车辆减振装置设计

1前言自十九世纪第一辆汽车诞生以来，汽车工业经历了100余年的发展历程，由于科学技术的不断发展，使汽车的各项性能有了很大的提高，现在汽车已经成为国民经济和社会生活中不可缺少的一种运输及交通工具，并且汽车工业的规模及其产品质量已经成为衡量一个国家技术发展水平的重要标志之一。汽车问世百余年来，特别是从汽车产品的大批量生产及汽车工业的大发展以来，汽车已为世界经济的大发展、为人类进入现代化生活，产生了无法估量的巨大影响，为人类社会的进步作出了不可磨灭的巨大贡献，掀起了一场划时代的革命。人类社会及人们生活的“汽车化”，大大地扩大了人们日常活动的范围，扩大并加速了地区间、国际间的交往，成倍地提高了人们外出办事的效率，极大地加快了人们的活动节奏，促进了世界经济的大发展与人类的快速进步，开创了现代“汽车社会”这样一个崭新的时代。汽车是由上万个零件组成的结构复杂、加工精密的“技术密集、劳动密集、资金密集”型的机（机械）、电（电气、电子）、液（液压）、化（化工）、美（美工造型）一体化且大批量生产的产品，也是世界上零件数以104计、产量以107计的唯一产品，是产值高、寿命长、需要量大的社会必需品。我国汽车工业经过近半个世纪的发展，取得了令人瞩目的成绩，特别是改革开放以来，汽车工业获得了迅速的发展，同时随着人们的物质生活水平的提高，对汽车的综合性能提出了更高的要求，不仅要求汽车具有较高的可靠性、操纵性、稳定性、安全性，而且要求汽车（特别是轿车）必需具有良好的乘用舒适性，这就对汽车的综合性能，特别是对汽车的悬架系统提出了更高的要求。悬架减振装置作为车辆悬架系统的一个重要的作用。由于我国轿车减振装置的发展时间短，起点低，技术水平落后，因此在国产品中，高级轿车上还大量使用进口减振装置。所以，提高我国悬架系统性能是一个急需解决的重大课题，悬架减振装置已经列为我过汽车工业发展规划中优先发展重要项目之一。21概述1.1悬架减振装置的作用车辆在行驶过程中，由于路面的凹凸不平等众多因素激起汽车的振动，这种由于道路的凹凸不平而引起的冲击和振动，通过车轮传递到悬架，然后在由悬架传递到车身，从而引起驾驶人员及其乘坐人员的振动，当然也对货物形成冲击。这样就使车辆中的人或货物处于振动环境中，这种振动大大的降低了车辆行驶的平稳性，振动影响着人的舒适性，工作效率和健康。汽车的平稳性就是保证汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适度的性能，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。同时，平稳性也影响着车辆的操纵性，稳定性及其安全，并且缩短了汽车的使用寿命，所以，这种情况是我们希望能够避免的。物体无阻尼自由振动衰减时间很长，而物体有阻尼振动的衰减时间就大大缩短。车辆受到冲击后产生的振动希望能够迅速地衰减，尽量减小路面的冲击对车身的影响，因此在车身与车轮之间设有悬架系统。悬架系统一般由弹性元件（如板簧、螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧等），阻尼元件（如减振装置）和导向机构等零部件组成。悬架系统实现了车身和车轮之间的弹性连接和弹性支撑，因此当车轮行驶在凹凸不平的路面而受到激烈振动时，悬架装置就会有效的抑制和降低车身和车轮的动载，衰减车身和车轮的振动，从而保证车辆行驶的舒适性和安全性。减振装置作为悬架系统的主要阻尼元件通过与悬架系统的良好匹配，能够有效的隔离来自地面的干扰并吸收激振能量，迅速地衰减车身的振动，并将动能转换为热能，耗散到大气中，从而使传递到车身的振动幅度极大减小，从而起到了一个低通滤波器的作用。而且减振装置还能与悬架弹簧一起衰减由不平道路引起的人体不适应频率的传递（对于垂直振动，在频率为4~8HZ时，人体容许的振动加速度最小；而对于水平振动，在频率为1~2HZ时，人体容许的振动加速度最小），使车辆的振动频率远离人体不适应频率（振动对人体的影响，既与振动频率、振动强度、振动作用方向有关，同时也和人的心理、生理状态有3关，似乎一个十分复杂的过程，按照国际标准ISO2631《人承受全身振动的评价指南》推荐用1/3倍频率分别评价方法和总加权值方法对人承受全身振动进行评价），从而提高车辆运行的平稳性、安全性和舒适性。1.2国内外现状及其发展趋势作为连接车轮与车身的悬架系统，现在已经发展出独立悬架系统，非独立的悬架系统，平衡悬架系统等多种悬架结构形式，无论是哪一种悬架系统，都要对车辆提供弹性支撑，有效的隔离来自地面的干扰，传递力和力矩等。现代汽车的悬架系统均采用弹性悬架系统，它较好的满足了汽车的各项要求，促进了汽车工业的发展。悬架系统安装的阻尼元件，能够衰减、降低车身及车轮的振动，而且车身或车轮的振动越剧烈，阻尼也越大，这种阻力要求也已经很好的被液压阻力器所满足，目前汽车上所采用的阻尼器，已经清一色的使用了液压阻尼器。液压阻尼器的阻尼原理是迫使阻尼器内的油液流过缝隙或小孔，因缝隙或小孔节流而形成阻尼力。液压减振装置端的上端和车身相连，下端和车轮相连，车辆在行驶过程中，由于路面激励，引起车身与车轮间的相对运动，从而是液压阻尼器中的活塞相对于缸筒做往复运动，液压油便通过个阻尼元件在减振装置内工作缸的上、下腔和贮油腔之间来回运动，从而产生阻尼力，不断衰减车身和车轮的振动。自三十年代初采用筒式液压减振装置以来，其基本原理并无大的变化。然而，有关阻尼器匹配的研究和结构（密封，导向和阻尼阀等）的进一步发展与演变仍在继续进行。国外先进工业化国家减振装置的发展也经历了从摇臂式液压减振装置到筒式液压减振装置（单作用筒式液压减振装置和双作用筒式液压减振装置）在到充气式液压减振装置（单筒充气式液压减振装置和双筒充气式液压减振装置）和阻力可调式液压减振装置（手动调节或电动调节）的过程，现在已研制出用电子系统控制的自适应式液压减振装置（可根据激振频率和振幅来调节阻尼的减振装置），这种减振装置可根据不同的路面条件和不同行驶要求，通过多级匹配与调节，从而在特性曲线族中，获得一条令人相当满意的特性曲线，从而优化和提高车辆行驶的舒适性和安全性，为底盘的优化展示出新的前景。国外先进工业化国家悬架液压减振装置的设计和制造是建立在广泛的标准和系列化基础上的，在计算机技术十分发达的国家，大都有减4振装置CAD的设计制造技术。然而即使在工业发达的国家经济实用饿普通液压减振装置仍占统治地位。我国减振装置的发展同国外先进工业国家相比还比较落后，大约只相当于国外70年代末，80年代初的水平;我国液压减振装置经过多年的研究发展，特别是最近十余年的发展，通过CKD件的组装与技术及设备的引进、消化和吸收获得长足的发展，有了明显的进步与提高。现在我国己制定了减振装置及其相关零部件的国家标准和行业标准，并且许多生产制造企业也建立了各自的企业标准，为减振装置的设计、制造与验收提供了依据;为减振装置制造各种专用设备(如在线示功机，单、双动寿命试验台，旋压封口机，流量试验台，专用焊接设备，气密性检测设备，注油机，清洗机等)的生产厂家也在不断出现;同时为减振装置提供各种配套零部件(如粉末冶金件、橡胶件、油封、减振装置油、缸筒等)的生产厂家其设计制造水平也在不断提弹簧、无油润滑轴承、阀片、高。这些都促进了我国减振装置行业整体水平的提高。目前我国己经能够生产微型面包车用独立悬挂减振装置，并且己经为部分国外引进轿车配套生产独立悬挂减振装置;在减振装置的基础理论研究方面国内同样进行了大量的研究工作，有关主动液压减振装置的研究工作也取得了一定的进展，己研制出主动液压减振装置的试验样机;然而，目前在国产轿车、微型车及其它各种车型上广泛使用的仍旧是普通双筒液压减振装置。国外先进工业化国家减振装置的发展也经历了一个从落后到先进的曲折过程，其悬架减振装置的结构型式在不断地改进，性能也在不断地提高。目前，国外先进工业化国家液压减振装置正朝着充气式减振装置、可调减振装置(如载荷感应式、位移依存式、位置依存式等)及自适应减振装置(如电流变减振装置、磁流变减振装置等)的方向发展。其双筒充气液压减振装置经过多年的发展已占有相当大的市场比例，可调减振装置及自适应减振装置也已有商品车出现。无论采用那种结构，减振装置都是朝着:各种高频激振的阻尼力自动控制、无级调整阻尼力机构以及减振装置温度特性的进一步改善，尤其是改善减振装置的外特性和降低噪声方向发展。目前，在国外先进工业化国家主动悬架系统及自适应减振装置是车辆悬架特性和减振装置外特性方面的重大变革。5根据国外先进工业化国家液压减振装置的发展经历，并结合我国汽车行业的具体情况(以中、低档汽车为主)，在普通双筒液压减振装置发展到一定阶段以后，充气式双筒液压减振装置将会成为国产液压减振装置的下一个发展方向。在目前的液压减振装置国产化进程中，正在把充气式液压减振装置的生产实践和研究提到日程上来，其应用领域必将日益增多。而变阻尼液压减振装置(可调式减振装置、自适应减振装置)在我国目前尚处于前景研究阶段。充气式双筒液压减振装置可以有效地改善减振装置的外特性，极大地提高减振装置的临界速度，特别是在消除减振装置外特性畸变和降低噪声方面具有明显的优越性，并且具有优良的可靠性及较低的静摩擦力，具有广阔的发展前景。双筒充气液压减振装置的理论和实践在我国目前仍处于起步阶段，其理论研究及生产实践同国外先进工业化国家相比还有较大差距，有待各科研机构，大专院校及企业作进一步的研究开发工作，以缩短同国外同行的差距。1.3论文的主要工作对现有的车辆减振装置进行充分的调研的基础上，进行车辆减振装置的的特性分析，选择参数进行设计计算，并结合实际，进行双筒充气液压减振装置结构设计。62减振装置工作原理2.1减振装置的功能及要求减振装置的功能是吸收悬架垂直振动的能量，并转化为热能耗散掉，使振动迅速衰减，从而改善汽车行驶的平稳性。通常减振装置和弹性元件是并联安装的，如图2-1所示。1—车架；2—减振装置；3—弹性元件;4—车桥图2-1减振装置和弹性元件的安装示意图Fig2-1shockabsorberandtheelasticpartinstallthediagram减振装置阻尼力的大小随车架与车桥（或车轮）的相对速度的增减而增减，并且与油液黏度有关。要求减振装置所用油液的黏度受温度变化的影响尽可能小；且具有抗汽化，抗氧化以及对各种金属和非金属零件不起腐蚀作用等性能。减振装置的阻尼力愈大，振动消除的愈快，但却使并联的弹性元件的作用不能充分发挥，同时，过大的阻尼力还可能导致减振装置连接零件及车架损坏。为解决弹性元件与减振装置之间的矛盾，对减振装置提出如下要求：1）在悬架压缩行程（车桥与车架相互移近的行程）内，减振装置阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，以缓和冲击；2）在悬架伸张行程（车桥与车架相互远离的行程）内，减振装置阻尼力应较大，以求迅速减振；73）当车桥（或车轮）与车架的相对速度过大时，减振装置应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。2.2减振装置工作原理通常双筒液压减振装置在压缩和拉伸行程两行程内均能起作用，所以又称之为双向作用筒式减振装置，其简图如图2-2所示。用压紧螺母固定在活塞杆1上的活塞可以在工作缸筒11中上下移动:活塞5上装有流通阀总成4和拉伸阀总成10，用以产生拉伸阻力;工作缸筒下端装有底阀座8，其上有补偿阀总成6和压缩阀总成7，用以产生压缩阻力:工作缸筒上端有导向器3和油封总成2，油封总成密封减振装置液9，不使油液外泄。油封盖13使整个工作缸筒、底阀座、油封总成固定在储油缸筒内，工作缸筒内充满减振装置液，储油缸筒12与工作缸筒之间形成储油腔，腔内也装有减振装置液，但是不装满。1、活塞杆2、油封总成3、导向器4、流通阀总成5、活塞6、补偿阀总成7、压缩阀总成8、底阀座9,减振装置液10、拉伸阀总成11、工作缸筒12、储油缸筒13、油封盖图2-2减振装置结构示意图Fig2-2Shockabsorberstructurediagram双向作用筒式液压减振装置中通常都具有如上图所示的四个阀，即压缩阀、拉伸阀、流通阀和补偿阀。流通阀和补偿阀都是一般的单向阀，其弹簧很弱，当阀上的油压作用力与弹簧力同向时