汽车液压减震器的设计与研究Word格式文档下载.docx
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1.2研究意义
我们国家的汽车工业基本上已经都发展了50多年了,已经取得了非常高的成就,尤其是从1978年12月以后,汽车工业已经很获得了很快速的发展,另外,广大人民群众的物质生活水平也得到了逐渐的提高,肯定就会对汽车的综合性方面提出的要求更加的严苛,这不仅在可靠性和操纵性以及稳定性上要求是非常高的,同时还要求汽车必须要拥有一个非常舒适的座位,在这一定程度上对汽车的综合性能有了一个更高的要求。
悬架减震器是车辆悬架系统中的一个非常重要的零部件,在车辆的乘用舒适性和操纵性以及稳定性上都是有着不可或缺作用的。
因为我们国家轿车减震器的发展时间是比较短的,起点是非常低的,从技术水平方面来说,是比较落后的,所以在国产的高级轿车上还大量的使用进口减震器。
所以,要在一定程度上将我们国家的悬架减震器的自主研制的开发水平进行提高,加快发展我们国家的悬架减震器的发展,到目前为止已经成为了车辆悬架系统中一个比较重要的课题的,悬架减震器已经成为了我们国家汽车工业发展规划中优先发展的非常重要的项目。
1.3现状分析
1.3.1国外研究现状
国外自从经历了工业革命之后,工业技术水平就已经得到了快速的发展,伴随着各种各样的工业技术和控制技术等广泛的应用到商业化的工业领域。
美国的福特公司我们也都知道,为了那个时代的经典型的野马II型配置了一个减震器,这个减震器是非常先进的,它在减震器制造设备的研制上是有了很大的进步的,并且突破性也特别大。
从那以后,欧洲市场上的这种技术就大范围的开始了非常激烈的竞争,激烈的竞争就一定会造成技术上的改变,很多的制造技术以及经验差不多都是在这个时候才产生的。
传统的减振器都是由汽车厂直接进行制造的,竞争相当的激烈,特别是减震器零部件商的制造的,很多先进的技术在一定的范围内都得到了广泛的应用。
近年来,一些发展中国家也发展比较的迅速。
减震器是南非的一个制作公司生产的,是当前国际先进的产品,除此之外,他可以按两个减震器,ZFLemforder汽车系采埃孚伦福德汽车系统(沈阳)有限公司引进了这种产品,但是后来发现,他的特点是成本是相当高的,维护是比较困难的和在控制上比较复杂,他最重要的减震器是不同类型的装配夹具所以需要合适的就要随时进行更换,所以,这样一来生产效率降低了,工人的操作就比较麻烦的。
一直到现在,在汽车产业中比较先进并且发达的就是美国和德国,福特F-MDL-0708型设备和大众KF系列所采用的设备以及技术都是比较先进的,自动化水平的程度相对而言是比较高的,控制上是比较直观的,维护起来也更加的方便,在效率方面也比之前要提高好多。
所以,当前的社会背景下,有很多的汽车制造商都采用了这种方式生产的减震器。
尽管是这样,在压装的时候对于不同型号的减震器也是实行不了工装快换的,现在,已经成为了需要尽快解决的一个问题。
1.4.1国内研究现状
目前,我们国内的一些主要的汽车生产商所使用的减震器,从设备方面上来说,依旧停留在1950年的技术水平,结构上相对而言是比较简单的,同时性能上很单一,生产效率也不高,在设备上,完全是靠人工进行控制的,在尺寸和精度上只能控制在2mm范围内的,控制系统是比较落后的,操作上都是手动的,并且是人工进行检测的。
不仅工人的劳动强度比较大,并且生产效率是比较低的。
除此之外,减震器压装机的压装技术目前使用的还是50年代时候使用的款式和功能,它是属于通用型的油压顶压机,这种产品在控制系统上还是比较落后的,在功能覆盖方面也是非常的不全面的,手工操作上依旧还不能实现大部分的功能。
并且在压装精度方面是比较低的,当前的社会情况下,国内外研究上的设计人员需要进行仔细并且认真研究的问题就是怎么样将减震器的压装精度给有效的保持住。
第二就是,减震器的型号是不同的,当前的减震器还是需要人工进行手动更换底盘的,这样以来,生产的效率相对而言就比较低,这样的压装方式已经使用了很长时间,也并没有什么质的改变,它的唯一的缺陷就是需要人工进行手动更换夹具,并且轴位差是非常的难以控制的,在减震器的生产过程中,很难达到它的精度要求,生产效率也不高,简单的说,人为因素的影响对于压装的质量影响是非常之大。
液压减震器在我们的国家开展了之后,就开始面对着非常激烈的竞争压力,除此之外,有很多的汽车生产厂家都已经开始了和国外的很多的汽车生产商进行相关的合作,在一定程度上大量的引进国外的先进技术,这一做法使得中国在汽车制造行业中向前进了一大步。
2汽车液压减震器概况
当汽车在行驶的过程中遇到冲击的时候,车架在车身就会发生一定程度的震动,如果仅仅只依靠弹簧本身的摩擦阻力来讲振动消除的话,效果是不太明显的,
这样会在一定程度上对汽车行驶的平顺性产生一定的影响的。
所以在汽车悬架系统中将减震器给安装上,是能够在路况不好的情况下保证汽车可以安全并且平稳的行驶的。
减震器是可以将弹簧吸震后反弹时的震荡给抵制住的,也可以说是它可以抵挡住来自与路面上的冲击。
在减震器底部通过设置气室来实现空气压力的缓冲效果,这种缓冲方式较为舒适,减震效果较好,但是缺点表现在过弯过程中车体侧倾的问题,并且油气减震器的使用寿命也不如纯液压减震器时间长,油气弹簧以气体(氮,惰性气体)作为弹性介质,用油液作为传力介质。
液压减震器相较于油气减震器具有一定的缺点和优点,其中优点表现在结构相对简单并且成本较低,在转弯等过程中车身离地高度受负载大小影响较小,但是同时减震效果比空气减震器略差。
3汽车液压减震器的设计
减震的技术不断的进行改进,从一开始的弹簧减震到液压减震,再到后来的充气式液压减震,虽然经过了这么多的改变,但是始终不变的有一点就是它的减震原理是不会改变的,是利用阻尼运动减少振动中产生的能量,从而减少震动的强度和时间。
随着人们对汽车舒适性和稳定性的要求不断提高,减震器在其中起的作用也越来越大。
3.1悬架静挠度的计算
悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称,其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力,并衰减由此引起的震动,以保证汽车能平顺地行驶。
悬架静挠度是指汽车满载静止时悬架上的载荷Fw与此时悬架刚度c之比,即=Fw/c。
影响汽车行驶的平顺性重要参数之一是汽车悬架振动固有频率。
悬架的静挠度直接影响车身振动的扰度。
①式中----静止时悬架的刚度;
②式中c——汽车前悬架刚度,N/mm;
m——汽车前悬架簧上质量,kg;
n——汽车前悬架偏频,Hz
(2-1)取n=1.0可得mm
3.2最大卸载力的计算
最大卸载力就是当减震器活塞速度达到一定值时,减震器打开卸载阀,此时活塞的速度就是卸载速度,此时活塞所受的力即为最大卸载力。
卸载速度,一般为0.15~0.30m/s,式中A为汽车振幅,取为±
40mm;
为减震器下横臂上的联接点到下横臂与车身铰接之间的距离取为780mm。
由此可以计算得到=0.17m/s。
最大卸载力式中c为冲击载荷系数,取为1.5,则N(2-4)
3.3工作缸直径和减震器活塞行程的确定
根据最大卸载力进行工作缸直径的计算。
由公式式中由确定;
为工作缸许用的最大压力值,取(3~4)Mpa;
本次设计取为3.5MPa;
λ为连杆直径与缸筒直径的比值,双缸式减震器取λ=0.40~0.50;
本次设计取为0.4。
计算结果得mm。
计算所得出的结果为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1。
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1缸式减振器工作缸直径(mm)
工作缸直径D
20
30
40
45
50
65
表2复原阻力和压缩阻力取值(N)
工作缸直径D(mm)
复原阻力
压缩阻力
200—1200
不大于600
1000—2800
不大于1000
1600—4500
400—1800
2500—5500
600—2000
4000—7000
700—2800
5000—10000
1000—3600
由于已经知道了减振器的工作缸直径D=30mm,根据表2确定减震器的复原
力在1000—2800之间和压缩阻力不大于1000,可以确定的是其近似的复原阻力和压缩阻力分别是1800N和700N。
3.4减震器活塞行程的确定
减震器活塞行程即液压缸的工作行程。
液压缸的工作行程长度,能够按照执行机构实际工作的最大行程来确定,并参照表4和表3设计要求来选用标准值,因此选用活塞行程为180㎜。
表3减震器设计尺寸(㎜)
工作缸
直径D
基长
贮液筒最
大外径
D1
防尘罩最
D2
压缩到底
长度
minL
允差
最大拉伸
maxL
l
(HH型)
(CG型)
(HG型)
(GH型)
90
70
80
34
+3
负值不限
+4
正值不限
-3
-4
120
86
103
48
56
160
140
75
190
155
60
210
130
170
102
表4减震器活塞行程(㎜)
活塞行程S
100
110
150
180
200
220
230
240
-
(45)
注:
1、基长(l1、l2、l3)为设计尺寸,其值为minL−S。
2、S为行程。
3、压缩到底长度Lmin=l+S。
4、最大拉伸长度maxL=l+2S。
4液压减震器的工作原理
减震器主要有弹簧和阻尼器两个部分组成,弹簧的作用主要是支撑车身重量,而阻尼器则是起到减少震动的作用。
阻尼”在汉语词典中的解释为:
“物体在运动过程中受各种阻力的影响,能量逐渐衰减而运动减弱的现象”。
阻尼器就是人造的物体运动衰减工具。
为了防止物体突然受到的冲击,阻尼在我们现实生活中有着广泛的应用,比如汽车的减震系统,当弹簧门被打开了之后,它可以慢慢的关闭等等。
有很多种阻尼器,如空气阻尼器、电磁阀、液压阻尼器等等。
我们基本上都是使用的液压阻尼器。
在一般情况下,弹簧受到外力的挤压时,会往力的方向进行回击,而当外部的作用力消失了以后,弹簧就会立马回复原状,这时车身由于受到惯性的影响,车体会发生一定程度的抖动,如果没有阻尼在其中发挥作用,汽车每当碾压了石子以后,都会发生较大幅度的波动,会使驾驶者和乘坐者产生较大的不适。
阻尼的作用是放缓弹簧的压缩和回收的速率,将快速的回收效果慢慢降低,从而使弹簧在返回时不会产生很大的冲击力,并通过层层减弱的方法来让人逐渐的适应。
5.液压减震器阻尼力的计算
5.1简介
阻尼力是一个重要的性能指标主要是来衡量减震器的,所以它是非常重要的计算减振器的阻尼力。
涡流阻尼力包括电磁饱和,传热理论,退磁效应和皮肤效应理论,所以实际的计算是比较复杂的,这些都是会影响到最后的计算精度和效率的。
这个任务小组由于阻尼影响因素的计算模型和最有影响力的因素是不确定的,计算非常复杂,因此有必要对一些因素做出假设,使计算模型更简单。
本文在以下假设计算过程:
(1)不计算温度较低时,材料的电导率和磁导率;
(2)忽略其他组成部分的效应,只关注于导体框架的涡流变化;
(3)不去过多的关注和检查材料由于温度产生的物理性能变化。
液压减震器的结构由定子导体、永磁体和铁极以及动子轴等四个方面。
在进行减震器的设计时,要先充分的使用永磁体所产生的磁场效果。
在同等有条件下,所产生的阻尼轻度不会发生很大的改变。
根据磁路的优化方式,在选择定子导体时主要以筒式为主。
筒式的结构和原理较为简单,不仅鞥狗有效的抑制住电磁的泄露,还可以将磁场的效果发挥到最大,使定子导体中产生大量的外流,从而能够尽快的减轻车体的颤动。
磁场的使用效果与永磁体的充磁方式有着较为密切的联系。
永磁体在进行充磁时,可采取轴向和径向两种方式,本文的设计将采用电磁有限元仿真软件对两种方式进行深入的比较。
通过对下图的了解可以发现,轴向方式的充磁在运行以后,永磁体所能承受的最大限度是2.0242T,周围气隙的磁感应承受范围在不会超过0.6T,磁力线的密度是2.0175×
10-3Wb/m。
而径向的充磁在运行时,所能承受的最大限度是1.7234T,周围的气隙感应承受范围不会超过0.5T,磁力线的密度是2.0175×
由此可以看出,选择径向的充磁方法要强过与轴向的充磁方式。
轴向充磁方式径向充磁方式
图1轴向和径向充磁磁通密度结果图
轴向充磁方式径向充磁方式
图2轴向和径向充磁磁力线密度结果图
在确定液压减震器的基本结构之后,我们对相应的结构尺寸进行设计。
液压减震器的尺寸借鉴了相关的国外研究文献,给出了液压减震器的尺寸示意图。
这些数据主要是根据阻尼力大小的产生确定的,有一定参考意义。
从图中我们可以清楚地看到涡流阻尼器原始模型的外廓尺寸、气隙尺寸、永磁体厚度、永磁体外径等诸多重要参数。
图3液压减震器尺寸示意图
5.2阻尼力计算
减震器阻力特性通常是按照汽车的稳定性、操纵性和平顺性的要求来确定的。
减震器阻力值大小满足汽车操纵性稳定性要求的同时,也需要满足汽车乘坐舒适性要求。
因此减震器的阻力特性的确定应该综合考虑本田雅阁的稳定性、操纵性、平顺性。
按照减震器的阻力——速度特性曲线和阻力——位移特性曲线,能够清楚知道减震器的四个重要阻尼参数。
在没有特别指明的情况时候,减震器的阻尼系数是指卸荷阀打开其前的阻尼系数。
通常伸张行程的阻尼系数与压缩行程的阻尼系数是不相等。
评定衰减的快慢速度用相对阻尼系数的大小。
的表达式为:
式中:
c—为悬架系统的垂直刚度;
—为簧上质量;
δ—为阻尼系数。
上式表明,相对阻尼系数的物理意义是:
减振器的阻尼功用在与不同刚度c和不同簧上质量的悬架体系匹配时,会产生不同的阻尼结果。
值大,振动能快速衰减,同时又能将较大的路面冲击力传到车身;
值小则反之。
图4减震器的特性曲线
用相对阻尼系数来衡量簧上质量振动衰减的快慢。
一般情况下,减震器的伸张过程和压缩过程φ往往是不一样的,压缩行程时的相对阻尼系数较小,伸张行程的相对阻尼系数较大。
两者之间保持。
相对无摩擦的悬架平均相对阻尼系数的取值范围应为(0.25-0.35)。
取,=0.3而=可得,。
减震器的阻尼系数,其中,n为固有频率,由(2-1)知,取为1.0;
为簧上质量;
减震器安置角度,一般取为30°
;
由此求得:
=2×
0.3×
2π×
1.0×
1470/(4×
cos²
30°
)=1847.2NS/m。
6.双筒充气液压减振器的试验研究
6.1双筒充气液压减振器主要特性试验方法探讨
双油缸液压减振器具有明显的抑制效应振动阻尼油的乳化作用。
双层管液压减振器,在复苏期间,汽缸室的压力是很低的,有时甚至是负的,这将使工作油缸压力低于劣质空气分离油阻尼液乳化压力会导致出现泡沫。
由于大量的泡沫油会使阻尼油成弹性体,所以减震器是空程性失真(必须确保不低于0.35的工作压力缸腔在大气压力下确保乳化,没有油缸腔)。
双管气液压减振器储油室充满了压缩气体,内部压力改善空气分离压力,可以提高油乳化,为了能够在一定程度上避免减震器空程性失真。
对于液压减震器在工作中主要是由于当前整个缸上面的液压指数一直是正工作状况,所以液压工作中的腔油液体在整个活塞缸以及做压空之间有缝隙,因此液压缸在工作庄控昂中产生压力,以此来进行减压,但是在平常的液压减震器当中,这种缝隙之间的流出与流动比例通过液压缸进行混合,从而形成有大量的气体,导致整个液压油气体变化,从而使得减压气体出现空间转换。
但是液压减震器在进行液压见证的过程中,可以将油液进行乳化以此来提升整个汽车的减震能力。
6.1.1示功图
指标测试减振器的基本测试,所有的减震器都必须要进行测试。
在特殊电气测量指标上,固定频率的变化,可以检测出减振器从低速到高速在不同速度下的阻力示功图。
老指示器机扭力杆作为加载组件,在精度方面上是比较低的,重复精度的准确度是比较低的。
现在,大多使用电气指标测量机,力传感器随着负载的组件,使用计算机控制机器运动指标,测试结果直接显示在屏幕上。
可以分析判断和存储和打印,探测范围大,精度高,重复性好,可以同时检测。
在进行液压见证的过程中,通过汽车机体束装进行安装,让整个液压减震过程中通过中间点的检测来进行预算,从而达到整个液压减震的主体。
在进行这个实验的过程中是常温下进行行。
因此得到的实验结果应该是液压圆滑的,并且整个液压减震的过程中不会出现空程以及畸形的现象产生,在进行液压减震的过程中得到的整个实验效果妙计应该可以在一定程度上得到整个减震器的行程能力速度,即液压见证由一开始的动能转变成热能的过程。
目前我国的液压减震的标准是每秒转动零点五二次进行试验的,整个实验的过程是一米。
而日本的标准是每秒转动零点三次为整个实验的节点,其形成也是我国的一般0.5米。
在整个节点转换的过程中,每个节点的动能转换速度,可以由以下公式来进行:
大多数的国外汽车在进行速度节点的检测上一般都是多点检测,但是在我国还是实行单点检测。
通过下表可以看出目前国外的各个国家对于减震器的速度节点。
表1主要工业化国家减震器速度检测点
美国
0.005
0.052
0.13
0.26
0.39
0.52
1.04
英国
德国
0.9
日本
0.1
0.3
0.63
1.0
1.5
通过上面可以看出,在进行常规节点检测的过程中,大部分的减震器都是非常的使用的,这些减震器彼此之间的速度节点一般都不会超过十个百分点,如果超过则需要进行增加,但是由于有些减震器在整个汽车中的杠杆比例中的作用,使得整个汽车的速度节点大部分都是停留在低等速度,如富康轿车的整个液压见证点就是每秒零点零五个百分点,通过这些车市可以很好的得出当前汽车比例之间的阻力,从而对于汽车的减震效果是否达到设计要求可以有效直观的进行判定。
6.1.2速度特性
速度特性试验也是一个减振器的基本测试,和速度特性曲线都反映了减振器速度肿不同的阻力的大小。
测试设备和测试方法的测功器进行测试。
减振器的速度特性曲线可以通过电力测功器,和开阀点始可以判断减振器的速度的特性曲线的,从而确认开阀门的选择是否符合设计要求。
图7微型车前减震器的速度特性曲线图
速度特性曲线反映了减震器的阻力变化趋势,在减震器与悬架的匹配设计中,必须规定速度特性曲线的走向。
从减震器设计的角度看,力与速度存在严格的数学关系,但实际的力与速度是否遵循计算公式,仍需要进行实验研究。
6.1.3温度特性
在进行液压减震的温度实验过程中,主要是
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