开题报告 桑塔那轿车前轮减震系统设计 - 图文

毕 业 论 文 ﹙设 计﹚ 开 题 报 告

题 目 桑塔纳前轮减震系统设计

学生姓名 权 建 华 学 号 0301073 所在院(系) 机械工程学院 专业班级 机自033班 指导教师 马 跃 林

2007 年 月 日

题 目 桑塔纳前轮减震系统设计 一、选题的目的及研究意义 轿车的舒适性是衡量轿车性能的重要因素之一，一般的轿车在较平整的路面上行驶的既平稳又舒适，若一旦行使于不平整的路面（比如乡村街道、凹凸不平的山路等）时则会出现严重的上下颠簸和震动现象，从而使轿车上的乘坐者感到极不舒服，因此，轿车上必须装有较好的减震系统。 减震系统是车架或车身与车桥之间一切传力连接装置的系统，它的作用是弹性的连接车桥与车架或车身，缓和及衰减轿车在行使过程中受到的各种冲击、限制车身和车轮的震动，以保证作人员的舒适。如今轿车上的减震器大多数都是利用液压减振，它是利用减震油液流动的阻力来消耗振动的能量。当车架与车轴相对运动时，减震器内的油液会通过一些窄小的孔、缝等通道反复地从一个腔室流向另一个腔室，这时孔壁与油液间的摩擦和油液内的分子间的摩擦形成了对车身震动的阻力，这种阻力工程上称为阻尼力。阻尼力会将车身的震动能转化为热能，并被油液和壳体所吸收。 社会在发展，时代在进步，中国虽为人口大国，但中国近几十年的发展令世人惊叹。中国人民的生活水平不断提高，拥有一辆小轿车不再是梦想，据统计：中国轿车保有量每年都在不断大幅度提升??然而中国地形复杂、路面状况不是很理想、乘车的舒适性较差，要从根本上解决这些问题，只有设计出减震性能较好的轿车减震系统，以改善轿车的乘坐舒适性，因此研究轿车减震系统的设计对我国汽车业的发展具有极其重要的意义。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 弹簧减震有普通弹簧和空气弹簧两种，其中空气弹簧弹性优良。当车辆采用空气悬架系统后，可以实现车身高度的自动调节，使车身高度保持不变，橡胶空气弹簧的自然频率低，减震和隔音效果好，可以大大提高车辆行驶的平顺行，乘座的柔软性和舒适性，同时可有效保护车上自身的和运输的精密仪器和电器设备，减少维修次数和降低维修费用，延长车辆使用寿命，并大大降低车辆对路面的冲击，延长路面的使用寿命。随着国内空气悬架系统应用技术的成熟，以及国家对客车质量等级评审新规定的执行，空气弹簧在车辆上的应用前景将越来越普遍和广阔。 阻尼减震就是利用各种形式的阻尼耗散震动体的振动能量，而达到减小震动的目的。对阻尼减振器的基本要求是尽可能多地将震动能量转换为热能，并迅速失散出去。常用的半自动阻尼减震器又启动和液压减震器。其工作原理是通过控制节流孔的大小来调节阻尼减震器阻尼的大小，以达到减震的目的。随着MR（磁流变体）技术的发展，人们发现在磁场的作用下，MR液体的粘度可以成数十倍增加。研究人员们利用MR（磁流变体）的这种特性，研究出通过改变液体的粘性来实现阻尼可调的阻尼减震器。彻底改变了传统半主动阻尼减震器的工作原理。可以说，MR磁流变技术的出现，为制造高精度、快速半主动阻尼可调减震器的研发提供了新思路。所以，选择半主动MR阻尼减震器为研究对象既富有挑战性，并具有广阔的应用前景。 另外随着电子技术的发展，汽车减震系统已经进入到利用电子控制器进行控制的时代。运用较优的控制方法, 得到高性能的减震效果, 且使能耗尽可能的低是汽车悬架系统发展的主要方向。汽车悬架系统大多由传感器拾取车身绝对速度、车身对车轮的相对速度、车身的加速度等信号, 经电子控制器处理并发出指令进行控制, 由电液控制阀或步进电动机等执行机构调节减震器的阻尼系数或控制力。由于悬架系统是很复杂的非线性动力系统, 因此基于模型的线性反馈控制是不适用的。利用现代控制理论保证汽车行驶平顺性和操纵稳定性的研究日益完善。 减震系统的研究方法主要有以下两种，即实验法和系统分析模拟法。实验法就是把所设计的几组减震方案做成实体模型装在实验台上，然后模拟各种震动并记录在实验过程中所得数据，然后把所得的几组数据进行比较，得出较满意、可靠的减震方案；系统分析模拟法则是充分利用计算机软件，改变单个减震方案中的参数，让其在电脑屏幕上模拟减震功能，然后把所得的参数比较，选出较理想的一组数据。这个方法在电子控制减震方面用得较多。随着科学技术的不断发展，减震系统的应用领域也更加广阔。比如：减震系统在吊桥结构中的应用；减震系统在抗震概念中的应用；减震系统在高速电梯中的应用以及减震系统在各种整座车辆中的应用等。 1

三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲 现代轿车的悬架都有减震器，当轿车在不平坦的道路上行驶，车身会发生震动，减震器能迅速衰减车身的震动，利用本身的油液流动的阻力来消耗震动的能量。当车架与车轴相对运动时，减震器内的油液会通过一些窄小的孔、缝等通道反复地从一个腔室流向另一个腔室，这时孔壁与油液间的摩擦和油液内的分子间的摩擦形成了对车身震动的阻力，这种阻力工程上称为阻尼力，阻尼力会将车身的震动能转化为热能，并被油液和壳体所吸收。人们为了更好地实现轿车的行驶平稳性和安全性，将阻尼系数不固定在某一数值上，而是能随轿车运行的状态而变化，使悬架性能总是处在最优的状态附近。因此，有些轿车的减震器是可调式的，将阻尼分成两级或三级，根据传感器信号自动选择所需要的阻尼级。 轿车的减震系统往往把螺旋弹簧和液压减震器组合在一起，这是因为乘坐的舒适性有赖于对冲击的缓冲和对冲击产生的震动的消减两个方面，缺一不可。只有缓冲没有消震只能暂时缓和冲击力的影响而不能最终使它消失；只有对震动的消减而没有缓冲则不能有效地避免冲击所造成的破坏。螺旋弹簧是缓冲元件，它具有不需润滑，不怕污垢，重量小且占空间位置少的优点。当路面对轮子的冲击力传到螺旋弹簧时，螺旋弹簧产生变形，吸收轮子的动能，转换为螺旋弹簧的势能，从而缓和了地面的冲击对车身的影响。但是，螺旋弹簧本身不消耗能量，储存了位能的弹簧将恢复原来的形状，把势能重新变为动能。如果单独使用弹簧而没有消震元件，一些轻型汽车就会像杂技演员跳“蹦蹦床”一样，受到一次冲击后连续不断地上下运动。液压减震器形似筒状，是一种消震元件。它的工作形式就是利用本身的油液流动的阻力来消耗震动的能量，当减震器内的油缸活塞受外力作用移动时，油液高速流经阻尼孔道，通过摩擦消耗动能，转换为热量，从而使地面对汽车的冲击作用减弱直至消失。但是，能量的消耗是需要时间的，要产生有效的摩擦，孔道必须做得很小，由于单位时间流过的液体有限，产生的摩擦损耗也有限，减震器不能在短时间内消除震动。如果单独使用减震器而没有缓冲元件，地面冲击的作用将直接加在车身上，使乘员不堪忍受。 因此，螺旋弹簧与减震器组合使用是一种力学上的巧妙组合，充分利用二者的特点，能够即时缓冲地面的冲击，并在螺旋弹簧几个来回过程中拖动减振器活塞，驱动油液把大部分振动能量吸收掉，使得汽车迅速平稳下来。 （一）根据所学的知识，我设计的方案如下： 1）如图所示，这是在迈佛逊悬架减震系统的启发下设计的双筒式-弹簧减震系统，与迈佛逊悬架减震系统相比，它有较好的减震效果，因为它是：“双缸”和“双弹簧”结构，能充分有效的实现能量的转化和消减，以保证轿车行驶的平稳性。不足之处就是其体积太大，占用的空间与轿车的“小巧”相悖。 2）如图所示，这是双作用筒式减震器，它是完全依靠载荷通过活塞杆推动减震液流过阀孔产生的阻力和摩擦热实现减震的。下面简单介绍一下其工作原理：双作用筒式减震器一般都具有四个阀，如图所示4-伸张阀、6-压缩阀、7-补偿阀、8-流通阀。流通阀和补偿阀是一般的单向阀，其弹簧很弱，当阀上的油压作用力与弹力同向时，阀处于关闭状态，完全不流通；而当油压作用力与弹 2

力方向相反时，只要很小的油压，阀便能开启。压缩阀和伸张法阀是卸载阀，其弹簧弹力较强，预紧力较大，只有当油压升到一定程度时，阀才能开启，而当油压降到一定程度时，阀就自行关闭。 图2 双作用筒式减震器示意图 1-活塞杆 2-工作缸筒 3-活塞 4-伸张阀 5-贮油缸筒 6-压缩阀 7-补偿阀 8-流通阀 9-导向座 10-防尘罩 11-油封 下面分压缩和伸张两个行程加以说明 ①压缩行程 当轿车车轮滚上凸起和滚出凹坑时，车轮移近车架，减震器受压缩，减震器活塞3下移。活塞下面的腔式（下腔） 容积减小，油压升高，油液经流通阀8流到活塞上面的腔室（上腔）。由于上腔被活塞杆占去了一部分空间，上腔内增加的容积小于下腔减小的容积，故还有一部分油液推开压缩阀6，流回储油缸5。这些法对油液的截流便造成对悬架压缩运动的阻尼力。 ②伸张行程 当车轮滚进凹坑或滚离凸起时，车轮相对车身移开，减震器受拉伸。此时减震器活塞向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀8关闭。上腔内的油液变推开伸张阀4流入下腔。同样，由于活塞杆的存在，自上腔流下来的油液还不足以充满下腔所增加的容积，下腔内产生一定的真空度，以保证压缩行程中弹性远见的缓冲作用得到充分发挥。 由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力比压缩阀大，在同样的油压力作用下，伸张法及相应的常通缝隙的通道及面积总和小于压缩法及相应的常同缝隙的通道截面积总和，这就保证了减震器在伸张行程内产生的阻尼力比压缩行程内产生的阻尼力大得多。 3）结合方案1和方案2设计一个双作用筒式-弹簧减震器，其原理简化示意图如下： 这样弹簧也对载荷起到缓冲作用，可以使减震效果更加可靠。 （二）毕业设计写作提纲 1：明确设计要求 3