节能磁油混合式双级减振器设计

潍坊学院本科毕业设计1编 号潍 坊 学 院毕 业 设 计 技 术 报 告课题名称： 节能磁油混合式双级减振器 学生姓名：学 号：专 业：班 级：指导教师：2012 年 06 月潍坊学院本科毕业设计2摘 要众所周知，现今的汽车减振器大都是把汽车的振动能量转化成液压油的热能再由减振器吸收散发到空气中，这部分能量都浪费掉了。鉴于传统减振器振动能不可回收的缺点，我们在传统减振器的基础上进行了改良，设计了“节能磁油混合式双级减振器” 。该种设计结构原理在国内外属首次。我们的产品有以下优点：1、能够回收 40%以上的汽车振动能。2、提高了能源利用率，使行车更加经济。3、间接减少空气污染，符合绿色环保的设计理念。4、分级减振，因而减振效果更加显著，提高行车舒适性。关键词：汽车减振器磁油混合潍坊学院本科毕业设计3ABSTRACTAs is known to all, the current automotive shock absorber is mostly the vibration of the vehicle energy into heat energy of hydraulic oil shock absorber again by absorbing sent into the air, this part of the energy is wasted away. In view of the traditional vibration absorber can not recycling shortcomings, we in the traditional shock absorber is conducted on the basis of the improvement, the design energy-saving magnetic oil shock absorber hybrid double level. The design structure is the first principle at home and abroad. Our product has the following advantages: 1, can recycle more than 40% of the auto vibration can. 2, improve the energy efficiency, make driving more economy. 3, indirect reduce air pollution, with green environmental protection design idea. 4, grade vibration reduction, thus reducing vibration effect more significant, improve the driving comfort. Keywords: Automotive shock absorber ;magnetic oil mix 潍坊学院本科毕业设计4目 录中文 摘要 .英文摘要 .一 绪 论 .5二 项目效果图和结构图 .6三 减振原理和性能指标 .91 减振原理 .92 性能指标 .9四 强度校核 .111 活塞杆强度校核 .112 内外筒强度校核 .13五 设计方案 .14六 发电原理及理论设计计算 .15七 创新点及应用前景 .171 创新点 .172 应用前景 .17参考 文献 .18潍坊学院本科毕业设计5第 1 章 绪论减震器(Absorber) ，减震器主要用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击。在经过不平路面时，虽然吸震弹簧可以过滤路面的震动，但弹簧自身还会有往复运动，而减震器就是用来抑制这种弹簧跳跃的。减震器太软，车身就会上下跳跃，减震器太硬就会带来太大的阻力，妨碍弹簧正常工作。在关于悬挂系统的改装过程中，硬的减震器要与硬的弹簧相搭配，而弹簧的硬度又与车重息息相关，因此较重的车一般采用较硬的减震器。与引震曲轴相接的装置，用来抗衡曲轴的扭转震动(即曲轴受汽缸点火的冲击力而扭动的现象)。汽车的减震器也称为“悬挂”，是由弹簧和减震器共同组成的。减震器并不是用来支持车身的重量，而是用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡和吸收路面冲击的能量。弹簧起缓和冲击的作用，将“大能量一次冲击”变为“小能量多次冲击”，而减震器就是逐步将“小能量多次冲击” 减少。如果你开过减振器已坏掉的车，你就可以体会汽车通过每一坑洞、起伏后余波荡漾的弹跳，而减振器正是用来抑制这种弹跳的。没有减振器将无法控制弹簧的反弹，汽车遇到崎岖的路面时将会产生严重的弹跳，过弯时也会因为弹簧上下的震荡而造成轮胎抓地力和循迹性的丧失。 1.1 材料角度划分从产生阻尼材料的角度划分，减震器主要有液压和充气两种，还有一种可变阻尼的减震器。 1.1.1 液压式 汽车悬架系统中广泛采用液力减震器。其原理是，当车架与车桥做往复相对运动儿活塞在减震器的缸筒内往复移动时，减震器壳体内的油液便反复地从内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，液体与内壁的摩擦及液体分子的内摩擦便形成对振动的阻尼力。 潍坊学院本科毕业设计61.1.2 充气式 充气式减震器是 60 年代以来发展起来的一种新型减震器。其结构特点是在缸筒的下部装有一个浮动活塞，在浮动活塞与缸筒一端形成的一个密闭气室种充有高压氮气。在浮动活塞上装有大断面的 O 型密封圈，它把油和气完全分开。工作活塞上装有随其运动速度大小而改变通道截面积的压缩阀和伸张阀。当车轮上下跳动时，减震器的工作活塞在油液种做往复运动，使工作活塞的上腔和下腔之间产生油压差，压力油便推开压缩阀和伸张阀而来回流动。由于阀对压力油产生较大的阻尼力，使振动衰减。 1.2 结构角度划分减震器的结构是带有活塞的活塞杆插入筒内，在筒中充满油。活塞上有节流孔，使得被活塞分隔出来的两部分空间中的油可以互相补充。阻尼就是在具有粘性的油通过节流孔时产生的，节流孔越小，阻尼力越大，油的黏度越大，阻尼力越大。如果节流孔大小不变，当减震器工作速度快时，阻尼过大会影响对冲击的吸收。因此，在节流孔的出口处设置一个圆盘状的板簧阀门，当压力变大时，阀门被顶开，节流孔开度变大，阻尼变小。由于活塞是双向运动的，所以在活塞的两侧都装有板簧阀门，分别叫做压缩阀和伸张阀。 减震器按其结构，则分为单筒和双筒两种。可以进一步分为： 1.单筒气压减震器；2.双筒油压减震器；3.双筒油气减震器。 1.2.1 双筒式 指减震器有内外两个筒，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。所以双筒减震器中要有四个阀，即除了上面提到的活塞上的两个节流阀外，还有装在内外筒之间的完成交换作用的流通阀和补偿阀。1.2.2 单筒式 与双筒式相比，单筒式减震器结构简单，减少了一套阀门系统。它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。上面提到的由于活塞杆进出油液而造成的液面高度变化就通过浮动活塞的浮动来自动适应之。除了上面所述两种减震器外，还有阻力可调式减震器。它可通过外部操作来改变节流孔的大小。最近的汽车将电子控制式减震器作为标准装备，通过传感器检测行驶状态，由计算机计算出最佳阻尼力，使减震器上的阻尼力调整机构自动工作。潍坊学院本科毕业设计7第 2 章 项目效果图和结构图图 2.1 三维效果图（小型车用）潍坊学院本科毕业设计8图 2.2 三维效果图（中大型车用）图 2.3 上下活塞杆潍坊学院本科毕业设计9图 2.4 实物图图 2.5 结构图潍坊学院本科毕业设计10第 3 章 减振原理和性能指标3.1 减振原理：1）平路行驶时 (行程：020mm)一级减振，汽车振动幅度小，减振器压缩力小，此时只有上活塞杆上下振动，仅靠磁减振，双向发电将汽车振动能转化成电能然后给蓄电池充电；2) 颠簸路行驶时（行程：20100mm）二级减振，汽车振动幅度大、减振器受压缩力较大，上下活塞杆都振动，此时磁+油减振。为了增加行车舒适性，压缩行程要比伸张行程反应快。两活塞杆压缩时，光耦传感器得到一个信号，然后控制电磁继电器将“下发电机”线圈断开，实现下活塞杆压缩无磁阻，快速压缩，此时只有“上发电机”发电；伸张时光耦传感器再把“下发电机”的线圈闭合，实现缓慢伸张，两个“直线发电机”都发电，然后将电能储存。3.2 性能指标：3.2.1 主要技术指标：1、额定动静负荷： 20KN 静负荷精度优于示值 1%（每档 20%起）2、作动器额定位移：100mm, 位移精度1%F.S。3、频率范围： 0.0120Hz。活塞速度 01.5 米/秒(可调)。4、具有位移、负荷两种控制方式，并可在试验过程中平滑切换。5、侧向力： 0500N 可调，静态精度2%F.S。6、使用寿命：4-5 年。 （失效形式：漏油、噪音、卡滞、断裂）3.2.2 实验数据：表 3.1 实验值与仿真值对比复原阻尼力（N） 压缩阻尼力（N）速度（m/s） 实验值 仿真值 相对误差（%）实验值 仿真值 相对误差（%）潍坊学院本科毕业设计110.052 181 152 16.02 -85 -63 25.880.131 657 614 6.54 -176 -152 13.640.262 916 873 4.69 -296 -256 13.510.393 1112 1059 4.77 -406 -385 5.170.524 1323 1273 3.78 -510 -493 3.33阻尼系数 2470 2394 3.08 947 930 1.8图 3.1 示功图对比图 3.2 速度特性图对比潍坊学院本科毕业设计12第 4 章 强度校核：4.1 活塞杆强度校核潍坊学院本科毕业设计13图 4.1 减振器在车轮平面和车轴平面受力分析图中：O减振器与车身铰接点；O 减振器与后桥的铰接点；F1、F2、F12 和 F13O点对缸筒的约束反力；F6、F7、F10 和 F11O 点对活塞杆的约束力；M 和 M 活塞杆转过一个小角度后，产生的回复力矩；MO点对缸筒的转矩。 潍坊学院本科毕业设计14图 4.2 缸筒和活塞杆在车轮平面内的受力分析图中：F3活塞杆在缸筒口对缸筒的作用力；F4为活塞对缸筒的作用力；F5为活塞在缸筒内运动时，由阻尼器产生在缸筒底部的力；Oc为缸筒质心。潍坊学院本科毕业设计15图 4.3 缸筒和活塞杆在车轴平面内的受力分析图中：F5为活塞在缸筒内运动时，有阻尼器产生在缸筒底部的力；F8活塞杆在缸筒口对缸筒的作用力；F9活塞对缸筒的作用力。由分析结果得：活塞杆最大应力值为 212.973MP，活塞杆的最大应力强度极限为 620740MP,若取安全系数为 2，许用强度极限为 310370MP。由分析结果得活塞杆的工作是安全的。潍坊学院本科毕业设计164.2 内外筒强度校核4.2.1 减振器工作压力：2.55Mpa4.2.2 减振器的相对阻尼系数： s=0.34 （4-1）2scoamfls：伸张行程时的相对阻尼系数； ：悬架系统的固有频率；f：双横臂悬架的下臂长；a:减振器在下横臂上的连接点到下横臂在车身上的铰接之间的距l离； ：减振器轴线与铅垂线之间的夹角；相关数据： s=0.34， =10Hz， =0.56m a=0.10m =10fl计算出 =38400N 4.2.3 最大卸荷力 （活塞振动速度 =0.3m/s） （4-2）0F所以， =11540N04.2.4 工作缸（内缸筒）直径 D（4-3）)1(4FD20PP为工作缸最大压力； 为连杆直径与缸筒直径之比；=0.400.50 ；P=34Mpa；外筒直径 =（1.351.50 ）Dc代入数据: 工作缸（内缸筒）直径 D=41mm；外筒直径 =53.5mmc潍坊学院本科毕业设计17第 5 章 设计方案该减振器与普通减振器在外形结构上大体相同，主要创新设计在于磁油混合减振相关的结构上。把环形磁铁，缠绕线圈的鼠笼等发电设备集中于缸筒中。根据道路情况的不同，自动调整并形成最优磁油阻尼，减少车身晃动和倾斜，达到高效吸震的目的，通过光耦传感器检测活塞杆的位置，二级减振由电磁继电器控制线圈的开闭，实现压缩比伸张反应快的效果，并且利用了封闭缸筒的磁屏蔽性能有效地防止了磁泄漏，由于磁场被屏蔽在缸筒内部因而最大限度的提高了发电效率。图 5.1 零件爆炸图 潍坊学院本科毕业设计185.1 储能系统5.1.1 对于电动汽车和油电混合动力汽车整流稳压后为汽车提供动力5.1.2 对于其它车型锂电池 容量：24Ah110Ah 电压：12V 5.2 发光装置发光二极管：工作电压: 2.0V 正向工作电流: 10mA潍坊学院本科毕业设计19第 6 章 发电原理及理论设计计算图 6.1 电路图6.1 公式推导En*d/dt（普适公式） 法拉第电磁感应定律，E：感应电动势(V)，n：感应线圈匝数，d/dt:磁通量的变化率 2BSd42dft1潍坊学院本科毕业设计20产电功率为: （6-1）R32R2E2DBfnp匝电 汽车振动功率: （6-2）4vmgFP振能量转换率: （6-3）gvDBfnpRm82匝振电 产生的电能： （6-842BfntpW匝电 4）试验数据：n=20 B=1.4T D=16mm M=700kg 匝匝 10n HZf108RV=0.3m/s t=2h代入得： w9.17p电 %4.38度58.1W一辆车 2 个小时回收的电能：W=1.58 度中国现有 4000 多万辆汽车，假设有 2000 万都采用此减振器，那么 1 年节约的电能为：300* 1.58 * 2000 万=94.8 亿度，即产生效益：94.8 亿*0.6=56.88 亿元除去每个减振器增加的 50 元成本，即共除去 10 亿元；总体一年可净回收能源价值：56.88-10=46.88 亿元潍坊学院本科毕业设计21第 7 章 创新点及应用前景7.1 创新点1、结构设计上采用分段减振，两级设计，更符合需求。2、采用光耦传感器，用于检测活塞杆的位置，控制线圈的开闭，实现压缩比伸张反应快的效果，提高行车舒适度。3、利用封闭缸筒的磁屏蔽作用有效的防止了磁泄漏。由于磁场全都屏蔽在了缸筒内部，因而可以最大限度的利用磁场能发电。4、蓄电池充满电后，多余的电反馈给线圈用于减振增强减振效果。5、二级减振时两个线圈相当于两个直线电机并联，有利于直线电机的推广。7.2 应用前景汽车减振器的更新换代技术，属重大创新，经济价值和社会效益巨大，便于普及推广。此减振器安装于各种类型的车辆，既具有减振功能，又可将汽车的振动能量转化为电能，自动给车辆充电，提高了能量利用率。此减振器可直接应用于电动汽车和混合动力汽车还可间接应用于其它车型。我国有几千万的车辆，如果都装备此减振器，每年就可以间接节约大量的汽油、柴油，经济效益非常可观，对改善大气污染起到积极的推动作用，在目前能源紧张、油价居高不下，该技术具有良好实用性和发展前景。参考文献1 秦曾煌 电工与电子技术（第七版下册） 高等教育出版社 2009.62 孙靖民 梁迎春. 机械优化设计 机械设计出版社 2007.33 路敦民 王克义 崔洪斌.机电传动与控制 哈尔滨工程大学出版社 2008.114 杨国桢.液压减振器的阻力特性和线性减振器的研究A.1963 年铁路科学技术论文5 周长城,汽车减振器阀系解析计算与特性仿真分析D,北京理工大学，2006. 6 李志刚，刘庆纲.光学内反射测角方法及其在精密测试中的应用j.航空精密制造技术，潍坊学院本科毕业设计222003,39（6） ；2225.7 MURATA K.OpticsM.Saiensu-Sha,1979.8 YAMAGUCHI J.Measurement of stright motion accuracy using the improved sequential three-point method J.JSPE,1993,59(5):773-800.9 SAITO Y, GAO W,KIYONO S. A single lens micro-angle sensorJ.International Journal of