汽车液力减振器综述作业

2.3.2液力减振器工作原理分析

筒式液力液压减振器的工作原理可参考图2.3，减振器有两个工作行程，压缩行程和伸张行程。活塞杆由上止点下行至下止点之间的行程称为压缩行程;活塞杆由下止点上行至上止点之间的行程称为伸张行程。图2.3中，左图为复原工作行程初始状态，此时活塞处于下止点，活塞杆上行，上腔油液要被挤压流入下腔，由于活塞杆的存在，活塞下表面的面积大于上表面的面积，活塞上行导致下腔增大的空间大于上腔减小的空间，所以上腔内油液流入下腔的同时，下腔会出现一定的低压区域并与储油腔内充气压力形成压差，该压力差作用在储油腔内油液上，克服补偿阀弹簧力，补充到下腔内，消除压差。当活塞运动速度较低时，常通孔即可满足油液的流通;当活塞上行速度增大到一定值时，油液会顶开复原阀和补偿阀，同时从常通孔和阀口流通[8]。图2.3中，右图为减振器压缩行程初始状态，此时活塞处于上止点处，活塞下行，由于活塞的上下截面积的不同，活塞下行导致上腔增大的空间小于下腔减小的空间，下腔流出的油液在充满上腔的同时，多余的部分油液将会流入补偿腔。当活塞运动速度较低时，常通孔即可满足油液的流通;当活塞上行速度增大到一定值时，油液会打开压缩阀和节流阀，油液同时从常通孔和阀口流通[9]。

1一上腔，2一复原阀，3-常通孔，4一压缩阀，5一储油腔，

6-常通孔，7一节流阀，8一下腔，9一补偿阀

图2-3液力减振器工作原理

随着减振器内活塞的上下移动，减振器各腔内油液反复地流过各阀门所形成的孔隙，由于粘性的作用，油液在流经孔隙时，孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦使得振动的能量转化为油液热能，再由减振器吸收并散发到外界[10]。正是这种振动能量的转换，液力减振器实现衰减汽车振动能量的功能。

2.4筒式液压减振器的设计方法 2.4.1双筒式液压减振器的设计参数 2.4.1.1整车参数

包括车辆全重、悬置质量、车辆纵向的转动惯量、车辆悬架刚度、车辆振动固有频率（圆频率）、

[11]

减振器个数等。 2.4.1.2几何布置参数

包括减振器的位置、弹性元件位置、安装杠杆角度等。 2.4.1.3减振器结构参数

它包括减振器长度、减振器活塞直径、活塞杆直径、阀孔位置、阀孔个数、阀孔直径、减振器

[12]

筒径、工作缸直径与长度、储液筒直径与长度等。 2.4.1.4减振器工作参数

包括减振器的工作长度、限压阀阀门弹簧的刚度、弹簧预紧压缩量、阀门附加最大行程、活塞行程、活塞最大线速度、活塞正反最大阻力、开阀压力、减振器阻尼系数等。

这些参数在设计中有的是作为已知量，有的是作为待确定量，所以选择参数时，要考虑的情况比较多，但一般来说，主要包括活塞面积计算、阀门机构设计计算、阻尼比或者阻尼系数，最大卸荷力等参数的计算，尺寸设计计算，强度校合，寿命计算等[13]。活塞面积按反行程的最大阻力来确定，反行程最大阻力与活塞最大线速度有关，活塞最大线速度取决于悬架装置结构。阀门机构设计主要包括常通孔面积计算和阀门弹簧的计算。减振器内通常有两个常通孔，活塞上常通孔和补偿阀座上的常通孔。活塞上常通孔面积按压缩行程最大活塞线速度即开阀速度计算。设计减振器时，阻尼比的确切值是未知的，它只能通过测定减振器工作时的衰减振动情况计算求得。但是阻尼比的大小又关系到活塞最大线速度、减振器阻尼力等物理量的值，所以，在设计过程中通常从减振器吸收振动能量的角度来估计阻尼比的值。

2.4.2 双筒式减振器相对阻尼系数的确定 2.4.2.1悬架静挠度Cf的计算

C,悬架静挠度Cf是指汽车在满载静止时悬架上的载荷WF与此时悬架刚度才c之比，

汽车悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车平顺性的主要参数之一．而汽车部

分车身固有频率（偏频）可用下式表示: n?1C——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；

而汽车悬架的静挠度可用下式表示:fc?Cf?Fw2?cm

mg；

c2.4.2.2相对阻尼系数ψ

通常根据汽车的平顺性、操纵性和稳定性的要求确定减振器阻力特性。减振器阻力值能满足汽车操纵性稳定性要求，但不一定能满足汽车平顺性要求；反之亦然。因此减振器的阻力特性的选择应按所设计车型对汽车平顺性、操纵性、稳定性进行综合考虑。根据减振器的阻力——速度特性，可以知道减振器有四个阻尼系数[15]。在没有特别指明时，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启其前的阻尼系数。通常压缩行程的阻尼系数与伸张行程的阻尼系数不相等。

汽车悬架有阻尼后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数Ψ的大小来评定衰减的快慢速度。Ψ的表达式为:???2cms

式中：c—为悬架系统的垂直刚度；

m—为簧上质量； δ—为阻尼系数;

2.4.3双筒式减振器阻尼系数的确定

减振器阻尼系数??2?cms。因悬架系统固有振动频率??cms。所以理论上??2?ms?。

实际上，应该根据减振器的布置特点确定减振器的阻尼系数。悬架系统固有振动频率的值在1.00～1.45之间，取为1.2。

确定减振器的安装角度。由于减振器轴与道路负载传入轴即轮胎触地点与减振器上端安装点连

线存在一定角度，在悬架系统受到路面激励后，减振器会受到一个垂直于滑柱的侧向力矩。该侧向力矩和其他传统的悬架形式相比较大，是悬架与减振器的设计和制造过程中所不容忽视的。在减振器的轴线相对地面水平安装时，减振器的刚度最小；在减振器的轴线相对地面垂直安装时，减振器的刚度最大。经过大量实验得出减振器的安装角度在30度的时候较为合适[16]。从上面的分析中可以看出，在减振器的轴心线水平安装时，其在垂直方向的刚度最小，同时对垂直方向负荷的承受能力也比较小。在减振器的轴心线垂直安装时，其在垂直方向的刚度最大；同时对垂直方向负荷的承受能力也最大。从隔振的角度来讲，需要较小的刚度；而从提高减振器的使用寿命的角度来讲，需要减振器有较大的承载能力[17]。尽管本文仅讨论了垂直方向激振力对减振器的影响，实际在水平方向上也存在类似的问题。由此可以得出确定减振器安装角度的大致要符合以下几点原则：

（1）由于平激振力大多在前后方向和上下方向振动，如果要使减振器在这两个方向都有着良好的隔振性能，在减振器强度足够的条件下，同时使??0这样，激振力使减振器在前后、上下都作剪切变形，处于良好的隔振状态。

( 2）在减振器强度较差的时候，这样，激振力使减振器在前后、上下方向的作用效果相同。对水平和垂直方向的激振力不相同的平板夯，要根据实际情况按优先保证强度的原则确定。

（3）对大多数形状系数f明显小于1的圆柱型减振器来说，形状系数对系统刚度的影响可以忽略不计，但形状系数对正应力安装角度系数和相当应力系数影响较大，不可忽略，这实际上是弯曲变形对减振器性能的影响。也就是说，在设计减振器时，其强度计算不仅要计算剪切变形和拉压变形，而且要计算其弯曲变形。

（4）由上述可以选取减振器的安装角度在30度的时候较为合适[18]。根据下式 ??2?ms?cos2?求得 ?和?。

2.4.4最大卸荷力的确定

为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷阀。此时的活塞速度称为卸荷速度Vx，Vx一般为0.15～0.30m/s,取0.2m/s。

如已知伸张行程时的阻尼系数?s，在伸张行程的最大卸荷力是：F0??s?x 2.4.5减振器工作缸直径D的确定

根据伸张行程的最大卸荷力F0，计算工作缸直径D为：

D?4F0??p?1??2??

由上式计算得出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》，将工作缸直径D进行圆整，最后得出真实值[19]。 2.4.6 双筒式减振器活塞行程的确定

减振器活塞行程即液压缸的工作行程。液压缸的工作行程长度，可以根据执行机构实际工作的最大行程来确定，在此不再赘述。

2.4.7 液压缸壁厚、缸盖、活塞杆和最小导向长度的计算 2.4.7.1液压缸的壁厚的计算

液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。当缸筒壁厚δ与内径D的比值小于0.1时，称为薄壁缸筒。壁厚按照材料力学薄壁圆筒公式计算[20]，公式如下：

??pyD； 2???式中：py—实验压力，一般取最大工作压力的（1.25～1.5）倍； δ—液压缸壁厚； D—液压缸内径：

???—缸筒材料的许用应力。其值为：铸铁???=100～110MPa。

由此可确定缸壁厚度。

在中低压液压系统中，按上式计算所得的液压缸壁厚往往很小，是刚体的刚度不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不做计算，按经验取值，然后进行校核。

缸筒内径确定后，由强度条件确定壁厚；然后求出缸筒外径D1。 2.4.7.2液压缸的稳定性验算

按照材料力学的理论[21]，一根受压的直杆，在其轴向负载超过稳定临界力KF时，即失去原有状态下的平衡，称为失稳。对液压缸其稳定条件为：F?Fk

nk式中：F—液压缸最大推力；

Fk—液压缸的稳定临界力；

nk—稳定性安全系数，一般取nk=2～4； 2.4.7.3缸盖厚度的计算 2.4.7.4活塞杆的计算

减振器活塞杆（或前叉管）承受来自活塞和连接部件拉伸和压缩载荷以及或大或小的侧向力。因其表面粗糙度对减振器渗漏油影响较大，在减振器所有零部件中被列为A类件。其要求必须有足够的强度、刚度和较低的表面粗糙度[22]。 2.4.7.5对杆强度进行校核

在确定活塞杆直径后，还需要满足液压缸的稳定性及其强度要求。液压缸的稳定性验算按照材料力学的理论，其稳定条件为F?FkD；

nk式中：F—液压缸最大推力；

Fk—液压缸的稳定临界力；

nk—稳定性安全系数，一般取nk=2～4； 2.5本章小结

叙述了在减振器的设计中需要的各种设计参数。通过对减振器外特性了解确定了外特性的设计原则，介绍了充气式减振器各类参数的选用方法和在设计过程中需要的各种公式以及对重要参数的确定。重点叙述了缸体、活塞的结构设计和尺寸计算[23]。这是筒式液压减振器的大致设计过程，其中液压缸的结构和活塞及阀系的尺寸以及密封元件和工作液油在此没有作出确定。

3筒式液压减振器活塞杆的典型制造工艺方法

3.1减振器活塞杆的一般加工工艺过程

下料→锻造 → 热处理 → 粗车→ 热处理→ 精车→ 磨→ 半精磨→ 热处理→ 铣削→ 精磨 →检验

3.1.1 工艺分析

（1）活塞杆结构比较简单，但长径比很大，属于细长轴类零件，刚性较差，为了保证加工精度，在车削时要粗车、精车分开，而且粗、精车一律使用跟刀架，以减少加工时工件的变形，在加工两端螺纹时要使用中心架[24]。

（2）在选择定位基准时，为了保证零件同轴度公差及各部分的相互位置精度，所有的加工工序均采用两中心孔定位，符合基准统一原则。

（3）磨削外圆表面时，工件易产生让刀、弹性变形，影响活塞杆的精度。因此，在加工时应修研中心孔，并保证中心孔的清洁，中心孔与顶尖间松紧程度要适宜，并保证良好的润滑。 （4）为了保证活塞杆加工精度的稳定性，在加工的全过程中不允许人工校直。 （5）渗氮处理时，螺纹部分等应采取保护装置进行保护。