关于汽车减震器系统的可靠性试验设计报告

关于汽车减震系统的可靠性试验设计报告班级：072125姓名：解朝家学号：20121001516一、摘要汽车减振系统主要由减震器和减震弹簧组成，减震器主要用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击。在经过不平路面时，吸震弹簧可以过滤路面的震动，同时弹簧自身还会有往复运动，而减振器抑制减震弹簧跳跃。减振器太软，车身就会上下跳跃，减振器太硬就会带来太大的阻力，妨碍弹簧正常工作。减震器是汽车使用过程中的易损配件，减震器工作好坏，将直接影响汽车行驶的平稳性和其它机件的寿命，因此我们应使减震器经常处于良好的工作状态。减震系统中减震弹簧与减震器相辅相存，减少了汽车机构的损耗，同时为人们的舒适驾驶提供便利，避免了车身对人体的伤害和疲劳驾驶带来的不良后果。以上综述证明了汽车减震系统的可靠性对于汽车行业或者个都是不容忽视的，同时阐明本文将从验证减震器可靠性与减震弹簧使用寿命可靠性入手进行汽车减震系统的可靠性试验设计。二、结构介绍及参数分析2.1减震系统结构图见图2-1，减震器与减震弹簧内外相套构成了减震系统，工作时减震器相对静止，减震弹簧在减震器的束缚下上下运动，实现缓冲作用。图2-1减震系统结构图图2-2减震弹簧受力图2.2减震弹簧由图2-1可知减震弹簧在工作时仅受竖直方向的力，见图2-2，且在实际生活中，力F时而恒定，时而变化，在实验设计时本文将假设该力为r=0的脉动循环应力。本试验将选用JB/T58702－2000圆柱螺旋弹簧在r=0的脉动循环应力进行疲劳强度试验，检测其在变应力强度下的失效时间。其失效评判标准为在规定时间内的不破坏，其破坏形式包括断裂和变软。由于断裂所需的条件太过偶然，本试验将只对其在规定时间内的不变软的概率进行探讨。由F=kx可知，如果给以相同的力，弹簧将下降相同的距离，此时k不变；当经过长期使用，弹簧系数k必将变小，那么其压缩行程h（h=x）将变大，当大于一定值时，该弹簧即失效。以此为标准，探究JB/T58702－2000圆柱螺旋弹簧的可靠性。2.3减震器减震器常见有液压式减振器、气压式减振器、阻力可调式减振器，用的最普遍的是液压式减震器，所以本文只探究液压减震器的可靠性。图2-3为液压减震器内部结构图，可知该减震器为一液压装置，液压装置的参数即为液体压力p，液压油的性能。液压减震器常见的破坏形式有漏油（减震器在寿命周期内，静止或者工作状态下外表有其内部的油液渗出或者溢出）、失效（减震器在寿命周期内，丧失其主要功能，即阻尼力损失超过额定阻尼力损失的40%以上）、异响（减震器在寿命周期内，工作过程中零件发生干涉产生的非正常的响声，其中减震油流经阀系节流时产生的摩擦声属正常响声）。本文在综合考虑现实生活与为了简化试验过程，在对于结果影响不大的情况下，本文只考虑两个因素，即漏油和响声。响声又分为轻微，中等和严重，本文以中等为准，即在人类本身能够辨识的状态下。将漏油设为事件A，响声设为事件B，分别探究其事件在有限时间内（寿命周期内）发生的概率（这里用频率表示）。图2-3液压减震器内部结构图2.4弹簧下座减震器上中部扩展的部分（图2-4），弹簧下座焊接在减震器上，用于支撑减震弹簧，弹簧下座与减震器的牢固程度直接影响减震系统的使用寿命，故对于减震系统的可靠性探究除了探究减震器与减震弹簧本身，还应考虑其衔接部分的强度可靠性。通过分析可知，该弹簧下座受力如图2-5，弹簧下座与弹簧接触部分为弹簧的3/4圈，故其外沿线的3/4手压力作用，弹簧下座受倾覆力矩作用，做可靠性试验时需考虑此因素。图2-4弹簧下座图2-5弹簧下座受力图三、可靠性试验实施方案3.1减震弹簧疲劳试验设计及结果首先，从一批减震弹簧制造厂选择100个质检合格的同一规格的JB/T58702－2000圆柱螺旋弹簧，然后利用弹簧减震器弹簧试验机对该批弹簧进行疲劳强度试验，弹簧减震器弹簧试验机将加载2000N的试验力，试验频率设为5Hz，纪录每一个减震弹簧当其压缩行程改变量为5mm时弹簧减震器弹簧试验机对该批弹簧的加载次数，假设其可靠度为R1；同时，针对对某一型号的汽车进行调研，可以从销售该型号的企业开始调研，分析其客户在对于减震弹簧方面的信息反馈情况，可以得知该类减震弹簧的现实使用可靠度为R2；其次可以对汽车修理厂进行调研，探究其在该型号减震弹簧的销售量，可以大致分析该种减震弹簧的寿命情况，对于不同地区进行调研还能分析在各个环境下该种减震弹簧的使用寿命情况，分析其可靠度为R3，同时可以深入研究其破坏形式；也可以直接面向客户进行调研，随机抽取使用该种型号的车在三年及其以上的一批用户，调查其在减震弹簧方面的消耗情况，分析其可靠度为R4。见表3-1：表3-1试验方式与可靠度试验方式试验机验证企业调查修理厂调查客户调查可靠度R1R2R3R4最后，运用模糊综合评判求得其可靠度R=𝛿1𝑅1+𝛿2𝑅2+𝛿3𝑅3+𝛿4𝑅4其中，𝛿1、𝛿2、𝛿3、𝛿4分别为四种验证方式权重。通过一段时间的验证，我们得到R1=99%，R2=89%，R3=94%，R4=90%，同时取𝛿1=55%，𝛿2=10%，𝛿3=10%，𝛿4=25%，则该减震弹簧可靠度为R=𝛿1𝑅1+𝛿2𝑅2+𝛿3𝑅3+𝛿4𝑅4=0.9525。3.2减震器可靠性试验设计及结果已知减震器常见问题主要有噪声和漏油，噪声包括金属零件之间磨擦、撞击产生的噪声，减振器与汽车车身共振产生的异响，减振器油液以高速喷流的形式通过阀节流部所发生的异响，当汽车以20-50Km/h行驶在凹凸、起伏恶劣路面时减振器能发出数千赫兹高频声音，该声音为节流异响，减振器油液内气体释放时发生的异响。异响对于其性能影响并不大，若对于其在噪声方面进行可靠性分析，那么其可靠性几乎为零，因为噪声在当前阶段无法避免。故本试验只针对漏油失效对其进行可靠性试验。漏油的产生主要是由于：（1）油封问题，密封材料是决定密封寿命的关键因素，油封的胶料材质一般使用的是丁腈橡胶。对于大多数减振器生产厂家而言，油封虽是减振器的关键零件，但其胶料的配方一般是油封厂家的专利，减振器生产厂家在设计减振器油封时，一般对油封唇口的尺寸及胶料材质不作详细的要求，但对油封的性能却要有严格的规定，评价减振器油封性能的好坏及确定质量等级都要通过台架试验和道路试验。现有减振器厂家针对减振器油封的耐久性试验主要有：模拟减振器状态时的400万次耐久性、减成减振器后的100万次台架耐久性试验、100万次的粉尘耐久性试验（又称泥水试验）、50万次低温耐久试验（-30-0°为一个循环）、10min的高频试验和6万Km的道路试验。（2）连杆的外圆尺寸、连杆的表面粗糙度、连杆表面处理。粗糙度越高，表面处理越好，其可靠性越高。（3）衬套，为了减小磨擦，提高抗磨性能，衬套DU应采用一种3层复合自润滑板材。该材料适用于减振器无油或小油润滑的状况，在运动过程中与表面粗糙度Ra≤0.08的连杆能形成比较稳定的润滑膜，使长期磨损速度稳定到一个最小值，保护连杆无咬轴现象。但在检验和装配时，只允许静力压入，不允许敲打，内也表面应光滑，无铜末等杂物，同时不允许有划痕、毛刺、反边及卷边等现象。并且由于该衬套DU是非闭合的，当将该衬套DU压入导向座后，其接缝处应不能有飞边、毛刺及尖角等缺陷，最好在将衬套DU压入导向座后，用芯轴对其进行挤孔，这样一面可除去飞边、毛刺及尖角等缺陷，同时又可使其内孔尺寸保持一致。3.3弹簧下座可靠性试验设计及结果为了减少试验件，缩短试验时间，对于弹簧下座的可靠性试验可以通过调研修理厂和进行弹簧下座的疲劳仿真分析。3.3.1弹簧下座的疲劳仿真分析（1）用solidworks建立弹簧下座的三维模型，由于该弹簧下座为薄壁件，为了便于分析，可用平面进行代替，如图3-2；图3-2弹簧下座三维建模（2）建立有限元模型，选择网格种类为静态，在材质中选择SPHC(幼稚碳素结构钢)。（3）施加约束，约束其六个方向的自由度，使模型固定在空间中，此时，模型不可能再发生除弹性变形以外的位移。（4）定义载荷：为了便于分析，该载荷将不同于之前的脉动载荷，此处将为单位载荷，然后根据此单位载荷进行静态有限元应力分析。（5）网格划分，见图3-3；图3-3有限元网格划分（6）疲劳寿命仿真分析，结果如图3-4；由图3-4可知，当弹簧下座的局部变形能力与所受来自减震弹簧的力关系较大，要提高其可靠性，必须时减震弹簧处于极限力范围80%以内，即提高其安全系数。3.3.2弹簧下座的可靠性调研该方式与之前3.1中方式相同，直接在各个修理厂选定该同一型号的减震器，在一段时间内，记录其客户在该减震器上的消耗情况，并分析这部分减震器的破坏形式，记录其破坏形式在弹簧下座方面的减震器数量，以及记录该弹簧下座是以何种形式失效，变形还是断裂。根据情况可分析其可靠度为R。四、总结通过分析造成汽车减震系统的各个因素，明白其可靠性分析原理，我们就可以用故障树对该系统进行分析，故障树分析的建立可以让我们能够更方便快捷的寻求出该系统的故障所在。通过对汽车减震系统的可靠性试验设计，让我进一步了解了可靠性这门学科，可靠性对于各个行业都是不可或缺的，特别是对于我们机械行业，进行可靠性分析能够让我们的设计事半功倍，实现了产业的高效准确化。五、参考文献【1】加强失效机理分析，提高减振器可靠性，百度文库。=N72NTtuSCQC3IGHrdirJbbSzkk0H60jvFkQt8e31WDoL33OwArk35qzEEzJZgc8q5x5Qy8KfEbvXkhSkFJHCcXwYCqXcWOQBr__qKcyC3HS【2】贺李平，王国丽等，汽车减震器弹簧下座的疲劳仿真分析及结构优化。北京理工大学学报，第31卷，第1期，2011年1月。【3】常虹，时杉杉，宁国河，应用soildworks和ansys的零件有限元分析对比。广西大学学报，第32卷，2007年6月。【4】弹簧减震器疲劳试验机的工作条件及使用参数，济南一诺有限公司。