汽車筒式減震器設(shè)計(jì)

孫飛豹，毋師平

(1.沈陽(yáng)工學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110000；2.遼寧廣播電視大學(xué)丹東分校,遼寧 丹東 118000)

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汽車筒式減震器設(shè)計(jì)

孫飛豹1，毋師平2

(1.沈陽(yáng)工學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110000；2.遼寧廣播電視大學(xué)丹東分校,遼寧 丹東 118000)

本文通過(guò)對(duì)汽懸架減震器特性分析，論述了雙作用筒式減震器阻尼系數(shù)等參數(shù)的選取、對(duì)汽車行駛平順性的重要性，進(jìn)而明確了相對(duì)阻尼系數(shù)設(shè)置的必要性，并給出了伸張和壓縮行程的相對(duì)阻尼系數(shù)、設(shè)計(jì)原則及限值。對(duì)筒式減震器結(jié)構(gòu)尺寸和不同安裝方式的阻尼系數(shù)也給出了計(jì)算公式。

阻尼系數(shù)；相對(duì)阻尼系數(shù)；固有頻率；阻尼力-速度特性；最大卸荷力

1 減振器主要性能參數(shù)的選擇

減振器的性能一般用阻尼力—位移特性和阻尼力—速度特性來(lái)表示。如圖1所示為某減振器的這兩個(gè)特性。

圖1 減振器性能曲線

圖1(a)中，橫坐標(biāo)為活塞桿的位置，從最大壓縮位置到最大伸張位置；縱坐標(biāo)為阻尼力，向上為伸張行程，向下為壓縮行程。此特性在專門(mén)試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)出，試驗(yàn)時(shí)的減振器行程為100mm，每個(gè)振動(dòng)頻率與一個(gè)封閉的回線相對(duì)應(yīng)。從這個(gè)圖上可以直接測(cè)量出伸張時(shí)或壓縮時(shí)的最大減振器阻力值，也可以測(cè)出全行程所消耗的功(封閉曲線內(nèi)的面積)。因此，此圖形也稱為減振器的示功圖。但是用這一圖形還不能充分反映減振器的特性。還需要阻力—速度特性圖。據(jù)圖1(b)中減振器中阻尼力F和速度V之間的關(guān)系可表示為

F=δVi

(1)

式中，δ為減振器阻尼系數(shù)；i為常數(shù)，常用減振器的i值在卸荷閥打開(kāi)前為1。F與V成線性關(guān)系稱為線性阻尼特性。在圖1(b)中，可以看出阻力—速度特性由四段近似直線段組成，其中壓縮行程和伸張行程各占兩段；各段特性線的斜率為減振器的阻尼系數(shù)。通常認(rèn)為在卸荷閥打開(kāi)之前的特性曲線的斜率就是減振器阻尼系數(shù)δ，壓縮時(shí)的阻尼系數(shù)小于伸張時(shí)。對(duì)于汽車減振器，在同樣的速度V下，壓縮時(shí)的阻尼力較小，可以提高懸架的緩沖性能。帶線性阻尼減振器的懸架系統(tǒng)作自由衰減振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)衰減速度取決于相對(duì)阻尼系數(shù)。

(2)

式中，c為懸架剛度；m為簧載質(zhì)量。ψ值對(duì)行駛平順性有明顯的影響。在選擇減振器阻尼系數(shù)時(shí)要考慮到懸架的剛度c和簧載質(zhì)量m。由此可見(jiàn)，減振器的主要性能參數(shù)有兩個(gè)：阻尼系數(shù)δ和相對(duì)阻尼系數(shù)ψ。

1.1 相對(duì)阻尼系數(shù)取值

若ψ取值較大，有利于使振動(dòng)迅速衰減，但會(huì)把較大的不平路面沖擊傳給車身，降低懸架的緩沖性能；若ψ值選得過(guò)小，振動(dòng)衰減慢，共振幅度大。因此ψ取的合理，可獲得良好的行駛平順性。一般常使壓縮行程的相對(duì)阻尼系數(shù)ψ0小于伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)ψc，一般取ψc=(0.25～0.5)ψ0。

1.2 減振器阻尼系數(shù)δ的確定

(3)

圖2 減振器軸線與垂線成夾角

圖3 筒式減振器直徑參數(shù)

若懸架中減振器的軸線與垂線有夾角時(shí)(見(jiàn)圖2)，減振器阻尼系數(shù)為

(4)

根據(jù)平順性要求確定懸架的相對(duì)阻尼系數(shù)ψ后，還需考慮懸架的特性和減振器的安裝特性。

1.3 最大卸荷力F0的確定

為減少傳到車身的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器的卸荷閥便被打開(kāi)，減振器不再提供阻尼力，以限制減振器所提供的最大阻尼力。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度Vx為;

(5)

如果已知伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)δ0，則最大卸荷力為

F0=δ0Vx

(6)

2 減振器主要尺寸的確定

2.1 筒式減振器工作缸直徑D的確定

筒式減振器直徑參數(shù)如圖3所示。可先根據(jù)伸張行程的最大卸荷力F0和容許壓力[P]來(lái)近似地求得工作缸直徑。

2.2 貯油筒直徑Dc的確定；一般取Dc=(1.35～1.5)D。壁厚通常取2mm。

3 結(jié)語(yǔ)

汽車懸架設(shè)計(jì)中減震器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它會(huì)對(duì)汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)影響很大、對(duì)汽車乘員的舒適性和貨物損害程度也會(huì)有很大影響。一般筒式減振器可分為雙筒式、單筒式和充氣筒式等結(jié)構(gòu)，以雙筒式應(yīng)用最多。

[1] 余志生主編.汽車?yán)碚?第5版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 劉惟信主編.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版杜，2001.

孫飛豹(1959.4-)，男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師(副教授)，本科，沈陽(yáng)工學(xué)院，研究方向：汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚摻虒W(xué)。 毋師平(1959.12-)，女，漢族，遼寧丹東人，教授，本科，遼寧廣播電視大學(xué)丹東分校，研究方向：機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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1671-1602(2016)22-0044-01