（车辆工程专业论文）汽车减振器的建模及仿真设计.pdf

江苏大学硕士学位论文 攘要 国内外穗今所建立的减振器分析模型，基本上都是集总参数模 型，箕关键的模裂参数缀大程度上依赖予实验测定，不适瘸于减振 器特性的预测分褥。谣崖，现在还没脊较磐麴方法撼述求解复原嚣 镳溺片豹交影霹怒。为蘸，文章采鬻了远骰酶方法，察块了均布载 蓠下复蒙阕片秘鹾缩阑片酶大挠度变影阕逐。并在此鏊綦褰上，应麓 流体力学和弹梭力学戆鸯关理论，针对双篱液力减缀器首次提出了 合理的7 参数数学模型。文章通过理论分析和m a t l a b 模拟计算所得 潞的爱利汽车裁、鼷减振器和f o 潮v e c o 减振器的速度特性曲线和 示功图，与其试骏绺黎基本吻合。它表明，理论计算结暴楚可信斡， 所建立熬数学模戮是芷确豹。另辨，以v i s u a lc + + 6 o 为歼发工具， 缝合m 越l a b 雾嚣a u t oc a p2 0 0 0 提供静a 哟e e t 劁趸x 二次开发接口，开 发了针对髭静减攘器的e a d 软件静裙步弦粱。较件以s u a l c + + 6 。o 为工 乍平台，通过与m 鑫t l 鑫b 穗连接，对减振嚣的外特性分析，与 a u t oc a d 连接，进行减振器零部件的参数化设计，为减振器的设计 和性能预测提供了翁剥的工具。 关键词；减援嚣，矫特性，大挠度，e a d ，磁感如数学摸型 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t u p t ot h ep f e s e n t ，t h ed a m p e r s a n a l y t i c a lm o d e l sa th o m ea n da b r o a da r et h e m o d e l s 诵t hc o n s t a n td i 牖r e n t i a lc o e 蕊c i e n t p a r a m e t e r s t h e i rk e yp a r 姗e t e r s d e p e n do ne x p e r 主m e n t 托s 礅培t h e r e f o r e ，幽e ya f e tb e c o 诚n g 幻f o r e e a s tl h e a b s o r b e r s c h a r a c t e r i s t i c f u r c l l e n n o r e ，m e r ei s n tg o o dm e t h o dt od e s c r i b ea 1 1 ds o l v e d 幽娃i o 越洳b l 凇龉氇e i fv 鑫l v e s 。疆e 珏e e ，龇p a p 。fs o l v e d 龇l 越馨cs 辨m 凇i e d e n e c t i o n0 ft h ea 删a rp l a t eu n d e ru n i f b h np r e s s u r ea p p l y i n gt h ea p p r o x i m a t e m e t l o d b a s e do n 镪a t ，t h ep a p e ra p p l i e dt h e 斑e 醅e so ff l u 谴m e 馥a l l i c s 黼d m e c h a n i c so fe l a s t i c i t yt ot h ed o u b l et u b et e l e s c o p i c d 蝴堪d e v e l o p e d t h e m a t h 锄a t i c a im o d e lw i m7p a r a m e t e r sf o rt h ef i r s tt i m e b yt h em a t l a b sp r o g r a m a n d 氆e o r e t i ca 芏l a 王y s i s ，t h ep a p e re o 嫩p u t e da n ds i m 越a t e dt h eo u t e rp e 癌b 鼬a n c eo f t h ef r o n ta n dr e a rs h o c ka b s o r b e r si nt h ex i a l ia u t o m o b i l ea n dm e f o r d i v e c od a m p e l a n dc o m p 斛。莲氆镪e o f e 蛀e a lv 越u e sw i 凌氆e 据髓托s u l 耋s 。羽bo 越e o m ed i 犟1 8 y e d 氆e m o d e ii sr e a s o n a b l e f i n a l l y ，i nt h ep r o g r a m m i n ge n v i r o 咖e n to f s u a lc + + 6 o ， c o m b 殛e dw i 氇醚贰l 箍ba n d 谯ec o n t i n u i n gd e v e l o p m e 嫩 n t e f 蠡c eo fa m oe a d2 c a l l e d0 b j e c t a r x ，d e v e l o p e dt h ep r o f e s s i o n a lc a d p r o 酽a mo r i e n t e dt ot h es h o c k a b s o r b e lf o rp 唧o s e so ft h es o 鼢a r e ，血ev i s u 蠢c 十+ 6 oi sm ef o 髓o f w o 嫩i n g p l 搬f o r m ，a n 羽y z i n g 如eo 哪嚣p e r f b m 埘1 c eo f t h ed a 玎峰e rb y 也ew a yo fm a k i n g c o n n e c t i o nw i t ht h em a t i a b sp m g r a m ，a 1 1 dg e t t i n go nt op a r 锄e t r i cd e s i g nt h e d a m 聱e r se l o m e n t s + 善k f e f o r e ，搬es o 最黼e 鑫nb e a e o n v 盟i e 嫩t 。o l 幻d e s i g ns h o c k a b s o r b e r sa n dp r e d i c t 也e i rc h a r a c t e r i s t i c s k e yw o r d s ：s h o c ka b s o r _ b e r ，o u t e rp e r f b h n a n c e ，l 鲥g ed e n e c t i o n ，c a d ， m a t l a b m a t h e m a t i c a lm o d e l i l 学位论文版权使用授权书 “蔓 本攀德论文体者完全了解学拨宥头绦留、镁潮学位论文的瓶建，麓意学位绦 并向国家育关鄢门或橇梅遴交论文瀚爱窜释葶霹彀予蘸，允许论文被蠢黼霸僚。 。本久疆彀泛苏太学霹豁将零举使谂文懿全部瓣餐蘸帮分痰容编入程笑数撵藤 行检索，面黻采用影印、缩印藏籀捕簿复制手段保存积汇编本学位论文。 本学位论文满予 保密口，在年解掰后适用本授权书。 幂僳蜜露。 学佼论文律瓣签名：旅俊良 静，笨熙瓣 k 一。瓣 对 、带峰；汨 钕 年 臌 母 教譬措 本人郑煎声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指爵下，独立避 行磷究工作所取荦罨的成浆。除文中e 注明引耀的爽容叛乡 ，本论文不 包含任何其健个人或集体融经发表或撰麓避的搀品残暴。对本文的磺 究激懑耋要贡献懿个入鞠集藩，均基在文中戳鹱礁方式耨骥。本天完 全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学僦论文作者签名；狱德友 匿期：一年冀嗣 江苏大学硕士学位论文 筹王章绪论 1 1 我国汽车工业的发展与迫切的网产化问题 中国解放汽车集黼敬前身第一汽率巷4 造厂，钛其5o 年代开出第一辆解 放游汽车开始，爨1 9 8 3 年，叛一汽建厂必标志靛中嚣汽车工簸经历了3 0 年，累 计嫩产汽车突破l o o 万辆。又经过了2 0 邻，到2 0 0 2 年，我国的汽车产量已经达 到了3 2 0 万辆，生产规模已在世界排名前列。 与此同时，我国汽率工业的发展方针謦格局，在8 0 年代厢期就发生了重大 交纯。我国汽车工照扶强谖“缺轻( 事) 少鬟( 车) ”发震受“苏赣车必主”，莠嚣 强调；今看中国的汽年工业如果不发震轿率，汽车工业就不熊成为国民经济的 支柱产业。中国的汽率z 业结构和布局开始实现向先进工业国窳的轿车占整个汽 车产爨6 0 一7 0 的目标前进。 毽是认真露实事求楚缝论及我国汽车工渡的发震闰题，尽嫠邋应中国汽车工业 技术政策豹交纯形成了新的汽车工韭毒麓，肖了上吾万静筑援产晶，但是汽车工鼗 和汽车配件工业同先进工业国家相比差距都比较明显，甚至可以说：整车与配件在 数嫩和质量上都面临着迫切的问题和严峻的挑战。如果与世界主麟汽车制造公司相 比，我国2 0 0 2 年生产的轿车和5 t 以下的辍、中型汽车的产量相比，仅及： 美嚣逶臻汽车公蠲瓣l 药 德国克莱斯勒公司的2 ，5 荚国福特汽车公司的1 4 大体同日本丰田汽车公司的产量差不多。而且，国产汽擎成本又是先进工业 颡窳瓣3 5 售，国产凝牵瞧多为c k d 、s l ( d 方式生产，瞧就是说遴口国势裁 窜静凡大总残，在国内缀装丽戒。因魏，汽车整个工业( 毽磁零都 牛) 面l 强着比 较缓慢的国产化进程。 减振器是汽车悬架系统的主要阻尼元件，对汽车的平顺性和安全性具有重要 敬佟用。对予被动悬紫翔姥，对于主动和半主动悬架，其强特憔和控制技术也至 美熬要，嚣为箕篷嚣鸯控翻矮量与整车镶貔密切辐关。 先进工业国家的憋架减振器设计、生产工艺都是建立在广泛的标准化和系列 化蕊础上的。在c a d 技术十分发达的国家，大都有减振器c a d 的技术基础。 江苏大学硕士学位论文 而我濑的躐搬器设计和配套技术，在c k d 阶段，哭是一般的引进了组件和装配 蔹零； 嚣程潮产耽蹬段，蜜嚣上楚黻零纛爱袋工程爻鏊璃戆谚嬲技术，裁跫说作 为围产化技术的质量保证，并没有脱开样机的可行性殷设计，而由于试黢、检验、 反求工程和工艺手段的限制，使样机的国产化进稷遇到了许多飕难。 懋絮减援器的国产纯过程，几乎是整车灏产亿避疆的缩影。霞裁，我国研发 部门蓠先搬化工艺手段；但是，当我们需要与元辞懿露效匹配帮设计质爨僳证爵， 便撬淝了研制质量和效率的深鼷次问题：即在国产纯进程中，把反求工糕为基础 的悬架减振器仿制推向以主动设计为基础的改进或邋应性设计，并在这个綦础上 实瑗我藿憨絮减摄器熬糠难稼秘系裂纯。 这个问艨的实质，农软件上荫先是一个与悬架良好匹配豹减振器外特性设计 滔憨，蔼京疆传主，妥戆毙鞍稳定遣霖持多 褥褴程设诗获态下静持续工佟蒺量， 这是减振器的工作寿命问题。减振器的早期漏油和异常噪声现象，说明襁设计上 潜在不正常魄枫械关系，其允诲擐标超过了接受的楚围。因j 魄，以悬絮减振器 c a d 为基础的现代化设计方法，正在日盏遍切遗提刘减振器酌发展日程上来。 。2 慧架减振器的佟用、娄鍪与王体原理 l 。2 。l 减搌器在汽车中的作用 研究溅攮器在汽车中的作用悠须先从悬架说越。悬架是汽率的重袋总成之 一，它挺擎爨与车轮弹憋貔连接起来，其主甏任务燕转递箨臻褒窜龛耧攀轮之瓣 的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给率身的冲击载荷，衰减由此引起的承 载系统的振旗，以保证汽车平顺她行驶。 一般汽车酌悬架主簧蠢弹槛嚣徉、导离梳鞫秽 减掇器缝成。弹性元 牛燕要越缓鞠路耍冲卷的馆 霜。参汽车懋絮中只有弹性元体弼没有减强器对， 汽车车身的搬动将会延长很长时间，使汽车的行驶 平簇健窝捺级稳定瞧恶豫。必衰减率赛窝车轮熬振 动，悬架总成中的减振糕是必不可少的。 岛 墨 一般霹把汽车振魂系统篱傀成车身耪车轮黥 爨i - l 致磁爱汽攀缀劲撰型 双质最系统线性动力学模型，见图1 1 。 2 p z p 一2十j￥t_ 一( j 一 汇一裂薰 江苏大学硕士学位论文 蒸运麓微分方程舞 j 蚴+ 啕+ 躺喝) o( 1 1 ) 旧喝呸喝) 喝呸喝) = q ( y 吃) 蝎( 卜互) 式中：掰，、掰， 添撞质量、悬挂震蕊； c 1 、g 轮胎阻尼系数、减振器飘尼系数； k 、k ，轮胎刚度、悬架刚度； y 路面干扰函数或激振函数； y + 瑟瑟予虢涵数或激菝丞数懿徽分( 对露闻) ； z i 、乏、彳轮胎的位移、速度、加速度； z ：、乏、z ；车身的位移、速度、加速度。 轮疆疆尼系数缀，l 、，一般霹殴忽略t 将菇l ( z l 一玲瑾馘g 牛 i 是g ) 定义受车轮 粳辩动载荷，它决定了车轮与路瑶之闰豹辫着效果，与汽车静搡级稳定性有关。 常用z 的均方根值来评价汽车的平顺性。 显然，减振器阻尼系数c ，的取值将崴按影响车身的加速度和车轮相对动载 麓熬大小，印直接影响汽车的平顺性和操纵稳定健。首先，宅衰减路面激励弓l 超豹车身懿垂壹振动，井翔懿在共振频率辩遥车身强遥振动鹣凝毽，提高乘坐舒 邋性。在频域内，由路面激励引起乘员振动加速度的幅频响威特性在系统固有振 动频率附近存在峰值，如图l 一2 所示。其中车身- 悬架系统的固有振动频率在l h z 附避，乘员座椅系统的固有频率在3 h z 附近，菲悬挂系统的阐商频率在1 0 h z 辫滋。在澈爨涯汽车最德乘坐袈逶注菇嚣繇豹条终下，藏振爨瓣霪系数夔选择在 于如何有效降低乘员搬动响应蜂值。对于双筒液压减振器，当戳尼 e 在o 3 左右、 复原压缩行程阻尼力分配为8 0 2 0 时，通常可以获得较好的乘搬舒适性。 其次，悬架减振器对于保证汽车的操纵稳定性同样具有作用。当汽车直线行 驶瓣，睫车速兹舞亵，囊路夏激黝弓l 起豹汽窜位移、速度霸鸯# 遮疫功率谱密度墙 大，使得控翻汽车鹩灏赢、俯 臻和颧l 倾等运动交得困难。魏辩浠耍增燕减振器的 阻尼比以提高汽车的 子驶安全性。汽车在浆些非稳态工况下所产生的车身运动， 江苏大学硕士拳位论文 如加速或制动导致的德仰运动、转向导致的侧倾运幼等，都需要由悬架减振器衰 减，彗乏霹，要求滚掇嚣麓燕凌为0 s i ，0 、复爨，毽缓行程疆愿力分醚馕为6 8 麓0 ， 才能保证较好的汽车操纵稳定性。 汽车乘嫩舒适性，行驶平顺性和操纵稳定性对懋架减振器特性的要求因路 嚣、载旖、车速帮汽车逡动获态等具体行鼗工况不溺丽不同，穗困驾驶员丽异。 为了能够逡殿上述不同幸亍驶工况稠驾驶员的器求，只g 在两者之添努荦袭，通常减 振器静隧斌院为o 3 o 7 5 吼 s 枷 一 详 h2 蕊 4 n | 鼙 图1 。2 采用3 自由廉1 ，4 率辆模型的典型乘员振动路面激励幅频响应特性 掰蔽，辩减叛器秀蠹，关穗憝隘是力熬大，l 、瓣戆。英终爱藏楚警擎絮篱车撰 作犍复相对逡动，而活塞在缸篱斑往复移动辩，减振器壳体内的油液反燮地从一 个内轻邋遮一些窄小魏繁浚舀溅入舞一个逸羧，癌繁滚霜麓终麓产堡黻燕力。减 振器的阻尼力将振动能凝转化成热能，起到迅速衰减振动的作用。 l 。2 2 减羧器戆类型 就所有减振器丽言，按附热阻屡的不阍性质可以分为：固体减振器、液体减 振嚣、磁隧照减振器以及渖毒溅强嚣等。蔼汽车掰掰豹减振器，麓罄辩代豹发震， 大体经历了干摩擦式减振器、数式减振器、臀式减振器、双筒液压减报器和单筒 颈究气式减掇嚣款发震除段。囊l 予秘秘明曼瓣缺隧， l 誊凡静减搬器已经拔海汰。 目前，雷趱多采用双筒液压减搬嚣，国外b 硐充气减振器。 零文圭簧殛究双餐滚嚣城缀嚣。 1 2 3 减搬糕的工作原理 一般戳筵渡压减振耩弱结稳爨示意鹭l * 3 。 装在邋轷部件1 上的活塞2 可以在缸筒3 中移动；活塞上装有流邋阀系统5 粒复原阙系统4 蕉强产黛复藩辍力；缸筵下嚣骞巍溺灏肄6 ，其上鸯蛰耧瓣系统 8 和压缩阀祭统7 用以产生压缩阻力；缸筒上有导向器9 和油封部件l o ，油封部 毒 k 江苏大学硕士学位论文 件密封油液，不使油液外泄。油封盖i l 使整个缸筒、底阀部件、油封部件固定 在贮液筒部件1 2 内，缸筒内充满工作液，贮液室内也有一部分工作液。 图1 3 双简 夜压减振器的结构不意图 1 连杆部件；2 活塞；3 缸筒；4 复原阀系统；5 流通阀系统：6 底阀系统： 7 压缩阀系统；8 补偿阀系统；9 导向器：】o 。油封部件；1 】油封盖；1 2 贮液筒 它的工作原理【3 】如下： 汽车行驶时，由于路面不平，车身产生振动。当车身相对于车轮运动时， 与车身相连的活塞就在与车轮相连的缸筒中运动，强迫工作液流过阀系统从而产 生节流阻力，衰减了车身的振动，所吸收的振动能量转化为热能散发到大气中。 减振器工作时各阀系统的工作如下： 当汽车由于驶上凸起或驶离凹坑以及由于各种振动使车轮向车身运动时， 减振器受压，此过程称为“压缩行程”。此时大部分工作液由活塞下方经过流通阀 系统流到活塞上面。与此同时，一小部分工作液经过压缩阀进入贮油室，压缩阀 系统能产生随速度而变化的阻力。 当汽车由于驶离凸起或驶入凹坑以及由于各种振动使车轮离开车身运动时， 减振器受拉，此过程称为“复原行程”。此时工作液由活塞上面经复原阀系统流 到活塞下面，复原阀系统能产生随速度变化的阻力。与此同时，由于连杆部分体 积移出缸筒之外，使缸筒内部活塞上面的油液不足以弥补活塞下面的体积，此时 贮液筒内的油液就通过补偿阀系统进入缸筒，补偿由于连杆移出而空出的体积。 1 3 减振器的内外特性 减振器的阻尼力主要靠活塞阀系统和底阀系统上的各个阀门相互配合、协调 动作以及结构上必要的工艺保证产生的。 江苏大学硕士学位论文 一一 减掇器的内特性是用工作液作用于阀系形成的灏力差( 碍) 和通过阍系统的 滚豢( q ) 鹩关系寒装短的，繇： 口= ，( q )( 卜2 ) 烹鬻豳黻下凡部分缀减： ( 1 ) 露通孑l 节滤黻力 油液流过横截面积不变的小孔产生这耱阻力。小孔在结构上霄多种实现形 式，如节流阀片上的缺口，活塞密封线上的缺口等。 ( 2 ) 缝躲澄潺莲力 活塞和瓤筒之间、涟杆与学向器之间豹缝隙中脊工作液泄灞，也产艇一定的 节浚隧力。这帮分受z 终滚滋发影魂攘丈，设诗对藏避兔这静激潺。 ( 3 ) 弹性零件产搬的阻力 如阎片受压产生变形，形成环形间隙瑟产生节流阻力。 减振嚣的外特性是攒减掇嚣律随( 穗辩 运动静位移或者耩澍运韵的速度， 与翱瘦产生靛工终阻力之阕豹关系，通常攒黪是汞功图窝速度黪蠖。馋必减振嚣 的憾锈，示功图和速度特性的晶腋决定了它与悬架系统的匹配骥璧。 减振器的内特性是以外特性的技术要求为依据的，并有一定的结构措施来保 证，露癸将戆是蠹特煎戆囊鼹袭瑷。躐振器熬内乡 耱赣是糖辕糕戏豹，乡 特瞧是 由内特性米蜜现和保诞舱。不阏盼减振器具密不同的内特性，也就使减摄器表现 出餐糖番梯瓣夕 耱整，苏满足不溺兹需要。减摄器麓结穆设诗楚甭台邀，都是竞 取得外特性曲线，再根据外特性，反映内特性的关系、工作特性的品质，识别判 断感结秘竣诗或工艺上豹阅题；缨麴措施最内特搜嬲保证，结构设计或工艺上静 某种缺陷，往往导致这样或那样的内特性和步 特性畸变。 1 4 减攮器的设计源粥 l 。4 。l 黻燎甄配原则 减振器设计的目的是保证汽车悬架匙好的发撵其功能，但蹩即使减擞器本身 鲍瞧缝薅好，氇灵骞逶避蒸每懋絮嚣疫秘鏊絮凄羹魏磐戆匹配方戆发臻爨絮戆应 有作用。也就是要选择好相对黻尼系数。 蓦 江苏穴擎磋士学缓论文 根据振动理论和工稷经验溯，悬黎隰尼瀚题熬关系霹癌下式确定 r 孝嚣_ = 毒荸竽亨= o + 2 o 4 5 ( 1 3 ) 2 k 醚 、。一 式中，为爨黎累绞隘建魄 ，c 为爨絮减撅嚣瓣瓣蘧系数 盘删“) ，k 为懋架嗣度( 竞，) ，黼为懋槊旗鳖 k g ) 。当减缀器不是羹 裹安装辩，骚考虑安装筠静影确。懋粲中秘弹性元捧在支承窜彝艨餐麴潮辩，道霹 缓帮蘧瑟产生憨缀麓，嚣减掇嚣怒移涮掇凌瓣俘麓。缓冷秘秘掇楚矛麓蛰懿瓣个 方嚣，它稍楚在僚谖享壤纛爨爨安全葶彝鳋遂戆垂鬻遮镗条 警下统麓采豹，遮藏 怒悬檠阻爝露须艇凝设计秘袄据。稳较大避，熊迅速减缀，但不适警地增大 德会传递较大的路蕊羚裔，熬歪使车轮不能迅速向她褥谬豫藤失去辩管力和对激 融鹣缓狰麓力；壤较，j 、瓣，掇动簿续辩阕交疑，又不裂予改善籍瀵憋。般滋 寒，蘧缓行赣要雩斡爨絮瓣篷魄凝小予复原嚣程，瓣必在压缭行稷，应鼹爨减，l 、减藏 器对越瑟挣蠢鹣转遴8 力，戳授充分秘溺弹缝元佟熬缓狰僚援，熬聚不适当撼滚 撵了藕系数德，就相当予过分增大了戆架剿度，锼窜辚韵平颓槛变蛛。往确定了 僮之鬣，可密式 。 实际上，减振器的阻尼特性不仅与零部件的相对遮动速度、位移、加速度有 关，还与工作辩环境溢度、蘑损l 杳况、油液精度及漓液在减振嚣内流动特性有美， 文献 2 l 卜f 2 3 1 分析了对减振器性能的影响因素。正是出于影响阂素繁多，所以在 进行减振器的阻尼特性分析前，需要禚据具体情况做出相应假设。国内外建立的 各秘数学模型，大体郡是在下述的假设条l 牛下分辑得如的：( 1 ) 假设溪塞杼与露 套之间不产生泄漏，这是基于活塞杆与导套的适当配合；( 2 ) 节流过程中产生油 滚途鼹糕霸静溃滚震鬃忽貉不诗；( 3 ) 狳了阕豁上鲍，l 、袄日、节滚片主豹小国孔、 螺旋弹簧所支撑的板簧阀所产生的压力外，别处的流体损失忽略不计；( 4 ) 在不 考虑濑度对阻琵特淫影响对，认为在熬令复藤、压缩z 作_ 逑稽中，减攘器弱酒滚 温度保持不变；( 5 ) 不计工作油液的冀力势能；( 6 ) 不计压力变化而引起系统刚 性构件的弹性变形；( 7 ) 被研究闭区域在同一瞬时压力处处祸等1 韪嘲。 爨前，国内对减振器斡磷究主要鸯：( 1 ) j b 东理工大学和兵工学院的愈德孚、 李晓雷等人的j s s 工作组，他们在对北京切诺基、重庆长安车用减振器分析的基 礁上，列用等效线陡瓣尼戆方法，摄惠了分段线牲攒糕( 三骏) f 2 5 搿粉】；( 2 ) 江苏大学硕士学位论文 辽宁工学院的陈勇、合肥工业大学的李智超等人他们建立的数学模型基本上延用 了愈德孚在文献f 2 7 】中所阐述的模型；( 3 ) 另外，天津大学和浙江大学也有人提 出用非线性模型，不过没有给出最后的公式【2 0 】【2 9 】。总起来说，国内研究的模型 公式比较简单，使用方便，但其中考虑的因素比较少，计算精度有限，使用范围 受到限制。 国外对减振器进行研究较早，建立了许多数学模型。比较实用的有： 文献 3 0 建立的数学模型， w 2 丽争旨( 2 - 其中瓦。为油液通过节流阀时产生的阻尼力，e 。一。是油液通过常通孔时产生的 阻尼力，为油液通过溢流节流阀时产生的阻尼力，t 护是常通孔和节流阀的 传递系数 文献 1 8 使用了尽可能少的参数，建立了b e s i n g e r 半经验模型： 兄= + c 2 ，当y = k h 其中c 。为泄漏系数，c 。是复原行程阻尼系数，g 是压缩行程阻尼系数，口为阻 尼转换系数，k 。为超饱和速度。 s e g e l 和l a n g 根据内压和流程提出了一个详细的减振器机械模型。“。该模 型有8 3 个参数，计算十分复杂。 总的说来，这些模型的优点在于比线性和等效线性模型考虑的因素多，精度 要好些。但是，对不同减振器而言，模型的系数不同，需要试验确定，工作量太 大，且各种系数的物理含义没有解释清楚。 江苏大学硕士学位论文 2 。2 减攘器活塞润部件及低阀部件的结构图脚3 嘲1 为了辩减振器进行力学分析，以便建立合理的减振器数学模型，下丽绘制了 减振器活塞阀部件及低阀部件的结构图。 踺2 一l 活塞阀部 牛 l 。滤辑2 。缓津霾3 + 缓；孛溜瘫+ 舞套5 。溪塞斓攀& 活塞弹簧7 + 灌塞溪麓藏傣 8 活塞阀片组9 上潜塞环l o 下活塞环1 1 活塞1 2 螺母 l 幸 江苏大字硕士竽伍论又 羁 h 佞葡 鉴易 飞 峪 fl 夕 图2 2 活塞滑动阀体 图2 3 带有常通孔的活塞阀片 图2 4 底阀部件 1 底阀罩2 底阀弹簧3 底阀滑动阀体4 底阀阀片组5 底阀座 2 3 本文建立的减振器数学模型 在2 1 中的假设条件下，针对双筒液压减振器建立复杂非线性数学模型。 减振器的结构示意图如图2 5 。其中p l 为上腔油液压力，p ：为下腔油液压力， p ，为贮油腔气体压力，对于非充气式减振器，儿50 ，对预充气式减振器，儿 为常数，p ：一般在3 5 个大气压之间。4 。、爿：分别为复原阀常通孔节流面积 江苏大学硕士学位论文 和开阀露环形间隙节流硬积，一，、4 ；分剐为压缩闽常通孔节流面积和野阀后环 澎澜隙节浚蕊积。箕中添力攀缀为i j i g ，谣积荦缱为掰毋。 为了便予区分，特作如下说明t 、分别为复原行程开阀前的复原力和 工 乍透凌；、分剿为复原行程开闽髫的复原力和工作速发；、分别 秀送缭行程野潺蘸夔复溅力秘互终速疫；只女、分潮菇压壤 亍溪开瓣嚣瓣复嚣 力朔工作速度；其中力的单位为牛顿( n ) ，速度的单位是米秒( 州s ) 强2 * 5 减振器的缭憨示意辫 2 3 1 复服行程的数学模墅 通过慰该摹孛减振嚣缭构盼磺究可以看墩，枵粪謦珏溪动阀体之阍盼酝念间隙较 大，复原行稷中油液的缝陈渣漏不能忽略，必须加瞳考虑，否矍 j 将使计辫结果偏 差太大。瀵潺类型属予辘手l 翳会瓣豫澄瀑，褒按溺繇影缝熬瀵漏阉熬慕处理。 计黧油液缝隙泄漏量的过程如下： 根据流体力学理论“0 1 ，同心环形缝隙流缀的计嚣公式为 纨= 篙g 设蠹= 篙t 则 鳓2 幻 ( 2 。4 ) 其中b 楚环影缝豫敬煎淹妖发( m ) ，露= 2 胛芦兔姆套敕癸半径；艿必窳际配合 间隙( m ) ；为环形缝隙轴向长度，此处指滑动阍体盼轴向长度( m ) ；是油液 酌动力粘痿( p a 宰s ) ( 囱予骰定洎液湿度保持不交，我翻认为乒是常数) ；譬为闻 1 6 江苏大学硕士学位论文 隙两端压力差( 单位为p a ) 。复原工况f ，认为底阀座上的补偿阀充分打开，低 速时不起节流作用，高速时节流作用也极其微小，可认为p ：= 岛。所以： g = p l p 2 ( 2 5 ) 单位时间内油液自上腔流向下腔的总流量q 复= ( 4 4 。少。y 是活塞相对工作 缸的运动速度，开阀前和开阀后矿分别写成和。以为活塞面积，爿。为连 杆横截面积，以= 斫，4 。= ，为活塞外半径，g 为连杆半径。 图2 6 复原行程开阀前工况示意图 2 3 1 1 开阀前 如图2 6 所示。此过程中，油液分两条路线流向下腔，一小部分通过泄漏流 向下腔，其流量计算见式( 2 4 ) ：其余部分则通过复原阀常通孔流入下腔，节流 形式为薄壁小孔节流，其计算公式为： “乎 ( 2 6 ) 其中c 。，为流量系数，p 为油液密度。 依据流量连续原理q 复= q l + q 泄，得到： y ，：旦：咝 j a h a g a h a g = 去慨一j 半州”助， ( 2 _ 7 ) 减振器的复原阻力为： 江苏大学硕士学位论文 ，由= p l 【a 一爿p ) 一p 2 爿 ( 2 - 8 ) 由于p ：= 见，故整理得： = ( p - 一p 2 ) 。( 4 一爿。) 一p 3 4 ( 2 9 ) 其中岛4 为常量，是由贮油腔气压产生的。对非充气式减振器，这部分为零。 由于我们研究的是双筒液压减振器，属于非充气式减振器，所以： = ( p t p z ) ( 4 4 ) ( 2 1 0 ) 将公式( 2 7 ) 、( 2 1 0 ) 整理得： = 警( 4 以) + 妻( 4 以) 2 一三旦：笋( 一。一爿。) 1 + 2 丁石r ( 以一一。) 设b 。= ! 旦：；兰三( 爿。一爿。) ，b ：= 妻( 4 4 ) 2 ，贝o 础- + 岛加等 即： = 蜀+ b ：一屑i 丽 ( 2 - 1 1 ) 图2 。7 复原行程开阀后工况示意图 2 3 1 2 开阀后 如图2 7 所示。在此过程中，油液由上腔分三部分流向下腔，其中一小部分 通过泄漏流向下腔，一部分从复原阀常通孔流入下腔，节流形式属于薄壁小孔节 1 8 江苏大学硬士喾住论文 流，计算公式同上，还商一郝分通过歼阌后形成的环形间隙流向下腔，设流爨为 鲮，其节泼形式w 看成薄壁小孔节流，鄹： q ：呜。，坚盟址世 ( 2 1 2 ) ￥， 4 = 2 砌( 一) ( 2 1 3 ) 其中o 。为流篷系数，b 为簧潦游片内半径，( 矽) 为开溺蠢形成的环形闽陈 宽度，冁。为复源阋涛臻阕俸对润冀瓣鞭紧蔫废，崮结构尺寸保涯，为一常数， 见图2 8 。为复原阀片内径处变形挠度。梭据对减振器结构的分析，在开阔点 时阁片的交形大，挠度藏已超过了阖片的厚浚，随着活塞运麓速度的壤大，溺片 的挠度聪大。由此可知，( 阀片的变形) 属于大挠度变形。但题对豳环薄板 的大挠发变形问题，舀翦尚茏糟确和遥戗解可尊f 2 鼙f 3 5 j ，我们采用了合疆的润接 方式，利用小挠度薄板理论【7 j 【8 】( 3 6 l ，得到近似的计算公式： 舻一渺埘言硒3 十导蝎- l n 鲁删 弋乞菇乏产 ( 群2 6 2 ) ( 皇型口2 6 2 ) l + 矗 其中：燃= 赤埘4 l n 言+ 8 6 3 + 导1 6 2 + c 2 l n 尝十c 3 ) 。= 聂耘，称为“弯曲刚度”； g ：一8 坐撑：一8 堡丝6 ：一3 2 6 ：毒名l n 垒 + l + 肛l + 群d 2 一务2 群 g ；o 型羔群：矗：一1 6 坐8 ，2 曼i n 鱼 l z fl “o 一6 2 口 g ：掣口t 一2 掣凼：+ 8 国：毒l n 皇 。 l + 艇1 + 站摇4 一参 掰 ( 2 1 4 ) ( 2 1 5 ) 江苏大学硕士学镶论文 箕中：站戈篾溅阕冀羚拳衽，声瓷滂裣跑，f 麓阕片霉疫，嚣势弹瞧模量， 蒜妒i 一尹2 。 根据流量连续原瑕 级= 鲂+ 晓+ 鲰 由公式( 2 4 ) 、( 2 6 ) 、( 2 * 1 2 ) 褥； = 惫= 瞥 1 。赢翰t 叫i + 鸣 爨公式 、( 2 一1 5 ) 霹籁 十毒( 最一奶) 】 2 ，1 6 ) ：一玉：) ( 掣痒2 6 ：) 凯娟4 岷。再碡意孝丽万眦 ( 6 4 8 5 4 l n 兰8 6 3 + 导务2 + c 2 l 魏兰+ g ) 2 其中小翌生竺垫墨尘竺兰型 2 睁扩) ( 鬻懈l 矿) 躐瓣耧懿菱殿瓣力表遮澎式瓣开瀛蔫，帮： f m 一( p t p 2 ) ( 以一4 ) 将公式 2 5 ) 、( 2 1 6 ) 、( 2 1 7 ) 代入( 冬1 8 ) 褥 了i = 壶( 3 6 氨女。毛+ 1 0 8 毒? 瓠一8 霹+ 1 2 撬( 霹魏一砖霹+ 1 8 镌青：如鬻t ( 2 1 8 ) 三! + 2 7 霹暖一4 也) 2 ) 3 + i 照墨二婴。二可 弘t ( 3 酝；2 恕+ l o 瞬颤一8 霹+ 1 2 飘( 4 蕞霹一霹霹+ 1 8 甍毛恕誊4 十2 7 辞霹一4 霹兢) 2 ) 3 筇4 3 盘， 江苏大学硕士学饭论文 其中 力乎寿 ，七 牟。 & 一蠢。 t 浮赤一乎志 颤= ( 焉一& ) 掰馘： 丐：群，( 1 + 磊+ 五 ：了万丽) ；+ 或( 1 + z + 五0 了歹i 两) 一；+ 扎 ( 2 1 9 ) 其中搿t 、鼓、y t 、鼻、磊、 、都是由( 焉一& ) 、弘露、c 。码、q 2 4 、 擘。、 。? 兰业等缓褥参数决定麴。 ￥p 2 。3 + 2 援缭黪器貔数学横登 毽缚王穗下，认为活塞上靛渡通润充分器开，低速对不起节流律翅，麓速对 带流 窜腿媳极其微小，赦可认为a = p ：。尊位时间阻漓滚自下腔流向贮油腔的 总流懋螽k = 爿。矿，矿为活塞相对工作缸的落动遽溲，裰据开阀前和开阀詹y 可 以筒成和a 压缩行程时由于连杆进入工作缸必然把一部分油液挤入贮油 腔，q 锰郾为这一部分漓液e 从结梅上分糖稚邋，戴工况下压缩阕系统不存在漓 液瀵瀵瑷象。 2 。3 。2 + l 劳耀蘩 翔遥2 9 掰示。j 毙过程中，涵液只能邋潋篷缭阙鬻遇孔，从下靛流入贮油验， 节流澎成耩予簿鏊小孔节流，其流量为： 汉苏大学硕士学位论文 酝一乎 减振嚣的压缩阻力为： = p 2 以一p l ( 4 一爿。) ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) 因为p l = p 2 ，故 & = 叠。乓= ( 叠一尹；) 冬+ 热冬 其中段a 。为常量，是由油腔内气压产生的出于我们研究的是液压减振器，属 于非充气减振器，这部分为零。所以可以写作： = ( 2 一魏) ，名g ( 2 2 2 ) 峦公式( ：，2 1 ) 、( ：一2 ：) 褥i = i 未萨面害笔产缓 设 岛= 赤志 江苏大学硕士学位论文 簧| | ： = 焉吆 2 。3 。2 。2 舞耀詹 ( 2 2 3 ) 鬻2 - 0 抵鳝 i 疆努阀嚣王况誉嚣强 王铭过程觅匿2 o ，濑液分甄都分滚浅贮浊腔，一部分从聪缩阏常通孔流入 贮油腔，节流形式属于薄壁小孔节流，用公式( 2 * 2 1 ) 计算。冀余的部分通过开 阏瓣形成弱环澎阉陡滤浅贮浊腔，嫒滚璧为绫，箕节滚形式霹以披游鐾小孔节 漉澎式计冀，繇商： q ；：吞。、f 堡堕丛型 2 彩) vp 箕孛g 。为漉爨系数，开耀矮跖形魍骧节滚嚣驭4 熬诗算公或为： 叠4 = 2 痨2 ( 一转2 ) 、 ； s g l t e 8 t 1 ( n ) ； m l f h g w a i t f o r f i g u r e s t o d i e ( ) ； m l f h g r e r m i n a t e ( ) ； l i b m m 蠹l e i 色m l i 髓撤e ( ) ； l