Cylinder 目录 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 11 选题的目的和意义 1 12 减振器的发展历史 2

13双筒式减振器国内外发展状况和发展趋势 14 研究的主要内容及方法 4 第2章 减振器的类型和工作原理 6 21 减振器的类型 6 22 减振器的工作原理 6

23 双筒式液压减振器的工作原理及优点 24 本章小结 8

第3章 双筒式液压减振器的设计 9 31 双筒式液压减振器的设计参数 9 32双筒减在振器的外特性与设计的原则

9 7

3

com 汽车悬架与减振器的匹配与减振器的放置 9 com 双筒式液压减振器的外特性

10

com 双筒式减振器的外特性设计原则 11 33 双筒式减振器参数和尺寸的确定

12

com 双筒式减振器相对阻尼系数的确定 12 com 双筒式减振器阻尼系数的确定 14 com 最大卸荷力的确定 16 com 减振器工作缸直径D的确定

16

com 双筒式减振器活塞行程的确定 17

com 液压缸壁厚缸盖活塞杆和最小导向长度的计算 18 com 液压缸的结构设计 24 com 活塞及阀系的尺寸计算

26

com 密封元件和工作油液的确定 34 本章小结 31

29

第4章 双筒液压减振器的结构优化 41双筒液压减振器连接件的优化 32 42 双筒液压振器焊接方法的优化 34 43 本章小结 35

第5章 双筒液压减振器的三维造型

32

36

51 运用Inventor对双筒液压的主要零件进行绘制 36 com的三维造型 com三维造型 37 com的三维造型 com三维造型 41

52 双筒液压减振器的装配过程 45 53 本章小结 57 结 论 58 参考文献 59 致 谢 附 录 61 第1章 绪 论 11 选题的目的和意义

随着我国经济的迅速发展人民生活水平日渐提高汽车已经成为人们的生活中必不可少的交通工具并且对乘车的安全性和舒适性也有了更高的要求对研究

60

40 36

双筒液压减振器就是为了满足这一目的

车辆是一个由许多子系统组合而成的复杂系统其总体性能与零部件的性能关系密切因此零部件的研发不但涉及零部件本身的分析计算与试验等而且涉及许多与整车有关的参数是一个较为复杂的研发过程减振器是车辆悬架系统中的重要部件其性能的好坏对车辆的舒适性以及车辆及悬架系统的使用寿命等有较大影响

Inventor美国AutoDesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件Autodeskreg Inventor ProfessionalAIP目前已推出最新版本AIP2010Autodesk Inventor Professional包括Autodesk Inventorreg三维设计软件基于AutoCADreg平台开发的二维机械制图和详图软件AutoCADreg Mechanical还加入了用于缆线和束线设计管道设计及PCB IDF文件输入的专业功能模块并加入了由业界领先的ANSYSreg技术支持的FEA功能可以直接在Autodesk Inventor软件中进行应力分析在此基础上集成的数据管理软件Autodeskreg Vault-用于安全地管理进展中的设计数据由于Autodesk Inventor Professional集所有这些产品于一体因此提供了一个无风险的二维到三维转换路径 Autodeskreg Inventor 软件是一套全面的设计工具用于创建和验证完整的数字样机帮助制造商减少物理样机投入以更快的速度将更多的创新产品推向市场

Autodesk nventor 产品系列正在改变传统的 CAD 工作流程因为简化了复杂三维模型的创建工程师即可专注于设计的功能实现通过快速创建数字样机并利用数字样机来验证设计的功能工程师即可在投产前更容易发现设计中的错误Inventor 能够加速概念设计到产品制造的整个流程并凭借着这一创新方法连续 7 年销量居同类产品之首12 减振器的发展历史

世界上第一个有记载比较简单的减振器是17年由两个姓吉明的人发明的他们把橡胶块与叶片弹簧的端部相连当悬架被完全压缩时橡胶减振块就碰到连接在汽车大梁上的一个螺栓产生止动这种减振器在很多现代汽车悬架上仍有使用但其减振效果很小

18年第一个实用的减振器由一法国人特鲁芬特研制成功并被安装到摩托赛车上该车的前叉悬置于弹簧上同时与一个摩擦阻尼件相连以防止摩托车的振颤减振器的结构发展主要经历了以下几种发展形式

加布里埃尔减振器它是由固定在汽车大梁上的罩壳和装在其里面的涡旋形钢带组成钢带通过一个弹簧保持其张力钢带的外端与车桥轴端连接以由振动引起的弹跳量

平衡弹簧式减振器这是加到叶片弹簧上的一种辅助螺旋弹簧由于每一个弹簧都有不同的谐振频率它们趋向于抵消各自的振颤但同时也增大了悬架的刚性所以很快就停止了使用[1]

空气弹簧减振器空气弹簧不仅兼有弹簧和吸振的作用而且常常可省去金属弹簧第一个空气弹簧减振器是1909年由英国考温汽车工厂研制成功的它是一个圆柱形的空气筒利用打气筒可以把空气经外壳上部的气阀注满空气筒空气筒的下半部分容纳一个由橡胶和帘布制成的膜片因为它被空气所包围所以其工作原理与充气轮胎相似它的主要缺点是常常泄漏空气

液压减振器第一个实用的液压减振器是1908年由法国人霍迪立设计的液压减振器的原理是迫使液流通过小孔产生阻尼作用通常的筒式减振器是由一个与汽车底盘固定的带有节流小孔的活塞和一个与悬架或车桥固定的圆柱形贮液筒组成门罗在1933年为赫德森制造的汽车装用了第一个采用原始液压减振器的汽

车到了二十世纪三十年代末双作用减振器在美国生产的汽车上被普遍采用到了二十世纪六十年代欧洲采用的杠杆式液压减振器占了优势这种减振器与哈德福特的摩擦式减振原理相似但使用的是液流而不是摩擦缓冲衬垫

麦弗逊支柱式减振器随着前轮驱动汽车的出现二十世纪七十年代以来制造商开始采用麦弗逊式减振器这种减振器是二十世纪六十年代通用公司麦弗逊工程师研制成功的他把螺旋弹簧液压减振器和上悬架臂杆组成一个紧凑的部件其主要优点是体积小适合前轮驱动汽车可在与变速器组成一体的驱动桥上应用另外有一种电子控制减振器能根据道路状况车速和驱动形式自动调节悬架软中硬三种刚度该减振器通过在汽车保险杠下方装有一个带声纳的测量部件监测路面状况把测得的数据输入处理单元然后调节减振器中的按键以改变液流通道的尺寸

充气式减振器是二十世纪六七十年代以来发展起来的一种新型减振器充气式减振器的特殊结构和充气参数可以大大地降低噪音并有利于保证活塞高速运动时的阻尼特征同时减振器上的减振支柱实质上属于双筒结构它除了阻尼减振还有如下附加功能他和控制臂一起对车轮进行导向[2]

13双筒式减振器国内外发展状况和发展趋势

目前国内汽车减振器大部分是筒式液阻减振器其阻尼力主要通过油液流经空隙的节流作用产生减振器的设计开发也由基于经验设计加实验修整的传统方法向基于CADCAE技术的现代优化设计方法转变20世纪50年代发展起来了减振器技术在双筒式减振器内充入0～0MPa减振器的临界工作速度相应提高后来又发展了式减振器它采用活塞结构在浮动活塞在缸筒间的一端形成的补偿室内充入一定量的高压气体20～25MPa氮气与双筒式减振器比单筒充气式减振器质量

显著减轻安装角度不受但其制造精度要求和成本较高[]

据调查目前国内双筒液阻减振器配套产能有过剩趋势生产高档次减振器的不多单筒充气式减振器国内生产厂家正在消化吸收设计技术和提高制造工艺技术阶段产品质量还没很过关对于充气式减振器的研究也主要集中在单缸充气式汽车减振器方面在郭孔辉院士的领导下长春汽车研究所作了大量的试验工作积累了一些经验但由于橡胶的寿命不过关及设计制造等多方面因素的影响一直没有形成比较成熟的技术近几年由于高速公路的迅速发展对舒适性的要求也越来越高国内对充气式减振器研究及产品开发工作又重新重视起来哈尔滨铁路局减速预调速研究中心和哈尔滨工业大学的高起波曾祥荣两位老师对充气式减振器性能进行了理论分析和试验天津大学的马国清王树新卞学良对充气式减振器建立数学模型建立计算机仿真程序利用该程序可以得到参数变化对减振器性能的影响趋势取得一些较好的研究成果后勤工程学院的晏华等设计的充气式电流变减振器设计比较先进有些厂家也投入人力物力对充气式减振器关键部件进行开发如浙江瑞安东欧汽车零部件厂贵州前进橡胶有限公司宁波美亚达金属塑料有限公司等并具有了一定的生产规模

国外工程机械主要配套件大多数都生产历史悠久技术成熟供应充足生产集中度高品牌效应突出目前世界上生产减振器最大的企业美国天纳克TA汽车工业公司是世界最著名的减振器生产商也是目前全球最大的专业生产减振器的厂家其生产的充气式减振器符合美用标准同时还不断推出新的减振器推动减振器技术不断向更高技术水平发展另外还有几家较为先进的公司如Ford和General Motors这两家这两家公司生产的减振器能很好的解决汽车的安全性和舒适性这两方面的要求如德国大众公司的奔驰-戴姆勒·克莱斯勒汽车有限公司

生产的均采用了式减振器在保证安全性的前提下充分提升了汽车的和操控性

由于汽车在不同的行驶工况下对减振器的特性有不同的要求可调阻尼减振器是筒式减振器技术发展的目标目前国外已经开发有机械控制式的充气式减振器电子控制式的充气式减振器在个别高档车还试用电流变液减振器电流变液减振器的工作温度范围窄-25～125℃其强度和化学稳定性较差影响其工作的可靠性充气式减振器相比电流变液减振器不需要特殊的高压供电装置成本低使用安全稳定性强[9]目前最先进的充气式减振器的响应时间约10ms需进一步提高充气式减振器有很好的运用前景是半主动或主动悬架较好的配置但是尚需在缩短响应时间上改进德国奥迪推出的27T越野车使用了双充气式减振器奔驰-戴姆勒·克莱斯勒汽车有限公司生产的300CJeep4700均采用了充气式减振器充气式减振器是一个较为新兴的技术可同时提高车辆的舒适程度驾驶性能和安全性能由于车轮控制得到改善车辆的安全性和可靠性得到提升通过控制车身运动提高驾驶平顺性并使操作更精确反应更迅速在刹车和加速过程中减少乘员前冲和后仰改善负荷转移特性在车辆高速行驶中突然变向时可提供更好的防侧翻控制由于减小了路面反冲力使驾驶更为安静精确正是由于这些特点充气式减振器首先在中高级轿车上得到了应用

充气式减振器的发展前景国外对充气式减振器的研究已经发展到电子控制式减振器我国对减振器的研究主要集中在单筒充气式减振器方面而且发展比较缓慢我们应当在前人对充气式减振器研究的基础上更加深入地对其进行分析和研究努力缩短和发达国家的差距对充气式减振器的研究能有效的提高我国汽车工业的制造水平降低汽车的制造成本对中国经济的快速发展大有益处

1

第2章 减振器的类型和工作原理 21 减振器的类型

悬架中用的最多的减振器是内部充有液体的液力式减振器汽车车身和车轮振动时减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦和粘性液体的摩擦形成了振动阻尼将振动能量转化为热能并散发到周围的空气中去达到迅速衰减振动的目的如果能量的消耗仅仅只是在压缩行程或者是在伸张行程进行则把这种减振器称为单向作用减振器反之称为双向作用减振器后者因为减振作用比前者好而得到广泛应用

减振器大体上分为两大类即摩擦式减振器和液力减振器摩擦式减振器利用两个紧压在一起的盘片之间相对运动时的摩擦力提供阻尼但是由于库仑摩擦力随相对运动速度的提高而减小并且很容易受到油水等的影响无法正常工作无法满

足平顺性的要求因此虽然具有质量小造价低容易调整等优点但现在汽车上已经不再采用这类减振器

液力减振器最早出现于1901 年有两种主要的结构形式分别是摇臂式和筒式悬架中用的最多的减振器是内部充有液体的液力式减振器所以我选择筒式减振器而在筒式减振器中常用的三种形式是双筒式单筒充气式和双筒充气式我选择双筒式液力减振器

22 减振器的工作原理

悬架系统中由于弹性元件受冲击产生振动为改善汽车行驶平顺性悬架中与弹性元件并联安装减振器用来衰减振动液力减振器在汽车悬架系统中广泛应用其作用原理是利用液体流动的阻力来消耗振动的能量当车架与车桥相对运动时

活塞在缸筒内上下移动减振器壳体内的油压便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一个内腔此时孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼使车身和车架的振动能量转化为热能而被油液和减振器壳体所吸收最后散到大气中去减振器的阻尼力大小随车架与车桥的相对运动速度的增减而增减并且与油液的粘度有关[6]

减振器与弹性元件承担着减振和缓冲击的任务阻尼力过大将使悬架弹性变坏甚至使减振器连接件损坏因面要调节弹性元件和减振器这一矛盾

1压缩行程

车桥和车架相互靠近减振器阻尼力较小以便充分发挥弹性元件的弹性作用缓和冲击这时弹性元件起主要作用

2悬架伸张行程

车桥和车架相互远离减振器阻尼力应大迅速减振 3相对速度

当车桥或车轮与车桥间的相对速度过大时要求减振器能自动加大液流量使阻尼力始终保持在一定限度之内以避免承受过大的冲击载荷

在汽车悬架系统中广泛采用的是筒式减振器且在压缩和伸张行程中均能起减振作用叫双向作用式减振器还有采用新式减振器它包括充气式减振器和阻力可调式减振器

23 双筒式液压减振器的工作原理及优点

主要构成有密封气室浮动活塞工作活塞封圈压力阀板活塞速度阀板活塞杆等

双向作用筒式减振器工作原理说明在压缩行程时指汽车车轮移近车身减振

器受压缩此时减振器内活塞3向下移动活塞下腔室的容积减少油压升高油液流经流通阀8流到活塞上面的腔室 上腔 上腔被活塞杆1占去了一部分空间因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积一部分油液于是就推开压缩阀6流回贮油缸5这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力减振器在伸张行程时车轮相当于远离车身减振器受拉伸这时减振器的活塞向上移动活塞上腔油压升高流通阀8关闭上腔内的油液推开伸张阀4流入下腔由于活塞杆的存在自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积主使下腔产生一真空度这时储油缸中的油液推开补偿阀7流进下腔进行补充由于这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力设计的大于压缩阀在同样压力作用下伸张阀及相应的常通缝隙的通道载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道截面积总和这使得减振器的伸张行程产生的阻尼力大于压缩行程的阻尼力达到迅速减振的要求

3-1

双筒式减振器具有如下的优点使用广泛制造成本低使结构简化重量减轻性能也较为稳定而且是双向作用在压缩与伸张的状态下都有设计好的阻尼力所以在各个工况

24 本章小结

主要介绍减振器种类分类方法和具体的工作原理以及在现代汽车中的应用在阐明双筒式液压结构特点和应用得出双筒式液压减震器功能上的优点和缺点为后文的设计计算做好基础

第3章 式减振器的设计 31 式减振器的设计参数

筒式减振器设计中涉及的参数较多大致可以分为如下几类 1整车参数

包括车辆全重悬置质量车辆纵向的转动惯量车辆悬架刚度车辆振动固有频率圆频率减振器个数等

2几何布置参数

包括减振器的位置弹性元件位置安装杠杆等 3减振器结构参数

包括减振器长度减振器活塞直径活塞杆直径孔位置孔个数孔直径减振器筒径等

4减振器工作参数包括减振器的工作长度限压阀阀门弹簧的刚度弹簧预紧压缩量阀门附加最大行程活塞行程活塞最大线速度活塞正反最大阻力开阀压力减振器阻尼系数等[]

这些参数在设计中有的是作为已知量有的是作为待确定量所以选择参数时要考虑的情况比较多但一般来说包括活塞面积计算阀门机构设计计算阻尼比或者阻尼系数最大卸荷力等参数的计算尺寸设计计算强度校合寿命计算等活塞面积按反行程的最大阻力来确定反行程最大阻力与活塞最大线速度有关活塞最大线速度取决于悬架装置结构阀门机构设计主要包括常通孔面积计算和阀门弹簧的计算减振器内通常有两个常通孔活塞上常通孔和补偿阀座上的常通孔活塞上常通孔面积按压缩行程最大活塞线速度即开阀速度计算设计减振器时阻尼比的确切值是未知的它只能通过测定减振器工作时的衰减振动情况计算求得但是阻尼比的大小又关系到活塞最大线速度减振器阻尼力等物理量的值所以在设计过程中通常从减振器吸收振动能量的角度来估计阻尼比的值

32

结构如右图

特性侧倾中心高度较高车轮外倾角与主销内倾角变 化小轮距变化很小故轮胎磨损速度慢悬架侧倾角刚度

较大可不装横向稳定器横向刚度大占用空间尺寸小结构简单紧凑乘用车上用得较多

com 双筒式液压减振器的外特性

悬架减振器的外特性是指减振器伴随相对运动的位移或相对运动的速度与相应产生的工作阻力之间的关系通常我们分别称之为示功特性和速度特性外特性能良好的匹配悬架的性能需要就能获得良好的振动特性设计的减振器在实际使用中其外特性必须保证良好的相对稳定性减振器外特性的畸变往往会使预期设计的外特性出现某些缺陷因此减振器的设计有两个基本质量要求一是外特性必须满足车辆悬架的性能需求二是无畸变即这种外特性要有稳定而持久的工作质量减振器的外特性即为其速度特性如图31所示

a b

图31 减振器特性-速度曲线描述减振器特性曲线的形状取决于阀系的具体结构和各阀开启力的选择一般而言当油液流经某一给定的通道时其压力损失由两部分构成其一为粘性阻力损失对一般的湍流而言其数值近似地正比于流速其二为进入和离开通道时的动能损失其

数值也与流速近似成正比但主要受油液密度而不是粘性的影响由于油液粘性随温度的变化远比密度随温度的变化显著 因而在设计阀系时若能尽量利用前述的第二种压力损失则其特性将不易受油液粘性变化的影响也即不受油液温度

变化的影响不论是哪种情形其阻力都大致与速度的平方成正比图中曲线A 所示为在某一给定的A 通道下阻尼力F 与液流速度v 的关系若遇通道A 并联一个直径更大的通道B则总的特性将如图中曲线AB 所示如果B 为一个阀门则当其逐渐打开时可获得曲线A 与曲线AB 间的过渡特性恰但选择AB 的孔径和阀的逐渐开启量可以获得任何给定特性曲线阀打开的过程可用三个阶段来描述第一阶段为阀完全关闭第二阶段为阀部分开启第三阶段为阀完全打开通常情况下当减振器

活塞相对于缸筒的运动速度达到01ms 时阀就开始打开完全打开则需要运 3-3 速度达到数米每秒

com 双筒式减振器的外特性设计原则

对外特性的基本设计依据需要研究车身的振动车身的振动又取决与轮轴的振动轮轴的振动同时受上下两端的影响与车轮的阻尼有关车轮的激振力等于悬架质量的惯性力和轮轴质量的惯性力之和同时车轮的激振力又决定了车轮的接地性能是行驶安全性的重要尺度在悬架系统中配置适当的减振器能有效的阻尼车身振动保证良好的平顺性通过查阅资料可以知道增大相对阻尼系数将有效的抑制车身加速度和车轮动栽增大但是增大相对阻尼系数虽然有利于降低车身动载但车身的加速度会相对于阻尼系数的增大而增大因此在高的激振情况下减振器的作用加剧了车身的振动降低了舒适性但减振器此时由于对车轮动载有抑制作用却能提高行驶的安全性因此外特性的设计应该有两个基本方面的意义一是使减振器的外特性与车辆悬架振动特性相匹配二是在复杂的运行工况下能较稳定的保持这种相适应的外特性车辆在复杂的运行工况下减振器的相对稳定地保持其外特性的预期设计能力是评价悬架减振器减振效能和等级质量的决定性标志33 双筒式减振器参数和尺寸com 双筒式减振器相对阻尼系数的确定首先确

定其簧上质量本设计是设计城市用小型车辆的减振器参照如表31哈飞技术参数

车型 哈飞10L mm 2470

长×宽×高mm 4481×1746×1526

最小离地间隙mm

轴

距最

轮距 前后mm 13001310 155

小转弯直径m 475

整备质量kg

行李箱容积L ---------------- 1000

满载质量kg

1560

油箱容积L 36最大功率PS kW

rpm 106 78 5750 最大扭矩N·mrpm 1424000 发动机型式直列四

缸双顶置凸轮轴DOHC16气门多点顺序燃油喷射电子节气门排量cm3压缩比燃料要求93号及以上无铅汽油可使用符合国家标准的车用乙醇汽油悬架前麦克弗逊式悬架螺旋弹簧带三角型下横臂及横向稳定杆转向系统齿轮齿条式可变助力转向制动系统四轮盘式制动前轮采用通风盘最高车速kmh90kmh等速油耗L100kmc f 的计算

悬架静挠度是指汽车在满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度才c 之比即 31

而汽车部分车身固有频率偏频可用下式表示 C汽车前悬架刚度Nmm m 汽车前悬架簧上质量kg n汽车前悬架偏频Hz 而汽车悬架的静挠度可用下式表示 由这两式可得出

32 1886mm

相对阻尼系数ψ

通常根据汽车的平顺性操纵性和稳定性的要求确定减振器阻力特性减振器阻力值能满足汽车操纵性稳定性要求但不一定能满足汽车平顺性要求反之亦然因此减振器的阻力特性的选择应按所设计车型对汽车平顺性操纵性稳定性进行综合考虑根据减振器的阻力速度特性可以知道减振器有四个阻尼系数在没有特别指明时减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启其前的阻尼系数通常压缩行程的阻尼系数与伸张行程的阻尼系数不相等

汽车悬架有阻尼后簧上质量的振动是周期衰减振动用相对阻尼系数的大小来评定衰减的快慢速度的表达式为 3

式中为悬架系统的垂直刚度为簧上质量为阻尼系数上式表明相对系数的物理意义是减振器的阻尼作用在与不同刚度和不同簧上质量ms的悬架系统匹配会产生不同的阻尼效果值大振动能迅速衰减同时又能将较大的路面冲击力传到车身值小则反之通常情况下将压缩行程的相对阻尼系数取的小些伸张行程的相对阻尼系数Ψs取得大些两者之间保持的关系Y 与ψS 的平均值ψ 相对无摩擦的弹性元件悬架取ψ 025～035对有内摩擦的弹性元件悬架ψ 值取的小些为避免悬架碰撞车驾取 ψy 05 ψs

取ψ 03则有

计算得伸张ψ 04 压缩ψ 02

com 双筒式减振器阻尼系数的确定因悬架系统固有振动频率所以理论上实际上应该根据减振器的布置特点确定减振器的阻尼系数悬架系统固有振动频率的值在100～145之间取为12确定减振器的安装角度由于减振器轴与道路负载传入轴即轮胎触地点与减振器上端安装点连线存在一定角度在悬架系统受到路面

激励后减振器会受到一个垂直于滑柱的侧向力矩该侧向力矩和其他传统的悬架形式相比较大是悬架与减振器的设计和制造过程中所不容忽视的[]在减振器的轴线水平安装时减振器的刚度最小在减振器的轴线垂直安装时减振器的刚度最大减振器的安装角度在度的时候为合适从上面的分析中可以看出在减振器的轴心线水平安装时其在垂直方向的刚度最小同时对垂直方向负荷的承受能力也比较小在减振器的轴心线垂直安装时其在垂直方向的刚度最大同时对垂直方向负荷的承受能力也最大从隔振的角度来讲需要较小的刚度而从提高减振器的使用寿命的角度来讲需要减振器有较大的承载能力尽管本文仅讨论了垂直方向激振力对减振器的影响实际在水平方向上也存在类似的问题由此可以得出确定减振器安装角度的大致原则

1由于平激振力大多在前后方向和上下方向振动如果要使减振器在这两个方向都有着良好的隔振性能在减振器强度足够的条件下同时使这样激振力使减振器在前后上下都作剪切变形处于良好的隔振状态

2在减振器强度较差的时候这样激振力使减振器在前后上下方向的作用效果相同对水平和垂直方向的激振力不相同的平板夯要根据实际情况按优先保证强度的原则确定

3对大多数形状系数f明显小于1的圆柱型减振器来说形状系数对系统刚度的影响可以忽略不计但形状系数对正应力安装角度系数和相当应力系数影响较大不可忽略这实际上是弯曲变形对减振器性能的影响也就是说在设计减振器时其强度计算不仅要计算剪切变形和拉压变形而且要计算其弯曲变形由上述可以减振器的安装角度在度的时候为合适根据式

3

代入数据得ω

得 ω＝691Hz 取 α 30度

按满载计算有簧上质量m s × 790-50 370kg 代入数据得减振器的阻尼系数为

δ 2×03×370×691× 20425 NSm com 最大卸荷力的确定为减小传到车身上的冲击力当减振器活塞振动速度达到一定值时减振器打开卸荷阀此时的活塞速度称为卸荷速度一般为015～030ms[11]

如已知伸张行程时的阻尼系数在伸张行程的最大卸荷力是

3 x v 为卸荷速度一般为015～03msA 为车身振幅取± 40 mmω 为悬架震动固有频率

代入数据计算得卸荷速度为

v 004×69×08×cos30° 024ms 符合x v 在015～030 之间范围要求

根据伸张行程最大卸荷力公式 F o 可以计算最大卸荷力 式中c 是冲击载荷系数取C 15代入数据可得最大卸荷力F0 为 c

20425×024×15 7653KN com 减振器工作缸直径D的确定 计算工作缸直径D为

3

式中[p]为工作缸最大允许压力3～4MP为连杆与缸筒直径之比单筒式减振器取 030～035取为033

2005mm

由上式计算得出工作缸直径的理论值再依据QCT491-1999如表3将工作缸直径D圆整为标准系列直径为0mm初选壁厚取为2mm材料选用钢表3工作缸直径mm

工作缸直径D20

30 40 45

50 65

注表中有括号者不推荐使

用由于已经知道了减振器的工作缸直径D 0mm根据表3确定减振器的复原阻力在2800之间和压缩阻力不大于可以确定复原阻力和压缩阻力分别是N和N

com 双筒式减振器的确定

减振器活塞行程即液压缸的工作行程液压缸的工作行程长度可以根据执行

机构实际工作的最大行程来确定并参照表3来选取标准值选取活塞行程为㎜ 表3 复原阻力和压缩阻力取值 N

工作缸直径Dmm

复原阻力 压缩阻力

20 2001200

不大于600

45

30 10002800 不大于1000

40 16004500 4001800

25005500 6002000 10003600

50 40007000 7002800 65 500010000

长

表3 减振器尺寸 工作缸直径D 基

防尘罩最大外径

压缩到底长度

贮液筒最大外径

允差 最大拉伸长度 允差

HH型 CG型

HG型 GH型 负值不限 4

负值不限 正值不限 -3 正值不限 -4

30 120 86 103 48 56

70 80

40 160 120 140 65 75

20 90 70 80 34 40 3

45 50 190 120 155 80 90

65 210 130 170 90 102 2为行程 3压缩到底长度

注1基长为设计尺寸其值为

4最大拉伸长度com 液压缸壁厚缸盖活塞杆和最小导向长度的计算 1液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度当缸筒壁厚与内径D的比值小于01时称为薄壁缸筒壁厚按照材料力学薄壁圆筒公式计算

计算公式如

37

式中实验压力一般取最大工作压力的125～15倍 液压缸壁厚 液压缸内径

缸筒材料的许用应力其值为铸铁 100～110MP计算得 0675

表3 减振器活塞行程 ㎜ 工作缸直径D 活 塞 行 程 S

170 180 190 200 210 220 230 240 － －

30

100 110 120 130 140 150 160

20 － － － － － － － － －－ － － － － － － － － －－ － － － － － － － － －－ － － － － － － － － －－ － － － － － － － － － － － － －

65

－ － － － － －

50

45

40

在中低压

液压系统中按上式计算所得的液压缸壁厚往往很小是刚体的刚度不够如在切削过程中的变形安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油因此一般不做计算按经验取值后进行校核 缸筒内径确定后由强度条件确定壁厚然后求出缸筒外径D1

当缸筒壁后厚与内径D的比值小于01时称为薄壁缸筒壁厚的校核按照材料力学薄壁圆筒公式计算在设计中选定的缸筒壁厚为2内径D为30

因为比值小于01故

式中p液压缸的最大工作压力

缸筒材料的抗拉强度极限n安全系数一般取n 5活塞杆材料的许用应力 取设计中的工作压力MPa内径D已知为30mm查阅GB69988 376MPa 752 06

设计的壁厚为2符合强度要求按照材料力学的理论时即失去原有状态下的平衡称为失稳对液压缸其稳定条件为

式中液压缸最大推力 液压缸的稳定临界力

稳定性安全系数一般取 2～4液压缸的稳定临界力值与活塞杆和缸体的材料长度刚度及其两端的支撑状况等因素有关

因为当时要进行稳定性校核依据长度折算系数知 故需要对液压缸进行稳定性验算由式38与式39可知 310 025 311 得

表36 稳定校核相关系数 材 料 a b λ1 λ2 Q275

4600

3617

100 60

钢Q235 3100

1140

105 61

钢

铸

硅 钢 50 3817 100 60

铁 7700 120 80 由式计算 312

22×N

经过校核液压缸稳定性符合要求一般液压缸多为平底缸盖其有效厚度t按强度要求可以用下面两式进行近似计算

无孔时 313

有孔时 式中t缸盖有效厚度m D2缸盖止口内径m d0缸盖孔的直径m材料许用应力

------实验压力

因为活塞杆的直径为20mm所以而储液筒的最大外径48mm除去筒壁

厚度3m

经计算得 00061m 4活塞杆的计算

减振器活塞杆或前叉管 承受来自活塞和连接部件拉伸和压缩载荷以及或大或小的侧向力因其表面粗糙度对减振器渗漏油影响较大在减振器所有零部件中被列为A 类件其要求必须有足够的强度刚度和较低的表面粗糙度

活塞杆或前叉管材料一般采用35404540Cr 等冷拉圆钢 其硬度为HRC18～HRC32取活塞杆的材料为45钢硬度为HRC18

由于活塞的行程S为mm活塞杆的长度应该大于活塞的行程初步确定活塞杆的长为mm活塞杆的强度校合前面已经得知活塞的复原阻力和压缩阻力分别是00N和00N

在确定活塞杆直径后还需要满足液压缸的稳定性及其强度要求 315

式中液压缸最大推力 液压缸的稳定临界力

稳定性安全系数一般取 2～4

当ld的比值大于10时要进行稳定性校核依据长度折算系数知 317 由欧拉公式计算 符合要求 318

d1空心活塞杆内径对实心杆d1 0

活塞杆材料的许用应力为材料的屈服强度安全系数n 14～2取n为2 故符合要求

6对压杆稳定性进行校核

当活塞杆的长径比且活塞杆承受压力时需要对压杆稳定性进行校核 由上式可知

杆属于中长压杆只有细长杆才能应用欧拉公式来计算临界力因此采用直线公式计算临界力

319

在工程中为了简便计算对压杆的稳定计算常采用折减系数法引入则用稳定安全系数表示的稳定条件可以表示为

320 式中工作应力 稳定许用应力

在工程中常将稳定需用应力表示为强度许用应力与一个小于1的系数的乘积来表示即

321 式中折减系数

查机械设计手册知根据表可以知道杆的折减系数为 表37 压杆的折减系数 柔度 值

100 100 30 0958

Q235钢 16锰钢 铸铁

0993

097 099 40 0927

木材

0 1000 0973

1000

10 0995 0940

20 0981 05

091 097

081 093 069 087

322

压杆的稳定条件为

由式317和式320知压杆符合稳定条件

7当活塞杆全部外伸时从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度如果导向长度过小将使液压缸的初始挠度增大影响减振器工作的稳定性因此必须要保证有一定的导向长度对于一般液压缸最小导向长度H应满足要求

323

式中L液压缸的最大行程 D缸com 液压缸的结构设计

1缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力缸体材料以及工作条件有关主要的几种连接形式有兰连接螺纹连接外半环连接和内半环连接选择使用螺纹连接原因主要有几点1结构简单成本低2容易加工便于拆装强度较大能承受高压

2活塞在径向由活塞杆和压力阀底座进行定位轴向由活塞杆进行定位即可不需要特殊的连接结构

3活塞杆导向部分的结构包括活塞杆与端盖导向套的结构以及密封防尘和锁紧装置等在本设计中采用上密封盖进行直接导向

4活塞及活塞杆处密封圈的选用应根据密封的部位使用的压力温度运动速度的范围不同而选取不同类型的密封圈在本设计中主要选用O型密封圈具体尺寸根据相关行业标准进行

5液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构液压缸进出油口的连接等液压缸的安装形式头部兰和活塞环主要起密封作用防止油液从高压腔泄漏到低压腔减小内泄漏以保证阻尼效果活塞环靠自身的弹力贴紧工作缸的内腔可使工

作缸和活塞的加工及配合精度适当降低有利于大批量生产

活塞环材料常用尼龙1010聚四氟乙烯酚醛树脂填充聚四氟乙烯及三层复合材料其工艺应保证两端面与中心线垂直两端面平行度不大于0 03表面粗糙度Ra08外观不应有裂纹毛刺缩孔及折皱根据活塞环的密封原理在设计上应考虑活塞环径向厚度开口形状侧间隙背间隙以及因材料不同时的活塞环圆周线涨量活塞环装入工作缸要求进行透光检验其贴合面不小于85

1缸体采用45号钢调质HRC2833表面兰处理缸体和端盖采用螺纹连接 2活塞采用40Cr调质HRC2835上下面高频淬火HRC4045活塞外径用橡胶密封圈密封时取f7～f9配合

3活塞杆采用40Cr调质HRC2833表面整体氮化深度04075使用磁力探伤避免有裂纹活塞杆和活塞采用H7t6配合

4缸盖采用45号钢表面阳极氧化处理

5浮动活塞采用45号钢热处理后硬度为HRC2833兰 com 活塞及阀系的尺寸计算 1

活塞的宽度B由公式得取导向套滑动面的长度A在D 80时取当D 80时取所以取A 10DA 30符合要求活塞的内径取2

在液压系统中用于控制系统中液流的压力流量和液流方向的元件称为液压控制阀在减振器工作的时候阀的作用是只允许液流沿一个方向通过而反向液流被截止故活塞上的阀系均为单向阀对单向阀的主要性能要求是液流正向通过时压力损失要小反向截止时密封性要好动作灵敏工作时无冲击噪声小考虑到减振器的内部尺寸较小工作压力较低同时活塞的尺寸本身较小如采用钢球式或锥阀

式单向阀就会使阀心的尺寸过小从而不能保证其强度故设计时采用直通式单向阀单向阀所用的弹簧主要用来克服摩擦力阀板的重力和惯性力使阀板在反向流动时能迅速关闭单向阀开启压力一般为003～005MP阀孔的结构设计当进出油口前后压力差较大阀口流速过高时出油口流场中的局部压力可能低于油液中所溶空气的分离压使溶解于油液中的空气分离出来或者局部的压力低于油液的饱和蒸汽压使油液汽化两种情况都会使油液中产生气泡使油液的质量变差同时这些气泡随液流到压力较高处会瞬时压破产生噪声故在设计的时候进出油口的尺寸比阀孔的内径稍大形成阶梯状以降低每一级的工作压差[]

阀孔的尺寸\"并涉及汽车动力性和经济性的发挥\" 影响到零部件的使用寿命\" 所以它是同类车在市场竞争争取优势的一项重要性能指标而减震器作为汽车悬架的阻尼元件之一\"其作用是确保车辆具有良好的行驶平顺性和安全性\" 因此汽车阻尼器的质量将直接影响汽车的使用性能 根据 减震器复原阀和补偿阀以及 减震器内特性的常通孔或阀结构所满足的制约关系\" 利用加权因子将由两个制约关系建立的目标函数组合成统一的目标函数\"选择活塞杆直径复原阀片厚度压缩阀片厚度常通孔截面宽度常通孔截面厚度作为优化参数来保证减震器在复原行程和压缩行程上不发生空程性畸变

首先计算压力阀孔的尺寸压力阀孔取个均布进出油口直径D应满足 324

式中阀的公称流量 进出油口的许用流速一般取 6ms活塞的速度一般为015～03ms取03ms

由于在活塞上孔是均布的8个小孔每个孔的直径为d小孔的总面积应等于进出油孔的面积

由于 故 将d圆整为2

孔的长度一般根据经验公式来确定 325 取

单向阀孔的尺寸比压力阀略大计算方法类似单向阀孔径为3孔长为 阀片在减振器中起截流的作用保证活塞或底阀两端面的油腔建立高压及疏通油液产生节流压差形成阻尼力由于阀片与阀在长期高频振动和弯曲变形中要保持密封可靠不允许出现残余变形要求阀片平面度为002两端面平行度001～002维氏硬度HV486～HV600及较高的弹性极限阀片材料一般采用65Mn60Si2Mn5CrMnMo等钢带材料用精密冲压而成再进行模压热定形工艺一般加热到380±10℃保温定形温度过高时间过长会导致硬度下降

单向阀板尺寸根据要求和配合尺寸选用外径为2mm内径为mm厚度为1mm阀板的尺寸定为外径为175mm内径为13mm厚度为mm压力阀板上预留压力阀弹簧座阀板与阀板导向套紧密结合

单向阀弹簧在选用的时候根据弹簧特性考虑到减振器在压缩的行程中阀板的受力图为一曲线故选用圆锥螺旋压缩弹簧参考GB4357-选用最小内径为12最大外径为21钢丝直径为08采用材料为碳素钢压力阀弹簧GB4357-采用圆柱螺旋压缩弹簧弹簧的旋绕比为

326

C是弹簧的一个重要参数它直接影响到弹簧的强度材料的利用率及弹簧加工时的难易一般取C 4～16根据直径应小于2取直径为16C的取用范围是5～10

取C 10中径D2 16

外径 内径 节距 工作圈数 取 总圈数 自由度 间距 螺旋升角

钢丝展开长度 39 旋绕比C的选用范围 d㎜

0204

0451

112 256 716 1842

C 714 512 510 49 48 46

com 密封元件和工作油液的确定

1自然界泥水随着气候车辆行驶状态和地理环境特点的变化不断与减振器密封部发生接触接触结果一方面侵蚀和磨损减振器密封部外露面另一方面在一定条件下会穿越密封部而进入减振器内恶化减振器性能降低减振器寿命当油封唇口半径小于02时由于油封失去润滑油膜活塞杆和油封之间摩擦加剧过大的摩擦力会导致油封迅速失去抵抗泥水的功能因此02为油封唇口半径最佳值自然界泥水进入减振器内部后对减振器产生复杂多方面的影响

1与工作液混合改变油液粘度系数影响正常阻尼发挥2影响工作液粘温特性改变减振器额定设计阻尼3恶化其泡沫特性影响正常阻尼输出并引发高频异响4在截流部形成无规律堵塞导致硬阻涩恶化整车乘座感5其微粒使减振器内摩擦部位加速磨损引发内部泄漏降低输出阻尼导致疲软感表10 密封尺寸

自然界泥水进入减振器内部导致工作液性能恶化和内部零件过度磨损随工作时间推移减振器内各零部件工作关系迅速恶化这种恶性循环将急剧降低减振器的耐久性能油封装配过程中为避免划伤油封唇口装配不到位在油封装配孔或轴的设计上需要特别注意车辆减振器冷成型封口工艺对成品密封性强度和外观质量都有着严格的要求如封口工艺不合理会使零件出现表面脱落裂纹及表面材料堆积起皱在高速高压工作状态下油封导向组件将轴向窜动引发弹性缓冲件早期损坏更严重的是过大减薄外筒管材壁厚将降低减振器的抗拉强度与电弧焊热成型封口工艺比较冷成型封口成本低廉操作简单并可有效避免橡胶密封件过热失效行星强力旋压工艺可从根本上解决密封强度和外观质量等问题达到预期目的根据国内外工艺标准和作者的实践经验表10 结合图2 说明了具体要求需要特别说明的是减振器油封分总成是减振器的关键部件之一油封分总成的材料和工艺路线随着技术的新发展和企业的实际情况而多com 说明的仅仅是比较典型的情况

图32 密封结构2

由于大多数减震器是通过油的流动阻尼力来吸收冲击和震动能量并转化为油的热量散发掉所以阻尼力与油的粘度有着密切的关联而油的粘度是随温度变化的摩托车使用时间的长短使用时的环境温度等都是不同的因此为适应摩托车运行地域的各种气候条件对减震器油提出了以下技术要求

1减震器油不但要具有良好的粘温性能以及较高的粘黏度指数还应有低的凝固点当环境温度发生变化或随着工作时间的延长减震器油本身温度变化时其油的粘度变化应很小2在我国境内使用的减震器油其凝点不得低于-40也就是说当进入严寒冬季气温下降至0～-40时其油液应不失去流动性

3减震器油在所有的使用范围内包括高速满负荷以及超载行驶等特殊情况要尽可能少的汽化损失即所谓的汽化小性能4当减震器油与空气接触时必须具有抗氧化稳定性和抗油气混合稳定性即所谓的良好的工作稳定性能

5由于含有杂质的减震器油液会在摩托车行驶过程中很快将活塞杆划伤或造成油封刃口残缺从而导致漏油所以减震器油液一定要保持绝对的清洁

6减震器油必须具有良好的防锈和抗磨作用

根据GB7631287选用型号为LHFC的液压油该产品通常为含乙二醇或其他聚合物的水溶液低温性粘温性和对橡胶的适用性好他的耐燃性好通常用于低压和中压系统中对温度适应性好使用温度为-2050oC适用于中国的大部分地区的气温34 本章小结

叙述了在减振器的设计中需要的各种设计参数通过对减振器外特性了解确定了外特性的设计原则介绍了充气式减振器各类参数的选用方法和在设计过程中需要的各种公式以及对重要参数的确定重点缸活塞活塞杆以及阀系的结构设计和尺寸计算第章 减振器的

图41 H1 H4锥吊环型 图42 H2 直吊环 型

在图41中所描绘的是一种锥型吊环的减振器吊环其结构简单应用广泛但是由于技术过于陈旧现代减振器上采用的已经很少了

图42中的是直吊环型的减振器吊环在实际应用中用的比较广泛并且结构相对简单我认为直吊环型的减振器吊环比较适合本文设计的减振器所以我选择了直吊环型的减振器吊环作为本文设计的减振器的连接件

表41 连接件尺寸A1

及

型 工作缸直径 尺 寸 mm

h

20 12 19 280 18 24

D

30 19 30 445 28 33

40 26 40 570 38 50

50 32 50 700 46 60

型 20 21 280 18 24

570 38 50

30 16 35 445 28 38

40 22 47

50 28 57 700 46 60 65 30 800 50 60

图43 H3 X型销吊环 型 图44 G 双头螺栓 型

图43中的是X型销吊环这种减振器吊环工作可靠但是结构较复杂装卸不是很方便

图44 中的是双头螺栓型连接件这种减振器连接件也具有工作可靠使用方便等特点但是结构较复杂而且不适合本问设计的减振器

表42 连接件尺寸A2

型 尺 寸 mm 径 D

H

L a b c

46 23

t

工作缸直

20 138 21 28

18 53 466 63 9 20 565 77 11 26 G 型

d

L

30 180 28 34 24 65

32

B C t

20 M8×1

－6h

14 14 275 4 40 4 4 60 23

30 M10×125－6h

25

16 16 345 5 50 5 5 75 52 40 M14×15－6h

变

580 7 75 8 8 110 60

45

50 M18×15－6h 30 680 8 91

10 150 90 注1H型吊环形状可以在性能与寿命允许的范围内改

2G型的L为用标准紧固扭矩M8×1为10N·mM10×125为15N·mM14×15为50N·mM18×15为165-200N·m拧紧螺母后的尺寸

3螺纹精度按CB2516-1981《普通螺纹 偏差表》的规定

跟com列数据因为工作缸直径为30mm所以直吊环的D取16mm取35mm取445mmh取28mm取38mm

直吊环在根据表中数据装在减振器上后发现实际尺寸较大所以重量也较大对减振器的工作有负面影响通过减小没有标准值的D和之间的厚度来减小质量从而使设计在重量和成本上得到一定的优化

42 双筒液压振器焊接方法的优化

针对汽车减震器连杆凸焊质量不稳定的工程实际问题将优化理论应用于凸焊工艺规范参数的确定建立回归方程和多变量函数的优化数学模型用内点罚函数法求解科学地获得了汽车减震器凸焊优化工艺焊接生产实践表明30型汽车减震器连杆凸焊优化工艺为预压压力015MPa焊接压力025MPa变压器级数5级焊接时间2s将最优化理论与技术应用于大规模凸焊生产可迅速准确地找到凸焊优化工艺其废品率低 1 试验工作量小置信度大经济省时省力

通常制定焊接工艺一般都采用传统的对比分析法这种方法不仅费时费力不经济而且不知其工艺满足质量要求的可信度有多大所焊的接头质量是否为最优结果其科学依据不足

近年来应用最优化理论研究焊接规范的最优化问题已在堆焊CO2焊真空扩散焊和焊后热处理规范等方面取得了良好效果但在凸焊方面的应用至今很少

在汽车减震器连杆的凸焊生产中应用最优化理论与技术可迅速准确地找到最佳凸焊工艺既经济又省时省力

采用P1 015MPaP2 025MPaN 5级t9 2s的凸焊优化工艺进行双筒液压减震器连杆焊接生产其废品率始终小于1

焊接通电时间减少焊点直径和发蓝区将减小轴向拉力也随之减小在保证轴向拉力满足工艺要求的前提下减少焊接通电时间可节省大量能源

43 本章小结

本章节对四种减振器连接件的结构做了简单的比较进而对直吊环型的连接件做了质量上的优化设计并且设计了凸焊使连杆的焊接工艺也得到了优化使减振器从整体上得到了优化

第5章 双筒液压减振器的三维造型

51 运用Inventor对双筒液压的主要零件进行绘制 com的三维造型

单击按钮在打开的工作页面内绘制旋转实体所需的草绘图如图51所示 图51 工作缸草绘图

然后对图像进行旋转点击按钮打开旋转特征操作面版[24]设置旋转角度为360°如图52所示

图52 旋转属性

然后对实体内圈边缘进行倒角使用按钮打开到角特征操控板根据图53的尺寸完成倒角

图53 倒角特征操控板 最后生成工作缸实体图54 图54 工作缸三维图 com三维造型

单击按钮在打开的工作页面内绘制浮动活塞的草图图55 图55 浮动活塞草绘

点击屏幕右下角的按钮对草绘进行旋转生成实体模型如图56 图56 草绘实体图

然后对上下边倒角使用工具打孔修改属性完成浮动活塞的三维绘制 图57 打孔属性图 图58 浮动活塞三维图

阀体支座与整体结构 com的三维造型

首先点击按钮在打开的草绘界面内绘制草图如图59 图59 活塞杆草绘

然后对它进行旋转操作点击选择工具打开旋转特征操作面版设置旋转角度为360°其他不变

在小头端面倒角倒角位置和螺纹处理属com 图510 倒角位置 图511 属性 完成活塞杆的三维绘图 图512 活塞杆 com三维造型

首先点击按钮在打开的草绘界面内绘制活塞的草图如图513 图513 活塞草绘图

使用旋转命令将草绘图旋转得到实体图图514 图514 实体图

下一步在实体上打通孔选取上端面为打孔的草绘平面如图515 图515 选取的打孔草绘面和草绘图

画好草图之后对草图上的圆使用拉伸命令并且选中去除材料如图516 图516 拉伸属性 得到图517

图517 拉伸得到的孔

然后使用阵列工具对拉伸出的通孔阵列如图518对孔进行阵列操作 图518 阵列属性

实物图反映出的样子如图519 图519 阵列实物图参考 阵列后得到图520 图520 阵列出的图

最后对边缘出进行倒角处理根据图521所标注的尺寸倒角 图521 倒角尺寸 完成最终活塞三维图522 图522 活塞三维图 储液筒的构成

52 双筒液压减振器的装配过程

减振器的装配过程分为5个步骤第一步做活塞部分装配第二步做浮动活塞部分装配第三步做上端盖部分的装配第四步做活塞杆的装配第五步做整体装配

1活塞部分装配

首先把活塞的零件图使用命令添加到新建的组件1里直接放置在原地就可然后在使用命令添加支撑环到组件1里根据图523的方式装在活塞上

图523 压力阀的装配 图523 压力阀的装配 图524 活塞杆与液压缸装配

在把O型密封圈使用同样的方法装配到活塞com 图525 活塞与液压缸装配的方法 图526 O型密封圈装配位置 2浮动活塞部位的装配

首先把浮动活塞的零件图使用命令添加到新建的组件2里直接放置在原地就可然后在使用命令添加O型密封圈到组件2里根据图527的方式装在浮动活塞上

图527 浮动活塞出的O型密封圈装配 图528活塞杆出密封圈装配位置1 完成浮动活塞部分的装配内容 3上端盖部分的装配

首先把上端盖的零件图使用命令添加到新建的组件3里直接放置在原地就可然后在使用命令添加O型密封圈到组件3里根据图530的方式装在上端盖上

图530 上端盖中O型密封圈的装配

装配位置如下图com

图531上端盖中密封圈的装配位置1 图532上端法兰与盖中密封圈的装配位置2 4活塞杆部分的装配

首先把活塞杆的零件图使用命令添加到新建的组件4里直接放置在原地就可然后在使用命令添加单向阀板元件到组件4里根据图533的方式装在活塞杆的下端

图533 单向阀板的装配 位置如下图

图534 单向阀板装配位置

然后装单向阀板弹簧装在图535的位置上 图535 单向阀板弹簧的装配位置

最后把整个活塞组件装配在最下端如图536 图536 底阀的装配位置 5整体装配

首先把工作缸的零件图使用命令添加到新建的组件5里直接放置在原地就可然后在使用命令添加前面装配好的浮动活塞部分到组件5里根据图537的方式装在工作缸中的下部不过一定要注意不要到底要留有一部分空隙

图537 浮动活塞装配

其次装配活塞杆部分将装有活塞的一端朝下插入工作缸中这里也要主要不要和已经装好的浮动活塞干涉如图538

图538 活塞杆装配

现在可以装上密封盖了使用插入对其命令将上密封盖装在工作缸的封口出如图539

图539 上密封盖装配

装好内部组件后现在开始装配外部零件先装防尘罩如图540将防尘罩装好 图540 防尘罩的装配

最后就是装两端的连接件了如图541 图541 连接件的装配 装好的样子如图542 图542 连接件装配位置

两个连接件都装好后整个减振器的装配就算完成了如图543 图543 减振器装配图 53 本章小结

Inventor是一个特征化参数化尺寸驱动的三维设计软件可以绘制我们所需要的减振器二维草图和三维立体图利用Inventor技术对双筒液压式减振器进行设计使设计更加优化更加直观而且在Inventor中将我们设计的每个减振器零件通过装配的方式组成一个完整的减振器完成之后生成爆炸图所以利用ProE技术对该型减振器进行研究有较好的发展前景和实际意义

结 论

减振器工作参数参考文献

Duym SWR Simulation tollsModeling and dentification for an automotive shock absorber in the contest of vehiclevehicleynamics2000 33

[14]W T Thomson MD Dehleh Theory of Vibration with Application with

Applications Prentice-Hall1998

[15]成大先王德夫姬奎生韩学铨姜勇李长顺 机械设计手册[M] 工业出版社2002 3

附 录

Basic Parts and Types of the Suspension and Steering Systems Suspension System

If a vehicles axles were bolted directly to its frame or body every rough spot in the road would transmit a jarring force throughout the vehicle Riding would be uncomfortable and handling at freeway speeds would be impossible The fact that the modern vehicle rides and handles well is a direct result of a suspension system

Even though the tires and wheels must follow the road contour the body should be influenced as little as possible [1] The purpose of any suspension system is to allow the body of the vehicle to travel forward with a minimum amount of up-and-down movement The suspension should also permit the vehicle to make turns without excessive body roll or tire skidding

Suspension System Components Vehicle Frame

A vehicles frame or body must form a rigid structural foundation and provide solid anchorage points for the suspension system There are two types of vehicle construction in common use today body-over-frame

construction which uses a separate steel frame to which the body is bolted at various points and unibody construction in which the body sections serve as structural members Unibody construction is the most common but body-over-frame construction is still used on pickup trucks and large cars

Springs

The springs are the most obvious part of the suspension system Every vehicle has a spring of some kind between the frame or body and the axles There are three types of springs in general use today leaf spring coil spring and torsion bar Two different types of springs can be used on one vehicle Air springs were once used in place of the other types of springs but are now obsolete Many modern vehicles have air-operated suspensions but they are used to supplement the springs

Shock Absorbers

When the vehicle is traveling forward on a level surface and the wheels strike a bump the spring is rapidly compressed coil springs or twisted leaf springs and torsion bars The spring will attempt to return to its normal loaded length In so doing it will rebound causing the body of the vehicle to be lifted Since the spring has stored energy it will rebound past its normal length The upward movement of the vehicle also assists in rebounding past the springs normal length

The weight of the vehicle then pushes the spring down after the spring rebounds The weight of the vehicle will push the spring down but since

the vehicle is traveling downward the energy built up by the descending body will push the spring below its normal loaded height This causes the spring to rebound again This process called spring oscillation gradually diminishes until the vehicle is finally still Spring oscillation can affect handling and ride quality and must be controlled

Air Shock Absorbers

Some suspension systems incorporate two adjustable air shock absorbers that are attached to the rear suspension and connected to an air valve with flexible tubing

Air operated shock absorbers have hydraulic dampening systems which operate in the same manner as those on conventional shocks In addition they contain a sealed air chamber which is acted on by pressure from a height control sensor Varying the pressure to the air chamber causes the air shock to increase or decrease its length or operating range

Air pressure is delivered to the air shocks through plastic tubing The tubing connects the shocks to an air valve Air pressure for raising the shocks is generally obtained from an outside source such as a service station compressor and is admitted through the air valve To deplete the shocks of unwanted air lower vehicle curb height the air valve core is depressed allowing air to escape

Control Arms

All vehicles have either control arms or struts to keep the wheel

assembly in the proper position The control arms and struts allow the wheel to move up and down while preventing it from moving in any other direction The wheel will tend to move in undesirable directions whenever the vehicle is accelerated braked or turned Vehicle suspensions may have control arms only or a combination of control arms and struts

Types of the Suspension Front Suspension Systems

Almost all modern front suspension systems are independent With an independent suspension each front wheel is free to move up and down with a minimum effect on the other wheel In an independent suspension system there is also far less twisting motion imposed on the frame than in a system with a solid axle Nevertheless a few off-road four wheel drive vehicles and large trucks continue to use a solid axle front suspension The two major types of independent front suspension are the conventional front suspension and the MacPherson strut front suspension

Conventional Front Suspension In the conventional front suspension system one or two control arms are used at each wheel In most systems the coil springs are mounted between the vehicles frame and the lower control arm In older systems coil springs are mounted between the upper control arm and vehicle body In a torsion bar front suspension system the lower arm moves upward it twists the torsion bar

Coil Spring Front Suspension Fig11-1 shows a typical independent

front suspension that uses rubber bushing control arm pivots The top of the coil spring rests in a cup-like spot against the frame unshown The bottom of the coil spring is supported by a pad on the lower control arm The top of each shock absorber is fastened to the frame the bottom is attached to the lower control arm

Torsion Bar Front Suspension A torsion bar is located on each side of the frame in the front of the vehicle The lower control arm is attached to the free end of the torsion bar When the wheel is driven upward the lower control arm moves upward twisting the long spring steel bar

Macpherson Strut Front Suspension Most modern vehicles especially those with front-wheel drive use the MacPherson strut front suspension systems Fig11-2 Note that the MacPherson strut contains a coil spring which is mounted on top of the heavy strut-and-pedestal assembly The entire MacPherson strut assembly is attached to the steering knuckle at the lower part of the pedestal The bottom of the MacPherson strut assembly is attached to the single control arm through a ball joint

The entire strut assembly turns when the wheel is turned A bearing or thrust plate at the top of the strut assembly allows relative movement between the assembly and the vehicle body The ball joint allows the strut assembly to turn in relation to the control arm The strut contains a damper which operates in the same manner as a conventional shock absorber Most damper assemblies have a protective cover that keeps dirt and water away

from the damper piston rod

The advantage of the MacPherson strut is its compact design which allows more room for service on small car bodies

Solid Axle Front Suspension The use of the solid axle front suspension or dependent suspension is generally confined to trucks and off-road vehicles This system uses a solid steel dead

Rear Suspension Systems

Rear suspensions on vehicles with a solid rear axle housing generally utilize coil springs or leaf springs When the vehicle has an independent rear suspension system coil springs MacPherson struts a single transverse leaf spring or even torsion bars can be used

Steering System

The steering system is designed to allow the driver to move the front wheels to the right or left with a minimum of effort and without excessive movement of the steering wheel Although the driver can move the wheels easily road shocks are not transmitted to the driver This absence of road shock transfer is referred to as the nonreversible feature of steering systems

The basic steering system can be divided into three main assemblies The spindle and steering arm assemblies

The linkage assembly connecting the steering arms and steering gear The steering wheel steering shaft and steering gear assembly

Steering Gear

The steering gear is designed to multiply the drivers turning torque so the front wheels may be turned easily When the parallelogram linkage is used the torque developed by the driver is multiplied through gears and is then transmitted to the wheel spindle assemblies through the linkage On the rack-and-pinion steering system the steering shaft is connected directly to the pinion shaft Turning the pinion moves the rack section witch moves the linkage Late-model vehicles use either manual steering gears or power steering gears

There are three types of the steering gears in use recirculating ball steering gear worm-and-roller steering gear and rack-and-pinion steering gear

Power Steering

Power steering is designed to reduce the effort needed to turn the steering wheel by utilizing hydraulic pressure to bolster strengthen the normal torque developed by the steering gear Power steering systems should ease steering wheel manipulation and at the same time offer enough resistance so that the driver can retain some road feel Power steering is used with both conventional and rack-and-pinion systems Fig11-3

The self-contained steering gear contains the control valve mechanism the power piston and the gears Pressure developed by the unit is applied to the pitman shaft

The power rack-and-pinion steering system also uses a rotary control valve that directs the hydraulic fluid from the pump to either side of the rack piston An overall view of this setup is shown in Figure 11-3 Steering wheel motion is transferred to the pinion From there it is sent through the pinion teeth which are in mesh with the rack teeth The integral rack piston which is connected to the rack changes hydraulic pressure to a linear force back and forth movement in a straight line This in turn moves the rack in a right or left direction The force is transmitted by the inner and outer tie rods to the steering knuckles which in turn move the wheels

悬架与转向系统

悬架与转向系统的基本组成与类型 1悬架系统

如果将一辆汽车的车桥直接固定到车架或车身上道路上的每个凹凸不平的点都会将一个冲击力传递给车辆乘客会觉得不舒适高速操纵极为困难现代汽车乘坐舒适操控性好就是悬架系统的直接作用结果

尽管轮胎和车轮必须随着道路的凹凸不平而上下跳动但对车身的影响应尽可能小采用任何一种悬架系统的目的都是允许车身向前移动而将上下运动减到最小程度悬架还应允许汽车转弯但不能有过大的车身横摇或轮胎侧滑

2悬架系统的组成 1车架

汽车的车架或车身应为悬架系统形成一个刚性结构基础并未该系统提供坚

固的锚固点今天常见的车身结构有两种车身在车架上的结构非承载式车身和整体式结构承载式车身前者采用了单独的钢车架车身的各个点通过连接螺栓固定到车架上后者的车身各部分均用作结构件承载式车身结构最常见而非承载式仍然用在皮卡及大型轿车上

2弹簧

弹簧是悬架系统的最明显的部分每辆汽车在其车架或车身与车桥之间都有某种弹簧今天使用的弹簧有三种钢板弹簧螺旋弹簧和扭杆弹簧一辆汽车可以使用两种不同的弹簧空气弹簧一度用来替代其他的弹簧但现在已经过时许多现代汽车都采用空气悬架但它们只是用于对弹簧的补充

3减振器

当汽车在一水平路面上向前行驶并且车轮碾压到道路上的凸起时悬架系统的弹簧就会快速压缩螺旋弹簧或者扭转钢板弹簧和扭杆弹簧弹簧试图返回到原来的正常安装位置因此弹簧回弹使车身抬高由于弹簧已经存储了能量所以弹簧的回弹会超过其正常长度范围汽车的向上跳跃运动也将有助于弹簧的回弹超过弹簧的正常长度范围

弹簧回弹之后汽车的重量将使弹簧压缩由于汽车向下运动下行的车身所积累的能量将推动压缩弹簧使其高度低于正常的安装高度这就导致了弹簧的再次回弹这个过程叫做弹簧震荡逐渐减弱直至汽车最后静止为止弹簧的震荡会影响操纵性和乘坐舒适性因而必须加以控制

4空气减振器

有些悬架系统采用两个可调的空气减振器这两个减振器安装在后悬架上并且用软管连接到空气阀上

空气减振器采用液压减振系统其工作方式与普通减振器相同此外空气减振器内还有密闭的空气室空气室的气压与来自高度控制传感器的压力相互作用改变到空气室的压力就会引起减振器长度即工作范围的增减

通过塑料管将压缩空气输送到空气减振器此管将减振器与空气阀相连用于升高减振器的压缩空气一般取自外部气源如维修站压缩机并通过空气阀进入为了将不需要的空气从减振器放掉降低汽车高度要压下空气阀芯使空气放出

5悬架摆臂

所有的汽车都有或摆臂或滑柱以便保持车轮总成处于正确的位置摆臂与滑柱可让车轮上下移动同时阻止其他方向的运动在汽车加速制动或转弯时车轮往往会产生不希望有的运动汽车悬架可以只有摆臂或者将摆臂与滑柱结合使用

3悬架的类型 1前悬架系统

几乎所有的前悬架系统都是悬架采用悬架每个前轮都能自由地上下运动对其他的车轮影响最小在悬架系统中加给车架的扭转作用要远远小于采用整体式车桥的悬架系统然而一些非道路四轮驱动车辆和大型货车仍然采用整体式车桥前悬架两种主要的前悬架是传统式前悬架麦弗逊滑柱式前悬架

1传统式前悬架

在传统式前悬架中每个车轮采用一个或两个摆臂在大多数系统中螺旋弹簧安装在车架与下摆臂之间而在老式悬架系统中螺旋弹簧安装在上摆臂与车身之间在扭杆弹簧前悬架中下摆臂上移从而使扭杆弹簧发生扭转变形

2螺旋弹簧前悬架

一种采用橡胶轴套摆臂支轴的典型的前悬架螺旋弹簧的顶部置入一个杯形件中并且顶靠在车架上螺旋弹簧的底部支撑在下摆臂上的弹簧衬垫上每个减振器的顶部都固定到车架上底部都固定到下摆臂上

当车轮碰到道路上的凸起部位时车轮就会被向上顶起这就使摆臂绕支轴向上转动从而使弹簧和减振器被压缩橡胶缓冲垫摆臂的最大行程并在到达极限位置时对摆臂的运动起到缓冲作用对于转向系统而言前轮转向节绕球形接头转动

3扭杆弹簧前悬架

扭杆弹簧位于汽车前部车架两侧下摆臂与扭杆的自由端相连当车轮向上弹起时下摆臂向上运动从而使长长的钢质弹簧杆受到扭转作用

4麦弗逊滑柱式前悬架

大多数现代汽车特别是前轮驱动汽车采用了麦弗逊滑柱式前悬架麦弗逊滑柱内含有一个螺旋弹簧该弹簧装在大打得滑柱-底座组件的顶部上螺旋弹簧顶部和底部的橡胶衬垫减轻了冲击整个麦弗逊滑柱总成在底座的底部与转向节相连麦弗逊滑柱组件的底部通过球形接头与单件的摆臂相连

车轮转动时整个滑柱总成转动装在滑柱总成顶部的一个轴承即推力垫圈使滑柱总成与车身之间可以相对运动球节使滑柱总成能相对于摆臂发生转动滑柱内含有减振器此减振器的工作方式与普通减振器相同大多数减振器总成都装有保护盖以防尘土和水粘到减振器的活塞杆上

麦弗逊滑柱的优点是设计紧凑从而对小汽车车身可以有更大的空间方便维修

5整体式车桥前悬架

一般说来整体式车桥前悬架即非悬架的应用仅局限于货车和非道路车辆这种悬架系统采用整体式钢质从动桥前轴不随车轮转动两侧均采用钢板弹簧前轴与轮轴之间的枢轴布置使车轮能在每一端摆动由于两侧前轮共用一根车轴因此它们的上下运动会引起自身的垂直倾斜

2后悬架系统

在采用整体时后桥壳的车辆上后悬架采用了螺旋弹簧或钢板弹簧当车辆采用非后悬架系统时可以采用螺旋弹簧