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三维UG 21张CAD高清图纸、文档 QX系列 汽车 碰撞 缓冲 装置 设计 三维 UG 动画 仿真 21 CAD 图纸 文档 QX 系列

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毕业设计(论文)开题报告题 目： 汽车碰撞缓冲装置设计 学院： 应用技术学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 曾辉 学 号： 201313090201 指导老师： 谭立新 2017年 2 月 26 日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告文 献 综 述0 引言近年来，随着我国经济的迅速发展，人民群众的收入水平不断提高，以及汽车价格的不断降低。自2013年以来，我国城市汽车拥有量不断增加。从私人汽车保有量突破1亿后，各个城市的汽车保有量都呈现着增长趋势。根据公安部交管局统计：截止2016年底，全国汽车保有量达1.94亿辆，其中有49个城市的汽车保有量超过百万辆，18个城市超过两百万辆，6个城市超过三百万辆1。汽车保有量的持续增长无疑是我国人民生活水平进一步提高的表现，但是众多车辆带来的巨大交通运输量也给交通运输环境以前所未有的压力。在我国，大大小小的交通事故屡见不鲜，因事故发生带来的损失难以估量。以死亡人数来说，2014年，全国道路交通事故万车死亡人数为2.22人，具体34292.34人，比起2013年死亡人数增长率为8.5%；2015年为万车死亡人数2.1人，具体为36178.8人，比起2014年死亡人数增长率约为5.5%。比较包括2014年、2013年、2012年的死亡人数可知，我国道路交通事故死亡人数事实上应呈现小幅度逐年上升趋势。我国2015年全年各类生产安全事故共死亡66182人，而交通事故导致的死亡人数占据其约54%的份额，由此可见交通安全形势之严峻2。因此，提高汽车安全性，尽量减少交通事故带来的损失是汽车领域亟待解决的科技问题。研究汽车碰撞、保护乘员安全、降低碰撞损失己成为汽车设计领域非常重要的一部份。1 课题提出的目的及意义人们常将汽车与外部物体的碰撞称为第一次碰撞，而将人体与车内部件的碰撞称为二次碰撞。显然二次碰撞过分剧烈而导致人体与汽车快速相对运动而造成的3。良好的汽车乘员保护系统设计可以大幅减轻乘员在碰撞发生时受伤的程度，并大幅降低死亡率。目前，汽车碰撞安全性能已经成为汽车的主要性能之一，与之相关的系统、零部件众多。广义上讲，汽车上的每一个零件都或多或少与其安全性存在联系。因此汽车碰撞安全行业具有产业链长、行业覆盖面广的特点，集群效应非常显著。国际知名的整车企业无不积极谋求在汽车碰撞安全行业中的领先地位，可以说，汽车碰撞安全技术的研发实力和技术储备，是整车企业必不可少的内功，因此整车企业对汽车碰撞安全产业的布局和产业链优化非常重视，将此作为企业经营战略中不可缺少的一环。也正是由于碰撞安全性在汽车中的重要地位，其市场容量非常巨大。因此汽车碰撞安全行业的技术和市场，即是汽车产业链的核心之一，也是价值链中带了丰厚的利润的部分。目前世界主要的汽车消费市场均是汽车碰撞安全产业和技术的密集区域4。2 汽车防碰撞安全技术现状世界上申报汽车防碰撞专利已有数千项， 但由于解决不了汽车碰撞时产生巨大冲击力着力点的问题, 更没有找到能把巨大冲击力在瞬间化解消失的新技术，汽车碰撞的安全问题陷入了尴尬局面，至今无法推广应用。当前汽车上最好的安全装置是安全带，它在车速不太快的情况下遭碰撞，对驾乘人员有一定的保护作用，但保护不了汽车的安全。还有: 雷达扫描电脑自动驾驶系统，微波多普勒效应防撞系统，ABS 防抱死系统， SRS 安全气囊系统，减振吸能保险杠，防撞横梁等安全设备等。其中高科技的电脑自动驾驶系统，在正常情况下可防止追尾碰撞前车，但却躲避不了违章碰撞，如装有先进电脑自动驾驶系统的奔驰 600 高级轿车也难逃被撞毁的厄运。安全气囊并不安全，有多少被撞毁、撞坏的轿车，气囊却展不开，引起官司不断。 至于各式吸能保险杠或横梁等专利产品，不能有效地把碰撞时产生的巨大冲击力消耗， 特别是在轿车上找不到可安装的位置而被束之高阁5。总之，汽车防碰撞这一个难题。3 液压式碰撞缓冲装置概念及特点传统的缓冲器的复位件主要是机械弹簧，也有部分缓冲器的复位件采用金属弹簧与橡胶的组合结构。这些缓冲器都普遍存在缺陷:如体积大、容量小、质量大、阻抗力较大、性能不稳定、使用寿命较短和维修工作量大等。为了适应实际工况的需求，液压缓冲器得到了广泛的应用。液压缓冲器具有容量大、性能稳定且便于调整等特点，其较好的阻抗特性不仅改善了机械结构受力，同时也提高了缓冲器的抗冲击性6。正因为液压缓冲器较好的特性使其在起重机械、船舶、铁路等领域也得到成熟应用。但液压缓冲器大多采用金属弹簧作为复位件，在实际工作过程中缓冲器经常受到冲击，使得金属弹簧的疲劳寿命问题极大地限制了其应用7。液气缓冲器正是为克服这一缺陷而发展起来的，其采用压缩气体作为复位件，不仅消除了金属弹簧的疲劳问题，且实现了无磨耗工作，提高其使用寿命增强了缓冲器的稳定性。液气缓冲器具有新型的阻尼结构且节流效果明显。复位件采用性能稳定的气新型液气缓冲器的设计及分析体，克服了液压缓冲器复位件经常受冲击而引起的疲劳问题且回弹力较小。目前广泛应用于起重机械、纺织机械、飞机、汽车和铁道车辆等领域。4 液压缓冲装置发展现状液压缓冲装置在高档轿车上的应用，液压缓冲吸能结构是利用油液的粘性阻尼作用，将大部分的冲击能量通过节流孔吸收转化为油液的热能蚪散发掉，其结构内侧加强件通过橡胶挚与液雎缓冲器的活寒相连接。活塞采杆做成空心，内装一浮动活塞将其隔成左、右两腔，左腔充满氮气，右腔充满机械油，活塞杆外吲柱面与缓冲缸内网面滑动配台，缓冲缸内机械油与活塞杆右腔相通。缓冲缸固定在牟桨或车身加强件上，当汽车与障碍物碰撞时，保险杠横杠受到的碰撞冲击力由其横杠内侧加强件传到活塞杆，活鏖杆端部向右移动，推动机械油向流过节流孔，压向活塞右腔，推动活塞向左移动，并使氮气受到压缩。这样，利用机械油通过节流孔时的粘性阻力吸收撞击能量，吸收能最的效率高达80%，工作特性比较稳定。撞击后靠氮气产生复原动力，使保险杠复位。奥迪A6液压缓冲保险杠液压缓冲小仅能够吸收巨人的冲击能量，而且可以通过渊节节流孔来设计不同的碰撞缓冲规律，工作稳定可靠，特别适合于冲击能较大的场合。但是其结构复杂、维修小使，密封要求高，需要经常保养.有时会产渗漏，对环境温度变化也比较敏感8。汽车碰撞吸能装置是汽车的关键部件，在汽车碰撞安全中占有举足轻重的位置，减少事故伤亡率。汽车碰撞吸能装置是汽车的关键部件，在汽车碰撞安全中占有举足轻重的位置，因此，提高汽车安全性，尽量减少交通事故带来的损失是汽车领域亟待解决的科技问题。研究汽车碰撞、保护乘员安全、降低碰撞损失己成为汽车设计领域非常重要的一部份。液气缓冲器在轨道交通车辆上的应用。缓冲器是轨道交通车辆最主要的能量缓冲装置之一，通过它来缓和和削减列车在运行和调车作业过程中的纵向冲击力。缓冲器性能好坏直接影响到列车的运行速度、调车作业效率以及乘坐的舒适性和安全性。液气缓冲器具有容量大、吸收率高、缓冲特性易于调整等优点，并且利用惰性气体代替原来的钢弹簧，不但消除了弹簧的疲劳现象，还实现了无损耗工作，减少了维修量，提高了使用寿命11。气液联合碰撞缓冲装置在汽车上的应用。本发明公开了一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置。该碰撞缓冲装置包括液压缸体，柱塞杆，阻尼孔组，气囊，爆破片和带刀端盖。液压缸体内设有气囊，其余部分充满液压油。液压缸体外侧壁上连接充气阀，充气阀与液压缸体内的气囊连通。柱塞杆沿缸体内壁滑动，活塞杆内安装爆破片和阻尼孔组，并有带刀端盖压紧固定12。 CRHS型动车组上应用的液气缓冲1-柱塞；2-气腔；3-缸体；4-浮动活塞；5-油腔；6-单向锥阀；7-锥阀节流孔； 8-节流阻尼环 ；9-油缸；10-节流阻尼棒 OLEO液气缓冲器 1-缓冲头；2-柱塞；3-气腔；4-活动活塞；5-调节杆； 6-油缸5 结论随着汽车行业的飞速发展，汽车安全性能尤为重要，研发出带有好的安全性能的汽车，不仅能更早的占领市场，给企业带来丰厚的利润，同时也能减少车辆发生事故时成员的伤亡率。在查阅和研究了当前的一些汽车碰撞缓冲装置之后，发现当前汽车安全防撞装置存在很多的不足，也更加肯定了本课题汽车碰撞缓冲装置设计提出的必要性和实用性。本着最有效、最经济实用的发展理念，结合本课题的设计要求，提出了创新改良现有液气缓冲装置的方案。通过查找资料，我们发现现有的液气缓冲器结构复杂，需要经常保养，密封要求高，对环境温度变化比较敏感，甚至发生缓冲器失效，造成非常严重的后果。结合TRIZ理论及反求工程理论13，我们将对现有的液气缓冲装置进行改造与创新，将设计一种结构更加简单，工作更加稳定可靠，便于拆装检修的新型缓冲装置。相信这个新型的液气缓冲装置将改变现有缓冲装置的不足，是汽车安全性能得到更大的提高，给社会带来不错的经济效益和影响。参考文献1 2016全国城市汽车保有量排名榜新鲜出炉.百度.2017.01.2 2015年全国道路交通事故数据统计公报.http;/www.peichang-cn，2016.3 张维刚.车辆乘员碰撞安全保护技术.长沙：湖南大学出版社，2007.4 杨铁军.产业专利分析报告.第9册.汽车碰撞安全.北京;知识产权出版社.2013.5 常凌燕.碰撞缓冲吸能装置的结构抗撞性研究.硕士论文，2010.6 胡竟湘.液压与气压传动.大连：大连理工大学出版社，2015.7 Fluidon Company, DSHplus Thermohydraulic Handbook，2004.8 黄世霖等.汽车碰撞与安全.北京；清华大学出版社，2000.9 郭良等.城轨车辆用缓冲器的研制与实验.北京；机械工业出版社，2008.10 徐立等.液气缓冲器的发展及其应用.铁道机车车辆，2000.11 张锁怀.轨道车辆新型液气缓冲器特性研究.陕西科技大学，2014.12 朱桂华.一种气液联合作用的汽车碰撞缓冲装置.中南大学.2015.13 张春林.机械创新设计.北京；机械工业出版社，200714 成大先.机械设计手册,北京:化学工业出版社，2008.15 李明智.新型液气缓冲器的设计及分析（硕士学位论文）大连海事大学，2010.16 刘继波.动车液气缓冲器仿真研究（硕士学位论文）.吉林大学.2009.17 李伟刚.轨道车辆新型液气缓冲器特性研究（硕士学位论文）陕西大学.2014. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 开 题 报 告一、课题的目的与意义本课题主要是设计一种新型的汽车碰撞缓冲装置，通过对目前缓冲器的性能对比，不难发现液气缓冲器具有适应能力强，性能稳定和工作可靠等优点。但也存在一些不足，为了克服液气缓冲器存在的缺陷，更好的适应汽车行业的发展，本文设计了一种新型的缓冲装置，其结构更加简单实用，工作更加可靠，克服了原有液气缓冲装置的不足，使得核心部件模块化，便于加工和检修。新型缓冲装置设计的基本过程如下:(l)通过对现有缓冲装置的结构与性能的分析，以相关的设计手册为规范，自行设计一种结构合理、性能稳定的新型缓冲装置;(2)根据其结构和工作原理，选取较为合适的建模方法，建立符合缓冲器实际工况的数学模型;(3)应用UG建立三维模型;(4)根据运动仿真、有限元分析、运动分析该缓冲器的性能。二、课题发展现状和前景展望随着汽车碰撞安全事故的频繁发生，人们越来越发现缓冲装置的重要性。但是同样也发现了现有液气缓冲装置设计的不足之处，如液气缓冲装置大多采用节流阻尼棒一节流阻尼环机构，这样对其对中性提出了更高要求，一旦对中不良将造成缓冲装置的失效和机械的损坏。因此设计一种新型的缓冲装置己成为提高我国汽车行业发展的一个重要课题。三、课题主要内容和要求1、课题主要内容（1）新型液气缓冲装置的总装平面图、三维图、爆炸图 （2）连接机构设计 （3）全部零件图设计 （4）控制系统设计 （选做） （5）应用相关合适软件分析研究 （选做） 2、课题主要要求 2.1.宣布设计任务，明确课题任务及要求，收集阅读有关设计资料(1周) 2.2.调查研究、分析设计课题完成开题报告(1.5周 ) 2.3.实习(1周) 2.4.总体方案设计： （1）总体方案确定（1.5周） （2）总装平面图、三维图设计（2.5周） （3）爆炸图（1周） 2.5.详细设计： （1）各结构设计（2.5周） （2）零件工作图设计 （1.5周） 2.6.性能分析（1.5周） 2.7.撰写设计、计算说明书 （1.5周） 2.8.毕业答辩（1周）四、研究方法、步骤和措施1、查阅资料，翻译英文资料查找设计所需的资料，资料的内容要有深度，要具有参考意义。2、熟练掌握设计所需的内容复习以前所学设计有关的专业知识，并熟练的运用到设计中去。还要学习一些设计中所用到的其它方面的知识，如：有限元法（FEM）、自由模态分析等。设计运用UG软件绘制缓冲装置所有零件的三维模型图，装配图。 3、设计内容（1）总体方案的设计（2）建立缓冲装置三维模型，并进行干涉分析；（3）改进缓冲装置关键零件结构，并再次进行分析。4、具体设计步骤 （1）利用CAD完成新型液气缓冲装置的零件图和总装图； （2）利用UG完成新型液气缓冲装置的所有零件的三维建模； （3）利用UG完成新型液气缓冲装置的装配总图； （4）利用UG完成新型液气缓冲装置装配总图的爆炸图； （5）利用UG对新型液气缓冲装置做相应的分析； 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导老师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 毕 业 设 计题 目： 汽车碰撞缓冲装置设计 学院： 应用技术学院 专业： 机械设计 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 曾辉 日期：2017 年 5 月 26 日毕业设计（论文）任务书 题目： 汽车碰撞缓冲装置设计 姓名基本任务及要求：（1）缓冲总装平面图、三维图、爆炸图 （2）连接机构设计 （3）全部零件图设计 （4）控制系统设计 （选做） （5）应用相关合适软件分析研究 （选做） 一、 进度安排及完成时间： 1.宣布设计任务，明确课题任务及要求，收集阅读有关设计资料(1周) 2.调查研究、分析设计课题完成开题报告(1.5周 ) 3.实习(1周) 4.总体方案设计： （1）总体方案确定（1.5周） （2）总装平面图、三维图设计（2.5周） （3）爆炸图（1周） 5.详细设计： （1）各结构设计（2.5周） （2）零件工作图设计 （1.5周） 6.性能分析（1.5周） 7.撰写设计、计算说明书 （1.5周） 8.毕业答辩（1周） 目 录摘要IAbstract.II第1章 绪 论11.1引言11.2 研发背景及意义11.3 课题的提出和主要研究内容31.4 缓冲装置分类51.5 缓冲装置工作原理91.6碰撞过程分析111.6.1恢复系数111.6.2碰撞基本规律121.7碰撞前后的能量分析13第2章 汽车碰撞缓冲装置总体方案设计152.1液气缓冲装置特性分析152.2新型液气缓冲装置的设计172.2.1设计理念172.2.2总体方案182.2.3工作原理192.2.4设计优点20第3章 新型液气缓冲装置主要构件及部分零件设计223.1限速阀的设计223.1.1气腔限速阀的设计223.1.2液腔限速阀的设计233.1.3弹簧的设计243.2限速阀的工作原理253.3限速阀的优点253.3.1三种缓冲装置阻尼结构特点253.3.2限速阀阻尼结构优势26第4章 三维建模与分析27 4.1三维建模27 4.2爆炸图31 4.3新型液气缓冲装置运动仿真32 4.4缸体1有限元分析33 4.5运动学模块分析35结论38参考文献39致谢40附录4147汽车碰撞缓冲装置摘要：根据本课题设计要求，自行设计了一种新型的液气缓冲装置。本装置使用了新型的限速阀，并利用氮气的无疲劳、体积模量小的特点，使其容量及吸能性能优越，回弹时间短，能够以较小的行程获得较大的缓冲力。本文介绍了新型液气缓冲装置的机构特征、工作原理及性能特点，建立了三维模型，并通过运动仿真、有限元分析及运动学分析证明了设计的合理性，本设计必将促进汽车安全技术的发展。关键词：汽车；安全；碰撞缓冲装置;限速阀.AUTOMOBILE COLLISION BUFFER DEVICEAbstract ：According to the design requirements of this topic ,a new kind of liquid gas buffer device is designed. The design has aplied new speed limit valve,and utilized the characteristic of nitrogen , such as no fatigue and small modulus. It made the a pability and the power-absorption ability prior , there boundtime short and the cushion for creased sharply .The paper introduced the operation principle ,the structure characteristics and the performance of the new buffer , a three-dimensional model is established ,and the rationality of the design is proved by motion simulation , finite element analysis and kinematics analysis. This design will certainly the development of vehicle safety technology , etc.KEY WORDS: Automobile; Security; Collision device；the speed limit valve.第1章 绪 论1.1 引言 相对于发达国家来说，我国的汽车工业起步较晚，汽车工业的发展水平特别是汽车技术与发达国家相比还有不小的差距。但随着国家经济的迅猛发展，购车的人越来越多，据调查所知，许多人在购车时更多的是关注汽车的价格，外观，内饰等因素，很少有人去关注汽车安全方面的问题1 。目前，随着汽车数量的增加和行驶速度的不断提高，行车安全越来越重要。一起起血淋淋的交通事故确实让人触目惊心，最大限度地减少交通事故中的人员伤亡是汽车工业发展中的急需解决的关键难题。多年来人们想出了各种办法，釆用了各种各样的装置来避免碰撞、或减轻碰车时所带来的人员和车辆的损失。当车辆在行驶过程中与其它车辆或障碍物发生碰撞时，为了抵御冲击、吸收和消散碰撞能量，需要在汽车上设计碰撞吸能装置来保证乘员安全，降低汽车零部件的受损程度。在这些装置中，采用得最多和使用得最广泛的是碰撞缓冲装置，碰撞缓冲的方式很多，有流体缓冲，机械缓冲，以及流体、机械并用的缓冲等2。汽车碰撞吸能装置是汽车的关键部件，在汽车碰撞安全中占有举足轻重的位置，大部分汽车缓冲装置是通过吸能装置的塑性变形来吸收能量。本缓冲装置在分析了国内外碰撞缓冲吸能装置研制水平与发展现状，以及碰撞损伤理论和法规的基础之上，研究了一种较新的机械缓冲吸能装置。主要是针对保护车体和司乘人员，在分析碰撞冲击力的基础上;再根据碰撞变形过程和碰撞损伤理论3研究了本缓冲吸能装置的总体方案。装置通过二级缓冲吸收碰撞能量，延长碰撞时间，减轻碰撞变形段的碰撞变形和冲击，再通过理论计算对该装置进行了可行性分析。提高吸能装置的性能不仅能降低整车的受损程度，减少碰撞损失，而且能提高乘员的安全性，减少事故伤亡率。1.2 研发背景及意义近年来，随着我国经济的迅速发展，人民群众的收入水平不断提高，以及汽车价格的不断降低。自2013年以来，我国城市汽车拥有量不断增加。从私人汽车保有量突破1亿后，各个城市的汽车保有量都呈现着增长趋势。根据公安部交管局统计：截止2016年底，全国汽车保有量达1.94亿辆，其中有49个城市的汽车保有量超过百万辆，18个城市超过两百万辆，6个城市超过三百万辆4。汽车保有量的持续增长无疑是我国人民生活水平进一步提高的表现，但是众多车辆带来的巨大交通运输量也给交通运输环境以前所未有的压力。在我国，大大小小的交通事故屡见不鲜，因事故发生带来的损失难以估量。以死亡人数来说，2014年，全国道路交通事故万车死亡人数为2.22人，具体34292.34人，比起2013年死亡人数增长率为8.5%；2015年为万车死亡人数2.1人，具体为36178.8人，比起2014年死亡人数增长率约为5.5%。比较包括2014年、2013年、2012年的死亡人数可知，我国道路交通事故死亡人数事实上应呈现小幅度逐年上升趋势。我国2015年全年各类生产安全事故共死亡66182人，而交通事故导致的死亡人数占据其约54%的份额，由此可见交通安全形势之严峻5。因此，提高汽车安全性，尽量减少交通事故带来的损失是汽车领域亟待解决的科技问题。研究汽车碰撞、保护乘员安全、降低碰撞损失己成为汽车设计领域非常重要的一部分。人们常将汽车与外部物体的碰撞称为第一次碰撞，而将人体与车内部件的碰撞称为二次碰撞。显然二次碰撞过分剧烈而导致人体与汽车快速相对运动而造成的3。良好的汽车乘员保护系统设计可以大幅减轻乘员在碰撞发生时受伤的程度，并大幅降低死亡率。目前，汽车碰撞安全性能已经成为汽车的主要性能之一，与之相关的系统、零部件众多。广义上讲，汽车上的每一个零件都或多或少与其安全性存在联系。因此汽车碰撞安全行业具有产业链长、行业覆盖面广的特点，集群效应非常显著。国际知名的整车企业无不积极谋求在汽车碰撞安全行业中的领先地位，可以说，汽车碰撞安全技术的研发实力和技术储备，是整车企业必不可少的内功，因此整车企业对汽车碰撞安全产业的布局和产业链优化非常重视，将此作为企业经营战略中不可缺少的一环。也正是由于碰撞安全性在汽车中的重要地位，其市场容量非常巨大。因此汽车碰撞安全行业的技术和市场，即是汽车产业链的核心之一，也是价值链中带了丰厚的利润的部分。目前世界主要的汽车消费市场均是汽车碰撞安全产业和技术的密集区域6。1.3 课题的提出和主要研究内容世界上申报汽车防碰撞专利已有数千项， 但由于解决不了汽车碰撞时产生巨大冲击力着力点的问题, 更没有找到能把巨大冲击力在瞬间化解消失的新技术，汽车碰撞的安全问题陷入了尴尬局面，至今无法推广应用。当前汽车上最好的安全装置是安全带，它在车速不太快的情况下遭碰撞，对驾乘人员有一定的保护作用，但保护不了汽车的安全。还有: 雷达扫描电脑自动驾驶系统，微波多普勒效应防撞系统，ABS 防抱死系统， SRS 安全气囊系统，减振吸能保险杠，防撞横梁等安全设备等。其中高科技的电脑自动驾驶系统，在正常情况下可防止追尾碰撞前车，但却躲避不了违章碰撞，如装有先进电脑自动驾驶系统的奔驰 600 高级轿车也难逃被撞毁的厄运。安全气囊并不安全，有多少被撞毁、撞坏的轿车，气囊却展不开，引起官司不断。 至于各式吸能保险杠或横梁等专利产品，不能有效地把碰撞时产生的巨大冲击力消耗， 特别是在轿车上找不到可安装的位置而被束之高阁13。总之，汽车防碰撞这一个难题。液压缓冲装置在高档轿车上的应用，液压缓冲吸能结构是利用油液的粘性阻尼作用，将大部分的冲击能量通过节流孔吸收转化为油液的热能蚪散发掉，其结构内侧加强件通过橡胶挚与液雎缓冲器的活寒相连接。活塞采杆做成空心，内装一浮动活塞将其隔成左、右两腔，左腔充满氮气，右腔充满机械油，活塞杆外吲柱面与缓冲缸内网面滑动配台，缓冲缸内机械油与活塞杆右腔相通。缓冲缸固定在牟桨或车身加强件上，当汽车与障碍物碰撞时，保险杠横杠受到的碰撞冲击力由其横杠内侧加强件传到活塞杆，活鏖杆端部向右移动，推动机械油向流过节流孔，压向活塞右腔，推动活塞向左移动，并使氮气受到压缩。这样，利用机械油通过节流孔时的粘性阻力吸收撞击能量，吸收能最的效率高达80%，工作特性比较稳定。撞击后靠氮气产生复原动力，使保险杠复位。奥迪A6液压缓冲保险杠液压缓冲小仅能够吸收巨人的冲击能量，而且可以通过渊节节流孔来设计不同的碰撞缓冲规律，工作稳定可靠，特别适合于冲击能较大的场合。但是其结构复杂、维修小使，密封要求高，需要经常保养.有时会产渗漏，对环境温度变化也比较敏感8。汽车碰撞吸能装置是汽车的关键部件，在汽车碰撞安全中占有举足轻重的位置，减少事故伤亡率。汽车碰撞吸能装置是汽车的关键部件，在汽车碰撞安全中占有举足轻重的位置，因此，提高汽车安全性，尽量减少交通事故带来的损失是汽车领域亟待解决的科技问题。研究汽车碰撞、保护乘员安全、降低碰撞损失己成为汽车设计领域非常重要的一部份。但是同样也发现了液气缓冲装置设计的不足之处，如液气缓冲装置大多采用节流阻尼棒一节流阻尼环机构，这样对其对中性提出了更高要求，一旦对中不良将造成缓冲器的失效和机械的损坏。因此设计一种新型的液气缓冲器己成为提高我国汽车行业发展的一个重要课题。本课题正是在这样的背景下提出的，通过对目前缓冲装置的性能对比，不难发现液气缓冲装置具有适应能力强，性能稳定和工作可靠等优点。但也存在一些不足，为了克服液气缓冲器存在的缺陷，更好的适应汽车行业的发展，本文设计了一种新型的液气缓冲器，其阻尼结构为自行设计的限速阀，该阀件工作可靠，克服了原有液气缓冲器的不足，使得核心部件模块化，便于加工和检修。新型液气缓冲器设计的基本过程如下:(l)通过对现有缓冲装置的结构与性能的分析，以相关的设计手册21为规范，自行设计一种结构合理、性能稳定的新型液气缓冲装置;(2)根据其结构和工作原理，选取较为合适的建模方法，建立符合缓冲器实际工况的模型;(3)应用UG软件进行运动仿真;(4)根据相关的计算分析该缓冲器的性能。拟解决的关键性问题:(l)该缓冲装置的核心部件是限速阀，所以限速阀结构参数的选取对缓冲性能起着至关重要的作用;(2)缓冲装置气腔气体初始压强的选取也对缓冲性能具有一定的影响;(3)模型方法的选取将决定所建立的模型是否更真实的反应缓冲装置在实际工作工况下的性能;(4)通过有限元分析结果分析各参数对缓冲装置的影响。 1.4 缓冲装装置分类目前应用最广泛的缓冲装置类型有：弹簧缓冲装置、聚氨醋泡沫塑料缓冲装置、液压缓冲装置、液气缓冲装置2。(1)弹簧缓冲装置弹簧缓冲装置应用较广，该缓冲器主要是通过金属弹簧的压缩将大部分的冲击动能转化为压缩势能，继而达到缓冲的效果。它的构造与维修比较简单，对工作温度没有特殊要求，吸收能量较大。缺点是反弹现象严重，不适用于运行速度大于2 m/s的工况。图2.1 楔块式缓冲装置结构图1-摩擦斜楔块；2-瓦片簧； 3-弹簧垫块； 4-双卷螺旋弹簧； 5-弹簧箱体(2)聚氨醋泡沫塑料缓冲装置聚氨醋缓冲装置是通过聚氨酷发泡塑料吸收外部撞击产生的动能，致使发泡材料内部产生较大的阻抗力，达到使运动体产生减速的目的，从而达到缓冲效果。其变形体适用聚氨醋材料经过适当配方处理制成的，重量轻，价格便宜;在缓冲过程中可消耗约40%的能量，反弹力小;可压缩性和回弹性好，可压缩至50%以上，卸载5min后回复率不小于95%，该材料的微孔构造使其工作过程类同于一个带有空气阻尼的弹簧，因而其缓冲容量可随碰撞速度的提高而加大;工作中是软碰撞，无噪声、无火花，特别适用于防爆场合。 图2.2 聚氨醋缓冲装置结构简图(3)液压缓冲装置液压缓冲装置主要由撞头、复位弹簧、活塞杆、浮动活塞、缸套及缸体等构件组。在缓冲装置受到冲击时，油液通过阻尼机构流入蓄油腔，由缝隙或阻尼小孔的阻尼作用，将运动的动能转化为热能，消除了反弹现象。液压缓冲装置吸能能力大且无反弹，在保证要求的最大减速度和缓冲行程条件下尺寸新型液气缓冲装置的设计及分析最小;但是液压缓冲装置结构复杂，需要经常保养,密封要求高，对环境温度变化比较敏感，在速度高于2m/s或运动质量较大的起重机上，宜采用液压缓冲装置。液压缓冲器可分为芯棒式、阀式、多孔式缓冲装置等。 图2.3 阀式液压缓冲装置1-撞头 ；2-活塞杆； 3-活塞； 4-筒； 5-阀芯； 6-阀座；7-底座(4)液气缓冲装置传统的缓冲装置的复位件主要是机械弹簧，也有部分缓冲器的复位件采用金属弹簧与橡胶的组合结构。这些缓冲器都普遍存在缺陷:如体积大、容量小、质量大、阻抗力较大、性能不稳定、使用寿命较短和维修工作量大等。为了适应际工况的需求，液压缓冲器得到了广泛的应用。液压缓冲器具有容量大、性能稳定且便于调整等特点，其较好的阻抗特性不仅改善了机械结构受力，同时也提高了缓冲器的抗冲击性。正因为液压缓冲器较好的特性使其在起重机械、船舶、铁路等领域也得到成熟应用。但液压缓冲器大多采用金属弹簧作为复位件，在实际工作过程中缓冲器经常受到冲击，使得金属弹簧的疲劳寿命问题极大地限制了其应用。液气缓冲器正是为克服这一缺陷而发展起来的，其采用压缩气体作为复位件，不仅消除了金属弹簧的疲劳问题，且实现了无磨耗工作，提高其使用寿命增强了缓冲器的稳定性。液气缓冲器具有新型的阻尼结构且节流效果明显。复位件采用性能稳定的气新型液气缓冲器的设计及分析体，克服了液压缓冲器复位件经常受冲击而引起的疲劳问题且回弹力较小。目前广泛应用于起重机械、纺织机械、飞机、汽车和铁道车辆等领域。 图2.4 CRHS型动车组上应用的液气缓装置1-柱塞；2-气腔；3-缸体；4-浮动活塞；5-油腔；6-单向锥阀；7-锥阀节流孔； 8-节流阻尼环 ；9-油缸；10-节流阻尼棒图2.5 OLEO液气缓冲装置1-缓冲头；2-柱塞；3-气腔；4-活动活塞；5-调节杆； 6-油缸图2.6 油气门式液气缓冲装置 1-外筒； 2-活塞杆；3-限压阀； 4-定压活门； 5-密封装置 1.5 缓冲装置工作原理 缓冲装置的结构一般为圆筒形，它主要由承压件、缓冲件(介质)、复位件及壳体等四部分构成。其基本工作原理如下:冲击载荷作用于承压件时，缓冲介质吸收冲击动能并将其转换为热能耗散掉或转换成弹性的压缩能储存于复位件中，待冲击物移去时，复位件的恢复能使承压件恢复至初始位置。通常要求在无反复冲击情况下，复位时间应尽量短。衡量缓冲装置性能优劣的主要指标是容量和缓冲效率。容量是指缓冲装置所能吸收的冲击物的动能，从缓冲特性曲线上看是缓冲力-行程曲线与坐标轴所包围的面积。缓冲效率是指实际的缓冲力-行程曲线所包围的面积与最大缓冲力和缓冲行程所构成的长方形面积之比。 图2.7 理论缓冲特性曲线 图2.8 理想缓冲特性曲线显而易见，缓冲效率越高，相同体积的缓冲器吸收的能量就越多，缓冲性能越好。理想的缓冲特性曲线为矩形，此时缓冲效率为100%。但实际上，缓冲力的建立和消失都要有一个过程，因此，实际的缓冲特性曲线如能达到所示的梯形曲线即认为缓冲效果令人满意，将此梯形缓冲力曲线称为缓冲器的理论曲线。不同类型缓冲器的F-S曲线。显而易见，以液压油为缓冲介质的缓冲装置，其缓冲效率远大于另两种缓冲装置的缓冲效率。以弹簧机构或橡胶作为缓冲件的缓冲装置，弹簧或橡胶兼作复位件，缓冲装置接受的冲击能大部分转换为弹性能储存于介质中构成恢复能。而以液压油为缓冲介质的液压缓冲装置，复位件为机械弹簧、橡胶、惰性气体之一或它们的组合，缓冲器接受的冲击能大部分通过节流小孔或缝隙的液阻作用转换成热能耗散于空气中，仅少部分冲击能变成弹性能储存于复位件中7 。（1）行程一定时 （2）缓冲力一定时图2.9 不同类型缓冲装置的F-S曲线1.6 碰撞过程分析1.6.1恢复系数汽车碰撞事故是一种碰撞现象。碰撞有3种形式，即弹性碰撞、非弹性碰撞和塑性碰撞。碰撞形式可用恢复系数e表示，即式中V10,V20为碰撞物体A、B在碰撞前瞬间的速度(正碰撞时为负值);Vl、V2是碰撞物体A、B在碰撞后瞬间的速度。例如两橡皮求分别以3m/s和3m/s的速度正面碰撞，当变形到速度为零后，又分别以3m/s的速度分开，则碰撞后的相对速度为1，故恢复系数为:如果同样的两戮土球，碰撞的能量全部由永久变形而吸收，则碰撞后的相对速度为零，即e=0。所以，在三种碰撞形式中，弹性碰撞e=1，塑性碰撞e=O，非弹性非塑性碰撞0e1。1.6.2碰撞基本规律虽然汽车是具有一定尺寸的物体，但是，如果在碰撞过程中，两个汽车的总体形状对质量分布影响不大，就可将它们简化为两个只有质量没有大小的质点，从而使用质点的动量原理和能量守恒定理求解。由于恢复系数。等于两个碰撞物体分离动量与接近动量之比，所以汽车正面碰撞时，若忽略其外力的影响，根据动量守恒的原理有:根据式得到由式恢复系数得到将式带入，即得则可得到 同理可得1.7 碰撞前后的能量分析把汽车作为一个整体，设其质量为m，汽车碰撞前的速度为V1，碰撞后的速度为V2，根据动量定理，作用于汽车的冲量因为汽车的质量较大，而汽车碰撞前后的速度改变量也很大，因此汽车撞前后的冲量I很大。而因为汽车碰撞的作用时间t很短，因此碰撞时的平均压力F很大。由式得到:因为汽车在碰撞时的压力并非均匀压力，而是随时间变化，因此把式变为积分形式，得到因为汽车碰撞的作用时间很短，即t很小，而I却很大，要得到很大的I，m是一定的，因此只能是a(t)很大。在此我们可以分析，减速度。可能是引起人的受伤的一个重要因素。从能量的角度看，汽车在碰撞过程中会产生大的塑性变形，而结构在大塑性变形下，弹性变形能就是次要的。因此在汽车碰撞中我们忽略弹性变形能，汽车碰撞吸收的总能量E(主要转化为塑性功和内能)约等于撞击前瞬间汽车m的动能减去碰撞后汽车m剩余的动能。上式反应了汽车碰撞前后的总能量变化，是从汽车碰撞前后的速度方面来考虑碰撞前后的能量变化。我们在分析时不仅要考虑速度变化给碰撞前后带来的能量影响，和前面动量分析一样，我们还要分析碰撞力的影响，根据平均力的做功公式 : 当汽车以某一速度前进时，其质量几乎不变，因此它所具有的动能是一定的。要使汽车在碰撞过程中停下来，必须有个与速度方向相反的力F，在汽车上作用一段距离s。而在汽车的碰撞过程中，汽车的碰撞力是时刻变化的，因此F变为F(t)，从而式可变为积分形式: 由于汽车质量m一定，而碰撞能量又相当大，碰撞距离很短，根据式我们也可以得出结论，那就是a(t)很大。从前面的司乘人员受伤原因分析我们知道，在汽车碰撞过程中，汽车的减速度过大是造成司乘人员受伤(包括机械损伤和生理损伤)的重要原因。从上面公式中碰撞前后的动量和能量的分析可以看到，汽车在碰撞时的减速度很大，而减速度是一个随时间变化的变化量，即a=a(t)，因此我们需要做的就是想办法控制减速度峰值，使减速度峰值在法规所规定的范围之内，也即是控制在人能够承受的范围之内13。 第2章 缓冲装置的创新设计本文设计的新型液气缓冲装置是对现有液气缓冲装置结构与性能分析的基础上，通过对机械创新22等理论的运用改进液气缓冲装置的阻尼结构和储能方式设计而成，使得新型液气缓冲装置比一般液气缓冲装置的缓冲性能有较大改进，对工况的适应能力更强。2.1液气缓冲装置特性分析图2.1 OLEO液气缓冲装置1-缓冲头；2-柱塞；3-气腔；4-活动活塞；5-调节杆； 6-油缸图2.2 CRHS型动车组上应用的液气缓冲装置1-柱塞；2-气腔；3-缸体；4-浮动活塞；5-油腔；6-单向锥阀；7-锥阀节流孔； 8-节流阻尼环 ；9-油缸；10-节流阻尼棒图2.1和2.1分别为德国生产的OLEO液气缓冲装置和CRHS型动车组自动车钩上应用的液气缓冲装置1.两种缓冲装置阻尼结构特点:(l)相同点:二者都具有节流阻尼棒与节流阻尼环结构。其工作原理为:对油缸流入油腔的液压油起到较好的阻尼作用，从而达到减缓冲击动能的作用17。(2)不同点:对于应用在铁路上的缓冲装置，在节流阻尼棒与节流阻尼环机构的基础上又附加了一个锥阀节流孔。原因如下，对于CRHS型动车组的自动车钩机构而言，在其对接过程中承受的冲击力较大，这就要求对阻尼机构的节流果要求更严格，所以附加了一个锥阀节流孔阻尼结构17。2.两种缓冲装置的复位件的特点:两种缓冲装置都采用了压缩氮气作为复位件。(l)其特点是，充分利用气体的可压缩性，起到了气体弹簧的作用9。(2)其优点为:第一，消除了复位件因经常压缩所带来的疲劳问题，并且对缓冲器的工作工况的适应性强。第二，对于一些采用机械弹簧作为复位件的缓冲器，缓冲结束之后具有很大的回弹力，这样对起重机械带来非常严重的危害，而采用气体弹簧作为复位件的缓冲器很好的消除了对机械危害极大的回弹力，为缓冲器的发展提供一个新的导向。3.两种缓冲装置加工难点和结构不足之处为:(l)对于液气缓冲装置而言，气腔的密封工艺是制约其发展的重要因素。随着密封技术的发展，此项难题基本解决，但在加工工艺方面仍需注意，否则可能因为漏气等原因使缓冲装置失效，甚至可能会造成机械设备损坏及人员伤亡。(2)对于上述两种缓冲而言，阻尼结构采用节流阻尼棒和节流阻尼环机构虽然取得了较好的缓冲效果，但也存在着弊端。其缺陷如下:对节流阻尼棒与节流阻尼环机构的对中性提出了更高要求，若对中性不好将导致缓冲器内部摩擦较大，影响缓冲效果，严重时将导致缓冲器无法被压缩(即缓冲装置变的很硬)，将对起重机械及电气元件造成严重的损害。2.2新型液气缓冲装置的设计2.2.1设计理念通过对上述两种液气缓冲装置的结构和缓冲特性的分析，不难发现上述两种液气缓冲器的阻尼机构均采用节流阻尼棒和节流阻尼环机构，这样就使得对缓冲的阻尼机构的对中性提出了更高要求。一旦缓冲器的阻尼棒与阻尼环的对中性不良，就可能导致阻尼棒弯曲，进而导致缓冲器达不到预期的缓冲效果，甚至导致缓冲器失效，造成非常严重的后果。为克服这一缺陷，本文设计的新型液气缓冲器进行了以下改进： (l)阻尼机构采用了自行设计的限速阀，克服了阻尼机构对中性要求过高的缺陷。采用限速阀代替节流阻尼棒和节流阻尼环结构，使得该液气缓冲的核心部件模块化，便于拆装检修。 (2)对上述列举的液气缓冲装置的氮气腔也进行了优化改进，该新型液气缓冲装置采用气腔二级缓冲的结构，使得缓冲效果更好，性能更加稳定。2.2.2总体方案新型液气缓冲装置主要由撞头、气腔杆、气腔、液气隔离活塞、油腔、限速阀、油缸、等部分组成。 图2.3 新型液气缓冲装置的设计结构1-前撞头；2-气腔推杆；3-缸体1；4-气腔限速阀；5-液气隔离活塞；6-液腔限速阀； 7-缸体3；8-后撞头。组成部件功能:(l)前撞头，主要用来承受其它机械的冲击力。(2)气腔推杆，放置阻尼机构-限速阀，当缓冲器受到冲击时，气体由气体缸流向限速阀。(3)缸体1，用来储存作为新型液气缓冲器复位件的压缩氮气。(4)气腔限速阀，控制并储存压缩过程中由气缸压入的氮气，推动气液隔离活塞向液腔移动进而压缩液体。(5)气液隔离活塞，主要目的是使气体与液体分开，即密封作用。(6)液腔限速阀，控制并储存压缩过程中由油缸流入的液压油，推动气液隔离活塞向气腔移动进而压缩气体。(6)油缸3，储存液压油的装置。(7)后撞头，主要用来承受其它机械的冲击力。3.2.3工作原理当冲击物作用在缓冲器的撞头上时，本文所设计的新型液气缓冲装置主要分两个缓冲过程:(l)在冲击过程中，当缓冲器的撞头受到的撞击力较小时，新型液气缓冲器只需通过压缩气腔中的氮气，便能达到吸收冲击物动能的效果，进而实现了缓冲的目的，此时气腔的压缩气体起到气体弹簧的作用，此过程称为一级缓冲。(2)在冲击过程中，当缓冲器的撞头受到突然撞击力(撞击力较大时)，一级缓冲不能达到吸收冲击物的全部动能的效果时，缓冲器将通过缓冲器的阻尼机构(限速阀)进一步吸收冲击物的动能，将动能转变为热能，并由缸体逸散到空气中，这时二级缓冲结束。在进行二级缓冲的过程中，一级缓冲过程迅速完成，达到部分缓冲效果的同时还提高了气腔中压缩气体的压强，为二级缓冲做准备。当一级缓冲结束后，在冲击物的作用下，柱塞杆继续被压入油缸中，油缸中的油压急剧升高，压强极高的液压油通过限速阀阻尼孔进入油腔中，阻尼孔起到了吸收冲击动能的目的。如果此时压力仍然很高，超过了限速阀阀芯上弹簧的预紧力时，限速阀阀门打开，起到较好的缓冲效果。油缸中的液压油经过限速阀进入油腔中，其极高的压力推动气液气隔离活塞向气腔方向运动，致使气腔中的压缩气体被二次压缩，这样就完成了二级缓冲。综上所述，具有二级缓冲的液气缓冲装置在压缩过程中具有适应外界压力变化的能力，缓冲效果更佳。在回弹过程中，具有二级缓冲的液气缓冲装置在整个冲击过程中只有一小部分的动能转化为气体弹簧的压缩势能，储存于气腔中。由于新型液气缓冲器采用的是气腔的二级缓冲，这样使得缓冲器较一级缓冲的液气缓冲器的回弹力更小，提高机械运转的平稳性及操作人员的舒适感，所以采用二级缓冲的液气缓冲装置必将在不久的将来在缓冲领域迅速发展。2.2.4设计优点 为了更好的对比，选取了工况为:初始压强为4.OMPa，冲击速度为0.3-0.5m /s时的动态特性曲线。 1.新型液气缓冲装置的阻尼结构为:(l)采用自行设计的限速阀为阻尼结构;(2)优点:阻尼结构占用轴向空间小、核心部件模块化且便于选型及检修。2.新型缓冲装置的复位件为:具有性能稳定的气体一氮气。3.气腔结构:二级缓冲气腔。4.仿真结果的分析:（1）新型缓冲装置撞击初期缓冲力在较长的缓冲行程(一级缓冲行程)内缓冲力逐渐增加，当一级缓冲结束后缓冲力才迅速上升，主要原因是柱塞杆进入油缸内压缩液压油。随着缓冲的进行，缓冲力随着行程的增加而逐渐降低。（2）优点:a.如下图为两种缓冲装置压缩气体时缓冲力一缓冲行程的对比图，由图可知采用二级缓冲的气腔结构可以使缓冲器缓冲性能更加稳定，减小缓冲波动等不良影响;图2.4 阻抗力与缓冲行程对比 b.自行设计的限速阀较好的代替了节流阻尼棒一节流阻尼环与锥阀节流孔的组合结构。把节流阻尼棒一节流阻尼环与锥阀节流孔的组合结构分别用限速阀上的阻尼孔与限速阀阀门的打开、关闭代替，并且阀门可根据压差的变化量自动调节节流效果，使缓冲器性能更加稳定可靠的同时还节省了轴向空间。综上所述，新型液气缓冲器在具有原有液气缓冲器的性能的基础上很好的克服了缺点，使得液气缓冲器的工作性能稳定可靠，具有很大的发展空间。 第3章 新型液气缓冲器核心部件设计新型液气缓冲装置的主要部件有：限速阀，气腔，油缸，其中限速阀是其最为关键的部分。3.1限速阀的设计作为阻尼结构的限速阀是新型液气缓冲装置的核心部件，其性能的好坏直接决定着液气缓冲器的性能是否更优，缓冲效果是否更好。3.1.1气腔限速阀的设计如图所示为气腔限速阀结构图，限速阀主要由端盖、弹簧、进气孔、缸体等组成。其中进气孔的形状大小，弹簧的选型及预紧力对限速阀的性能起着决定性的作用。 图3.1 气腔限速阀的设计1-端盖； 2- 弹簧；3-进气孔；4-缸体3.1.2液腔限速阀的设计如图可知，新型液气缓冲器液腔限速阀。阀中心阻尼孔的作用是与流道形成小缝的效果，进而起到节流的作用。在进油孔设计合理的前提下，随着压缩行程的增大，缓冲力将逐渐增大，采用快速进油可以使液体流动柔和，较好的控制了脉冲情况出现。 图3.2 液腔限速阀的设计1-盘旋铜管； 2- 油腔；3-进油孔；4-隔板；5-缸体；3.1.3弹簧的设计该液气缓冲装置在阀芯结构设计中，注意到轴向的空间较小，需要所选用的弹簧能以较小变形承受较大载荷。所以选用的蝶形弹簧组有较好的性能满足这一要求。 图3.3 弹簧的设计碟簧组合计算公式： Fz=F fz=if Hz=iHo其中:F-单片弹簧的载荷 Fz-总载荷 i-对合片数 fz-总变形量 H-单片弹簧的自由高度 Ho-组合碟片的自由高度3.2限速阀工作原理气腔限速阀的工作原理是当缓冲装置阻抗力逐渐增加时，固定进气孔两端压力差作用在锥阀上的力超过弹簧的预紧力，气体推动隔板与中心的出气孔形成通，氮气快速的进入限速阀，这样就起到较好的缓冲效果。液腔限速阀的目的是对油缸流向油腔的高压油起到节流的作用，这样其较好的阻抗性可将作用在缓冲器撞头上的冲击动能更好地转化为热能并由缸体逸散到空气中，还起到防止缓冲器因缓冲力不足致使柱塞杆撞击缸体。由图可以看到在限速阀的阀座上有固定的节流小孔，其数量和孔径的大小由缓冲器所需工况决定。限速阀的锥形阀芯在弹簧的作用下由挡圈限位，初始状态时阀口开至最小。当缓冲器阻抗力逐渐增加时，固定节流孔两端压力差作用在锥阀上的力超过弹簧的预紧力，液腔限速阀上的阀门打开，油快速的流进限速阀，这样就起到较好的节流效果。其优点是:缓冲开始时节流缓慢，相对畅通，随着缓冲过程的进行，限速阀的锥阀克服弹簧预紧力，阀门打开，节流增大，而反向作用时该阀限流作用小，缓冲器回复时间较短。从限速阀的工作原理来看，要使得该液气缓冲器的缓冲效果达到最佳，限速阀中的节流孔的尺寸与弹簧的预紧力是确定该液气缓冲器特性的关键，只要正确设计限速阀阀门和节流孔数量以及弹簧的预紧力，缓冲器的缓冲性能也将随之优化。3.3限速阀优点本文通过自行设计的新型液气缓冲器与OLEO液气缓冲装置和CRHS型动车组自动车钩上应用的液气缓冲装置的阻尼结构之间对比来进一步描述新型阻尼结构的优势和发展空间9。3.3.1三种缓冲装置阻尼结构特点(l)相同点:三者阻尼机构的目的都是为缓冲器的缓冲起到更好的缓冲效果。其工作原理都是通过阻尼孔或快速通道来达到吸收冲击动能的作用，从而满足缓冲装置工作工况的需要。(2)不同点:对于应用在铁路上的缓冲装置，在节流阻尼棒与节流阻尼环机构的基础上又附加了一个阻尼机构一锥阀节流孔。原因如下，对于CRHS型动车组的自动车钩机构而言，在其对接过程中承受的冲击力较大，这就要求对阻尼机构的节流效果要求更严格，所以附加了一个锥阀节流孔阻尼结构。而应用在起重机上的OLEO液气缓冲器只采用节流阻尼棒与节流阻尼环机构。可能面临的问题是因缓冲力不足导致柱塞撞击缸体，造成对起重机械的损坏。3.3.2限速阀阻尼结构的优势第一，与铁路和起重机械上应用的节流阻尼棒与节流阻尼环机构的缓冲装置相比，限速阀阻尼机构的对中性不高，提高缓冲稳定性。第二，应用在汽车上的缓冲装置，在节流阻尼棒与节流阻尼环机构的基础上又附加了一个锥阀节流孔，虽然具有较好的节流效果，但是将占用很大的轴向空间，而限速阀阻尼机构很好的代替了上述结构，使得用于加工缓冲器所需的材料更省，节约资源。第三，由于限速阀阀门可随阀两端的压差变化而变化，这样比OLEO液气缓冲器和CRHS型动车组自动车钩上应用的液气缓冲器的阻尼结构能更好的适应外界工况的变化，具有更好的适应冲击的能力。 第四，由于限速阀可作为一个整体加工，其内部阻尼孔的大小、阻尼阀芯长度和弹簧预紧力可根据需要自行选择，这样就使得新型液气缓冲器的核心部件模块化，便于进行缓冲装置的选型及维修。第4章 三维建模与分析4.1三维建模新型液气缓冲装置三维建模运用NX UG完成各零件图，并对零件图进行装配。 图4.1 新型液气缓冲装置三维模型 图4.2 新型液气缓冲装置缸体装配图三维模型 图4.3 新型液气缓冲装置缸体1三维模型 图4.4 新型液气缓冲装置缸体装配图三维模型 图4.5 新型液气缓冲装置气腔限速阀三维模型 图4.6 新型液气缓冲装置气腔限速阀三维模型 图4.7 新型液气缓冲装置液腔限速阀三维模型 4.2 爆炸图 图4.8 新型液气缓冲装置爆炸图 图4.9 新型液气缓冲装置爆炸图4.3运动仿真 利用UG的运动仿真功能给三维实体模型的各个部件赋于一定的运动学特性，进行干涉检查、轨迹包络、受力点分析，验证该运动机构设计的合理性，减少错误，节省验证的时间，减少开发成本。 图4.10 新型液气缓冲装置压缩前状态图 图4.11 新型液气缓冲装置压缩后状态图4.4缸体1有限元分析 经过分析发现汽车在发生碰撞时，缸体1最容易变形、失效，为了检验设计的合理性和可行性，对缸体1进行有限元分析。根据汽车碰撞与安全6可知汽车碰撞时撞击力一般为1500KN2000KN,取撞击力为2000KN，对缸体1进行有限元分析。 图4.12 缸体1应力-单元分析 图4.13 缸体1位移-节点分析 图4.14 缸体1应力-单元、节点分析 图4.15 缸体1反作用力-节点分析 通过对缸体1应力、位移、反作用力等有限元分析，发现缸体1的设计完全能承受2000KN的撞击力，缸体1的设计合理。4.5运动学模块分析液气缓冲装置的内部结构比较复杂，影响其动力学特性的因素很多，需要建立准确的数学模型加以描述，为了便于计算，并在计算正确度影响不大的前提下，作了如下假设：（1） 由于缓冲过程时间很短，认为缓冲过程是绝热过程；（2） 不计油液重量以及活塞与缸体、气液隔离活塞与活塞杆之间的泄漏；（3） 假设气液隔离活塞两侧压强相等；（4） 因为冲击物体质量远大于活塞杆质量，所以近似认为活塞杆初速度与冲击物的速度相同。感性元件的数学模型遵循的定律是动量守恒定律。动量守恒定律作用于缓冲器的柱塞杆和限速阀阀芯时，其数学表达就是牛顿第二定律，如下式所示：F=ma 根据上述感性元件在建模过程中的假设条件及液气缓冲器实际工况缓冲器的撞头承受水平方向的冲击，所以冲击力为零)如图3.2所示，柱塞杆的运行。 图4.16 缸体运动分析图 运动学的平衡方程为: 式中：mb 一 活塞杆质量，kg; m 一 冲击质量，kg;v一 活塞杆运动速度，m/s;t一 运动时间,s;Pl一 油腔A中的压强，pa;P2一 油腔B中的压强，pa;P3一 气腔压强，pa;A1一 油缸横截面积，m2;A2一 柱塞杆油腔横截面积，m2;A3一 气腔横截面积，m2;Fc一 缓冲器的阻抗力，N。补充气体方程： P2P3当缓冲器卸载时，要打开单向阀必须存在力平衡方程： P2Ax=PcAc其中：Ax为限速阀前端盖有效作用面积；Ac为限速阀后端有效作用面积；Pc为