基于Visual Basic與Access的減震器數據庫系統設計與實現

王 蘋

(福州大學陽光學院，福建福州 350001)

基于Visual Basic與Access的減震器數據庫系統設計與實現

王 蘋

(福州大學陽光學院，福建福州 350001)

本文搭建了減震器數據庫系統平臺，用于對其生產的產品進行統籌化管理，采用Visual Basic軟件與Access 軟件聯合開發的方式搭建數據庫，能夠實現對于信息的添加、刪除、修改、查找等功能，在此基礎上還添加了輔助設計系統。

減震器；數據庫；輔助設計

減震器作為汽車懸架系統的一部分，對汽車的平順性起到了決定性的作用。它削弱了振動對于駕駛員以及汽車零部件的負面影響，延長了設備的使用壽命，保證了駕駛員的駕駛狀態。結合數據庫系統，設計人員可以及時調用各種減震器信息，簡化產品及零部件選型環節，有利于縮短開發周期、提高設計效率。

1 減震數據庫的開發

建立數據庫就是為了針對大量數據信息的統籌化、高效化管理。單就功能而言，可以簡明概括為“添、刪、改、查”四個字。同時，對于數據庫的使用者應當根據他們的身份設置不同的使用權限，一方面保護了數據庫信息的安全性，另一方面方便了數據庫的后期維護。另外，指導性的幫助文件也是必不可少的。上述三方面構成數據庫的幾個重要功能模塊。本數據庫采用Microsoft公司的Visual Basic 6.0與Access2003兩款軟件，以Access搭建數據庫核心，利用Visual Basic制作用戶操作界面，聯合開發而成。主要包含系統管理(新用戶注冊功能暫放入其中)、查詢系統、系統維護、幫助文件四大模塊，如圖 1所示。

圖1 減震器數據庫系統模塊構成圖

“系統管理”模塊負責管理數據庫使用者的信息，包含用戶名和登錄密碼。由于本數據庫面向一般使用者，同時也面向系統工程師，因此以“客戶”及“管理員”的方式劃分權限。“客戶”可以利用系統注冊自己的ID，但是只能實現瀏覽、查找數據庫中信息的功能，而“管理者”擁有統一的已知密鑰，可以修改、更新數據庫中的數據，實現對數據庫的日常維護。

“查詢系統”顧名思義就是用于查找數據庫中相關信息的功能模塊。根據天德減震器廠提供的關于該廠生產的減震器數據資料，將其進行分類整理后，決定查詢系統采用“總——分”的方式。所謂“總”就是在一頁面上可以根據車型查找到該車型減震器的所有信息，包括各部分零件尺寸及該減震器部分外特性參數。所謂“分”就是將減震器劃分為各個零部件，根據零部件的尺寸信息進行查找。

“系統維護”模塊是針對于“管理員”權限而言，以“客戶”權限進入數據庫的用戶是無法看到該模塊的。“系統維護”的目的在于能夠讓管理員更改、添加、刪除數據庫中的信息。其分類方式與“查詢系統”相對應，都采用“總——分”式。考慮到系統管理員對于該廠生產的減震器產品較為熟知，所以進入“系統維護”后減震器都是以所適用車型的名單羅列的。

“幫助文件”能夠鏈接到幫助文件，方便用戶更快地適應該數據庫系統。

2 減震器數據庫系統輔助設計的基本框架和軟件環境

雙筒式液壓減震器的設計關鍵在于閥片系統尺寸參數的確定，因為阻尼力的產生來源于各閥片的開度，閥片的尺寸參數直接決定了減震器的外特性。但是閥片系統的設計并不是孤立、盲目的設計，而是應當與已知條件相結合，與計算出的減震器各主要部分的尺寸參數(包括活塞桿、活塞缸直徑等)相結合。基于上述理論，決定將該數據庫的輔助設計部分分為3項：外特性參數計算、主要部分尺寸參數的計算、閥系設計。圖2為數據庫系統輔助設計部分基本結構圖。輔助設計使用Visual Basic與Matlab混合編程，充分發揮Matlab在繪制圖像和計算上的優勢，有效彌補Visual Basic在這些方面的不足。在實現過程中，首先需要將實現這一過程調用的函數在Matlab中編輯出來；然后在Matlab命令窗口輸入“deploytool”進入COM組件生成器，經過相應操作，在“distrib”文件夾下就可以找到生成的動態數據鏈。接下來只需要在Visual Basic中編寫程序來調用就可以了[1]。

圖2 數據庫系統輔助設計部分基本結構圖

3 減震器外特性參數計算

減震器的外特性設計是減震器的基本問題，其依據就來源于懸架可行設計區的理論和工程實踐，是減震器產品標準化和系列化的基礎。從嚴格意義上講，雙筒式液壓減震器的外特性是非線性的，在進行主動設計時要進行非線性計算相當繁瑣，目前工程設計通常采用分段線性的近似方法，利用開閥點Ck及最大開閥點Ckm將外特性分為3段(圖3)，每段近似為線性，這樣就在更近似的條件下簡化了計算。

在進行減震器外特性參數計算時，首先要確定車身阻尼比s(通常在0.2～0.4之間)。由雙質量線性系統動力學模型導出的3個無量綱均方根值表達式中，Thompson·A·G 以輪胎變形的均方值最小作為條件，推出了懸架最優阻尼比的計算公式：

(1)

該最優阻尼比對設計人員最終確定車身阻尼比起到了一定的指導作用，但最終車身阻尼比的確定還是要根據繪制出的減震器可行設計區圖像，使得該阻尼比下車身垂向加速度均方根值的變化盡量平緩[2]。在本數據庫系統中，設計人員可以實時查看特定質量比和剛度比下的車輛懸架可行設計區。

4 減震器主要部分尺寸參數計算

本數據庫系統輔助設計部分主要是對減震器的活塞桿、活塞缸、貯液缸的徑向、軸向尺寸進行計算，具體來講，主要是針對這幾個部件的徑向尺寸進行設計。本系統中主要部分尺寸的參數計算主要是針對徑向尺寸的計算，而軸向尺寸則更多的是由設計人員的個人經驗及桿件的穩定性條件來決定。

活塞缸直徑、活塞桿直徑以及貯液缸直徑三者之間依靠活塞缸直徑為紐帶緊密聯系在一起。若設λ為活塞桿直徑與活塞缸直徑之比，對于雙筒式減震器來說，一般地，λ在0.40～0.50范圍內，設λ′為貯液缸直徑與活塞缸直徑之比，則一般取λ′在1.35～1.50范圍內。因此，只要求出活塞缸直徑就可以根據它們之間的比例關系求出活塞桿直徑和貯液缸直徑。在已知復原行程最大阻尼力、工作缸最大許用壓力的條件下，根據式(2)可以求得活塞缸的直徑。

(2)

其中，D為活塞缸直徑(mm)；Ffmax為復原行程最大阻尼力(N)；[p]為活塞缸最大允許壓力(MPa)，取值在3～4MPa，與Fmax相對應；λ為活塞桿直徑與活塞缸直徑之比。

在得到活塞缸直徑之后，根據三者之間的比例關系求出活塞桿和貯液缸的直徑、活塞缸截面面積、活塞桿截面面積以及活塞桿與活塞缸之間的環形截面的面積，為隨后的計算做準備。

5 減震器閥系系統設計

在進行閥系系統設計的過程中，先對活塞、底閥上節流孔的尺寸參數進行設計。通過確定節流孔的尺寸，進而得到節流壓差及流量，為后面確定活塞、底閥節流片的結構打下基礎。綜合活塞節流孔的結構參數以及工作環境最終確定活塞節流孔的節流壓差的計算公式為：

(3)

其中，μ為液體的動力粘度；ρ為液體的密度；Lhk為活塞節流孔的實際長度；Qhk為活塞節流孔的流量，V為活塞的運動速度，Sh為活塞缸與活塞桿之間的環形面積，ns為節流孔個數；dh為活塞節流孔的直徑；ξ1為入口局部阻力損失系數，ξ1=0.505+0.303cosθ+0.226cos2θ，θ為液體入口速度與活塞缸內壁之間的夾角，ξ2為出口局部阻力損失系數，對于層流ξ2=2；Vk為流道內的平均流速。

在紊流狀態下，節流壓差依舊由沿程損失產生的節流壓差Δp1′與局部損失產生的節流壓差Δp2′構成，它們分別按照式(4)、式(5)計算：

(4)

(5)

這里值得指出的是沿程阻力損失系數的選取。在紊流狀態下，λ不僅與Re有關，也與管道的相對粗糙度有關，其中Δ為管道的絕對粗糙度。計算紊流下沿程阻力損失，柯羅布魯克公式在Re的很大范圍內都具有普適性(不僅在尼古拉茲實驗曲線2320≤Re≤4000的過渡區有效， 在4000≤Re≤1000000都適用)，所以，一般情況下選擇柯羅布魯克公式計算沿程阻力損失系數，具體如式(6)所示。

(6)

雖然對于紊流狀態下，不同的雷諾數沿程阻力損失系數的求解也不同。不過，總的節流壓差依舊是：

(7)

不難看出，節流壓差的大小與節流孔的直徑、孔的長度、孔的個數以及角度這幾個參量有直接的關系，改變它們的大小就可以得到滿意的節流壓差。同時，公式中包含活塞桿與活塞缸之間的環形面積的參量以及活塞運動速度的參量，先前計算的減震器的外特性以及主要部分的尺寸參數對于節流壓差也有一定程度的限制作用[3]。

由于底閥上節流孔的結構較活塞節流孔長度較短，因此在計算節流壓差時采用另一種較為準確的方式進行計算，即化為薄壁孔口淹沒出流問題。根據流體力學知識可知，薄壁孔口淹沒出流模型適合計算工程技術中常用的節流器或者阻尼器的流量與壓力，其節流壓差按照式(8)進行計算[4]：

(8)

其中，Qdk為單個底閥節流孔流過的流量(m3/s)；ddk為底閥節流孔的直徑(m)；Cq為流量系數。

為了使底閥節流孔的設計界面更加直觀，可以分三步進行。首先，輸入節流孔設計參數和已知參數，計算雷諾數并判斷孔內液體的流動狀態；然后，根據層流或者紊流狀態進行節流壓差及工作阻力的計算。最后，點擊“記錄”能夠將當前輸入參數下的結果顯示在旁邊的文本框中。通過“瀏覽現有所有底閥信息”和“進入添加新底閥信息界面”實現輔助設計系統與數據庫之間的聯系，方便設計人員及時將設計結果存入數據庫中。對明細表進行操作，能夠使得計算結果更加具有條理性，更加直觀。

在確定了節流孔的尺寸參數后，就可以根據獲得的在不同速度下的節流壓差，結合活塞缸等零件尺寸參數計算活塞閥系節流片的厚度、閥片預變形量及最大限位間隙。而這3個參數也是影響減震器阻尼特性的重要參量。活塞節流片的設計厚度數學模型由式(9)確定。

K9δ9+K0=0.

(9)

pf為閥片所受節流壓強，pk1為節流閥片在開閥點Vk1節流壓差，Grk為閥片在閥口位置半徑rk處的變形系數，μt為油液動力粘度，rb為閥片外半徑，rk為閥片閥口位置半徑，A0為活塞節流孔面積，Sh為活塞缸與活塞桿之間的環形面積，QH為油液流經活塞縫隙的流量，ε為常通節流孔的流量系數[5]。利用初次開閥后某速度點V及對應的節流壓差，代入式(10)可確定節流閥片的設計厚度δ。將閥片厚度確定后，可根據開閥點速度Vk1及節流壓差pk1計算節流閥片的預變形量frk0。

(10)

根據最大開閥點速度Vk2及節流壓差pk2，通過(11)計算閥片的最大限位間隙hmax。

(11)

上述計算閥片厚度為單片設計厚度。當閥片所受的應力超過許用應力，則應將單片設計厚度閥片拆分為多片疊加形式。對于疊加閥片，通過式(12)計算當量厚度δd，保證當量厚度與單片設計厚度大致相同即滿足疊加閥片設計要求。

(12)

6 總結與展望

考慮到數據庫的實用性及項目的進程，采用Visual Basic與Access聯合開發的方式搭建數據庫。運用Access搭建數據庫主體，運用Visual Basic制作用戶操作界面。該數據庫系統還能夠幫助減震器設計人員進行零部件的輔助設計工作，所以引入了輔助設計系統。在設計時，工程師不僅能夠及時地調用數據庫中的信息作為參考，更能夠將設計好的零部件隨時放入數據庫中保存。考慮到Visual Basic軟件在科學計算及圖像處理方面的不足，所以引入Matlab軟件進行混合編程來彌補。采用動態鏈接庫的混合編程方式，能夠脫離Matlab軟件本體，即本地計算機無需安裝軟件就可調用Matlab中編譯函數進行計算，提高了數據庫系統本身的可移植性。在未來的工作中還可以繼續豐富數據庫信息的查詢方式，并試圖在巨大的數據量之上建立完整的減震器參數化設計系統，爭取將一種雙筒式減震器的零部件都實現參數化建模。

[1]張德喜,周予生.MATLAB 語言程序設計教程[M].北京:中國鐵道出版社,2006.

[2]陳辛波,王斌,朱琳,等.麥弗遜式螺旋彈簧懸架的剛度與阻尼特性分析[J].同濟大學學報:自然科學版,2011, 39(2):266-270.

[3]S Katsuaki,S Morishita S Takahashi,et al.Development and testing of hybrid magnetic responsive fluid for vibration damper[J].American Society of Mechanical Engineers,2009(3):243-248.

[4]姚杰.減振器防空程畸變設計驗算及實驗驗證[J].北京汽車,2010(4):38-40.

[5]周長城,任傳波.最佳阻尼匹配減振器閥片厚度優化設計與特性試驗[J].振動工程學報,2009,22(1):54-59.

The Design and Implementation of Database System of Shock Absorber Based on Visual Basic and Access

WANG Ping

(Sunshine College,Fuzhou University, Fuzhou Fujian 350001，China)

This paper provides a database system of shock absorber, which aims for helping to manage their products comprehensively. This database is built through an union way using Visual Basic and Access together. The database built up primarily, realizing the functions, such as addition,deletion, amendment and search, etc. Besides, the database system has the assistant designing system.

shock absorber; database; assistant designing

2015-09-08

王 蘋(1984- )，女，福建福州人，福州大學陽光學院講師，碩士，從事計算機技術研究。

TP311

A

2095-7602(2015)12-0035-05