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鄭州輕工業(yè)學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 可控并聯(lián)雙筒式減震器
學(xué)生姓名 師國(guó)賓
專業(yè)班級(jí) 機(jī)制08-4班
學(xué) 號(hào) 200802010431
院 （系） 機(jī)電工程學(xué)院
指導(dǎo)教師(職稱) 肖艷秋（教授）
完成時(shí)間 2012年 5月28日
鄭州輕工業(yè)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
題目 可控并聯(lián)雙筒式減振器設(shè)計(jì)
專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 200802010431姓名 師國(guó)賓
主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：
要求及原始數(shù)據(jù)：
伸張行程最大阻力為2156～2646N，壓縮行程最大阻力為392～588N
主要內(nèi)容：
減震器總體設(shè)計(jì)，機(jī)械控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，
（1） 設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份
（2） 總裝配圖一張
（3） 組件圖一張
（4） 零件圖兩張
主要參考資料
余志生，汽車?yán)碚?，機(jī)械工業(yè)出版社，2009出版
屠衛(wèi)星，汽車底盤構(gòu)造，人民交通出版社，2001出版
王國(guó)權(quán)，汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，機(jī)械工業(yè)出版社，2010出版
雙向作用筒式減振器，http://v.youku.com/v_show/id_XMjA2MzkzMDA=.html
完 成 期 限：2012-03——2012-06
指導(dǎo)教師簽名：
專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名：
2011年 12 月 8 日
可控并聯(lián)雙筒式減震器設(shè)計(jì)
目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
1 緒論 1
1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義 1
1.2 減振器的發(fā)展歷史 2
1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.4 研究的重點(diǎn)及目的 4
2 減振器的分類 5
2.1 按材料角度劃分 5
2.2 按結(jié)構(gòu)角度劃分 5
3 汽車懸架系統(tǒng)及減震器工作原理的分析 6
3.1 汽車懸架與減振器的配合結(jié)構(gòu)及其選擇 6
3.2 彈性元件的分類 7
3.3 汽車懸架系統(tǒng)的分類 8
3.4 雙筒式減震器的工作原理 8
3.5 優(yōu)點(diǎn)分析 10
4 雙筒式液壓減振器的設(shè)計(jì) 10
4.1 雙筒式液壓減振器的設(shè)計(jì)參數(shù) 10
4.2 雙筒式減振器的外特性與設(shè)計(jì)的原則 11
4.2.1 雙筒式減震器的外特性 12
4.2.2 雙筒式液壓減振器的外特性設(shè)計(jì)原則 12
4.3 雙筒式減振器參數(shù)和尺寸的確定 13
4.3.1 懸架靜撓度f(wàn)的計(jì)算 14
4.3.2 相對(duì)阻尼系數(shù)Ψ的確定 14
4.3.3 確定減振器的安裝角度 15
4.3.4 減振器的卸荷速度的確定 16
4.3.5 最大卸荷力的確定 17
4.3.6 減震器工作缸直徑D的確定 17
4.3.7 雙筒式減振器活塞行程的確定 18
4.3.8 液壓缸的壁厚計(jì)算 19
4.3.9 液壓缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算 21
4.3.10 缸蓋厚度計(jì)算 22
4.3.11 活塞桿的計(jì)算 23
4.3.12 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 26
4.4 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4.5 活塞尺寸計(jì)算 28
4.6 閥系的計(jì)算 28
4.6.1 閥孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
4.6.2 閥孔的尺寸計(jì)算 29
4.7 密封元件的確定 31
4.7.1 密封尺寸 32
4.8 油液的選取 33
4.9 本章小結(jié) 34
5 雙筒式液壓減震器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 34
5.1 雙筒液壓減振器連接件的優(yōu)化 34
5.2 雙筒液壓減振器焊接方法的優(yōu)化 34
5.3 本章小結(jié) 35
6 運(yùn)用proe4.0對(duì)雙筒液壓的主要零件進(jìn)行繪制 33
6.1 部分零件的三維造型 35
6.1.1 活塞桿的三維造型 35
6.1.2 活塞的三維造型 36
6.1.3 活塞桿的三維造型 37
6.1.4 底閥的三維造型 38
6.1.5 防塵罩的三維造型 39
6.2 雙筒液壓減振器的裝配圖 39
結(jié)束語(yǔ) 41
致謝 42
參考文獻(xiàn) 43
可控并聯(lián)雙筒式減震器設(shè)計(jì)
摘 要
為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，為衰減振動(dòng)，汽車懸架系統(tǒng)中釆用減振器多是液力減振器，其工作原理是內(nèi)車架和車橋間受振動(dòng)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器腔內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過(guò)不同的孔隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)孔壁與油液間的摩檫和油液分子間的內(nèi)摩擦對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使汽車振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時(shí)，阻尼力隨車架與車橋之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增減，并與油液粘度有關(guān)。
發(fā)展到今天減振器的結(jié)構(gòu)有了很大的改變，性能也有了極大的提高。通過(guò)對(duì)減振器的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì)的深入了解，明確了設(shè)計(jì)該型減振器的重要性和意義，并設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于微型汽車懸架的雙筒油壓減振器。本文研究的主要問(wèn)題如下：
對(duì)雙筒式油壓減震器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定減振器的類型、布置形式、安裝角度和選用數(shù)量，這是進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
對(duì)雙筒式油壓減震器的尺寸設(shè)計(jì)，尺寸設(shè)計(jì)的過(guò)程主要包括相對(duì)阻尼系數(shù)以及敁大卸荷力的確定，減振器工作缸、活塞、活塞桿、閥系以及相關(guān)零部件的尺寸計(jì)算。
完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與尺寸設(shè)計(jì)后應(yīng)對(duì)減振器的強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核，校核的結(jié)果應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
本文的研究成果對(duì)減振器的進(jìn)一步研究有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用意義，本文提出 的優(yōu)化方案為實(shí)際的生產(chǎn)制造提供一定的理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞 油壓式/減振器/優(yōu)化/阻尼系數(shù)/工作缸。
I
可控并聯(lián)雙筒式減震器設(shè)計(jì)
Controllable Shunt binoculars shock absorber
ABSTRACT
The shock absorber is an important constituent of automobile suspension; it has a big change in the structure of the shock absorber until now. The performance also had big enhancement. Through the deep understanding of the history and tendency of the shock absorber, we make clear the importance and significance of the designing of the shock absorber, and design a kind of shock absorber which is applied to the suspension of the compact car. The main problems discussed in this paper are as follows:
The design to the structure of the gasification type shock absorber. It mainly determines the types of the shock absorber, layouts, the angle of installing and the quantity of selecting, these are the foundation of the designing of the sizes.
The design to the size of the gasification type shock absorber. It includes relative damping coefficient, the determination of the biggest discharge strength, and the computing of the sizes of work cylinder, piston, connecting rod, valve and related spare parts.
After completing the structural design and the designing of the sizes, the shock absorber intensity and the stability should be checked, the results should conform to the country related technical standards.
In this paper, the results of research has important theoretical and practical significance on the shock absorber’s further study, the optimal scheme which put forward in this paper has provided the certain theoretical basis for the manufacturing of the reality production.
Key words Type, Shock Absorber,Optimization,Damping Factor, Work Cylinde
- 44 -
1 緒論
1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水平日漸提髙，汽車已經(jīng)成為人們的生活中 必不可少的交通工具，同時(shí)，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的行駛平順性和乘坐舒適性提出了越來(lái)越高的要求。汽車懸架是車身和車輪之間彈性連接的部件，作用是緩和、抑制由不平路面引起的振動(dòng)和沖擊，保證乘員乘坐舒適和所運(yùn)貨物完好；除傳遞汽車垂直力外，還傳遞其他各方向的力和力矩，保證車輪和車身之問(wèn)有確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使汽車具有良好的駕駛性能。減振器作為汽車懸架中重要的組成元件，其作用是迅速衰減汽車振動(dòng)，改善汽車行使平順性，增強(qiáng)車輪與地面附著性能，減少汽車因慣性力引起的車身傾角變化，提高汽車操縱性和穩(wěn)定性。另外，減振器能夠降低車身部分動(dòng)載荷，延長(zhǎng)汽車使用壽命。
車輛是一個(gè)由許多子系統(tǒng)組合而成的復(fù)雜系統(tǒng)，其總體性能與零部件的性能關(guān)系密切。因此，零部件的研發(fā)，不但涉及零部件本身的分析計(jì)算與試驗(yàn)等，而且涉及許多與整車有關(guān)的參數(shù)，是一個(gè)較為復(fù)雜的研發(fā)過(guò)程。減振器是車輛懸架系統(tǒng)中的重要部件，其性能的好壞對(duì)車輛的舒適性以及車輛及懸架系統(tǒng)的使用壽命等有較大影響。
Inventor美國(guó)AutoDesk公司推出的一款三維可視化實(shí)體模擬軟件 Autodesk® Inventor? Professional (AIP)，R前已推出最新版本AIP2010。 Autodesk Inventor Professional 包括 Autodesk Inventor®三維設(shè)計(jì)軟件；基于AutoCAD®平臺(tái)開(kāi)發(fā)的二維機(jī)械制圖和詳圖軟件AutoCAD® Mechanical；還加入了用于纜線和束線設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)及PCBIDF文件輸入的專業(yè)功能模塊，并加入了由業(yè)界領(lǐng)先的ANSYS®技術(shù)支持的FEA功能，可以直接在Autodesk Inventor軟件中進(jìn)行應(yīng)力分析。在此基礎(chǔ)上，集成的數(shù)據(jù)管理軟件Autodesk® Vault-用于安全地管理進(jìn)展中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。由于Autodesk Inventor Professional集所有這些產(chǎn)品于一體，因此提供了一個(gè)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的二維到三維轉(zhuǎn)換路徑。Autodesk® Inventor?軟件是一蜜全面的設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建和驗(yàn)證完整的數(shù)字樣機(jī)；幫助制造商減少物理樣機(jī)投入，以更快的速度將更多的創(chuàng)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)[8]。
Autodesk Inventor產(chǎn)品系列正在改變傳統(tǒng)的CAD工作流程：大大簡(jiǎn)化了復(fù)雜三維模型的創(chuàng)建，工程師即可專注于設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)快速創(chuàng)建數(shù)字樣機(jī)，并利用數(shù)字樣機(jī)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的功能，工程師即可在投產(chǎn)前更容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。Inventor能夠加速概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制造的整個(gè)流程，并憑借著這一創(chuàng)新方法，連續(xù)7年銷量居同類產(chǎn)品之首。
通過(guò)運(yùn)lnventor的主要功能與雙筒液壓減震器的具體設(shè)計(jì)相結(jié)合，學(xué)會(huì)減震器的計(jì)算設(shè)計(jì)與力學(xué)校核的同時(shí)，學(xué)會(huì)怎樣與設(shè)計(jì)軟件的綜合運(yùn)用，將設(shè)計(jì)思路清晰化，將設(shè)計(jì)過(guò)程更加科學(xué)、更加準(zhǔn)確。
1.2 減振器的發(fā)展歷史
汽車懸架減振器技術(shù)發(fā)展歷史大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。2O世紀(jì)6O年代以前是定阻尼參數(shù)減振器階段，爾后隨著汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展 ，人們對(duì)可調(diào)減振器性能認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深入，各種各樣減振器技術(shù)不斷涌現(xiàn)，不過(guò)其主要焦點(diǎn)集中在控制節(jié)流孔流量的變化方面：
(1) 用各種各樣的流量閥人工調(diào)節(jié)節(jié)流孔流量 ，以便司機(jī)根據(jù)路況實(shí)現(xiàn)舒適工況、中等工況 、運(yùn)動(dòng)工況三級(jí)調(diào)節(jié) ，后來(lái)又發(fā)展到將阻尼分為更多級(jí)，這樣可以擴(kuò)大選擇的范圍，但這無(wú)疑給操縱安全性帶來(lái)負(fù)影響。
(2) 利用一些輔助零件調(diào)節(jié)節(jié)流孔的數(shù)量，如在空心活塞桿上做出一系列徑向節(jié)流孔，然后在活塞桿外或內(nèi)增加輔助套筒或轉(zhuǎn)動(dòng)套桿，以便在減振器行程中，使起節(jié)流阻尼作用的節(jié)流孔數(shù)目發(fā)生變化 ，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼力的大?。壳靶阅茌^好的減振器速度特性都有三級(jí)控制：第一級(jí)速度在 0.1m／s以下，相應(yīng)于汽車在好路上行使，由閥片缺口或小孔產(chǎn)生節(jié)流控制阻力；第二級(jí)的速度在 0.1～1m／s范圍內(nèi) ，相應(yīng)于汽車承受中等強(qiáng)度振動(dòng)，這是減振器工作主要的一級(jí) ，由閥片或彈簧的彈性產(chǎn)生節(jié)流間隙來(lái)控制阻力，性能受溫度影響較??；第三級(jí)速度大于1m／s，相應(yīng)于車輪高頻震動(dòng)和懸架劇烈振動(dòng)，由活塞通孔的節(jié)流來(lái)控制，這一級(jí)與輪胎接地情況密切相關(guān)。
（3） 2O世紀(jì)8O年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是高級(jí)轎車的智能化發(fā)展，光電傳感器及超聲波傳感器在汽車技術(shù)發(fā)展方面發(fā)揮了巨大作用，從而實(shí)現(xiàn)減振器特性智能化可調(diào)和實(shí)時(shí)可調(diào)，有力地解決了汽車乘坐舒適性與操縱安全性的矛盾[1]。
1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
到目前為止，可調(diào)阻尼減振器形式有很多種，如渦流式減振器、應(yīng)變感應(yīng)式減振器、頻率感應(yīng)式減振器、壓電阻 TEM式減振器、磁流變體可調(diào)阻尼減振器、電流變體可調(diào)阻尼減振器、節(jié)流口可調(diào)阻尼減振器等．我國(guó)學(xué)者主要致力于后三種阻尼可調(diào)減振器的研究，特別聚焦在減振液粘度的可調(diào)性方面．根據(jù)日本Bridgistone公司的研究材料介紹，電流變液體的粘度在幾毫秒內(nèi)即可隨高磁場(chǎng)電壓變化即迅速改變或恢復(fù)．正是電流變流體這樣一種在電解液(如硅酮)中高極化 微質(zhì)點(diǎn)的懸浮體，使得可調(diào)減振器阻尼特性隨工況智能變化成為一種可能．德國(guó)巴依爾公司在1995年對(duì)采用能改變減振度的電流變流體減振器進(jìn)行了首次試驗(yàn)，由于采用了相應(yīng)的傳感器，便能直接分析路基情況，并在隨后的0.0015s內(nèi)調(diào)節(jié)減振器的特性，以滿足路況要求．近年來(lái)我國(guó)學(xué)者曾利用磁流體作為減振液通過(guò)控制磁場(chǎng)強(qiáng)度也達(dá)到調(diào)整減振器特性的要求，研究表明，以磁流體為減振液的阻尼調(diào)節(jié)性能較電流變流體的調(diào)節(jié)性能為好．但目前這兩種方式都沒(méi)能做出經(jīng)濟(jì)實(shí)用的、令人接受的產(chǎn)品模，仍都處于研制階段。據(jù)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)雙筒液阻減振器配套產(chǎn)能有過(guò)剩趨勢(shì)，生產(chǎn)高檔次減振器的不多。單筒充氣式減振器國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家正在消化吸收設(shè)計(jì)技術(shù)和提高制造工藝技術(shù)階段，產(chǎn)品質(zhì)量還沒(méi)很過(guò)關(guān)。對(duì)于充氣式減振器的研究也主要集中在單缸充氣式汽車減振器方面。在郭孔輝院士的領(lǐng)導(dǎo)下，長(zhǎng)春汽車研究所作了大量的試驗(yàn)工作，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。但由于橡膠的壽命不過(guò)關(guān)及設(shè)計(jì)、制造等多方面因素的影響，一直沒(méi)有形成比較成熟的技術(shù)。
國(guó)外工程機(jī)械主要配套件大多數(shù)都生產(chǎn)歷史悠久，技術(shù)成熟、供應(yīng)充足、生產(chǎn)集中度高、品牌效應(yīng)突出。
我國(guó)生產(chǎn)同時(shí)液阻減振器已經(jīng)有幾十年的歷史，并具有較大的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)模。目前滿足國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的各種減振器大部分是由國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的。但我國(guó)的筒式液阻減振器技術(shù)水平在總體上與國(guó)外還存在較大差距。主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，具有自主產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)減振器產(chǎn)品很少，制造工藝水平也參差不齊，產(chǎn)品工作穩(wěn)定性較差。漏油、噪聲等問(wèn)題還普遍存在，亟待解決，通過(guò)查閱有關(guān)減振器的一些有關(guān)資料，使我感慨良多！
傳統(tǒng)的被動(dòng)式減振器的發(fā)展主要在于結(jié)構(gòu)的局部改進(jìn)和新材料，新工藝的應(yīng)用，以不斷改進(jìn)其使用性能。機(jī)械可調(diào)阻尼減振器具有較高的性價(jià)比，已經(jīng)在一些旅行轎車，廂式車和普通轎車上得到應(yīng)用，今后會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。而更多的中級(jí)轎車，高級(jí)轎車上會(huì)使用阻尼連續(xù)可調(diào)的電控式減振器。電流變液和磁流變液減振器具有很好的應(yīng)用前景，但其工作介質(zhì)的性能上不能滿足實(shí)用要求。但隨著對(duì)這兩種減振器的不斷深人研經(jīng)濟(jì)一體化的浪潮以及中國(guó)汽車行業(yè)對(duì)世界完全開(kāi)放，二者必定會(huì)在汽車行業(yè)中大放異彩。
減振器都是在不斷的創(chuàng)新中發(fā)展的，專家門和設(shè)計(jì)師本著“使用方便，安全第一”的原則不斷對(duì)減振器進(jìn)行完善創(chuàng)新，使減振器的功能和安全性不斷提高。
國(guó)內(nèi)減振器制造水平已有很大提高，主機(jī)廠配套占很大比例，在中低檔轎車領(lǐng)域，基本是國(guó)產(chǎn)減振器的天下。另外，減振器的技術(shù)水平也逐步提高，與國(guó)際先進(jìn)水平的差距正在縮小，高端產(chǎn)品也有研發(fā)。減振器其中的主要問(wèn)題有：
（1） 液壓元件制造精度要求高，必須保證減振器油液的密封性，技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較嚴(yán)格。
（2） 油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起液壓油變質(zhì)，使系統(tǒng)的工作性能受到影響、會(huì)影響系統(tǒng)工作的可靠性。
（3） 減振器未來(lái)的發(fā)展是向著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理，操作更簡(jiǎn)單，使用安全，采用新型材料，造價(jià)便宜的方向。在結(jié)構(gòu)方面可以采用可調(diào)阻尼減振器，以實(shí)現(xiàn)減振器在不同的道路條件下，起到自動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)的作用。
故中國(guó)國(guó)內(nèi)的汽車零部件工業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。筒式減振器作為汽車上大量使用的重要部件，應(yīng)予以充分的重視。大力提高國(guó)內(nèi)廠商的設(shè)計(jì)制造水平和制造技術(shù)水平，提高制造工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量。提高減振器產(chǎn)品的自護(hù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力。同時(shí)，也應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的研究，提高筒式減振器的高技術(shù)含量，促進(jìn)筒式液阻減振器的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的發(fā)展。相信其會(huì)有很好的市場(chǎng)空間和發(fā)展前景[15]。
1.4 研究重點(diǎn)以及目的
通過(guò)ProE軟件的輔助，設(shè)計(jì)一種用于商務(wù)車型并且符合技術(shù)要求，具有良好經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性的雙筒液壓式減振器。通過(guò)大量的社會(huì)實(shí)際調(diào)查研究和圖書館查閱資料，設(shè)計(jì)計(jì)算以及老師的指導(dǎo)下，按照任務(wù)書的要求最終完成設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)資料以及借鑒相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品，預(yù)期的設(shè)計(jì)產(chǎn)品能夠符合理論設(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合要求，并且將生產(chǎn)成本降到最低。
2 減震器的分類
2.1 按材料角度劃分
從產(chǎn)生阻尼材料的角度劃分，減震器主要有液壓和充氣兩種，還有一種可變阻尼的減震器。
（1） 液壓式，汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減震器。其原理是，當(dāng)車架與車橋做往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)兒活塞在減震器的缸筒內(nèi)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，減震器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從內(nèi)腔通過(guò)一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，液體與內(nèi)壁的摩擦及液體分子的內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力。
（2） 充氣式，充氣式減震器是60年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型減震器。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在缸筒的下部裝有一個(gè)浮動(dòng)活塞，在浮動(dòng)活塞與缸筒一端形成的一個(gè)密閉氣室種充有高壓氮?dú)?。在浮?dòng)活塞上裝有大斷面的O型密封圈，它把油和氣完全分開(kāi)。工作活塞上裝有隨其運(yùn)動(dòng)速度大小而改變通道截面積的壓縮閥和伸張閥。當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)，減震器的工作活塞在油液種做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使工作活塞的上腔和下腔之間產(chǎn)生油壓差，壓力油便推開(kāi)壓縮閥和伸張閥而來(lái)回流動(dòng)。由于閥對(duì)壓力油產(chǎn)生較大的阻尼力，使振動(dòng)衰減[7]。
2.2 按結(jié)構(gòu)角度劃分
減震器按其結(jié)構(gòu)，則分為單筒和雙筒兩種?？梢赃M(jìn)一步分為：?jiǎn)瓮矚鈮簻p震器；雙筒油壓減震器；以及雙筒油氣減震器。
雙筒式指減震器有內(nèi)外兩個(gè)筒，活塞在內(nèi)筒中運(yùn)動(dòng)，由于活塞桿的進(jìn)入與抽出，內(nèi)筒中油的體積隨之增大與收縮，因此要通過(guò)與外筒進(jìn)行交換來(lái)維持內(nèi)筒中油的平衡。所以雙筒減震器中要有四個(gè)閥，即除了上面提到的活塞上的兩個(gè)節(jié)流閥外，還有裝在內(nèi)外筒之間的完成交換作用的流通閥和補(bǔ)償閥。
單筒式與雙筒式相比，單筒式減震器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少了一套閥門系統(tǒng)。它在缸筒的下部裝有一個(gè)浮動(dòng)活塞，(所謂浮動(dòng)即指沒(méi)有活塞桿控制其運(yùn)動(dòng))，在浮動(dòng)活塞的下面形成一個(gè)密閉的氣室，充有高壓氮?dú)?。上面提到的由于活塞桿進(jìn)出油液而造成的液面高度變化就通過(guò)浮動(dòng)活塞的浮動(dòng)來(lái)自動(dòng)適應(yīng)之。除了上面所述兩種減震器外，還有阻力可調(diào)式減震器。它可通過(guò)外部操作來(lái)改變節(jié)流孔的大小。最近的汽車將電子控制式減震器作為標(biāo)準(zhǔn)裝備，通過(guò)傳感器檢測(cè)行駛狀態(tài)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出最佳阻尼力，使減震器上的阻尼力調(diào)整機(jī)構(gòu)自動(dòng)工作。
3 汽車懸架系統(tǒng)及減震器工作原理的分析
3.1 汽車懸架與減振器的配合結(jié)構(gòu)及其選擇
汽車懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動(dòng)，以保證汽車能平順地行駛。典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減振器等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個(gè)別高級(jí)轎車則使用空氣彈簧。汽車懸架又可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過(guò)彈性懸架與車架（或車身）連接。當(dāng)一側(cè)車輪因道路不平而發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，必然引起另一側(cè)車輪在汽車橫向平面內(nèi)發(fā)生擺動(dòng)，故稱為非獨(dú)立懸架。獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車橋做成斷開(kāi)的，每一側(cè)的車輪可以單獨(dú)的通過(guò)彈性懸架與車架（或車身）連接，兩側(cè)車輪可以單獨(dú)跳動(dòng)，互不影響，故稱為獨(dú)立懸架。
懸架是汽車中的一個(gè)重要總成，它把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來(lái)，關(guān)系到汽車的多種使用性能。從外表上看，轎車懸轎車懸架是一個(gè)較難達(dá)到完美要求的汽車總成，這是因?yàn)閼壹芗纫獫M足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千萬(wàn)不要以為它很簡(jiǎn)單，相反方面又是互相對(duì)立的。比如，為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖汽車的震動(dòng)，這樣彈簧就要設(shè)計(jì)得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點(diǎn)頭”、加速“抬頭”以及左右側(cè)傾嚴(yán)重的不良傾向，不利于汽車的轉(zhuǎn)向，容易導(dǎo)致汽車操縱不穩(wěn)定等。
圖3.1
懸架是車架與車橋（或車輪）之間一切傳力連接裝置的總稱。它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支撐力）、縱向反力（牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩都要傳遞到車架上以保證汽車的正常行駛?，F(xiàn)代汽車的懸架盡管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但一般都由彈性元件、減振器、和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。由于汽車行駛的路面不可能絕對(duì)平坦，路面作用于車輪上的垂直反力往往是沖擊性的，特別是在壞路面上高速行駛時(shí)，這種沖擊將達(dá)到很大的數(shù)值。沖擊力傳到車架和車身時(shí)，可能引起汽車上機(jī)件的早期損壞，傳給乘員和貨物時(shí)，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受到損傷為了緩和沖擊，在汽車行駛系統(tǒng)中，除了采用彈性的充氣輪胎之外在懸架中還必須裝有彈性元件，使車架與車橋之間作彈性聯(lián)系。但在彈性系統(tǒng)受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適和疲勞故懸架還應(yīng)當(dāng)具有減振作用，使振動(dòng)迅速衰減。為此許多結(jié)構(gòu)形式的汽車懸架中都設(shè)有專門的減振器懸架一般由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、減振器和橫向穩(wěn)定桿組成[14]。
3.2 彈性元件的分類
彈性元件用來(lái)承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對(duì)車身的沖擊。彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧等。
(1) 鋼板彈簧：由多片不等長(zhǎng)和不等曲率的鋼板疊合而成。安裝好后兩端自然向上彎曲。鋼板彈簧除具有緩沖作用外，還有一定的減震作用，縱向布置時(shí)還具有導(dǎo)向傳力的作用，非獨(dú)立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導(dǎo)向裝置和減振器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
(2) 螺旋彈簧：只具備緩沖作用，多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。由于沒(méi)有減震和傳力的功能，還必須設(shè)有專門的減振器和導(dǎo)向裝置。
(3) 油氣彈簧：以氣體作為彈性介質(zhì)，液體作為傳力介質(zhì)，它不但具有良好的緩沖能力，還具有減震作用，同時(shí)還可調(diào)節(jié)車架的高度，適用于重型車輛和大客車使用。
(4) 扭桿彈簧；將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過(guò)擺臂與車輪相連，利用車輪跳動(dòng)時(shí)扭桿的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適合于獨(dú)立懸掛使用。
3.3 汽車懸架系統(tǒng)的分類
根據(jù)汽車作根用及形式，懸架裝置的分類很多，按基本結(jié)構(gòu)分：非獨(dú)立懸架（圖左側(cè)）、獨(dú)立懸架（圖右側(cè)）。
圖3.2
經(jīng)過(guò)諸多選用麥弗遜式懸架結(jié)構(gòu)，麥弗遜式懸掛是當(dāng)今世界用的最廣泛的轎車前懸掛之一此結(jié)構(gòu)有諸多優(yōu)點(diǎn)：擁有良好的響應(yīng)性和操控性，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，成本低，適合布置大型發(fā)動(dòng)機(jī)以及裝配在小型車身上[14]。
3.4 雙筒式減震器的工作原理
懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動(dòng)，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈 性元件并聯(lián)安裝減振器爪來(lái)袞減振動(dòng)。液力減振器在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，其作 用原理是利用液體流動(dòng)的阻力來(lái)消耗振動(dòng)的能量。約車架與車橋相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞在 缸筒內(nèi)上下移動(dòng)，減振器殼體內(nèi)的油壓便反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過(guò)一些窄小的孔隙流入 另一個(gè)內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁與油液間的摩檫及液體分子內(nèi)摩檫便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼，使 車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能而被油液和減振器殼體所吸收，最后散到大氣中去。 減振器的阻尼力大小隨車架與車橋的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的增減而增減，并且與油液的粘度有關(guān)。
減振器與彈性元件承擔(dān)著減振和緩沖擊的任務(wù)，阻尼力過(guò)大，將使懸架彈性變壞， 甚至使減振器連接件損壞，因此要調(diào)節(jié)彈性元件和減振器這一矛盾。
（1） 壓縮行程
車橋和車架相互靠近，減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時(shí)，彈性元件起主要作用。
（2） 懸架伸張行程
車橋和車架相互遠(yuǎn)離，減振器阻尼力應(yīng)大，迅速減振。
（3） 相對(duì)速度
車橋或車輪與車橋間的相對(duì)速度過(guò)大時(shí)，要求減振器能自動(dòng)加大液流量，使阻 尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免承受過(guò)大的沖擊載荷。在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛釆用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振 作用叫雙叫作用式減振器。還有釆用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器，由于選擇的課題是可控并聯(lián)雙筒式減振器下面將對(duì)雙筒式減震器的工作原理做具體分析：
該減震器廣泛應(yīng)用在汽車懸架系統(tǒng)之中，且在壓縮和伸張行程中都能起到減震作用，因此它又叫做雙向作用式減震器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.3所示：
圖3.3
1.活塞桿；2.工作缸筒；3.活塞； 4.伸張閥；5.儲(chǔ)油缸筒；6.壓縮閥；
7.補(bǔ)償閥；8流通閥；9.導(dǎo)向座；10.防塵罩；11.油封。
當(dāng)汽車車輪移近車身，減震器受壓縮時(shí)，此時(shí)減震器內(nèi)活塞向下移動(dòng)。活塞下腔室的容積減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開(kāi)壓縮閥，流回儲(chǔ)油缸。這些閥對(duì)油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。減震器在車輪遠(yuǎn)離車身，減震器受拉伸，這時(shí)減震器的活塞向上移動(dòng)?；钊锨挥蛪荷撸魍ㄩy關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開(kāi)伸張閥流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來(lái)的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液推開(kāi)補(bǔ)償閥流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流作用，因此對(duì)懸架在做伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。
由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙和通道截面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。這使得減震器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達(dá)到迅速減震的要求。
3.5 優(yōu)點(diǎn)分析：
雙筒式減振器具有如下的優(yōu)點(diǎn)：使用廣泛、制造成本低，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，重量減 輕、性能也較為穩(wěn)定，而且是雙向作用，在壓縮與伸張的狀態(tài)下都有設(shè)計(jì)好的阻尼力， 所以在各個(gè)工況下都能穩(wěn)定的工作。
4 雙筒式液壓減震器的設(shè)計(jì)
4.1 雙筒式液壓減振器的設(shè)計(jì)參數(shù)
筒式減振器設(shè)計(jì)中涉及的參數(shù)較多，大致可以分為如下幾類：
（1） 整車參數(shù)
包括車輛全重、懸置質(zhì)量、車輛縱叫的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車輛懸架剛度、車輛振動(dòng)冏有 頻率（圓頻率）、減振器個(gè)數(shù)等。
（2） 幾何布置參數(shù)
包括減振器的位置、彈性元件位置、安裝杠桿角度等。
（3） 減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)
包括減振器長(zhǎng)度、減振器活塞直徑、活塞桿直徑、閥孔位置、閥孔個(gè)數(shù)、閥孔直 徑、減振器筒徑、工作缸直徑與長(zhǎng)度、儲(chǔ)液筒直徑與長(zhǎng)度等。
（4） 減振器的工作參數(shù)
包括減振器的丁作長(zhǎng)度、閥門彈簧的剛度、彈簧預(yù)緊壓縮量、閥門附加最大行程、活塞行程、活塞最大線速度、活塞正反最大阻力、開(kāi)閥壓力、減振器阻尼系數(shù)等。
這些參數(shù)在設(shè)計(jì)中有的是作為已知量，有的是作為待確定量，所以選擇參數(shù)時(shí)， 要考慮的情況比較多，但一般來(lái)說(shuō)，主要包括活塞面積計(jì)算、閥門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、阻尼比或者阻尼系數(shù)，S大卸荷力等參數(shù)的計(jì)算，尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算，強(qiáng)度校合，壽命計(jì)算等?；钊娣e按反行程的最大阻力來(lái)確定，反行程最大阻力與活塞最大線速度有關(guān)， 活塞最大線速度取決于懸架裝置結(jié)構(gòu)。閥門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括常通孔面積計(jì)算和閥門彈簧的計(jì)算。減振器內(nèi)通常有兩個(gè)常通孔，活塞上常通孔和補(bǔ)償閥座上的常通孔?；钊铣Ｍ酌娣e按壓縮行程最大活塞線速度即開(kāi)閥速度計(jì)算。設(shè)計(jì)減振器時(shí)，阻尼比的確切值是未知的，它只能通過(guò)測(cè)定減振器丁作時(shí)的衰減振動(dòng)情況計(jì)算求得。但是阻 尼比的大小又關(guān)系到活塞最大線速度、減振器阻尼力等物理量的值，所以，在設(shè)計(jì)過(guò) 程中通常從減振器吸收振動(dòng)能量的角度來(lái)估計(jì)阻尼比的值【3】。
4.2 雙筒減振器的外特性與設(shè)計(jì)的原則
汽車懸架與減震器的匹配以及減震器的放置，其結(jié)構(gòu)圖如3.2所示。
特性：側(cè)傾中心高度較車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角變化小；輪距變化很小，故輪胎磨損速度慢；懸架側(cè)傾角剛度 較大可不裝橫向穩(wěn)定器；橫向剛度大；占用空間尺寸?。唤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 緊湊乘用車上用得較多。
圖4.1
4.2.1 雙筒式液壓減震器的外特性
懸架減振器的外特性，是指減振器伴隨（相對(duì)）運(yùn)動(dòng)的 位移或（相對(duì)）運(yùn)動(dòng)的速度，與相應(yīng)產(chǎn)生的工作阻力之間的 關(guān)系，通常我們分別稱之為示功特性和速度特性。外特性能 良好的匹配懸架的性能需要，就能獲得良好的振動(dòng)特性。設(shè) 計(jì)的減振器在實(shí)際使用中，其外特性必須保證良好的相對(duì)穩(wěn)定性。
減振器外特性的畸變往往會(huì)使預(yù)期設(shè)計(jì)的外特性出現(xiàn)某些缺陷，因此，減振器的設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本要求：一是外特性必須滿足車輛懸架的性能需求；二是無(wú)畸變， 即這種外特性要有穩(wěn)定而持久的工作質(zhì)董。減振器的外特性即為其速度特性，阻力一位移特性與阻力一速度特性如圖3.3所示：
圖4.2
4.2.2 雙筒式減振器的外特性設(shè)計(jì)原則
對(duì)外特性的基本設(shè)計(jì)依據(jù)，需要研究車身的振動(dòng)。車身的振動(dòng)又取決勹輪軸的振 動(dòng)。輪軸的振動(dòng)同時(shí)受上、下兩端的影響，與車輪的阻尼有關(guān)。車輪的激振力等于懸 架質(zhì)量的慣性力和輪軸質(zhì)量的慣性力之和。同時(shí)車輪的激振力又決定了車輪的接地性 能，是行駛安全性的重要尺度，在懸架系統(tǒng)中配置:的減振器，能有效的阻尼車身 振動(dòng)，保證良好的平順性。通過(guò)查閱資料可以知道，增大相對(duì)阻尼系數(shù)將有效的抑制 車-身加速度和車輪動(dòng)栽增大，但是增大相對(duì)阻尼系數(shù)雖然有利于降低車身動(dòng)載，但車 身的加速度會(huì)相對(duì)于阻尼系數(shù)的增大而增大。W此在高的激振情況下，減振器的作用 加劇了車身的振動(dòng)，降低了舒適性，但減振器此時(shí)由于對(duì)車輪動(dòng)載有抑制作用，卻能 提髙行駛的安全性。W此外特性的設(shè)計(jì)應(yīng)該有兩個(gè)基本方面的意義：一是使減振器的 外特性與車輛懸架振動(dòng)特性相匹配；二是在復(fù)雜的運(yùn)行工況下，能較穩(wěn)定的保持這種 相話應(yīng)的外特性。車輛在復(fù)雜的運(yùn)行丁況下，減振器的相對(duì)穩(wěn)定地保持其外特性的預(yù) 期設(shè)計(jì)能力，是評(píng)價(jià)懸架減振器減振效能和等級(jí)質(zhì)M?的決定性標(biāo)志。
4.3 雙筒式減振器參數(shù)和尺寸的確定
設(shè)計(jì)對(duì)象是小型車輛的減振器，參照長(zhǎng)城騰翼C50 1.5T手動(dòng)豪華版2012款的配置參數(shù)。如（表3.1）所示：
保修政策
五年或15萬(wàn)公里
排量（升）
1.5L
變速器型式
5檔 手動(dòng)
綜合工況油耗
7.8L/100km
加速時(shí)間(0—100 km/h)
9.6s
制動(dòng)距離(100—0 km/h)
40.51m
驅(qū)動(dòng)方式
前輪驅(qū)動(dòng)
整備質(zhì)量
1255kg
滿載質(zhì)量
1680kg
最高車速
195km/h
長(zhǎng)
4650mm
寬
1775mm
高
1455mm
軸距
2700mm
前輪距
1490mm
后輪距
1520mm
最小離地間隙
170mm
行李箱容積
530L
燃油箱容積
50L
燃料類型
汽油 93#
排量
1497mL
最大功率—功率值
98kW
最大功率—轉(zhuǎn)速
5600r/min(rpm)
最大扭矩—扭矩值
188Nm
最大扭矩—轉(zhuǎn)速
2000-4500r/min(rpm)
檔位個(gè)數(shù)
5
前懸掛類型
麥弗遜式獨(dú)立懸架
表4.1
4.3.1 懸架靜撓度f(wàn)的計(jì)算
懸架靜撓度f(wàn)是指汽車在滿載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度才c之
比，即：
f = Fw / C (4-1)
汽車懸架與其簧上質(zhì)M組成的振動(dòng)系統(tǒng)的閥有頻率，是影響汽車平順性的主要參數(shù)之一，而汽車部分車身同有頻率（偏頻）可用下式表示：
n =1/ 2Π （4-2）
式中 C 汽車前懸架剛度，N/mm;
m汽車前懸架簧上質(zhì)量，kg;
n汽車前懸架偏頻，Hz (查表可得該設(shè)計(jì)車型的偏頻取值為0.98~1.30，在這里取1.20，而汽車懸架的靜撓度可用下式表示：
f=mg/c
由這兩式可得出：
根據(jù)上面公式可以計(jì)算出前懸架的靜撓度為：
f=25/1.20=174.6mm
4.3.2 相對(duì)阻尼系數(shù)Ψ
通常根據(jù)汽車的平順性、操縱性和穩(wěn)定性的要求確定減振器阻力特性。減振器阻 力值能滿足汽車操縱性穩(wěn)定性要求，但不一定能滿足汽車平順性要求；反之亦然。W 此減振器的阻力特性的選擇應(yīng)按所設(shè)計(jì)車型對(duì)汽車平順性、操縱性、穩(wěn)定性進(jìn)行綜合 考慮。根據(jù)減振器的阻力——速度特性，可以知道減振器有四個(gè)阻尼系數(shù)。在沒(méi)有特 別指明時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)是指卸荷閥開(kāi)啟其前的阻尼系數(shù)。通常壓縮行程的阻尼 系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)不相等。
汽車懸架有阻尼后，簧上質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng)，用相對(duì)阻尼系數(shù)W的大小 來(lái)評(píng)定袞減的快慢速度。Ψ的表達(dá)式為：
ψ=0.5δ/ （4-3）
式中：c為懸架系統(tǒng)的垂直剛度；
m為彈簧質(zhì)量；
δ為阻尼系數(shù)；
上式表明，相對(duì)系數(shù)Ψ的物理意義是：減振器的阻尼作用在與不同剛度c和不同簧上質(zhì)量m的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。Ψ值人，振動(dòng)能迅速衰減， 同時(shí)又能將較人的路面沖擊力傳到車身；Ψ值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)Ψy取的小些，伸張行程的相對(duì)阻尼系數(shù)Ψs取得大些。兩者之間保持。
Ψy=(0.25 ~ 0.50) Ψs的關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)先選取Ψy與Ψs的平均值Ψ。相對(duì)無(wú)摩檫的彈性元件懸架，取Ψ=0.25?0.35;對(duì)有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，Ψ值取的小些。為避免懸架碰摘車駕，取Ψy=0.5Ψs。
取Ψ=0.3時(shí)，則有：（Ψ+0.5Ψ）/ 2 =0.3；
得：伸張Ψ=0.4，壓縮Ψ=0.2.
減振器阻尼系數(shù)δ=2Ψ。岡懸架系統(tǒng)同有振動(dòng)頻率ω=，所以理論上δ=2Ψωm，實(shí)際上，應(yīng)該根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。懸架系統(tǒng)有振動(dòng)頻率的值在1.00?1.45之間，取為1.2。
圖4.3
4.3.3 確定減振器的安裝角度。
由于減振器軸與道路負(fù)載傳入軸即輪胎觸地點(diǎn)與減振器上端安 裝點(diǎn)連線存在一定角度，在懸架系統(tǒng)受到路面激 勵(lì)后，減振器會(huì)受到一個(gè)垂直于滑柱的側(cè)向力 矩。該側(cè)向力矩和其他傳統(tǒng)的懸架形式相比較 大，是懸架與減振器的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程屮所不容忽視的。在減振器的軸線相對(duì)地面水平安裝時(shí)，減振器的剛度最??；在減振器的軸線相對(duì)地面垂直安裝時(shí)，減振器的剛度最人。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得山減振器的安裝角度在30度的時(shí) 候較為合適。從上面的分析中可以看出，在減振器的軸心線水平安裝時(shí)，其在垂直方向的剛度最小，同時(shí)對(duì)垂直方向負(fù)荷的承受能力也比較小。在減振器的軸心線垂直安裝時(shí)，其在垂直方向的剛度最大；NJ時(shí)對(duì)垂直方句負(fù)荷的承受能力也最大。從 隔振的角度來(lái)講，需要較小的剛度；而從提高減振器的使爪壽命的角度來(lái)講，需要減 振器有較大的承載能力。盡管本文僅討論了垂直方A激振力對(duì)減振器的影響，實(shí)際在 水平方A上也存在類似的問(wèn)題。由此可以得出確定減振器安裝角度的大致要符合以下幾點(diǎn)原則：
（1） 由于平激振力大多在前后方向和上下方叫振動(dòng)，如果要使減振器在這兩個(gè)方 句都有著良好的隔振性能，在減振器強(qiáng)度足夠的條件下，同時(shí)使a = o。這樣，激振力 使減振器在前后、上下都作剪切變形，處于良好的隔振狀態(tài)。
（2） 在減振器強(qiáng)度較差的時(shí)候，這樣，激振力使減振器在前后、上下方句的作用 效果相同。對(duì)水平和垂直方H的激振力不相同的平板夯，要根據(jù)實(shí)際情況按優(yōu)先保證強(qiáng)度的原則確定。
（3） 對(duì)大多數(shù)形狀系數(shù)f明顯小于1的圓柱型減振器來(lái)說(shuō)，形狀系數(shù)對(duì)系統(tǒng)剛度的 影響可以忽略不計(jì)，但形狀系數(shù)對(duì)正應(yīng)力安裝角度系數(shù)和相對(duì)應(yīng)力系數(shù)影響較大，不可忽略，這實(shí)際上是彎曲變形對(duì)減振器性能的影響。也就是說(shuō)，在設(shè)計(jì)減振器時(shí)，其強(qiáng)度計(jì)算不僅要計(jì)算剪切變形和拉壓變形，而且要計(jì)算其彎曲變形。
4.3.4 減震器的卸荷速度的確定
由上述可以選取減振器的安裝角度在30度的時(shí)候較為合適。根據(jù)下式：
δ=2Ψmω/ cos2α (4-4)[3]
與公式
n =1/ 2Π （4-5）
得：
ω=2Πn
從而得：
ω=8.792 Hz ；取α =30度
按滿載計(jì)算有：簧上質(zhì)量
m=0.5X (750-50) =350kg
代入數(shù)據(jù)得減振器的阻尼系數(shù)為
δ=2×0.3×8.792×350÷cos230=2461.76
4.3.5 最大卸荷力的確定
為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開(kāi)卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度vx ，vx一般為0.15?0.30m/s，取0.2m/s，如已知伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)δ，在伸張行程的S大卸荷力是:
F0=δvx
式中：vx為卸荷速度，一般為0. 15?0. 3m/s;
A為車身振幅，取士 40mm; ω為 懸架震動(dòng)冏有頻率。
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得卸荷速度為：
v=0. 04X8.8X0. 8Xcos30° =0.243m/s 符合vx在0.15?0.30之間范要求。
根據(jù)伸張行程最大卸荷力公式：F0=cδvx 可以計(jì)算最大卸荷力.式中，c是沖擊載荷系數(shù)，取C=1.5;代入數(shù)據(jù)可得最大卸荷力為：
=2461.76×0.243×1.5=897.31KN
4.3.6 減振器工作缸直徑D的確定
根據(jù)仲?gòu)埿谐痰淖畲笮逗闪τ?jì)算工作缸直徑D為：
（4-6）[3]
式中：[p]為工作缸最大允許壓力，取3?4MPa, A為連桿直徑與缸筒直徑之比，單筒 式減振器取;1=0.30?0.35，取I為0.3。根據(jù)式(3.4)計(jì)算得：
D=22.540mm
由上式計(jì)算得出工作缸直徑的理論值，再依據(jù)QC/T491-1999《汽車筒式減振器尺 寸系列及技術(shù)條件》，如表3.2。將工作缸直徑D圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑為30mm;初選 壁厚取為2mm，材料選用20鋼。
筒式減振器工作缸直徑D（mm)
工作缸直徑D
20
30
40
（45）
50
65
注：表中有括號(hào)的為不推薦使用。
表4.2
由于已經(jīng)知道了減振器的工作缸直徑D=30mm,根據(jù)下表確定減振器的復(fù)原阻 力在1000—2800之間和壓縮阻力不大于1000,可以確定其大概的復(fù)原阻力和壓縮阻 力分別是1800N和700N。
4.3.7 雙筒式減振器活塞行程的確定
減振器活塞行程即液壓缸的T作行程。液壓缸的工作行程長(zhǎng)度，可以根據(jù)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)實(shí)際工作的S大行程來(lái)確定，并參照（表4.3）和（表4.4）設(shè)計(jì)要求來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)值，故選取活塞行程為230mm。
工作缸直徑D（mm）
復(fù)原阻力（N）
壓縮阻力（N）
20
200~1200
不大于600
30
1000~2800
不大于1000
40
1600~4500
400~1800
（45）
2500~5500
600~2000
50
4000~7000
700~2800
65
5000~10000
1000~3600
表4.3
減震器設(shè)計(jì)尺寸
工作缸
直徑D
基長(zhǎng)
儲(chǔ)液筒最
大直徑D1
防護(hù)罩最
大直徑
L1
L3
L2
20
90
70
80
34
40
30
120
86
103
48
56
40
160
120
140
65
75
（45）
190
120
155
70
80
50
80
90
65
210
130
170
90
102
（長(zhǎng)度單位均為mm）
表4.4
4.3.8 液壓缸的壁厚的計(jì)算
液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。A缸筒壁厚δ與內(nèi)徑D的比值小 于0.1時(shí)，稱為薄壁缸筒。壁厚按照材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算。
計(jì)算公式如下式：
（4-7）
式中：Py實(shí)驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25?1.5)倍；
δ液壓缸壁厚；
D液壓缸內(nèi)徑：
[σ]缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鑄鐵：[σ]=100?110MPa。
計(jì)算得：
=0.675
工作缸直徑 D
活 塞 行 程 S（mm）
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
20
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
30
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
40
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
（45）
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
50
－
－
－
－
－
－
－
－
65
－
－
－
－
－
－
表4.5
中低壓液壓系統(tǒng)中按上式計(jì)箅所得的液壓缸壁厚往往很小，是剛體的剛度不
夠，如在切削過(guò)程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過(guò)程卡死或漏油。因此一般 不做計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)取值，然后進(jìn)行校核。
缸筒內(nèi)徑確定后，由強(qiáng)度條件確定壁厚；然后求出缸筒外徑D1。
缸筒壁后厚δ與內(nèi)徑D的比值小于0.1 時(shí)，稱為薄壁缸筒壁厚的校核按照材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算。在設(shè)計(jì)中選定的缸 筒壁厚為2 mm,內(nèi)徑D為30 mm。
因?yàn)楸戎敌∮?.1,故
式中：p液壓缸的最大工作壓力；
J缸筒材料的抗拉強(qiáng)度極限；
n—安全系數(shù)，一般取n=5;
[σ]活塞桿材料的許用應(yīng)力，
取設(shè)計(jì)中的丁作壓力3MPa內(nèi)徑D己知為30mm。查閱GB699—88取σb=376MPa。
[σ]=75.2
設(shè)計(jì)的壁厚為2 mm,符合強(qiáng)度要求。
4.3.9 液壓缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算
按照材料力學(xué)的理論，一根受壓的直桿，在其軸A負(fù)載超過(guò)穩(wěn)定臨界力乓時(shí)，即 失去原有狀態(tài)下的平衡，稱為失穩(wěn)。對(duì)液壓缸其穩(wěn)定條件為
（4-8）
式中：F液壓缸最大推力；
FK液壓缸的穩(wěn)定臨界力；
nK一穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取=2?4。
液壓缸的穩(wěn)定臨界力值與活塞桿和缸體的材料、長(zhǎng)度、剛度、及其兩端的支撐狀況等因素有關(guān)。
因?yàn)楫?dāng)時(shí)要進(jìn)行穩(wěn)定性校核，依據(jù)長(zhǎng)度折算系數(shù)知 a
故需要對(duì)液壓缸進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，由式上式可知:
穩(wěn)定校核相關(guān)系數(shù)如（表4.6）所示
材料
a
b
λ1
λ2
鋼（Q235）
3100
11.40
105
61
鋼（Q275）
4600
36.17
100
60
硅鋼
5890
28.17
100
60
鑄鐵
7700
120
80
—
表4.6
由下式計(jì)算
有
得
經(jīng)過(guò)校核，液壓缸的穩(wěn)定性符合要求。
4.3.10 缸蓋厚度的計(jì)算
一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可以用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算
無(wú)孔時(shí)
有孔時(shí)
式中：t缸蓋有效厚度（mm);
D2缸蓋止口內(nèi)徑（mm);
d0孔的直徑（mm);
材料許用應(yīng)力。
Py實(shí)驗(yàn)壓力；
因?yàn)榛钊麠U的直徑為20mm，所以d0 =20mm ,而儲(chǔ)液筒的域大外徑48mm， 除去筒壁厚度3m D2 = 42mm
經(jīng)計(jì)算得
4.3.11 活塞桿的計(jì)算
減振器活塞桿（或前叉管）承受來(lái)自活塞和連接部件拉伸和壓縮載荷以及或大 或小的側(cè)叫力。W其表面粗糙度對(duì)減振器滲漏油影響較大，在減振器所有零部件中被 列為A類件。其要求必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和較低的表面粗糙度。
活塞桿(或前叉管)材料一般釆用35、40、45、40Cr等冷拉圓鋼.其硬度為HRC18? HRC32。取活塞桿的材料為45#鋼，硬度為HRC18。
由于活塞的行程S為200mm，活塞桿的長(zhǎng)度應(yīng)該大于