汽车减振器.ppt

淅川汽车减振器厂 汽车减振器 原理 结构 故障 淅川汽车减振器厂职工培训教材之一 W C K 说明 本文是淅川汽车减振器厂职工培训教材之一 仅用于本厂内职工培训之用 不得在外界传播 任何旨在以营利为目的对本文的复制 修改 任何后果 责任将由其复制 修改者承担 凡需要对本文进行复制 修改的 应征得编者及本厂培训科同意 限于编者水平 本文中必然包含着难免的错误 敬请读者批评指正 编者 邢云明2002 06 20 目录 题目页次名词解释 4 13减振器在国外的历程 14 24减振器在我国的发展 25 28减振器工作原理 29 56减振器故障识别 57 73 名词解释 平顺性平顺性是评价汽车在路面上平稳行驶的能力 抑制垂直振动 纵向角振动 横向角振动的能力 平顺性一般通过车体或车身某个部位 如车底板 驾驶员座椅处 的加速度响应来评价 操纵稳定性则可以通过车轮的动载来度量 例如 若降低弹簧的刚度 则车体加速度减少使平顺性变好 但同时会导致车体位移的增加 乘坐舒适性在用主观评价平顺性时是靠评价乘坐舒适性来评价平顺性的 即乘员根据主观感觉来判断舒适程度 阻尼 Damping 物体在运动过程中受各种阻力的影响 能量逐渐衰减 运动减弱的现象 在汽车技术方面应理解为衰减振动的意思 汽车悬架汽车悬架包括弹性元件 阻尼元件 减振器和传力装置三部分 这三部分分别起缓冲 减振和力的传递作用 从轿车上来讲 弹性元件多指螺旋弹簧 还应包括副簧 它只承受垂直载荷 缓和及抑制不平路面对车体的冲击 具有占用空间小 质量小 无需润滑的优点 但由于本身没有摩擦而没有减振作用 减振器指液力减振器 作用是加速衰减车身的振动 它是悬架机构中最精密和复杂的机械件 传力装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架 转向节等元件 用来传递纵向力 侧向力及力矩 并保证车轮相对于车架 或车身 有确定的相对运动规律 概括讲悬架是位于车架 或车身 与车轴 或车轮 之间 缓和并衰减由地面引起的冲击和振动 同时传递作用在车轮和车架 或车身 之间的各种力和力矩的装置 汽车悬架的形式分为非独立悬架和独立悬架两种 双横臂式独立悬架 非独立悬架非独立悬架的车轮装在一根整体车轴的两端 当一边车轮跳动时 影响另一侧车轮也作相应的跳动 使整个车身振动或倾斜 汽车的平稳性和舒适性较差 但由于构造较简单 承载力大 目前仍有部分轿车的后悬架采用这种型式 非独立悬架 后轴 4 独立悬架 4 独立悬架 独立悬架独立悬架的车轴分成两段 每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架 或车身 下面 当一边车轮发生跳动时 另一边车轮不受波及 汽车的平稳性和舒适性好 但这种悬架构造较复杂 承载力小 现代轿车前后悬架大都采用了独立悬架 并已成为一种发展趋势 非独立悬架 非独立悬架独立悬架 烛式 麦弗逊式独立悬架麦弗逊式被定义为由铰结式滑柱与下横臂组成的悬架形式 烛式被定义为车轮沿主销方向移动的悬架形式 独立悬架的结构分有烛式 麦弗逊式 连杆式等多种 其中烛式和麦克弗逊式形状相似 两者都是将螺旋弹簧与减振器组合在一起 但因结构不同又有重大区别 烛式采用车轮沿主销轴方向移动的悬架形式 形状似烛形而得名 特点是主销位置和前轮定位角不随车轮的上下跳动而变化 有利于汽车的操纵性和稳定性 麦弗逊式是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式 减振器可兼做转向主销 转向节可以绕着它转动 特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化 这点与烛式悬架正好相反 这种悬架构造简单 布置紧凑 前轮定位变化小 具有良好的行驶稳定性 所以 目前轿车使用最多的独立悬架是麦弗逊式悬架 关于麦弗逊悬架 车坛历史上还有这么一段记载 麦弗逊 Macpherson 是美国伊利诺斯州人 1891年生 大学毕业后他曾在欧洲搞了多年的航空发动机 并于1924年加入了通用汽车公司的工程中心 30年代 通用的雪佛兰分部想设计一种真正的小型汽车 总设计师就是麦弗逊 他对设计小型轿车非常感兴趣 目标是将这种四座轿车的质量控制在0 9吨以内 轴距控制在2 74米以内 设计的关键是悬架 麦弗逊一改当时盛行的板簧与扭杆弹簧的前悬架方式 创造性地将减振器和螺旋弹簧组合在一起 装在前轴上 实践证明这种悬架形式的构造简单 占用空间小 而且操纵性很好 后来 麦弗逊跳槽到福特 1950年福特在英国的子公司生产的两款车 是世界上首次使用麦弗逊悬架的商品车 麦弗逊悬架由于构造简单 性能优越的缘故 被行家誉为经典的设计 减振器减振器被定义为衰减振动的装置 现代轿车的悬架都有减振器 卡车一般只有前轴装减振器 当汽车在不平坦的道路上行驶 车身会发生振动 减振器能迅速衰减车身的振动 利用本身的油液流动的阻力来消耗振动的能量 当车架与车轴相对运动时 减振器内的油液会通过一些窄小的孔 缝等通道反复地从一个腔室流向另一个腔室 这时孔壁与油液间的摩擦和油液内的分子间的摩擦形成了对车身振动的阻力 这种阻力工程上称为阻尼力 阻尼力会将车身的振动能转化为热能 并被油液和壳体所吸收 人们为了更好地实现轿车的行驶平稳性和安全性 将阻尼系数不固定在某一数值上 而是能随轿车运行的状态而变化 使悬架性能总是处在最优的状态附近 因此 有些轿车的减振器是可调式的 将阻尼分成两级或三级 根据传感器信号自动选择所需要的阻尼级 为了提高轿车的舒适性 现代轿车悬架的垂直刚度值设计得较低 用通俗话来讲就是很 软 这样虽然乘坐舒适了 但轿车在转弯时 由于离心力的作用会产生较大的车身倾斜角 直接影响到操纵的稳定性 为了改善这一状态 许多轿车的前后悬架增添横向稳定杆 当车身倾斜时 两侧悬架变形不等 横向稳定杆就会起到类似杠杆作用 使左右两边的弹簧变形接近一致 以减少车身的倾斜和振动 提高轿车行驶的稳定性 从外表上看似简单的悬架 包含着多种力的合作 决定着轿车的稳定性 舒适性和安全性 是现代轿车十分关键的部件之一 装在麦弗逊悬架上的减振器还称作 滑柱式减振器 或 滑柱连杆式减振器 它不但起到减振器的作用 而且还兼作转向主销的作用 弹性元件弹性元件目前常用的有螺旋弹簧 钢板弹簧 扭杆弹簧和气体弹簧四种 其作用是吸收路面对汽车的冲击力随着时间的推移 汽车在不断地改进 后来出现了箱式车 并且其行驶速度也在增加 由于汽车行驶时的强烈颠簸及振动 乘员难以忍受 于是工程师就去思考解决的办法 因此诞生了具有减振器的悬架系统 它是由马车的弹性钢板及干摩擦式减振器 见下图 组成的 这种最早的干摩擦式减振器很容易因磨损而失效 并且它的特性很不好 其所提供的减振阻力是个常量 十八世纪末 德国工程师卡尔 奔驰 发明了一辆装有0 85马力汽油机的三轮车 另一德国工程师戈特利布 戴姆勒也同时造出了一辆用1 1马力汽油发动机作动力的四轮汽车 他们俩被公认为以内燃机为动力的现代汽车的发明者 这些早期汽车包括稍后陆续出现的汽车因为其运行速度低 是没有减振器的 减振器发展历史 减振器在国外的历程 明发车汽 随着时间的推移 汽车在不但的改进 后来出现了箱式车 并且其行驶速度也在增加 但是由于汽车行驶时的强烈颠簸及振动 乘员难以忍受 于是工程师就去思考解决的办法 因此诞生了具有减振器的悬架系统 它是由马车的弹性钢板及干摩擦式减振器 见下图 组成的 这种最早的干摩擦式减振器很容易因磨损而失效 并且它的特性很不好 其所提供的减振阻力是个常量 十九世纪初 液压减振器问世 1908年法国的M 霍迪立 M Handaille 利用液体的性质 即流体通过节流孔时产生的阻尼力随速度的增加而增加 设计出世界上第一个实用的液压减振器 这种重大改进的减振器的性能比它的前辈优越得多 它的阻力特性不是常数 其阻力随速度增大而增大 基本满足减振的要求 液压减振器有摇臂式及筒式的 最早的液压减振器大多是摇臂式的 但是筒式减振器几乎是与摇臂式减振器同时发明出来的 由于该型减振器对密封系统要求高 当时工作缸 活塞杆及密封不过关 因此筒式减振器在早期没有得到发展 较长一段时间内汽车一直以使用摇臂式减振器为主 摇臂式减振器结构复杂 以铸件 锻件为主 密封环节多以及砂眼 气孔存在容易引起漏油 下图是我厂曾经生产过的 解放 牌及 黄河 牌摇臂式减振器 自从汽车发明以来 工程师们就一直在研究如何将汽车的悬架系统设计得更好 最初的汽车悬架系统是使用马车的弹性钢板 后来螺旋弹簧开始用于轿车 当时就曾经有两种截然不同的意见 第一种意见主张安装刚性较大的螺旋弹簧 以使车轮保持着与路面接触的倾向 提高轮胎的抓地能力 但是这样的弊端是乘坐汽车时有较强烈的颠簸感觉 另一种意见认为应该采用较软的螺旋弹簧 以适应崎岖不平的路面 提高乘坐汽车时的平稳性及舒适性 但是这样的汽车操纵性较差同时又发生另外一种不舒适感 晕船感 到了三四十年代 独立悬架开始出现 并得到发展 减振器也由早期的摩擦式发展为液力式 这些改进无疑提高了悬架的性能 在第二次世界大战中 筒式减振器得到了很大的发展 在当时它大量用于吉普车 立下了 战功 从当初至今 筒式减振器尤其是双筒式减振器在商品化中占据着统治地位 从发展的趋势看双筒式减振器将来仍居主导地位 筒式减振器 近百年来人们一直在对汽车悬架系统及减振器进行不断的改进 对减振器阀系统的改进 以满足汽车对外特性的需要及高效生产 一方面是注重提高平顺性 乘坐舒适性 及同时注重安全性 提高驾驶稳定性及轮胎对地面的附着力 另一方面是千方百计提高减振器的可靠性及使用寿命 例如改进油封的密封性能及防尘效果 在油封材料里加自润滑剂 以提高减摩效果 对活塞杆采用高光洁度以及采用微裂纹镀铬以提高其抗摩擦 抗腐蚀性能 在过去对筒式减振器不断进行改进的过程中 最大的改进要属对减振器进行充气 充气后的减振器其性能有较大的改善 从而改善了行车的平顺性及舒适性 在汽车工业发达的国家现在已大量采用充气减振器了 名词解释附着力悬架系统的性能也对附着力产生一定的影响 附着力可称为 贴地性 通常所说的附着力是指车轮在没受侧向载荷的条件下 轮胎与道路接触面无相对位移时的切向反作用力之极限值Xmax 即附着力Fa Xmax在硬路面上 驱动轮切向反作用力之极限值Xmax与其法向反作用力Z成正比 即 Xmax Z式中的比例常数 称为附着系数 它取决于路面的种类和情况 轮胎的花纹以及行驶的速度有关 在干燥良好的混凝土及沥青路面的 值为0 7 0 8 主动悬架 无论怎样改良 此时的悬架仍然属于被动式悬架 仍然在很多方面有很大局限性 为此 自五六十年代起产生了主动悬架的概念 它能够根据悬架质量的加速度 利用电控液压部件主动地控制汽车的振动 在这方面的研究 各大汽车制造公司均不遗余力 典型的例子 早期有雪铁龙公司在1955年发展的一种液压 空气悬架系统 可以使汽车具有较好的行驶性能和舒适性 但是它的制造工序太复杂 最终难以普及 后来又出来一种 将就 的方案 即半主动悬架 它是靠驾驶员干预的可调整式减振器 虽然这种系统不如主动悬架系统 但它毕竟简单可行 因此有一少部分市场 随着计算机技术的迅速发展 主动悬架的实用化已成为可能 到90年代 日产公司在无限Q45轿车上应用了新式主动悬架 进一步提高了轿车适应崎岖路面的能力 这种悬架系统象徵着悬架系统及减振器技术的一个里程碑 它已在豪华轿车及赛车上应用 电控悬架有主动与半主动之分 悬架主要影响汽车的垂直振动 传统的汽车悬架是不可调整的 在行车中车身高度的变化取决于弹簧的变形 因此就自然存在了一种现象 当汽车空载和满载的时候 车身的离地间隙是不一样的 尤其是一些轿车采用比较柔软的螺旋弹簧 满载后弹簧的变形行程会比较大 导致汽车空载和满载的时候离地间隙相差有几十毫米 使汽车的通过性受到影响 汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求 一般行驶时需要柔软一点的悬架以求舒适感 当急转弯及制动时又需要硬一点的悬架以求稳定性 两者之间有矛盾 另外 汽车行驶的不同环境对车身高度的要求也是不一样的 一成不变的悬架无法满足这种矛盾的需求 只能采取折中的方式去解决 在电子技术发展的带动下 工程师设计出一种可以在一定范围内调整的电子控制悬架来满足这种需求 这种悬架称为电控悬架 目前比较常见的是电控空气悬架形式 以前空气悬架多用于大客车上 停车时悬架下降汽车离地间隙减少 便于乘客上下车 开车时悬架上升便于通行 这种空气悬架系统由空气压缩机 阀门 弹簧 气室 气囊 减振器所组成 车辆高度直接靠阀门控制气室的空气流进流出来调整 图示ECU 压缩机 5 阀门 3 4 空气弹簧元件 1 2 电控悬架工作时 阀门的相互作用控制通向空气弹簧元件的气流量 传感器检测出汽车的行驶状态并反馈至ECU ECU综合这些反馈信息计算并输出指令控制空气弹簧元件的电动机和阀门 从而使电控悬架随行驶及路面状态不同而变化 在一般行驶中 空气弹簧变软 阻尼变弱 获得舒适的乘坐感 在急转弯或者制动时 则迅速转换成硬的空气弹簧和较强的阻尼 以提高车身的稳定性 同时 该系统的电控减振器还能调整汽车高度 可以随车速的增加而降低车身高度 减小离地间隙 减少风阻以节省能源 在车速比较慢时车身高度又可恢复正常 右面是可调阻力的电控减振器示意图 现在轿车用的电控悬架引入空气悬架原理和电子控制技术 将两者结合在一起 典型的电控悬架由电子控制元件 ECU 空气压缩机 车高传感器 转向角度传感器 速度传感器 制动传感器 空气弹簧元件等组成 空气弹簧元件是由电控减振器 或磁变流体减振器 阀门 双气室所组成 电控减振器顶部有一个小型电动机 可通过它转动一个调整量孔大小的控制杆将阻尼分成多级 或者它是由压缩空气控制的阀门 实现分级控制 从而实现控制阻尼的目的 阀门也充当了一个调节气流的作用 通常双气室是连通的 合起来的总容积起着空气弹簧的作用 比较柔软 但当关闭双气室之间的阀门时 则以一个气室的容量来承担空气弹簧的作用 就会变得硬 因此阀门起到控制 弹簧 变软变硬的作用 磁变流体减振器 智能减振器 液压减振器是用减振器油作为工作介质的 利用其通过节流口时对减振器内壁及液体分子之间的摩擦吸收车辆的振动能量 减振器的阻力特性取决于设计结构参数 在运行时是不能干预和控制的 因此不具有理想减振效果 半主动悬架的可调式减振器也仅仅能作三 两个有限档位的分级调节 而利用变流体技术的减振器 不仅结构简单而且其性能远远优于原有的减振器 可在一定的区域内进行无级调节 实现实时控制 变流体减振器示意图见右图 工作原理磁流变体材料是一种由铁磁性悬浮相 有机悬浮介质和表面活性剂或稳定剂构成的智能流体材料 在外界一定磁场 例如6000Gs 作用下 流变性能发生明显变化 具有突变效能 由流动的低粘度液体突变为难流动的高粘度的类塑性体 而当撤去外加磁场后 由瞬间恢复到原来的低粘度状态 用于减振器具有明显效果 是智能减振器设计中理想的阻尼材料 以磁流变体材料制作的减振器 其阻尼特性由外加电场强度大小进行控制 具有快速反应和可逆的转变 但是这种减振器是用于智能化的主动悬架或半主动悬架上 造价高昂 因此磁流体减振器在目前世界上仍处于研究开发阶段 我国的第一只减振器是五十年代初出现的 第一个五年计划我国兴建第一汽车制造厂并从苏联引进汽车技术 其中包括摇臂式减振器 梢后来的南京汽车厂的 跃进 牌减振器也是引进苏联的 嘎斯51 69 型 我国第一只筒式减振器是在1956年由上海某工厂 上海汽车底盘厂前身 按照美国MONRE减振器仿制的 我国50年代从苏联引进的汽车的减振器是摇臂式的 于70年代初改为筒式的 由于活塞杆 工作缸制造技术的成熟 从而使筒式减振器得以发展 我厂在60年代初开始生产的减振器就是摇臂式减振器 开始生产 解放 牌 跃进 牌 嘎斯51 69 型摇臂式减振器 随后又生产 黄河 牌 太脱拉138 摇臂式减振器 在上海汽车底盘厂及二汽的支持下 我厂是于1972年开始试制筒式减振器的 1973年开始小批量生产BJ212筒式减振器 1974年开始生产 东风 解放 牌用筒式减振器S40型 当时正值我国第一个减振器标准 汽车筒式减振器尺寸系列与技术条件 出台 我国实行改革开放后 我国汽车工业开始走技术引进的道路 铃木系列 三菱系列微型汽车及斯太尔系列重型车 上海 桑塔那 北京 切诺基 天津 夏利 广东 标致 等先后引进到我国 随后一汽的 奥迪 捷达 及二汽的 富康 也引进到我国 全国减振器行业抓住有利时机积极配合整车实现减振器国产化 引进国外先进技术和先进设备 从而使减振器的制造水平上了一个新的台阶 缩短了同国外的差距 减振器在我国的发展 我厂在80年代中后期 先后开发了一汽小 解放 两种车型的轻型车减振器 斯太尔重型汽车系列减振器 微型车后减振器 中汽系统的6450系列减振器以及 亚马哈 80 望江 250 黄河 250型摩托车减振器等产品 接着又开发了微型车前减振器 到此阶段我厂的减振器已形成了 D 16 亚马哈 80后 S20 S25 S30 S45 S50 S65共7个筒式减振器系列 加上摇臂式减振器及摩托车前叉减振器共9大系列 我厂借为一汽试制小 解放 轻型车减振器一举成功的契机 进入一汽的减振器配套体系 接着为了为一汽的 奥迪 及一汽大众的 捷达 配套减振器 我厂进行了大规模的技术改造及关键设备的引进工作 并以SKD CKD状态逐步为一汽及一汽大众供货 从而使我厂的减振器产品水平及制造装备水平在国内处于领先地位 在世纪之交的几年内 我厂重点进行了对引进图纸 技术标准及引进设备的消化吸收工作 同时引入了ISO9001 QS9000 VDA6 1质量管理体系 由于这些措施贯彻实施 取得了成效 完成了捷达前减振器的国产化工作 开发了捷达 奇瑞后减振器 夏利前后减振器 富康前后减振器 金杯通用前后减振器以及豪华大客车减振器等较高档次的产品 模仿制造引进减振器装配线 高频淬火机床改造与制造以及减振器液压缓冲技术的应用 阴极电泳涂层的应用 激光焊接的应用等都是技术进步的产物 20年来 我厂乃至我国在减振器技术水平方面的确取得了长足的进步 但是不管是在管理水平还是制造水平方面 与国外汽车工业发达国家相比还很落后 规模小 设备间陋 劳动生产率低下 开发费用很低是我国减振器企业的通病 我国减振器与国外减振器厂商比较图 我国汽车悬架技术领域 十五 目标 攻克关键技术 开发出具有半主动悬架技术的产品 在部分轿车上采用主要研究内容 油气悬挂技术 由油气部件和弹簧系统共同支撑车体 根据汽车变化的承载量 由油气部件调节悬架的水平位置 使弹簧保持正常的使用位置 阻尼可调节减震器 由传感器感知汽车行驶时的状况 包括载荷的大小 路面的不平 是否转弯 是否加速或制动等 经电子控制单元分析判断 通过电磁阀液压系统 调节减震器的阻尼 此项技术又成为半主动悬架技术 全主动悬架技术 通过电液系统不仅调节阻尼而且调节弹力 水平位置等 减振器工作原理 如果汽车没有具有弹性元件及阻尼元件的悬架机构 古代的车辆即如此 这样的车在各种道路上行驶中 当车以一定的速度驶到路面突起时 要受到路面反作用力F 构成对车辆的冲击 见下图 影响乘员舒适及货物的安全 完整 随着车辆行驶速度的提高 这种冲击使人实在无法承受 于是出现了带弹性悬置的车辆 见图2 车上的弹性悬置的弹性元件就是弹簧 它的作用是在冲击产生时 吸收其能量并以势能暂时存储 在冲击过后弹簧又将其能量以动能的形式释放出来 车体质量M在弹簧K上振动 见图3 弹簧逾软对减轻冲击的效果逾明显 但如果不让它的振动尽快停下来 我们乘坐的将是一辆跳个不停的汽车 弹簧受到干扰引起的车身不停振动 也使人承受不了 因此 要在弹簧运动的过程中加上一定的阻力 学名叫做阻尼力 使弹簧的振动迅速衰减 减振器就是这个阻尼设备 有了阻尼作用的悬架系统 车辆的振动便迅速衰减 见图4所示 阻尼力会将车身的振动能转化为热能 被油液所吸收 再通过壳体散到大气中去 减振器按其结构可分为双筒式和单筒式 双筒式是指减振器有内外两个筒 活塞在内筒中运动 由于活塞杆的进入与抽出 内筒中油的体积随之增大与收缩 因此要通过与外筒进行交换来维持内筒中油的平衡 所以双筒减振器中要有四个阀 即除了活塞上的复原阀和流通阀外 还有装在内外筒之间的完成交换作用的压缩阀和补偿阀 复原行程活塞杆作拉伸运动 活塞上腔的减振器油在油压pA的作用下 通过活塞上的阀孔及节流孔流向活塞下腔 同时由于活塞杆的伸出使工作缸内部增大了相应的容积 使活塞下腔产生一定的负压 从而使贮油缸里的减振器油推开底阀 压缩阀 上的补偿阀进入工作缸以补偿由于活塞杆移出的空间 与此同时工作缸上腔有一少部分油液通过活塞杆与导向器之间的间隙泄漏到导向器与油封之间的腔内 在通过导向器上的泄流孔流入贮油缸 见图5 双筒式减振器 压缩行程活塞杆作压缩运动 活塞下腔的减振器油在油压pB的作用下 打开活塞上的流通阀流向活塞上腔 由于一般流通阀弹簧很软 因此 打开所需的力是很小的 因此可以认为此时活塞上下腔的压力是相同的 同时由于活塞杆的进入工作缸使减振器油通过压缩阀进入贮油缸 由于压缩阀的作用 此过程使活塞腔内产生一定油压 与此同时工作缸内有一少部分油液通过活塞与导向器之间的间隙泄漏到导向器与油封之间的腔内 在通过导向器上的泄流孔流入贮油缸 见图5 单筒式减振器 在同样的外形尺寸 直径 下 单筒式工作缸直径大 因而单位行程流经阀的油量大 可提供较大减振阻力 使汽车高速行驶中的车轮接地性和行驶稳定性好 单筒式减振器有充气和不充气之分 见图6 下页 充气式减振器由于油气分隔和预充气的气压 减振器工作过程平稳 消除了油的乳化现象 并有助于消除减振器所传的噪声及提高乘车舒适性 不过 这种减振器的油封 要求有更高的耐压和耐热性能 普通的油封难以满足要求 此外 单筒式工作缸裸露于外 怕碰变形 轴向尺寸比双筒式也大些 故使用很有限 目前只用于驾驶室悬置 座垫等使用条件较好的部位 在使用条件较好的轿车悬架上也有采用的 与双筒式相比 单筒式减振器结构简单 减少了一套阀门系统 单筒充气式减振器在缸筒的下部装有一个浮动活塞 所谓浮动即指没有活塞杆控制其运动 在浮动活塞的下面形成一个密闭的气室 充有高压氮气 一般1 5 4 0MPa 减振器工作时由于活塞杆拉出及压入而引起内部容积变化 就通过浮动活塞的浮动来自动适应之 还有单筒式减振器是不专门充气的 它没有浮动活塞 将一般的空气与减振器油装在同一工作缸内的简单的结构形式 还有虽然有浮动活塞 但没有充入压力气体 而是以一个弹簧使其作补偿作用的 见图6b 结构简单 它取消了贮油缸和单独的压缩阀组件 把压缩阀和复原阀 同时装在活塞上 使结构简化 零件减少约15 左右 降低了制造成本 单筒式减振器 单筒式减振器工作原理与双筒式基本上是相同的 只不过它没有补偿阀而是靠浮动活塞对油量进行补偿的 外特性与三级控制 悬架减振器等效线性阻尼系数的概念减振器的阻尼系数 是指减振器在单位速度下产生的阻力 这样的阻力或大或小 即称之为较大或较小的阻尼系数 而较大或较小的阻尼系数 则反映出减振器具有较强或较弱的吸收振动的能力 当速度为V 阻尼力P与线性阻尼系数CL可描述为 P f V CLV 等效线性阻尼系数等效线性阻尼系数被定义在给定行程和频率的条件下 与一个非线性的减振器相比 吸收相同能量的线性减振器的线性阻尼系数 因为大多数减振器外特性不是线性的 因此需引入一个等效阻尼系数的概念 对于非线性减振器 其等效线性阻尼系数为 EECeq A2 AVxma这里 E 减振器在一个谐波周期吸收的能量 对于线性阻尼系数减振器 则为E CLA2 A 减振器振动的振幅 振动的角频率 Vxma 振动中达到的最大速度Ceq 非线性减振器的等效线性阻尼系数CL 线性减振器阻尼系数 等效线性阻尼系数取决于这个谐波周期的速度幅值 并且必然伴随非线性减振器行程和频率的变化而变化 减振器的试验外特性可以在不同的速度下取得 在用上式计算等效线性阻尼系数 Ceq 取用E值时 如果试验外特性是采用示功图 Lissajous sfigures李萨茹图 P f s 的形式时 则示功图曲线所包容的面积 其数值就是E值 悬架减振器的阻尼系数通常是非线性的 即使线性的阻尼系数 也是近似线性的 下面是几种典型 减振器外特性上有两个点很重要 一个是开阀点k 开阀速度在0 3m s左右 另一个是最大开阀点km 开阀速度在1 0m s左右 时值减振阀形成最大开度 弹性元件并圈或被限位 见图11 把外特性上的k和km点的阻尼系数之比 Ck Ckm定义为悬架减振器外特性的平安比 平顺性及安全性 对于非线性减振器外特性设计来说 k和km点的阻尼系数之所以十分重要 是因为 对于轿车型特别是豪华型轿车由于侧重于平顺性而把Ck设计得较大 较充分 而对于越野车型特别是赛车车辆 由于侧重于安全性而把Ckm设计得较大 较充分 对于前者 只是把Ckm设计到必要的指标 对于后者Ck的设计实际上要使平顺性作某些牺牲 这是可行设计区的区域特征对于车辆减振器匹配外特性的设计原则要求 减振器外特性三级控制上述所涉及到减振器外特性的两个重要点 因此在实践中要对这两个点进行控制 在设计及制造上采用三级控制基本可保证使这两个重要点满足车辆要求 第1级控制 依靠设计及控制节流槽尺寸参数 节流阀片的厚度及槽宽 槽数 第2级控制 依靠设计及控制弹簧 螺旋弹簧 阀片刚度 第3级控制 依靠设计阀系统上的通道开度 如活塞 压缩阀座 阀体上的孔径 孔数 减振器阻力由内部的油压决定的 对于常规减振器来说 其复原阻力Pf pAB aA pA pB D2 d2 4减振器的压缩阻力Py pBC aB pB pC d24以上式中 Pf 减振器复原阻力Py 减振器压缩阻力 pAB A腔与B腔之压力差 pBC B腔与C腔之压力差aA A腔内之有效截面积 复原时活塞有效工作面积 aB 活塞杆截面积pA A腔压力 活塞上腔 pB B腔压力 活塞下腔 pC C腔压力 贮油缸 D 活塞直径d 活塞杆直径 对于常规减振器来说 在压缩工况 由于位于活塞上方的流通阀弹簧力很小 活塞上下腔的压力差亦很小 可忽略 因此可认为pA pB C腔的压力受初始装配时减振器内的气体压力这样制约 通常对于不充气的减振器 可视其位1个大气压 于以忽略不计 因此可认为pC 0 即 pBC pB 减振器在低速工况及较高速 中速 工况的工作示意图见图13及图14 第一级控制 节流孔 当在较低的速度下 0 3m s以下 工作时 减振器内部的工作油压较低 由油压产生的作用力不足于使复原阀及压缩阀片被打开 对于阀片式结构的阀 或使复原阀及压缩阀弹簧打开 对于弹簧式的阀结构 此时油液主要是通过节流阀片上的常通孔 槽口缝隙 流动的 当工作速度一定时 也即减振器内部流量一定时 槽口缝隙的大小决定着减振器阻力的大小 节流阀片 第二级控制 弹性元件 当减振器在较高的速度下 0 3m s 1 0m s 工作时 减振器内部的工作油压较高 由油压产生的作用力使复原阀及压缩阀片被打开 即迫使阀片弹性变形使开度增大 对于阀片式结构的阀 或使复原阀及压缩阀弹簧打开 对于弹簧式的阀结构 此时油液是通过加大了开度的节流孔流动 而不仅仅通过常通孔 当工作速度一定时 也即减振器内部流量一定时 阀片阀口开度对减振器阻力的大小起着主要作用 而槽口缝隙的大小及大常通孔 活塞或压缩阀体上的孔 的大小对减振器阻力也有影响 但影响较小 见图14 如果节流孔大小不变 当减振器工作速度快时 阻尼过大会影响对冲击的吸收 第三级控制 大常通孔 当减振器在更高的速度下 1 0m s 工作时 减振器内部的工作油压很高 由油压产生的作用力使复原阀或压缩阀片被打开到最大限度 被限位 此时阀片阀口开度对减振器阻力的大小起着次要作用 而大常通孔 活塞或压缩阀体上的孔 的大小对减振器阻力的影响起主导作用 在高速工况下 过大或过小的减振器阻力对汽车的平顺性或安全性都是有害的 活塞通孔 阀体通孔 红旗前减振器 典型产品及主要零部件 红旗前减振器导向座部件 红旗前减振器活塞部件 红旗前减振器压缩阀部件 捷达前减振器 红旗后减振器 减振器示功图 示功图畸变识别减振器生产厂家都用示功图去评价减振器的特性 因为此方法简便且直观 减振器故障识别 影响因素减振器在使用过程中不可避免地存在着失效问题 其影响因素是多方面的 减振器自身的质量问题 道路条件及道路环境 路面状况 泥砂 灰尘 石子等影响因素 尤其在我国 有不少好的路面 但坏的路面也很多很多 行驶的里程 随着行驶里程的增加 引起减振器运动部件 密封部件及阀门 阀片的磨损 工作液的功能减弱等 载荷情况 气象条件 驾驶技术及习惯 减振器在车上的安装情况 例如减振器的安装情况 螺纹连接的松紧程度 缓冲块 副簧是否损坏及脱落 异常的碰撞 减振器故障类型失效 完全或部分失去减振功能 无阻尼力或阻尼力衰减幅度很大 失效可由以下一种或几种原因引起 1 漏油 2 减振器内阀系统失效 损坏由于受到异常外力碰撞 使减振器活塞杆弯曲或缸筒 外筒甚至内筒 碰瘪而导致卡死或卡滞 缓冲块 副簧损坏及脱落将导致减振器内部零件撞坏 由于制造质量问题而产生的吊环脱落等 异响一般情况下 异响应称为悬架系统异响 大多来自连接部位没有拧紧 球 环接头松动等 甚至轮胎的气压过高也可误认为异响 噪声 来自减振器本身异响的情况是很少的 但是当减振器明显失效 工作条件恶化时或内部零件脱落松动 减振器吊环胶套松动也可引起异响 减振器活塞在上下运动时油液产生的 丝丝 声 不应视为异响 其他因减振器制造原因或零部件磨损使减振器松驰 Looseness 引起车轮偏摆 图1漏油 图2损坏 减振器因漏油失效的鉴别目视 减振器外表面附着有油迹 存在着以下可能不漏油 存在下列情况 有时在减振器外筒或密封部位附近看到的油迹是油脂造成的 为了减小减振器油封的摩擦力以提高使用寿命 在油封处涂有一种特殊润滑脂 在工作时受热后扩散乃至挥发 从而使油雾冷凝或扩散到减振器外筒上 尤其是当润滑脂涂的过多的情况下 有时在修理车时 无意将手上附着有油污碰到减振器外表面并经扩散 行车时再蒙上一层灰尘 看上去油呼呼的 有时行车时 车上其他部位漏出的油甩到减振器表面上 或某处路面上的油经车轮甩到减振器表面上 几率是很小的 漏油 减振器工作时活塞杆往复运动带出极微量的减振器油 对减振器无妨 而且对润滑油封有好作用 不能视为漏油 对此的判断必须是有经验的人 减振器轻微漏油 但减振器阻尼力正常 此减振器仍可继续使用 当减振器漏油并出现减振器阻尼力明显减弱或完全消失 则判定为减振器因漏油失效 则需要更换减振器 减振器漏油原因过长的使用期 油封 活塞杆 导向套磨损 泥砂 灰尘等脏污的侵蚀 车轮滚动使飞起的小石子打伤减振器活塞杆表面 减振器受外力损坏 减振器在车上不正确的安装 例如连接时将减振器两端夹的太紧 失去一定的挠度 相当于给减振器施加一定侧向力 加速其磨损 轮胎气压过高 大多数驾驶员习惯把轮胎打的很足 超过规定 这样会使轮胎弹性降低 从而使减振器工作阻力增大 如果长期如此不但舒适性降低及增加噪声而且会使减振器过早损坏 对于轿车 微型车减振器 由于活塞杆上的缓冲块 也即副簧 在有的微型车上称为防压垫 损坏而将污物挤入减振器内部而导致漏油 见右图 减振器压缩阀损坏的原因对于轿车 微型车减振器 由于活塞杆上的缓冲块 也即副簧 在有的微型车上称为防压垫 损坏不但引起减振器漏油 而且还导致压缩阀损坏 下左图是被撞变形阀体及保持架 星型座 下右图是被撞坏了的S40压缩阀座总成 因减振器本身质量问题引起的故障 由于减振器零部件质量的原因 如活塞杆表面 油封 贮油缸 外筒 焊缝等存在质量缺陷 而使减振器失效的 漏油因油封缺陷导致漏 渗 油 油封本身质量差 可能与它的材质或硫化工艺有关 油封的外观缺陷主要表现在主唇口不尖锐或有毛刺或有缺损或有裂纹 用放大镜及显微镜观察可发现其缺陷情况 油封副唇口也很重要 如果唇口有毛刺或有缺损 则起不到防尘作用而使减振器漏油 另外唇口的几何形状对抗泥沙关系很大 如果骨架式油封的骨架达不到规定的强度及刚度 则有可能因骨架变形而导致漏油 如果骨架油封的唇口弹簧脱落或弹簧的预紧力过大或过小则易引起漏油 一般的油封的胶料为丁氰类耐油胶 但是这种胶的工作温度较低 它的最高工作温度为100 见大众图纸191413529B 最高达120 温度下只能短期工作 否则会因高温使油封烧坏或暴裂 要求在高温条件下较长时间工作的减振器 比如日产汽车要求高温试验为140 在开发时应选用氟胶等耐高温材料 其他原因引起的漏 渗 油 由于工作缸 贮油缸 贮油缸总成长度尺寸变差而使封口时的封口力发生变化 从而导致封口预紧力波动大甚至将油封挤坏 不良封口的减振器经使用后产生封口松动而引起漏油 还有可能引起异响 像JETTA前减振器那样的压点封口或像S50减振器那样的用螺纹封口的减振器 贮油缸装油封部位光洁度差或有表面缺陷也易引起漏油 由于减振器零件不清洁 或由于设备 工装 工具 工位器具不清洁 杂质 甚至包括头发 在装配过程中进入减振器内部 在减振器使用中可能发生漏油 减振器在使用中阀片碎裂 压缩阀被撞坏 活塞外套脱落 缓冲软垫变质等内部零件损坏都可导致漏油 由于油量过多 工作时减振器内部压力大 使油封爆裂 此种情况多发生在对油量敏感 容积较小减振器上 例如20系列减振器 减振器油量过多的减振器其示功图表现为在压缩行程末尾出现尾畸 见下图左 在常温下 尾畸现象是不允许出现的 恰当的油量应该是在常温下示功图压缩初期不得有空程畸变 也不得出现尾畸 见上图 在高温 100 作满行程 总行程 10 即两端各留5mm余量 测量减振器阻力时 允许有一定的尾畸存在 但其总高度不能大于5倍的活塞杆面积 高度N 面积mm 活塞杆表面镀层硬度低 镀层与基体结合力差 厚度不均匀 使用中在侧向力的作用下易产生表层拉毛 磨损而导致漏油 导向器或滑动轴承内孔处材料存在微观硬点 易拉伤活塞杆 加速其磨损 导致漏油 悬架噪声减振器可能是悬架噪声的噪声源之一 悬架噪声一般称作异响 减振器噪声产生及传递的原理如右图所示 由于路面不平生产的激励通过车轮传到悬架 使悬架产生振动 振动的一部分首先通过贮油缸传递到弹簧再往上传递 当传递到车身连接处被隔振胶垫吸收 只有很少一部分传递到车身 另一部分则通过工作缸与活塞的接触面的摩擦和活塞杆与导向座孔的接触面的摩擦传递到活塞杆 再由活塞杆传递到车身 在振动的传递过程中如果摩擦副之间所产生的摩擦力较大则发出摩擦响声 如果这噪声的频率和悬架系统的固有频率相同或接近 则此噪声被放大后通过活塞杆传递到车身 滑柱式减振器在工作时具有较大的侧向力 尤其是微型车前减振器 在侧向力的作用下减振器体发生弹性弯曲变形 这种变形用肉眼不易观察到 使减振器摩擦表面不正常接触 使摩擦力增大 如果活塞杆表面粗糙 配合间隙大 工作缸直线度差则可能导致异响 甚至系统锁死 另外还导致加速零件磨损 两种悬架比较 一般在轿车悬架上 悬架螺旋弹簧的轴线与减振器轴线