汽车双向液压减震器设计

汽车双向液压减震器设计摘要为改善汽车行驶的平顺性，悬架中与弹性元件的并联安装减振器，为衰减汽车振动，汽车悬架系统中采用的减振器大多是液力减振器，其工作的原理是当车架(车身)和车桥间受振动出现相对的运动时，减振器内活塞上下移动，减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同孔隙流入另一个的腔内。此时孔壁与油液间摩擦和油液分子间内摩擦对振动形一种阻尼力，使汽车振动的能量转化为油液的热能，再由减振器吸收掉散发到大气中。在油液通道截面等因素不变时，阻尼力随车架与车桥(车轮)间的相对运动速度增减，并与油液的粘度有关。发展到今天,减振器的结构有了很大的改变，性能也有了很大的提高。通过对减振器的发展历史和发展趋势深入了解，明确了设计这种减振器的重要性和意义，并设计了一种应用于微型汽车悬架的双向作用双筒液压减振器。本文研究的主要问题如下：（1）对双筒式液压减震器的结构设计，结构的设计主要是确定减振器的类型、安装角度、布置形式和选用数量，这是进行尺寸设计的基础。（2）对双筒式液压减震器的尺寸设计，尺寸设计过程主要包括相对阻尼系数及最大卸荷力的确定，减振器工作缸、活塞、活塞杆、阀系及相关零部件的尺寸计算。（3）完成结构设计与尺寸设计后应对减振器的强度和稳定性进行校核，校核的结果应符合国家相关技术标准。（4）对双筒液压减震器的结构进行优化设计，这主要是连接件的比较以及焊接工艺的优化。（5）对双筒液压减振器的三维模型建立，包括工作缸、活塞杆、活塞以及相关零件的模型建立，和装配方法。本文的研究成果对减振器的进一步研究有重要的理论和实际应用意义，本文提出的优化方案为实际的生产制造提供一定的理论依据。关键词：液压式,减振器,优化,阻尼系数ITwo-wayhydraulicshockabsorberABSTRACTTheshockabsorberisanimportantconstituentofautomobilesuspension;ithasabigchangeinthestructureoftheshockabsorberuntilnow.Theperformancealsohadbigenhancement.Throughthedeepunderstandingofthehistoryandtendencyoftheshockabsorber,wemakecleartheimportanceandsignificanceofthedesigningoftheshockabsorber,anddesignakindofshockabsorberwhichisappliedtothesuspensionofthecompactcar.Themainproblemsdiscussedinthispaperareasfollows:（1）Thedesigntothestructureofthegasificationtypeshockabsorber.Itmainlydeterminesthetypesoftheshockabsorber,layouts,theangleofinstallingandthequantityofselecting,thesearethefoundationofthedesigningofthesizes.（2）Thedesigntothesizeofthegasificationtypeshockabsorber.Itincludesrelativedampingcoefficient,thedeterminationofthebiggestdischargestrength,andthecomputingofthesizesofworkcylinder,piston,connectingrod,valveandrelatedspareparts.（3）Aftercompletingthestructuraldesignandthedesigningofthesizes,theshockabsorberintensityandthestabilityshouldbechecked,theresultsshouldconformtothecountryrelatedtechnicalstandards.（4）Theoptimizationdesigntothestructureofthegasificationtypeshockabsorber,whichmainlyconcludesthecomparisonofconnectedpiecesandoptimizationoftheweldingprocess.（5）Thebuildingofthethree-dimensionalmodelofthegasificationtypeshockabsorber.Itincludesthebuildingofthework-cylinder,piston,rodandtherelevantpartsofthemodel,andassemblymethods.Inthispaper,theresultsofresearchhasimportanttheoreticalandpracticalsignificanceontheshockabsorbersfurtherstudy,theoptimalschemewhichputforwardinthispaperhasprovidedthecertaintheoreticalbasisforthemanufacturingoftherealityproduction.Keywords:Type，ShockAbsorber，Optimization，DampingFactorII目录汽车双向液压减震器设计ITwo-wayhydraulicshockabsorberII第1章绪论11.1选题的目的和意义11.2减振器的发展历史11.3双筒式减振器国内外发展状况和发展趋势21.4研究的主要内容及方法4第2章减振器的类型和工作原理52.1减振器类型52.2减振器工作原理62.3双筒式液压减振器的工作原理及优点72.4本章小结8第3章双向作用双筒式液压减振器的设计93.1双向作用双筒式液压减振器的设计参数93.2双向作用双筒液压减振器的外特性与设计的原则103.2.1汽车悬架与减震器的匹配与减震器的放置103.2.2双向作用双筒式液压减振器的外特性103.2.3双向作用双筒式液压减振器的外特性设计原则123.3双向作用双筒式液压减振器参数和尺寸的确定123.3.1双向作用双筒式液压减振器相对阻尼系数的确定123.3.2双向作用双筒式液压减振器阻尼系数的确定153.3.3最大卸荷力的确定163.3.4减振器工作缸直径D的确定173.3.5双向作用双筒式液压减振器活塞行程的确定173.3.6液压缸壁厚、缸盖、活塞杆和最小导向长度的计算183.3.7液压缸的结构设计263.3.8活塞及阀系的尺寸计算273.3.9密封元件和工作油液的确定303.4本章小结33第4章双筒液压减振器的结构优化344.1双筒液压减振器连接件的优化344.2双筒液压振器焊接方法的优化374.3本章小结37第5章运用proe4.0对双向作用双筒液压的主要零件进行绘制38III5.1部分零件的三维造型385.1.1工作缸三维造型385.1.2活塞三维造型395.1.3活塞杆三维造型405.1.4底阀三维造型415.1.5防尘罩三维造型415.2双向作用双筒式液压减震器装配图42结束语44参考文献45致谢460第1章绪论1.1选题的目的和意义本课题研究的是汽车双向液压减震器，通过调研和查阅相关资料文献，掌握汽车双向液压减震器主要用途和工作原理。应用所学相关基础知识和专业知识，分析双向液压减震器结构、载荷，对主要受力件强度进行计算分析，应用CAD三维造型或二维设计技术完成课题总成和关键零件结构设计和计算说明书，按照学校要求编写毕业设计论文减震器(VibrationDamper)，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振动(即曲轴受汽缸点火的冲击力而扭动的现象)为加速车架与车身振动的衰减，以改善汽车的行驶平顺性（舒适性）,在大多数汽车的悬架系统内部装有减震器。汽车的减震器是悬挂系统的总程，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。通过此次设计可以使我掌握双向液压减震器的结构及工作原理，了解零部件材料及制造、热处理工艺和双向液压减震器的失效模式，总结设计取到的效果与体会1.2减振器的发展历史1世界上第一个有记载的、比较简单的减振器是在1897由两个姓吉明的人发明的。他们把橡胶减震块和叶片弹簧的端部相连，当悬架杯完全压缩的时候，橡胶减振块碰到连接在汽车的大梁上的一个螺栓,产生止动。这种减振器在很多现代汽车的悬架上仍有使用，但其减振效果很小。1898年第一个适用型的减振器由一个法国人特鲁芬研制出来并安装到摩托赛车上。该车的前叉悬置于弹簧上，同时与一个摩擦阻尼件相连，以防止摩托车的震颤。1899年，美国汽车哈特福特意识到这种阻尼件跨越应用到汽车上。第二年他制成了特鲁芬摩托阻尼件的变形结构，并把它装到哈德福特的乌兹莫别汽车上。它是一副用铰链连接在一起的杠杆，该汽车上的第一个减振器再铰链轴处装有橡胶垫，一个杠杆臂与车架连接，而另一个用螺栓与叶片弹簧连接。螺栓安装再铰链结点，能够通过调节通过对减振器的结构进行改变摩擦阻力的大小，从而得到所需要的缓冲程度。因此它们的设计的部件不仅仅是第一个汽车缓冲器，而且也是第一个“可调”减振器。哈特福特把装有这种减振器的汽车弄回到美国后不久，在新泽西城州的泽西城开办了一个哈特福特悬架公司。随后该减振器与前轮螺旋弹簧一起被安装到1906年生产的布鲁舒小型轻便汽车上。从此以后，减振器的结构发生了几种新的发展。加布里埃尔减震器它是由固定在汽车大梁上的罩壳和装再其里面的涡旋形钢带组成，钢带通过一个弹簧保持其张力，钢带的外端与车桥轴端连接，以限制由振动引起的弹跳量。弹簧式减振器这是加到叶片弹簧上的一种辅助螺旋弹簧。由于每一个弹簧都有相同的谐振频率，它们趋向于抵消各自的震颤，但同时也增大了悬架的刚性，所以很快就停止了使用。以及后来的空气弹簧和液力弹簧。1.3双筒式减振器国内外发展状况和发展趋势减振器壳体内的油液便反复的从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身与车架的振动能转化为热能，被油液和减振器壳体所吸收，然后散到大气中。减振器的阻尼力的大小随车架和车桥相对速度的增减而增减，并且与油液的粘度有关。要求减振器所用油液的粘度受温度变化的影响尽可能小，且具有抗汽化、抗氧化以及对各种金属和非金属零件不起腐蚀作用等性能。由于减振器的阻尼力越大，振动消除得越快，但却使并联的弹性元件的作用不能充分发挥；同时过大的阻尼力还可能导致减2振器连接零件及车架损坏。为解决上述问题对减振器提出以下几种要求：1.在悬架压缩行程（车桥和车架相互移近的行程）内，减振器的阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性老缓和冲击。2.在悬架伸张行程（车桥与车架相互远离的行程）内，减振器的阻尼力应较大，以求迅速减振。3.当车桥（或车轮）与车架的相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。双向筒式减振器一般都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。所以其具有4个阀，其中流通阀和补偿阀是一般的单向阀，其弹簧很若。当阀上的油压作用力与弹簧力反向时，只要有很小的油压，阀便开启。而压缩阀和伸张阀则是卸载阀，弹性较强，预紧力较大，而只有当油压升高到一定程度时，阀才能开启；而当油压降低到一定程度时，阀即自行关闭。双向作用筒式液力减振器在悬挂的压缩和伸张两个行程内均能起到减振的作用。充气式减振器也是运用较多的减振器。充气式减振器又称为单筒式减振器，其缸筒下部装有浮动活塞，工作原理与双筒式液力减振器类似。其优点是减少了一套阀门系统，仅有压缩阀和伸张阀，结构得到简化，浮动活塞下方构成的密闭气室内充有高压气体，可减少高频震动。其缺点是对油封密闭性要求搞，充气工艺复杂，在缸体变形时，减振器即失效，不能修理，只能更换。现代汽车大部分都装有减振器，且减振器和弹性元件是并联安装的。现今汽车大部分采用的是液力减振器。液力减振器的作用原理是当车架与车桥作往复相对运动时，减振器中的活塞在钢筒内也做往复运动，于是正在成为主流减振器的是阻力可调式减振器，特别是电子控制式减振器，其可通过传感器检测行驶状态，由计算机计算出最佳阻尼力，使减振器上的阻尼力调整机构自动工作，通过改变节流孔的大小等方式来调节减振器的阻尼力。汽车行驶的平顺舒适性和操纵稳定性是衡量悬挂以及减振性能好坏的主要指标，但这两个方面是相互排斥的性能要求，因此要在操纵性和舒适性之间取得理想的最佳点是比较困难的。特别是在车辆进弯和出弯时，车身重量转移的速度会影响操控的平衡，这种影响会持续到重量转移完成，而车身重量转移的速度是由减振器所控制的，改变减振器在压缩和拉伸行程的软硬度可改变车身重量转移速度。减振器越硬，重量转移速度越快，重量转移越快，则汽车的转向反应越好，但随之也降低舒适性。因此，未来理想的减振阻尼既能满足平3顺性要求又能满足操纵稳定性要求。大多数汽车会采用阻尼较软且价格相对便宜的减振器，以降低成本并获得普通驾驶状态下的柔软舒适的感觉，但在剧烈驾驶状态下，这类减振器就无法胜任。要想获得高速驾驶的操控感觉，就需要采用阻尼较硬、品质较好且能与弹簧充分配合的减振器。总之，未来优秀的减振器应该具有以下特点：有高精密度的柱栓，密闭性良好的油封，高品质的阻尼油（优质的阻尼油是阻尼衰退及气泡现象的治本之道），填充高压气体的气室设计，当然，最好是可调式的。1.4研究的主要内容及方法1）掌握双向液压减震器的结构及工作原理。绘制结构简图和原理简图；2）了解零部件材料及制造、热处理工艺；3）了解双向液压减震器的失效模式；4）制作双向液压减震器的装配总图；5）对双向液压减震器及关键零件结构进行计算分析，重点是对失效件的分析；6）编写毕业设计论文，总结设计取到的效果与体会，提出自己的论点和改进建议等。设计一种用于微型汽车并且符合技术要求，具有很好经济性与实用性的双向作用双筒液压式减振器。通过大量的社会实际调查研究和图书馆资料的查阅，设计计算以及雷老师的指导下，一一按照任务书上的要求最终完成设计工作。在设计过程中参考国内外有关的文献资料以及借鉴相关企业产品，预期设计的产品能够符合理论设计要求，各项技术的指标符合要求，并且将生产的成本降到最低。4第2章减振器的类型和工作原理2.1减振器类型悬架中最常用的减振器类型是内部充有液体的液力减振器。当汽车车身和车轮振动时液力减振器内的液体在流过阻尼孔时的摩擦与粘性液体的摩擦共同形成了振动阻尼，将振动能量转化成热能，并散发到空气中去，以达到迅速衰减振动的目的。如果能量消耗仅仅只是在压缩的行程或者只是在伸张的行程中进行，则把这种减振器称为单向作用的减振器；反之称为双向作用的减振器。双向作用减震器因为减振作用比单向作用减震器好而得到广泛应用。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。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。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。按结构角度划分，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5两侧都装有板簧阀门，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.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。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。2.2减振器工作原理悬架系统中由于弹性元件受到冲击产生震动，为改善汽车的行驶平顺性，悬架中与弹性元件采用并联安装减震器，为衰减震动，汽车悬架系统中采用减震器多是液力减震器，其工作原理是当车架（或车身）和车桥间震动而出现相对运动时，减震器内的活塞上下移动，减震器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间摩擦和油液分子间内摩擦对震动形成阻尼力，使汽车的震动能量转化成油液热能，再由减震器吸收掉散发到大气中。在油液通道截面等因素不变时，阻尼力随车架与车桥（或车轮）之间的相对运动速度增减，并且与油液粘度有关。减震器与弹性元件承担着缓冲击和减震的任务，阻尼力过大容易使悬架弹性变坏，甚至使减震器的连接件损坏。因面要调节弹性元件与减震器这一矛盾。(1)在压缩行程（车桥和车架相互靠近），减震器阻尼力较小，以便充分发挥弹6性元件的作用，以缓和冲击。这时，弹性元件起到主要作用。(2)在悬架伸张行程中（车桥和车架相互远离），减震器的阻尼力应大，迅速减震。(3)当车桥（或车轮）与车桥间相对速度过大的时候，要求减震器能自行加大液流量，使阻尼力的大小始终保持在一定限度之内，以避免汽车承受过大的冲击载荷。在汽车的悬架系统中被广泛采用的是筒式减震器，且在压缩与伸张行程中均能起到减震作用的筒式减震器叫双向作用式减震器，还有采用新式减震器，它包括充气式的减震器和阻力可调式的减震器。2.3双筒式液压减振器的工作原理及优点主要构成部分有：密封气室、工作活塞、浮动活塞、封圈、活塞、压力阀板、速度阀板、活塞杆等。双向作用筒式减振器的工作原理说明。在压缩行程时，即汽车车轮移近车身时减振器受压缩，此时减振器内的活塞3向下移动。活塞下腔室的容积减小，油压升高，油液流过流通阀8流到活塞上面腔室(上腔)。上腔被活塞杆1占去一部分空间，因而上腔增大的容积小于下腔缩减的容积，一部分油液就推开压缩阀6流到贮油缸5。这些阀体对油的节约就形成悬架受压缩运动地阻尼力。减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀8关闭，上腔内的油液推开伸张阀4流入下腔。由于活塞杆的存在，从上腔流来的油液不够充满下腔增加的容积，主使下腔产生一真空度，这时储油缸中的油液就推开补偿阀7流到下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对悬架在做伸张运动时起到阻尼作用。由于设计的伸张阀弹簧的刚度和预紧力大于压缩阀，在同样的压力作用下，伸张阀及相应常通缝隙的通道载面积总和便小于压缩阀及相应的常通缝隙通道截面积总和。这使得减振器的伸张行程所产生的阻尼力大于压缩行程所产生的阻尼力，以达到迅速减振的要求。7（2-1）双向作用双筒式液压减振器具有以下的优点：使用广泛、制作成本低，结构简化，重量轻、性能也比较稳定，而且是双向作用，在压缩与伸张的情况下都有设计好的阻尼力，所以使用广泛。2.4本章小结主要介绍减振器的种类、分类的方法和具体的工作原理及在现代汽车中的应用。在阐明双向作用双筒式液压结构特点和应用，得出双向作用双筒式液压减震器功能上的优点和缺点，为后面的设计计算做好基础。8第3章双向作用双筒式液压减振器的设计3.1双向作用双筒式液压减振器的设计参数筒式减振器设计中涉及的参数较多，大致可以分为如下几类：（1）整车参数包括车辆全重、悬置质量、车辆纵向的转动惯量、车辆悬架刚度、车辆振动固有频率（圆频率）、减振器个数等。（2）几何布置参数包括减振器的位置、弹性元件位置、安装杠杆角度等。（3）减振器结构参数包括减振器长度、减振器活塞直径、活塞杆直径、阀孔位置、阀孔个数、阀孔直径、减振器筒径、工作缸直径与长度、储液筒直径与长度等。（4）减振器工作参数包括减振器的工作长度、限压阀阀门弹簧的刚度、弹簧预紧压缩量、阀门附加最大行程、活塞行程、活塞最大线速度、活塞正反最大阻力、开阀压力、减振器阻尼系数等8。这些参数在设计中有的是作为已知量，有的是作为待确定量，所以选择参数时，要考虑的情况比较多，但一般来说，主要包括活塞面积计算、阀门机构设计计算、阻尼比或者阻尼系数，最大卸荷力等参数的计算，尺寸设计计算，强度校合，寿命计算等。活塞面积按反行程的最大阻力来确定，反行程最大阻力与活塞最大线速度有关，活塞最大线速度取决于悬架装置结构。阀门机构设计主要包括常通孔面积计算和阀门弹簧的计算。减振器内通常有两个常通孔，活塞上常通孔和补偿阀座上的常通孔。活塞上常通孔面积按压缩行程最大活塞线速度即开阀速度计算。设计减振器时，阻尼比的确切值是未知的，它只能通过测定减振器工作时的衰减振动情况计算求得。但是阻尼比的大小又关系到活塞最大线速度、减振器阻尼力等物理量的值，所以，在设计过程中通常从减振器吸收振动能量的角度来估计阻尼比的值。93.2双向作用双筒液压减振器的外特性与设计的原则3.2.1汽车悬架与减震器的匹配与减震器的放置选用麦弗逊式悬架结构结构如右图，特性：侧倾中心高度较高；车轮外倾角与主销内倾角变化小；轮距变化很小，故轮胎磨损速度慢；悬架侧倾角刚度较大可不装横向稳定器；横向刚度大；占用空间尺寸小；结构简单、紧凑乘用车上用得较多。3.2.2双向作用双筒式液压减振器的外特性悬架减振器的外特性，是指减振器伴随（相对）运动的位移或（相对）运动的速度，与相应产生的工作阻力之间的关系，通常我们分别称之为示功特性和速度特性。外特性能良好的匹配悬架的性能需要，就能获得良好的振动特性。设计的减振器在实际使用中，其外特性必须保证良好的相对稳定性。（3-2）减振器外特性的畸变往往会使预期设计的外特性出现某些缺陷，因此，减振器的设计有两个基本质量要求：一是外特性必须满足车辆悬架的性能需求；二是无畸变，即这种外特性要有稳定而持久的工作质量。减振器的外特性即为其速度特性，如图3.1所示。10a)b)图3.1减振器特性a)阻力一位移特性b)阻力一速度特性减振器的特性可以用下图所示的示功图和阻尼力-速度曲线描述。减振器特性曲线的形状取决于阀系的具体结构和各阀开启力的选择。一般而言，当油液流经某一给定的通道时，其压力损失由两部分构成。其一为粘性阻力损失，对一般的湍流而言，其数值近似地正比于流速。其二为进入和离开通道时的动能损失，其数值也与流速近（3-3）似成正比，但主要受油液密度而不是粘性的影响。由于油液粘性随温度的变化远比密度随温度的变化显著，因而在设计阀系时若能尽量利用前述的第二种压力损失，则其特性将不易受油液粘性变化的影响，也即不受油液温度变化的影响。不论是哪种情形，其阻力都大致与速度的平方成正比。图中曲线A所示为在某一给定的A通道下阻尼力F与液流速度v的关系，若遇通道A并联一个直径更大的通道B，则总的特性将如图中曲线A+B所示。如果B为一个阀门，则当其逐渐打开时，可获得曲线A与曲线A+B间的过渡特性。恰但选择A、B的孔径和阀的逐渐开启量，可以获得任何给定特性曲线。阀打开的过程可用三个阶段来描述，第一阶段为阀完全关闭，第二11阶段为阀部分开启，第三阶段为阀完全打开。通常情况下，当减振器活塞相对于缸筒的运动速度达到0.1m/s时阀就开始打开，完全打开则需要运速度达到数米每秒。3.2.3双向作用双筒式液压减振器的外特性设计原则对外特性的基本设计依据，需要研究车身的振动。车身的振动又取决与轮轴的振动。轮轴的振动同时受上、下两端的影响，与车轮的阻尼有关。车轮的激振力等于悬架质量的惯性力和轮轴质量的惯性力之和。同时车轮的激振力又决定了车轮的接地性能，是行驶安全性的重要尺度，在悬架系统中配置适当的减振器，能有效的阻尼车身振动，保证良好的平顺性。通过查阅资料可以知道，增大相对阻尼系数将有效的抑制车身加速度和车轮动栽增大，但是增大相对阻尼系数虽然有利于降低车身动载，但车身的加速度会相对于阻尼系数的增大而增大。因此在高的激振情况下，减振器的作用加剧了车身的振动，降低了舒适性，但减振器此时由于对车轮动载有抑制作用，却能提高行驶的安全性。因此外特性的设计应该有两个基本方面的意义：一是使减振器的外特性与车辆悬架振动特性相匹配；二是在复杂的运行工况下，能较稳定的保持这种相适应的外特性。车辆在复杂的运行工况下，减振器的相对稳定地保持其外特性的预期设计能力，是评价悬架减振器减振效能和等级质量的决定性标志9。3.3双向作用双筒式液压减振器参数和尺寸的确定3.3.1双向作用双筒式液压减振器相对阻尼系数的确定设计对象是小型车辆的减振器，参照长城腾翼C501.5T手动豪华版2012款的配置参数。如（表3.1）所示：保修政策五年或15万公里排量（升）1.5L变速器型式5档手动综合工况油耗7.8L/100km加速时间(0100km/h)9.6s12制动距离(1000km/h)40.51m驱动方式前轮驱动整备质量1255kg满载质量1680kg最高车速195km/h长4650mm宽1775mm高1455mm轴距2700mm前轮距1490mm后轮距1520mm最小离地间隙170mm行李箱容积530L燃油箱容积50L燃料类型汽油93#排量1497mL最大功率功率值98kW最大功率转速5600r/min(rpm)最大扭矩扭矩值188Nm最大扭矩转速2000-4500r/min(rpm)档位个数5前悬挂类型麦弗逊式独立悬架悬架静挠度f的计算悬架静挠度f是指汽车在满载静止时悬架上的载荷与此时悬架刚度才c之比，WF即f=（3.1）CFW汽车悬架与悬架簧上质M组成的振动系统阀有频率，是影响汽车平顺性的主要参数之一，而汽车部分车身同有频率（偏频）可用下式表示：n=1/2（3.2）mc式中C汽车前悬架刚度，N/mm;13m汽车前悬架簧上质量，kg;n汽车前悬架偏频，Hz(查表可得该设计车型的偏频取值为0.981.30，在这里取1.20，而汽车悬架的静挠度可用下式表示：f=mg/c由这两式可得出：2fn5F根据上面公式可以计算出前悬架的静挠度为：f=25/1.20=174.6mm相对阻尼系数通常根据汽车的平顺性、操纵性和稳定性的要求确定减振器阻力特性。减振器阻力值能满足汽车操纵性稳定性要求，但不一定能满足汽车平顺性要求；反之亦然。因此减振器的阻力特性的选择应按所设计车型对汽车平顺性、操纵性、稳定性进行综合考虑。根据减振器的阻力速度特性，可以知道减振器有四个阻尼系数。在没有特别指明时，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启其前的阻尼系数。通常压缩行程的阻尼系数与伸张行程的阻尼系数不相等。汽车悬架有阻尼后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数的大小来评定衰减的快慢速度。的表达式为：=0.5/（3-3）cm式中：c为悬架系统的垂直刚度；m为弹簧质量；为阻尼系数；上式表明，相对系数的物理意义是：减振器的阻尼作用在与不同刚度c和不同簧上质量m的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。值人，振动能迅速衰减，同时又能将较人的路面冲击力传到车身；值小则反之。通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼系数y取的小些，伸张行程的相对阻尼系数s取得大些。两者之间保持y=(0.250.50)s的关系，设计时先选取y与s的平均值。相对无摩檫的弹性元件悬架，取=0.250.35;对有内摩擦的弹性元件悬架，值取的小些。为避免悬架碰摘车驾，取y=0.5s。14取=0.3时，则有：（+0.5）/2=0.3；得：伸张=0.4，压缩=.2双向作用双筒式液压减振器阻尼系数的确定减振器阻尼系数=2。冈悬架系统同有振动频率=，所以cmm/c理论上=2m，实际上，应该根据减振器的布置特点确定减振器的阻尼系数。悬架系统有振动频率的值在1.001.45之间，取为1.2。确定减振器的安装角度。由于减振器轴与道路负载传入轴即轮胎触地点与减振器上端安装点连线存在一定角度，在悬架系统受到路面激励后，减振器会受到一个垂直于滑柱的侧向力矩。该侧向力矩和其他传统的悬架形式相比较大，是悬架与减振器的设计和制造过程中所不容忽视的10。在减振器的轴线相对地面水平安装（3-4）时，减振器的刚度最小；在减振器的轴线相对地面垂直安装时，减振器的刚度最大。经过大量实验得出减振器的安装角度在30度的时候较为合适。从上面的分析中可以看出，在减振器的轴心线水平安装时，其在垂直方向的刚度最小，同时对垂直方向负荷的承受能力也比较小。在减振器的轴心线垂直安装时，其在垂直方向的刚度最大；同时对垂直方向负荷的承受能力也最大。从隔振的角度来讲，需要较小的刚度；而从提高减振器的使用寿命的角度来讲，需要减振器有较大的承载能力。尽管本文仅讨论了垂直方向激振力对减振器的影响，实际在水平方向上也存在类似的问题。由此可以得出确定减振器安装角度的大致要符合以下几点原则：（1）由于平激振力大多在前后方向和上下方向振动，如果要使减振器在这两个方向都有着良好的隔振性能，在减振器强度足够的条件下，同时使。这样，激0振力使减振器在前后、上下都作剪切变形，处于良好的隔振状态。（2）在减振器强度较差的时候，这样，激振力使减振器在前后、上下方向的作用效果相同。对水平和垂直方向的激振力不相同的平板夯，要根据实际情况按优先15保证强度的原则确定。（3）对大多数形状系数f明显小于1的圆柱型减振器来说，形状系数对系统刚度的影响可以忽略不计，但形状系数对正应力安装角度系数和相当应力系数影响较大，不可忽略，这实际上是弯曲变形对减振器性能的影响。也就是说，在设计减振器时，其强度计算不仅要计算剪切变形和拉压变形，而且要计算其弯曲变形。由上述可以选取减振器的安装角度在30度的时候较为合适。根据下式：=2m/cos2(3-4)与公式n=1/2（3-5）mc得：=2n从而得：=8.792Hz；取=30度按满载计算有：簧上质量m=0.5X(750-50)=350kg代入数据得减振器的阻尼系数为=20.38.792350cos230=2461.763.3.3最大卸荷力的确定为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀。此时的活塞速度称为卸荷速度，一般为0.150.30m/s,取0.2m/s11。xv如已知伸张行程时的阻尼系数，在伸张行程的最大卸荷力是：s（3.5）0xFv式中：xv为卸荷速度，一般为0.150.3m/s；A为车身振幅，取40mm；为悬架震动固有频率。代入数据计算得卸荷速度为：v=0.048.80.8cos30=0.243m/s符合xv在0.150.30之间范围要求。16根据伸张行程最大卸荷力公式：Fo=可以计算最大卸荷力.xvc式中，c是冲击载荷系数，取C=1.5；代入数据可得最大卸荷力F0为：c0sx=2461.760.2431.5=897.31KN3.3.4减振器工作缸直径D的确定根据伸张行程的最大卸荷力计算工作缸直径D为：0F024(1)Fp（3.6）式中：p为工作缸最大允许压力，取34MPa，为连杆直径与缸筒直径之比，单筒式减振器取=0.300.35，取为0.3。根据式（3.4）计算得：024(1)FDp=22.540mm由上式计算得出工作缸直径的理论值，再依据QC/T491-1999汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件，如表3.2。将工作缸直径D圆整为标准系列直径为30mm;初选壁厚取为2mm，材料选用20钢。表3.2筒式减振器工作缸直径D（mm)工作缸直径D203040（45）5065注：表中有括号的为不推荐使用。由于已经知道了减振器的工作缸直径D=30mm,根据下表确定减振器的复原阻力在10002800之间和压缩阻力不大于1000,可以确定其大概的复原阻力和压缩阻力分别是1800N和700N。173.3.5双向作用双筒式液压减振器活塞行程的确定减振器活塞行程即液压缸的T作行程。液压缸的工作行程长度，可以根据执行机构实际工作的S大行程来确定，并参照（表4.3）和（表4.4）设计要求来选取标准值，故选取活塞行程为230mm。表3.3工作缸直径D（mm）复原阻力（N）压缩阻力（N）202001200不大于6003010002800不大于00040160045004001800（45）250055006002000504000700070028006550001000010003600表3.4减震器基本尺寸基长工作缸直径DL1L3L2储液筒最大直径D1防护罩最大直径20907080344030120861034856401601201406575（45）70805019012015580906521013017090102（长度单位均为mm）注：1、基长为设计尺寸，其值为。123()ll、minLS182、为行程。S3、压缩到底长度。minLlS4、最大拉伸长度。ax23.3.6液压缸壁厚、缸盖、活塞杆和最小导向长度的计算1、液压缸的壁厚的计算液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。当缸筒壁厚与内径D的比值小于0.1时，称为薄壁缸筒。壁厚按照材料力学薄壁圆筒公式计算。计算公式如下式：（3.7）2yPD式中：实验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍；yP液压缸壁厚；液压缸内径：D缸筒材料的许用应力。其值为：铸铁：=10011