摩托车前减震器的设计（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计 论文 通过答辩 1 摩托车前减震器的设计摩托车前减震器的设计 摘要 减震器又称缓冲器 是安装在摩托车悬挂装置上的一个重要零件 摩托车悬 挂装置不仅决定了乘坐的舒适度 而且还是决定其运动性能的重要部件 而减震器的 功能就是缓和由于路面不平引起的冲击 衰减摩托车的振动 提高乘坐舒适性 保护 货载 减低车体各部分的运应力 增加零件的寿命 加强轮胎的附着性 有助于摩托 车的操纵性 稳定性 本文所设计的摩托车前减震器采用液力式减震方式 其工作行程为 501 mm 通 过弹簧减震为主 设计时减震弹簧采用组合式弹簧 由两段节距不同的等节距圆柱弹 簧组成 在通常振动范围内 弹簧柔软 当车辆受到冲击时 弹簧变硬 有足够的能 力吸收这种冲击能量 减震器的机能是利用流体通过减震杆上的孔 隙产生的粘性阻 力 和固体摩托减震相比 利用液体紊流阻力的减震器 在一定阻尼力和吸收能量的 条件下 质量小 尺寸小 并在相当的范围内具有能任意规定阻尼力对工作速度的关 系等优点 在设计过程中对前减震器的工作原理进行了说明 并确定了工作部分主要零件的 相关参数 在已知条件的前提下分别对减震弹簧直径和自由高度 阻尼孔的数量和直 径等进行设计计算 关键词 前减震器弹簧阻尼设计 本科毕业设计 论文 通过答辩 2 thethe designdesign ofof motorcyclemotorcycle beforebefore thethe shockshock absorberabsorber abstract dampers also known as buffer is the installation of the hoisting device an important component motorcycle hoisting device will not only decide the ride comfort but also to determine their performance movement of important parts and the function of a shock absorber is easing due to the road surface uneven the effect of vibration attenuation motorcycle improveing ride comfort protection of cargo reduceing the stress of the body operation increaseing the life expectancy of components strengthen tire adhesion helping manipulation and stability of motorcycle in this paper motorcycle before shock absorber and the overall program analysis and design is the main content useing hydraulic shock absorber its itinerary to 501 mm mainly through the spring damping supplemented dampers damping spring design using modular spring the combination of spring two such different pitchs pitch cylindrical spring in the normal range of vibration soft spring when the vehicles to be shocked springs stiffen and have sufficient capacity to absorb the impact energy damper function use the fluid through the absorption of shock pole on the hole the gap viscous resistance and compared to solid motorized damping the use of liquid turbulent resistance dampers to a certain damping force and absorb energy conditions quality small size small and the lack of scale with arbitrary requirements damping force on the relationship between the pace of work and so on in the process of designing there are a note on the before shock absorber working principle and to identify the major components of the work of the relevant parameters respectively damping springs which includes determination and free height of the damping spring damping hole quantity and determination for the design and rehabilitation of resistance keywordskeywords before the shock absorberdamping springdamperdesign 本科毕业设计 论文 通过答辩 3 目录 1绪论 1 2总体方案设计 2 1 研究内容及实验方案 3 2 2 工作原理 3 3摩托车减震器的功能和结构形式 3 1 减震器的功能 5 3 2 摩托车前减震器的结构形式 5 3 2 1 弹簧空气式 5 3 2 2 单筒伸缩式 5 3 2 3 双筒伸缩式 6 3 2 4 油 汽伸缩式 6 3 2 5 防下沉伸缩式前减震器 7 4摩托车后减震器的主要特性 4 1 摩托车减震器的弹簧特性 8 4 1 1 摩托车悬挂装置的挠度 8 4 1 2 摩托车悬挂装置的理想弹簧特性 9 4 2 摩托车减震弹簧的材料及工艺 10 4 2 1 弹簧材料的种类 10 4 2 2 弹簧制造工艺 11 4 3 摩托车减震器的阻尼特性 11 4 3 1 阻力 速度特性 11 4 3 2 阻力 位移特性 13 4 4 摩托车减震器的阻尼力 14 4 4 1 复原行程阻尼力计算 14 4 4 2 压缩行程阻尼力计算 16 4 4 3 减震器额定阻力 17 4 4 4 示功图 17 5摩托车后减震器的结构设计 5 1 减震器的主要零件结构参数 19 本科毕业设计 论文 通过答辩 4 5 1 1 工作缸径的确定 19 5 1 2 贮油筒径的确定 19 5 1 3 减震器基长的确定 20 5 1 4 工作行程 20 5 2 摩托车后减震器主要零件的结构设计 21 5 2 1 弹簧的结构尺寸设计和计算 21 5 2 2 减震弹簧按实际工作状态绘图的优点 24 5 2 3 减震器减震杆杆的设计 24 5 2 4 活塞环设计计算 26 5 2 5 贮 油 筒 29 5 2 6 导向套 衬套 30 5 2 7 油封 31 6摩托车减震器主要零部件的组装工艺 6 1 装配工艺原则 34 6 2 装配工艺流程 34 6 2 1 活塞 活塞杆的装配 34 6 2 2 前减震器总成装配 35 7摩托车后减震器的检验与质量评定 7 1 出厂检验 36 7 2 减震器型式检验 36 7 3 减震器质量等级评定方法 37 8总结 38 参考文献 39 致谢 40 本科毕业设计 论文 通过答辩 5 1 1绪论绪论 世界上第一个有记载 比较简单的减震器是1897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 橡胶减震块就碰到连接在 汽车大梁上的一个螺栓 产生止动 这种减震器在很多现代汽车悬架上仍有使用 但 其减震效果很小 机动脚踏两用车实际上是内燃机技术与自行车技术相结合的产物 它开辟了摩托 车的实用时代 随着摩托车的快速和适应野外行驶的需要 必须提高车辆对路面的缓 冲能力 早在 1899 年 贝劳摩托车上开始用了弹性后悬挂装置 后来比利时h 型 摩托车采用了前轮弹性悬挂 以及英吉安 c3摩托车采用的前 后轮弹性悬挂均可算 作早期摩托车悬挂装置的杰出代表 特别是二轮摩托车在操作性 稳定性 舒适性方面 与悬挂装置有着重要的关系 1990 年就开始在前轮采用金属弹簧张力的双向 平行连接装置 30 年代便发明了利 用管内粘性机油的液压减震器 1995 年后前轮悬挂装置就采用了伸缩管式和底部杠 杆式两类前叉 在伸缩筒式前叉 望远镜式的二个筒内由于有螺旋弹簧和油缸 加工 精度要求高 生产效率很低 阻碍了发展和应用 1960 年二轮摩托车的大批量生产 底部杠杆式前叉处于全盛时期 该系统具有结构简单 价格低廉等优点 后来伸缩筒 式前叉又重新上市 用于当时盛行一时的两轮赛车上 伸缩筒式前叉优秀的行驶性能 方被充分证明 因此 大批量生产的摩托车也竞相采用伸缩筒式前叉 而且由于加工 技术的提高 伸缩筒式生产精度也得到了保证 所以 至今为止 各种型式的两轮摩 托车都采用伸缩筒式前叉 1910 年开始对后轮悬挂装置的要求也迫切了 由于全链条传递驱动力 后轮必 须采用长距离的固定方式 所以车体的缓冲仅只在坐垫下面安装有一金属弹簧 1950 年才开始有正式的后悬挂装置 最初称为滑栓式 并尝试采用摇臂式 50 年代后半 期才确立了摇臂式后悬挂装置 即是现代两轮摩托车的后悬挂装置的基础 同样 为了提高行驶稳定性 乘坐舒适性 后轮行程逐年增大 减震器组件行程 在结构上受到了限制 因此前倾后减震器 后减震器组件安装位置前移等 用以增大 杠杆比的方法增大后抡幸臣 进入 70 年代又开发了装有单减震器的单减震系统 特 别是 1973 年开始用与越野车之后 公路赛车 大型运动车均很快地采用了这种单减 震器后悬挂系统 两轮摩托车 其发动机排量从 50 3 cm 的家用车到 1500 3 cm 的大型旅游车 对悬挂 本科毕业设计 论文 通过答辩 6 装置 根据不同排量 不同用途的车辆的要求 其设计的方法各有不同 但又存在有 共同之处 即最近的悬挂装置将行驶稳定性 操终性 舒适性都放在主要位置上 大部分两轮车还是采用液压式伸缩式前叉 除了要求完全吸收较大的冲击 提高 结构刚度外 最后采用经四氟乙烯 teflon 处理的金属套筒用作滑动表面 大大的 减小了伸缩筒运动时产生的摩擦 两轮车增大车轮行程就具有良好的舒适性 最近前叉行程增大为 140 180mm 越野车可达 300mm 左右 且具有降低弹簧刚度 阻尼力的倾向 向提高稳定性的方向 发展 当然在不断增大车轮运动行程 两轮车在一人或二人乘坐的不同载荷条件下 车体下沉量是不同的 特别是制动时由于重心前移 车体姿势变化更大 采用空气调 节式的油气悬挂装置或抗 点头 装置的悬挂装置 可以有效地防止紧急制动时的车 体前倾变化 自从 20 世纪 60 年代开始 几乎每年都有几十项减震器专利出现 表 1 是 汽车 文摘 摘录的汽车悬架减震器专利技术的统计 其中在美国申请的专利技术尤为多 且专利申请人大多是日本的公司和个人 国内外减震器产品在许多方面存在着较大的 差距 1 产品的结构与性能方面 减震器的可拆性与速度特性间的差距 2 制 造技术与工艺设备方面 原材料 减震油 橡胶制品 连杆制造工艺 冲压工艺 粉 末冶金制造工艺 贮油筒制造工艺等方面的差距 3 测试手段方面 4 总成装 配方面 此外 由于轿车减震器是作为一个不可拆元件整体出厂销售的 一旦其中某 个小零件发生失效 整个减震器也就报废了 因而减震器技术的发展和研究应该成为 我国汽车行业发展和水平提高的一个重要课题 我国自 1957 年 7 月洪都机械厂成功地仿制 m72 型边三轮摩托车 揭开了我 国生产摩托车的历史以来 到 1978 年摩托车生产量为 1 2 万辆 改革开放以来 我国摩托车生产量得到了飞速增长 品种不断增多 目前在我国已形成了自己摩 托车工业生产体系 到 1995 年的生产量超过 700 万辆 已成为世界上第一摩托车生 产国 与摩托车生产相适应的减震器产量已达 1500 万支 能生产 9 大系列 50 余种型 号 基本满足了我国摩托车生产的发展需要 部分产品已达到了国际同类产品水平 为我国摩托车工业的技术水平提高和发展打下了基础 本科毕业设计 论文 通过答辩 7 2 2总体方案设计总体方案设计 2 12 1 研究内容及实验方案研究内容及实验方案 研究内容 1 减震器整体方案分析与设计 2 摩托车减震器系统的弹簧特性 摩托车悬挂装置的挠度 摩托车悬挂装置的理想弹簧特性 摩托车悬挂装特性置的实际弹簧 3 弹簧的材料及工艺 弹簧材料的选用 弹簧的制造工艺 4 减震器的速度特性及阻尼力 节流阀的压力特性 减震器的速度特性 减震器阻尼力产生原理 实验方案 前减震器有很多种 常见的有弹簧空气阻尼式前叉 弹簧液力阻尼式减震器 油 气伸缩式减震器等 其中弹簧空气阻尼式前叉虽然结构简单 造价低 但是它是以活塞管之间的间隙 为空气阻尼的双向用途减震器 所以起减震效果不及其他结构的理想 然而油 气伸 缩式减震器的减震效果都很佳 甚至达到理想的减震效果 增加了舒适性和安全性 但其结构复杂 造价昂贵 大都用在大型或高级二轮车上 如雅马哈 xj750 型 xj750e 铃木 gs750 型赛车等 而弹簧液力阻尼式减震器不但结构简单 造价低 而且减震效果好 所以我将采 用弹簧液力阻尼式前减震器作为我的实验方案 2 22 2 工作原理工作原理 弹簧液力阻尼式减震器是摩托车目前使用最为普遍的减震器 其工作原理简要介 绍如下 本科毕业设计 论文 通过答辩 8 液压阻尼式减震器的结构与吸入式泵基本相似 不同之处只是液压减震器的缸体 上端是封闭的 且在阀门上留有小孔 如图2 1所示 图2 1液力阻尼式减震器工作原理 当摩托车前轮遇到凸起的路面而受到冲击时 贮油筒被压缩 减震弹簧也被压缩 固定在贮油筒内部的减震杆组合也随之上移 而工作缸不动 于是工作缸下方的容积 缩小 油压升高 油液便进入缓冲弹簧所在的空腔 同时油液也从减震杆下端的两个 小孔进入减震杆内部 这时油液流动阻力较小 减震弹簧起主要减震作用 如果当前 轮受到较严重冲击时 减震弹簧被迅速压缩 为了增加弹簧的刚度 我采用了变节距 的设计方案 其弹簧是由两断不同节距的圆柱弹簧组合而成 所以其弹簧特性为两段 直线组成 随着小节距弹簧依次被压并圈 使弹簧的刚度迅速增大 这样不仅减小了 悬挂装置在动绕度终点的冲击 而且减小摩托车高度随载荷的变化 当前轮遇到凹下的路面时 由于减震弹簧和车轮等重量作用 贮油筒向下移动 工作缸下方的容积增大 压力减小 缓冲弹簧所在的空腔容积缩小 压力升高 油液 从减震杆中部的小孔进入减震杆内部 同时油液从减震杆下端的两个小孔进入工作缸 下方的空腔这时油液流动受到很大的阻力 这样对减震弹簧回弹起了阻尼作用 从而 起了减震作用 本科毕业设计 论文 通过答辩 9 3 3摩托车减震器的功能和结构形式摩托车减震器的功能和结构形式 3 13 1 减震器的功能减震器的功能 减震器又称缓冲器 它的功能是缓和由于路面不平引起的冲击 衰减摩托车的振 动 提高乘坐舒适性 保护货载 减低车体各部分的动应力 增加零件的寿命 加强 轮胎的附着性 有助于摩托车的操纵性 稳定性 减震器的机能是利用流体通过孔 隙产生的粘性阻力 采用的工作流体有气体 液体 由于气体粘度太小故很少采用 通常用液体 其粘度虽随温度变化较大 但如 果使液体在紊流下工作 作为运动速度的函数的阻尼力可以保持稳定 和固体摩擦减震器相比 利用液体紊流阻力的减震器 在一定阻尼力和吸收能 量的条件下 质量小 尺寸小 并在相当的范围内具有能任意规定阻尼力对工作速度 的关系等优点 现在液力式减震器是摩托车唯一的实用型的减震器 3 23 2 摩托车前减震器的结构形式摩托车前减震器的结构形式 3 2 1 3 2 1 弹簧空气式弹簧空气式 上部外筒和下联板焊接或直接弯成叉形与转向立柱焊接 图 3 1 其内部安装 有弹簧及前叉筒 前叉筒通常采用树脂衬套 封有润滑脂 在外部内部滑动 筒壁间 的摩擦产生阻尼力 当弹簧压缩到极限时 其中间的限位橡胶块也被压缩 减缓了弹 簧进一步被压缩时的冲击 该结构简单 轻 价廉 被轻便车广泛采用 本科毕业设计 论文 通过答辩 10 图 3 1 弹簧空气式前减震器 1 前叉筒 2 弹簧 3 限位块 4 转向立柱 5 外筒 3 2 2 3 2 2 单筒伸缩式单筒伸缩式 如图 3 2 所示 无缝钢管的外筒用以固定前轴 内筒被上 下联板所夹紧 在其 下端设计有铸造或烧结合金的活塞 活塞上部设计有阀片 当活塞在外筒内滑动时 油液通过活塞及内管上的阻尼孔产生阻尼力 弹簧安装在内筒外侧 当内筒向下运动 接近外筒底部时 其底部的内孔被油孔挡销插入 对减震油产生很大的节流作用 正 是这个节流阻尼力相当于组合式弹簧特性曲线中上升段 吸收了最后的冲击 防止了 内筒与外筒底部的刚性碰撞 由于价格比较便宜 一般为二轮车所用 图 3 2 单筒伸缩式前减震器 1 弹簧 2 内筒 3 外筒 图 3 3 双筒伸缩式前减震器 4 活塞 5 档销1 活塞杆 芯管 2 衬套 3 外筒 4 活塞 5 内管 3 2 3 3 2 3 双筒伸缩式双筒伸缩式 如图 3 3 所示 刚制内筒在外筒中滑动 内筒下端的内侧装有衬套 在衬套内 侧装有固定于外筒底部的活塞杆和活塞 在活塞杆管壁上设计有阻尼孔和活塞一起产 本科毕业设计 论文 通过答辩 11 生的阻尼力 一般外筒采用铝合金 由于弹簧安装在内侧 下端以活塞为支承 外 观就显得轻便 因此大多用于大型二轮车 3 2 4 3 2 4 油油 汽伸缩式汽伸缩式 其结构 图 3 4 与双筒伸缩式前减震器相同 在内部上部设计有密封的气室 采用了具有不同耐压形式的油封 由非常柔软的金属弹簧和空气压力形成的组合弹 簧 使减震器具有非常优良的弹簧特性 左 右前叉内筒的气室是连通的 使左右空 气压力相等 以达到调节左 右叉阻尼力的目的 转动外筒下侧的手柄油缸内设计有 旋转阀杆转动 即改变油缸的阻尼孔径 以达到调整阻尼力 另外在内筒上端设有弹 簧调节装置 即可根据弹簧的初期负荷进行调整其预压缩量 因此 此前减震器具有 多种调节功能 可得到更完美的性能 但由于价格昂贵 常用于大型或高级二轮车 图 3 4 油 汽伸缩式前减震器 1 气室 2 内筒 3 外筒 4 制动器 5 旋转阀杆 6 释放阀 3 2 5 3 2 5 防下沉伸缩式前减震器防下沉伸缩式前减震器 最近采用柔软弹簧的二轮车 随着制动能力的提高 在紧急制动或转弯制动时 车体前部会严重下降产生前减震器下沉现象 防下沉式前减震器即在外筒下部装有师 释放阀 在机械或电磁操纵下 释放阀可改变回油路径 按照制动力的增大比例来增 本科毕业设计 论文 通过答辩 12 大前减震器压缩时的阻尼力 即能有效的防止下沉现象 图 3 4 是防下沉伸缩式前减 震器的一例 4 4摩托车减震器的主要特性摩托车减震器的主要特性 4 14 1 摩托车减震器的弹簧特性摩托车减震器的弹簧特性 4 1 14 1 1 摩托车悬挂装置的挠度摩托车悬挂装置的挠度 1 静挠度 2 2 c g fc mm 4 1 图 4 1 悬挂及减震系统 c f称为在质量 g2 簧上载荷 作用下弹性元件的静挠度 如图 4 1 各种不同用 途的摩托车 对其静挠度要求也各不相同 表 4 1 其中越野车要求最大 公路车 次之 通用车较小 表 4 1 前 后悬挂装置的静挠度匹配 对摩托车行驶舒适性关系极大 一般要求前悬挂 静挠度大于后悬挂静挠度 以减少纵向角振动 2 动挠度 悬挂装置的动挠度是指摩托车在不平路面上行驶时 悬挂装置在其动载荷作用下 的变形量 动挠度通常按其响应的静挠度值的一定比例来选取 通用车 d f 0 5 0 7 c f 4 2a 本科毕业设计 论文 通过答辩 13 公路车 d f 0 5 0 7 c f 4 2b 越野车 d f 0 5 0 7 c f 4 2c 4 1 24 1 2 摩托车悬挂装置的理想弹簧特性摩托车悬挂装置的理想弹簧特性 摩托车的弹性元件几乎只采用刚质螺旋弹簧最简单的螺旋弹簧是截面圆柱形的 具有 线形 刚度不变 的螺旋弹簧 如图 4 2 所示 p n 图 4 2 弹性元件的特性f mm 然而 摩托车在行驶过程中则要求弹性元件是变刚度的 而且刚度随负荷增加是 递增的 以便在不同的负荷下 使摩托车的车身的固有频率接近恒定 因此 为了获得摩托车的最佳舒适性 摩托车减震器缓冲弹簧应具有的理想弹性 特性是 如图 4 3 所示 1 弹簧刚度不应是常数 弹性元件应是变刚度的 在压缩时刚度逐渐增大 复原时刚度也应逐渐增大 具有渐进式弹性特性 这样不仅可减少在动挠度终点时的 冲击 而且还可减少摩托车车身高度随载荷的变化 2 从设计位置 静挠度 起 在相当于 60 的动挠度的压缩和伸张的变形范 围内 其刚度应为常数 或者变化不大于 20 以保证摩托车在平坦路面上行驶的舒 适性 3 当超过 60 的动挠度范围后 由于弹簧刚度是递增的 即当载荷增加时 弹簧的附加静态压缩是尽量小 以适应摩托车载荷变化较大的特点 一般最大动挠度 处的容许载荷可达静载荷的 3 4 倍 4 在静载荷为半载的情况下 要求静挠度 c f保持不变 因此 应合理地选择 好静挠度附近的悬挂刚度 以保证摩托车经常在静挠度附近工作时的小幅度振动 本科毕业设计 论文 通过答辩 14 图 4 3 理想的弹簧特性 各种车辆根据其使用目的则要求的弹性特性各有不同 以乘坐舒适性为目的的车辆 弹簧应调节得柔软一些 以满足反映快 即使是在 不平路面上也应具有良好的舒适性 以行驶安全性为目的的车辆 公路赛车 弹簧刚度大 其刚度应随载荷而递增 以至于在受到很大冲击时 可避免因弹簧伸缩量过大 导致车轮离地 影响其加速性 和附着性能 特别是倾向附着性能 以保证行驶的安全性和稳定性 即使是高级赛 车 一般将弹簧刚度调得很 硬 当其在不平路面上行驶时 甚至在制动力缓慢增 加的情况下 前轮也会出现短时间的抱死现象 必须装备 防抱 装置 4 24 2 摩托车减震弹簧的材料及工艺摩托车减震弹簧的材料及工艺 4 2 14 2 1 弹簧材料的种类弹簧材料的种类 1 碳素弹簧钢 碳素弹簧钢是制造弹簧的主要钢种 根据 gb4357 84 标准碳 素弹簧钢有 65 70 75 和 85 等 其优点是价格便宜 钢的纯度和热扎表面质量不比 合金弹簧钢差 由于淬透性差所以适用于中小型摩托车 本次设计也将采用此类钢种 2 合金弹簧钢 在合金弹簧钢中常加入合金元素锰 硅 铬 钒等 主要用 于提高淬透性 强化固溶体 细化晶体 改善其机械性能 提高屈强比 0 750 90 s 50 r c 按 gb5218 85 标准 合金弹簧钢有 50crva 65mn 55si2mn 60si2mna 等 硅 锰弹簧钢 将硅 锰同时加入钢中 不仅能明显地提高钢的淬透性 而且经调质处理 后 屈强比可提高 85 以上 弹性极限也大大提高 同时 硅能增加弹簧钢的低温回 本科毕业设计 论文 通过答辩 15 火稳定性 还提高钢的抗氧化性 4 2 24 2 2 弹簧制造工艺弹簧制造工艺 1 冷卷成形工艺 有芯轴卷簧工艺 在弹簧的卷制过程中 若卷制力越大 卷绕后反向转动的速 度越高 转数越多 则回弹量就越大 在实际生产中 确定回弹量的实质就是确定卷 簧芯轴的直径 2 自动卷簧工艺 图 4 4 是自动卷簧机工作原理示意图 金属丝从材料架上引出后 首先经校 直机构 1 辊轮 2 再经导向板 3 进入卷绕机构 卷绕机构由卷绕杆 4 芯轴 5 和节 距爪 6 组成 金属丝进入卷绕机构后 被卷绕杆 4 顶住 然后沿两个一般互成 60 角的卷绕杆围绕芯轴 5 做螺旋圆周运转 弯曲卷绕成螺旋形弹簧圈 弹簧节距的大小 是由节距爪 6 控制的 它可以沿轴向运动 按照所设计的弹簧节距的尺寸调整位置 控制凸轮轴 每转动一圈卷制一跟弹簧 卷制后的弹簧端部须磨平 磨平部分 不少于圆周长的 3 4 端头厚度不小于簧丝直径的 1 4 并保证两端面有良好的平面 度和与轴线的垂直度 图 4 4自动卷簧机工作原理 1 校直机构 2 送料辊轮 3 导向板 4 卷绕杆 5 芯轴 6 节距爪 7 切刀 4 34 3 摩托车减震器的阻尼特性摩托车减震器的阻尼特性 摩托车减震器的阻尼特性包括摩托车减震器的阻力 速度特性和阻力 位移特 性 4 3 14 3 1 阻力阻力 速度特性速度特性 减震器阻尼力随活塞速度的变化规律称为减震器的阻力 速度特性 用下式表 示 n 4 3 本科毕业设计 论文 通过答辩 16 式中 阻尼系数 减震活塞的速度 m s 活塞上阻尼空的特性指数 值的大小是随阻尼孔的大小 形状及单向阀的形状 刚度不同而变化的 当阻 尼孔足够大时 可取 2 要使减震器的阻力随所受外力成正比例的变化 则取 0 6 1 0 摩托车减震器的阻力 速度特性常见的有三种形式 图 4 5 分别为二次方 型 2 比例型 1 饱和型 2 3 其中二次方型 在活塞速度低时的 阻力小 速度高时的阻力大 而且结构简单 广泛用于后减震器 舒适性比较好 对 于高速高性能车辆常采用的比例型和饱和型 在较宽的振动频率范围内 减震器都具 有足够的阻力来抑制车轮产生的大的跳动 能保持轮胎和地面见的良好接触 因而有 利于摩托车行驶稳定性 图 4 5 三种阻尼特性 一般设计中常用比例型进行计算 为了使摩托车获得较好的稳定性 行程中基本 相等 或复原行程略大于压缩行程 后减震器的阻力复原行程却比压缩行程大得多 见表 4 2 而且不同用途的车辆也互相不相同 一般越野车 赛车要求大 通用车要 求小 表 4 2 前减震器后减震器 通用车公路车越野车通用车公路车越野车 n 复原50 100 120 300 10 160 300 600 400 800 500 1000 压缩35 7085 23070 12020 5060 120 100 150 本科毕业设计 论文 通过答辩 17 表中为 0 3m s 时的阻力 单向作用式液力减震器在受压缩时 活塞上的单向阀完全打开 其优夜流动通道 很大 因此没有压缩阻力 4 3 24 3 2 阻力阻力 位移特性位移特性 减震器作正弦相对运动时 阻力随其活塞位移的变化规律 称为减震器的阻力 位移特性 图 4 6 表示速度特性饱和型的活塞 其阻力在压缩行程和复原行程中的变化曲 线 封闭曲线所围成的面积表示减震器吸收外来振动所做的功 所以此图形也称为减 震器的示功图 当减震器行程一定时 其振动频率增大 最大的阻力随之增大 则示功图面积也 增大 说明减震器衰减振动的能力增大 图 4 4 所示的示功图中 频率为 85hz 的示 功图面积较大 即说明衰减振动的能力较大 频率为 60hz 示功图面积较小 则衰减 振动的能力也相对较小 图 4 6 示功图和速度特性 具有不同速度特性减震器的示功图的形状也各不相同 如图 4 7 所示 若在减震 器行程 振动频率相同的情况下 饱和型十公土面积最大 比例型次之 二次方型最 小 本科毕业设计 论文 通过答辩 18 图 4 7 不同速度特性的示功图 a 二次方型 b 比例型 c 饱和型 当振动频率一定时 减震器行程增大 其最大衰减力也随之增大如图 4 8 所示 同时示功图面积也增大 图 4 8 定频率变行程示功图 4 44 4 摩托车减震器的阻尼力摩托车减震器的阻尼力 4 4 14 4 1复原行程阻尼力计算复原行程阻尼力计算 1 活塞杆上小孔 2 d的流量 2 3 2 1 2 4 f dp qms 3 ms 4 4 3 ms 式中 减震器油密度 3 n m 流量系数 0 60 0 75 常取 0 7 p a b 油腔压力差 ab ppp 2 活塞与缸壁之间缝隙 h 的流量 32 1 3 1 2 1 1 5 122 f d hp d h qv ms l 3 ms 4 5 式中 1 d 活塞公称尺寸 m l 活塞长度 m 本科毕业设计 论文 通过答辩 19 h 活塞与缸壁之间平均间隙 m v 活塞与缸壁之间相对速度 m s 动力黏度 25变压器油 0 082n m s e h 相对偏心度 设 0 e 活塞与缸壁之间的偏心量 3 流入 b 腔的油与 a 腔的容积减少相等 则 阻尼力计算简图 223 1213 4 ff qqddv ms 3 ms 4 6 将上式整理得 2 2222 2 20 v b apdapd v 4 7 式中 32 1 1 1 5 12 d h a l 2 2 4 d b 22 23 1 42 dd d h d 解方程 4 5 得 22 2 1222 24 2 bb padvbadv a 作用在活塞上的阻尼力 本科毕业设计 论文 通过答辩 20 2 22 1 13 44 fab d pddpp 22 31 44 aba dd ppp 在复原行程中 ab pp 所以 aba pppp 则 22 13 4 fa pddp 22 13 4 ddp n 4 8 4 4 24 4 2 压缩行程阻尼力计算压缩行程阻尼力计算 1 活塞阻尼孔 4 d和缝隙 1 h 的流量 3 3 1 1 0 0 4 2 6 y n hp qms r l d 3 ms 4 9 式中 n 活塞阻尼孔数 1 h 阀片与活塞端面间隙 m 0 l 阻尼孔 4 d的长度 m 0 r 阻尼孔 4 d中心到阀片边缘的距离 m 2 活塞杆小孔 2 d的流量 21yf qq 4 10 3 活塞与缸壁缝隙 h 的流量 32yf qq 4 11 4 b 腔流入 a 腔的流量等于 a 腔内增加的容积 所以 22 12313 4 yyy qqqddv 4 12 将上式代入 4 10 式 得压缩阻力 2 222 1322 2 2 2 4 8 b y ddb padvbadv a 4 13 本科毕业设计 论文 通过答辩 21 式中 33 2 11 0 0 4 1 1 5 122 6 d hn h a lr l d 其它符号同前 4 4 34 4 3 减震器额定阻力减震器额定阻力 额定阻力系指减震器在规定的试验速度时所产生的阻力值 通常规定试验速度 为 0 3m s 和 0 5m s 减震器的额定阻力分为复原阻力和压缩阻力 它是减震器最重要的性能指标 其大小范围见下表 压缩阻力可取复原阻力的 0 1 0 4 倍 其最大值不超过表 4 3 中的值 表 4 3减震器额定阻力 n 工作缸径 d 复原阻力 p f 压缩阻力 y p 工作行程 s 1685 48025 10043 70 20364 59080 12064 85 22480 680100 15072 93 25700 1200130 25090 100 4 4 44 4 4 示功图示功图 qc t63 93 摩托车减震器试验方法规定采用正弦 或余弦 激振方式 进行减 震器示功试验 则活塞与缸筒之间的相对位移也按正弦规律变化 0sin sst m 4 14 式中 0 s 活塞最大位移 m 活塞振动的角频率 rad s 2 n r 试验台激振频率 r min 活塞与缸壁之间的相对速度为 0cos vst 2 0 1 sinst 22 00 sinsst 所以 22 0 vss 22 0 2 nss m s 4 15 本科毕业设计 论文 通过答辩 22 联立 2sin 0 22 2 00 s st pnss 4 16 取不同的 t 值 得出一系列的 s 和 p 值 在位移 阻力坐标系中即可绘出理 论示功图 图 4 9 所示为 cy80 前减震器示功图 图 4 9cy80 前减震器示功图 1 理论示功图 2 实测示功图 本科毕业设计 论文 通过答辩 23 5 5摩托车减震器结构设计摩托车减震器结构设计 5 15 1 摩托车减震器的主要零件结构参数摩托车减震器的主要零件结构参数 航空航天工业标准 hbm82 89 简称航标 后同 摩托车筒式液压减震器 对摩 托车减震器的主要参数 技术要求作了明确的规定 5 1 15 1 1 工作缸径工作缸径 d d 的确定的确定 根据减震器的最大卸荷力和缸筒内最大压力强度来计算工作缸筒的直径 d 1 2 1 2 p pt mm 5 1 式中 pt 复原行程最大阻力 n p 工作缸筒内最大允许压力 mpa 一般取 p 0 3 0 6 mpa 活塞杆直径与工作缸筒内径之比 双筒式 0 4 0 5 单筒式 0 30 0 35 在根据工作缸筒直径系列 表 5 1 进行圆整 标准规定了摩托车减震器工作缸筒直径系列为 16 20 22 25mm 一般根据摩 托车的排量大小来选定 表 5 1 表 5 1摩托车减震器的主要结构参数 mm 公称尺寸工作缸直径 d贮油筒外径 d1基准长度 l 161624160 202032170 222236180 252540195 5 1 25 1 2 贮油筒直径贮油筒直径 d dc的确定的确定 贮油筒直径 dc 1 38 1 45 d 壁厚 4 0 7 0mm 贮油筒最大外径 d1 1 5 1 6 d 贮油筒外径系列为 24 32 36 40mm 当然也有可能小于或大于系列值 贮油筒作用主要是贮存介质油 除补偿由于缸内容积变化产生的外渗漏油外 还容纳 因温升而保证产品主要指标的前提下 贮油筒外径应稍大一些 对减震器贮油 散热 改善吸震能力都是有益的 本科毕业设计 论文 通过答辩 24 5 1 35 1 3 减震器基长减震器基长 l l 的确定的确定 减震器的基长较长 给摩托车设计总布置带来一定程度的不便 但是基长太短 必然会使部件过分简化而影响减震器的性能 减震器基长为设计尺寸 它是减震器在 压缩到底时 二端吊环的中心距 lmin与行程 s 的差值 即 l lmin s mm 5 2 则减震器拉伸到最大长度为 lmax lmin s mm 5 3 还规定压缩到底长度 lmin的允差为 3 mm 最大拉伸长度 lmax允差也为正值 5 1 45 1 4 工作行程工作行程 s s 摩托车减震器和弹簧组合为一体 行程为 40 110mm 由于还有悬挂装置杠杆比 的因素 减震器行程甚至更小些 表 5 2工作缸筒径系及行程选定 mm 前减震器 发动机排量 cm 3 通用车越野车 工作行程缸 径工作缸径缸 径 50 9070 90 22200 230 26 100 12590 100 26230 250 30 250 500100 120 30 39 250 280 43 600 750100 120270 290 800 1000120 140280 300 根据给定的已知条件工作行程 s 50 1mm 和发动机排量为 125cm 3 以及上面所 描述的选择方法 在通过对照以上表 5 1 和表 5 2 确定 取工作缸径 d 22mm 则取 贮油筒外径 d1 40mm 取壁厚 7mm 则 dc 26 mm 基长 l 195mm 本科毕业设计 论文 通过答辩 25 5 25 2 摩托车减震器主要零件的结构设计摩托车减震器主要零件的结构设计 5 2 15 2 1 弹簧的结构尺寸设计计算弹簧的结构尺寸设计计算 在根据普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列 摘自 gb t1385 1993 部分 表 5 3 弹簧丝直径 d mm 第一系列 0 450 60 70 80 911 2 1 622 533 544 5 第二系列 0 320 550 651 41 82 2 2 83 25 56 579 弹簧中径 d mm 88 599 510121416 182022252830323538 4042454850525558 有效圈数 n 圈压缩弹簧 66 577 588 5910 10 511 512 513 514 5 1516182022252830 自由高度 h0 mm压缩弹簧 150160170180190200220 240260280300320340360 380400420450480500520 550580600 由于弹簧内径 d1 弹簧中径 d 簧丝直径 d 通过参考同类摩托车型和实地考察 及参照上表 5 1 和表 5 5 确定了以下弹簧结构参数 如表 5 4 所示 表 5 4 弹簧直径 d mm 有效圈数 n弹簧中径 密圈 d mm 3 57618 其中有效圈数 76 圈包括 密圈 nm 40 圈 节距 tm 5mm 稀圈 n x 36 圈 节距 tx 8mm 1 弹簧自由长度的计算 参照摩托车技术第 2004 05 期中弹簧的计算及根据机械设计手册 单行本 弹簧 简称手册 后同 的第 19 页表 7 2 14 中介绍的计算公式 当压缩弹簧两端圈磨平 并紧 且支承圈为 1 圈时 本科毕业设计 论文 通过答辩 26 总圈数 n1 n 2 76 2 78 自由高度 h0 nmtm n x t x 1 5d 5 4 40 5 36 8 1 5 3 5 493mm 压并高度 hb n 1 5 d 76 1 5 3 5 271mm 2 螺旋伸角 arctan t d 5 5 m arctan 5 3 14 18 5 06 x arctan 8 3 14 18 8 06 3 簧丝长度 l 圆柱螺旋弹簧 l dn cos 5 6 l lm l x lm 3 14 18 40 cos5 05 2521 8mm l x 3 14 20 36 cos8 06 2283 4mm 所以 l lm l x 4805 2mm 4 计算弹簧刚度 k gd 4 8nd 3 5 7 式中 k 为锥圈刚度 n mm d 为簧丝直径 mm n 为工作圈数 d 为弹簧中径 mm g 为弹簧材料的剪切弹性模数 取 78400mpa km 78400 3 5 4 8 40 18 3 6 3040n mm 1 km 0 1586 k x 78400 3 5 4 8 36 20 3 7 0045n mm 1 k x 0 1428 弹簧的总刚度 合成刚度 1 k1 1 km 1 k x 0 3014 5 8 k1 3 3 n mm 密圈压并后 余下的刚度就是稀圈的刚度 k2 k x 7 n mm 密圈压并时的最大变形量 fm max tm d nm 5 3 5 40 60mm 5 9 按照弹簧受力变形公式 f kf 5 10 则 f3 kmfm max 6 3040 60 378 24n 此力使稀圈被压缩长度 f3 k x 54 mm 5 11 拐点变形长度 f3 密圈最大变形量 稀圈在该力的变形量 60 54 114mm 工作图见图 5 1 其绘制过程如下 本科毕业设计 论文 通过答辩 27 1 预压长度 h1 460 mm 如果没有实物参照 通常取某一规定范围值或由自己设计 的预压长来决定 f1 k1 h0 h1 3 3 493 460 109n 5 12 2 弹簧在拐点处的压缩高度 h3 h0 f3 493 114 379mm f3 378 n 5 13 3 弹簧压缩到极限的长度 h5 340mm f5 f3 k2 h3 h5 5 14 f5 378 7 379 340 651n 弹簧的极限长度是弹簧的预压长度减去活塞杆最大行程值 根据活塞长度 阻尼 筒长度及减震垫计算得出 4 f2 f4的力值及弹簧压缩长度分别取 f1 f 3 和 f f 3 及其相应长度的中间值 图 5 1 弹簧工作特性图 5 校核压并长 减震弹簧全压并长度 hb dn 1 5d 271 mm 它距离弹簧压缩极限长度 340mm 还 有69mm 应该没问题 本科毕业设计 论文 通过答辩 28 6 校核扭应力 8 f5kc d 2 mpa 5 15 式中 c为旋绕比 c d d 18 3 5 5 1 5 16 k为曲度因子 k 4c一1 4c一4 0 615 c 5 17 1 16 0 11 1 2968 8 651 1 2968 5 1 3 14 3 5 2 890 mpa 许用扭应力 通常在800 mpa左右 0 5 b 它随材料 簧丝直径和弹簧中径的 不同而异 此处虽然超出 但因减震器不常在极限状态下工作 故可以使用 5 2 25 2 2 减震弹簧按实际工作状态绘图的优点减震弹簧按实际工作状态绘图的优点 1 可对该支弹簧工作状态一目了然 如预压力多大 行程多长 最大压缩力膨大 影响扭应力和永久变形 刚度k 多大及离拐点位置和离压并长还有多远等 2 可对配套厂的信息 如弹簧硬了 软了 承载力不足等 迅速改进 以满足用户 要求 3 绘图多了 可对踏板 弯梁或骑式车的上述各值有一个由小到大变动的概念 各系列车有一定范围 不管是测绘还是设计都能做到心中有数 5 2 35 2 3 减震器减震杆 活塞减震器减震杆 活塞 活塞杆 活塞杆 前减震器减震杆一般将活塞和杆分成两个零件加工然后在经铆接成为一个整体 目前要求活塞和杆制成整体 如图 5 2 所示 图 5 2前减震器减震杆 其中活塞杆主要承受来至活塞和接头的压缩和拉伸载荷 必须具有足够的强度 减震器活塞杆直径 d 0 40 0 55 d 常用 6 12mm 直径过小抗压 拉 强度较 低 则影响减震器的横向刚度 活塞杆采用 35 40 45 40cr 等冷拉圆钢制成 硬度为 hrc18 35 表面镀 铬 镀铬层硬度为 hrc30 55 前叉可用 45 钢 调质及表面处理 本科毕业设计 论文 通过答辩 29 图中 前减震器活塞杆设计成空心管 在管壁上在接近底部处开用两个补偿孔 在活塞附近处开有两阻尼小孔 两阻尼小孔离活塞越远 在复原行程中上腔形成的被 压区愈大 减震器的行程则愈短 两阻尼小孔之间设计有一定的距离 是为了使油液 和排出与补偿量能随载荷的变化而变化 使减震器性能趋于平缓 柔和 两阻尼小孔 位置应设计在活塞经常工作的附近 在压缩到底时 底部补偿孔被活塞关闭 阻尼力 突增 活塞杆采用双重流程加工工序 即为落料 车端面倒角 校直 磨外圆 高频淬 火 回火 校直 多道磨外分别车削两端面 活塞端 吊环端或螺杆端 切入磨 精密镀铬超精密等 活塞杆国外推荐采用精拔 辊轧 无导精磨削及震动锤加工 镀铬后抛光或超精 磨 国内则多采用无心磨 电镀后抛光或超精磨 也有少数采用无心磨 辊轧 电镀 后抛光或超精磨等工艺 活塞杆表面粗糙度应为 ra0 05 ra0 10 目前国产件为 ra0 2 活塞杆表面粗糙 度对减震器漏油影响很大 表面尖锐的波峰越深 运动时 活塞杆穿过油封向外带出 的油量也越多 漏油越严重 如从横断面看 油封在工作中其刃口紧紧地抱住活塞杆 外表面 其作用面积为 s 2