汽车液力减振器综述作业

液力减振器的工艺过程及其简述摘要：本文通过对于减振器的发展现状表述，发现液力减振器仍然是最普遍的减振器。本文对于液力减振器的开发流程，设计方法，典型制造工艺过程，加工设备的简介等进行归纳总结。通过对减振器的原理进行分析，对其关键零部件活塞杆进行了设计，从而保证该零件的选型正确和可靠性。关键词：减振器；开发流程；设计方法；活塞杆；可靠性Abstract：Inthispaper,throughthedevelopmentstatusoftheshockabsorberexpression,finditisstillthemostcommonhydraulicshockabsorber.Havingasummarizeofthedevelopmentprocessforthehydraulicshockabsorber,designmethods,typicalmanufacturingprocess,processingequipment.Throughtheanalysisoftheprinciplesoftheshockabsorber,itskeypartsofthepistonrodhasbeendesignedtoensuretheselectionofthecorrectpartsandreliability.Keywords:damperpiston,rod;designmethod;developmentprocess;reliability1减振器的发展历史和现状与趋势汽车减振器是汽车行驶时的关键部件，可以较快地缓和衰减路面与车速带给汽车的振动，提高汽车自身的舒适性、经济性、安全性和稳定性。减振器是悬架系统的重要部件，其工作原理是利用阻尼运动来衰减运动中产生的能量。减振器的性能直接关系到汽车的价值，随着科技水平与经济水平的快速发展，人们对汽车的要求也就越来越高。国外很多减振器制造厂设计专门的研究机构，通过对新产品、新材料、新工艺的研究改进，并制造出大量新的减振器产品并投入市场，促使减振器制造企业在全球机械制造产业占有一席之地[1]。1.1汽车减振器的发展历史减振器从出现到今天已经有了100多年的历史，最早车辆的减振系统由弹簧构成，虽然弹簧可以减轻路面冲击，性能较可靠，但它容易产生共振现象。在1908年，世界第一台液压减振器研制成功，它用隔板将橡胶制成节流通道分为两部分，通过油液与节流通道摩擦，达到减振目的[2]。之后，在20世纪30年代，摇臂式减振器得到普遍应用，工作压力在10MPa-20MPa之间，但结构复杂、易损坏、体积大，最终被淘汰。二战之后，简式液压减振器取代了摇臂式减振器，其成本低，寿命长，但容易出现充油不及时的问题，若充油不及时，会影响减振效果，产生噪音与冲击[3]。直到20世纪50年代，充气式减振器的出现解决了以上的问题，在双筒内充入低压0.4MPa-0.6MPa的氮气可以解决充油不及时的问题。同时单筒式充气减振器也开始发展，其采用浮动活塞的结构，使充入的氮气形成2.0MPa-2.5MPa的高压气体，性能优于双筒式减振器，而且质量轻、性能好，但其成本较高。1.2汽车减振器的发展现状在国外发达国家，现在已经研制出由电子系统操控的自适应式液压减振器，根据激振频率与振幅的大小来调节，该种减振器可根据不同的行驶要求与路面条件来多级调节与匹配。在特性曲线中选择最适合行驶的曲线。在工业发达的国家，液压减振器的生产是建立在广泛的广泛的标准化和系列化基础之上的，并且其减振器CAD设计制造技术已经比较成熟。减振器无级调整阻尼力机构、高频激振阻尼力自动控制及减振器温度特性进一步发展改善[3]。但是目前国内外，普通的液压减振器仍然占主导地位，其结构如图1所示我国汽车行业起步晚，起点低，技术落后，在国产汽车中，大量中高级轿车采用进口减振器。研制开发出自主品牌的汽车减振器已经成为一个有待解决的问题，悬架减振器已成为我国汽车工业发展规划中优先发展规划中优先发展项目之一。尽管我国已有较大的减振器生产规模，借鉴了国外先进设计，已经取得了较快的发展，但与发达国家仍然存在较大的差距[4]。1.3汽车减振器的发展趋势随着科技的发展，汽车对减振器的要求也就越高，在目前，阻力可调式减振器正成为主流减振器，随着不断的研究开发，智能性会越来越高，会朝着自适应可调减振器方向发展，无论驾驶者的驾驶技术如何，悬架系统都会自动调节与之适应的状态，使驾驶者感觉到平顺、舒适。其主要是应用传感器检测行驶状态，再通过计算机计算行驶的阻尼力，再自动调整阻尼力调整机构，通过改变节流孔大小来改变减振器的阻尼力。汽车减振同时还可能有复合型减振器和新型减振器方向发展，不同的方向发展，最终只有一个目的，即改善汽车行驶的平顺性和操纵稳定性，并且在操纵性和舒适性之问取得最理想的工作点[5]。总之，在未来的汽车减振器应该有以卜特点:高精度、高密封性、更好的使用性能，以使车内驾驶者与乘客更加舒适安全。2液力减振器的开发流程及设计方法2.1开发流程以某公司减振器的研发为例，其产品的研发流程如下：2.2液力减振器的分类及设计方法减振器主要有双向作用筒试减振器、充气式减振器、磁流变减振器等等。由于目前汽车上广泛采用双向作用筒式减振器，故本文以双向筒式减振器为例。2.3筒式液力减振器的结构与工作原理分析悬架系统是现代汽车上的重要总成之一，其主要任务是缓和路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性和操作稳定性。而筒式液力减振器是悬架系统中的主要阻尼元件，它和弹性元件、导向元件并联安装，共同发挥在车身和车轮之间进行传力、连接、导向、缓冲以及减振的作用。当车辆行驶中由地面干扰引起的冲击和振动通过车轮传递时，悬架减振器对于车身是一个有效的隔振装置。通过与悬架良好匹配的减振器，通常在第一个振动周期后，就有近90%以上的振动能量被减振器吸收掉，保证汽车行驶时的舒适性。同时，减振器对于保证汽车的操纵稳定性也有重要的作用。汽车以较高车速行驶时，路面激励会使得汽车的俯仰及侧倾等运动变得不易控制，尤其遇到车辆高速转弯等极限工况时，悬架减振器更显得必不可少[6]。2.3.1筒式液力减振器结构分析随着减振器技术的发展，车用减振器也出现很多类型，但基本原理都是利用油液流经节流孔时产生的阻尼力衰减振动。如法国的M.Handallle研制出第一个实用的液压减振器。他将橡胶制成带有节流通道的中空结构，用隔板将内腔分为两部分，其中充入油液，通过油液流经节流通道所产生的阻尼作用而达到衰减振动的目的。筒式液力减振器分为单筒式和双筒式，本文中研究的是双筒式液力减振器。图2.1为双筒式液力减振器结构示意图，由图可知，减振器主要由活塞体、内外缸筒、底阀体及油封等四大部分组成，通过活塞杆端和缸筒底部的吊耳分别与汽车的车架及车轮连接。其中，活塞体主要由复原阀片、节流阀片、活塞阀座、活塞杆等相互配合组成，复原阀片与活塞阀座配合形成复原阀，节流阀片与活塞阀座配合形成节流阀;底阀体由补偿阀片、压缩阀片以及底阀座等相互配合组成，补偿阀片与底阀座配合形成补偿阀，压缩阀片与底阀座配合形成压缩阀，并且底阀座与内缸筒固结。双筒式液力减振器结构大同小异，主要的区别在于阀门的构成。作为示意图方便理解，图2.1中的各阀门都简化为单向阀。实际上筒式液力减振器的阀门结构一般有两种形式:一种为弹性阀片与阀座配合形成，弹性阀片变形需要克服弹性力，实现在不同的工况下出现适度的阀片开度及适度的阻尼力;另一种为弹簧、阀片和阀座配合形成，阀片开启需克服弹簧力，实现不同的工况下出现适度的阀片开度及适度的阻尼力。图2.2为某型筒式液力减振器活塞体与底阀体结构图，其中活塞体上的节流阀、复原阀和底阀体上的压缩阀均为弹性阀片与阀座配合形成，而底阀体上的补偿阀则由螺旋弹簧、阀片与底阀座配合形成。本文中分析的某筒式液力减振器阀的结构与图2.2中阀的结构相同[7]。制定公司市场战略收集客户需求项目开发申请市场调查项目评审目mu评审初步技术分析立项申请投标报价生产能力分析成本分析产品设计试制样品，等待顾客确认，有问题则进行修改1-活塞杆2-上腔3-活塞阀座4-复原阀5-储油箱6-补偿阀7-压缩阀8-节流阀9-内缸壁10-保护套11-导向座图2-1筒式液力减振器结构原理图图2-2活塞阀与底阀结构图弹簧阀座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）、减振器个数等[11]。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、减振器筒径、工作缸直径与长度、储液筒直径与长度等[12]。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，CCFwf,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:mcn21C——汽车前悬