油氣彈簧的阻尼特性研究

王光宇

摘 要：介紹了油氣彈簧的結構及其工作原理，研究其阻尼特性，并建立了數學模型利用Simulink進行仿真。分析初期節流縫隙寬度和節流縫隙長度對阻尼特性的影響。結果表明;油氣彈簧的阻尼力與節流縫隙寬度成反比，與節流縫隙長度成正比。

關鍵詞：油氣彈簧;阻尼;仿真分析

0 前言

油氣彈簧的阻尼特性是車輛懸掛系統的重要特性，它們取決于物理和結構參數的選取[1]，文中從油氣彈簧的實際結構出發，對彈簧的阻尼特性進行分析，建立數學模型，利用Simulink軟件編程進行仿真，分析各參數對油氣彈簧阻尼特性的影響，為油氣彈簧的性能改善提供了參考。

1 油氣彈簧工作原理

如圖1所示為油氣彈簧結構圖，在油氣彈簧的上連接體裝有充氣孔，可以向油氣彈簧內充入氣體。下連接體設有沖油孔，可以向油氣彈簧沖入液體。在油氣彈簧活塞桿底部安裝有節流閥系，當活塞桿與外缸體相對移動加快時，它們之間的相對速度增大，油液經節流縫隙流過，使節流閥片彎曲變形，節流縫隙增大，產生節流阻尼力，當它們相對移動緩慢時，它們之間的相對速度緩慢，油液經初始設計的節流縫隙，產生阻尼力，當相對速度達到一個固定值時，彎曲變形量與節流閥片相等，實現閥片開閥。

2 數學模型建立

油氣彈簧活塞桿運動時，上油腔的油液經過節流閥系流到下油腔，產生阻尼力，以此來研究阻尼特性。首先確定阻尼力的大小：

（1）

為油氣彈簧實際擠壓面積;

為上下油腔壓差。

根據相關理論資料和經驗[2]，創建阻尼力數學模型如下：

當油液流動速度小于開閥速度時，節流閥片的形變值滿足下面方程式：

（2）

式中：，為油氣彈簧節流閥片彈性模量，t0為節流閥片厚度。

令 ，可以得到：

（3）

rb為節流閥片外圓半徑，ra為節流閥片內圓半徑。

則：

（4）

根據上面推導，得知節流閥片兩側面間壓差：

（5）

在節流閥片作用下，由兩端壓差產生的阻尼力：

（6）

3 仿真分析

3.1 阻尼特性仿真分析

首先選取油氣彈簧的初期參數，見表1所示。

油氣彈簧阻尼特性是油氣彈簧特性研究中非常重要的一個部分[3]，利用Matlab Simulink軟件編程對節流縫隙寬度和長度阻尼力數學模型進行仿真。

仿真過程中，通過改變節流縫隙寬度、長度來研究節流縫隙對阻尼特性的影響。取外界激勵信號頻率為0.5 Hz，圖2為僅改變初期節流縫隙寬度得到的阻尼特性曲線，初期節流縫隙寬度分別取0.53 mm、0.63 mm、0.73 mm;圖3為僅改變節流縫隙長度得到的阻尼特性曲線，節流縫隙長度分別取0.42 mm、0.52 mm、0.62 mm。

由圖2可知，阻尼力隨著初期節流縫隙寬度的變大而減小，兩者之間成反比例關系。

由圖3可知，阻尼力隨著節流縫隙長度的變大而增大，兩者之間成正比例關系。

4 結論

阻尼力與初期節流縫隙寬度成反比，與長度成正比。實際工程中，可以改變初期節流縫隙參數進行阻尼力調節，從而得到合適的阻尼特性，保證機構的良好穩定。

參考文獻：

[1]孫濤，喻凡，鄒游.工程車輛油氣懸架非線性的建模與仿真研究[J].系統仿真學報，2005，17（1）：210-213.

[2]李明.詳解MATLAB在最優化計算中的應用[M].北京：北京電子工業出版社，2011.

[3]周長城，鄭志蘊，顧亮.油氣彈簧阻力特性計算機仿真系統仿真學報，2006，18（8）：2303-2306.