汽車減震器設(shè)計(jì)與仿真含NX三維仿真及7張CAD圖
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廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告
二級(jí)學(xué)院
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)
汽車設(shè)計(jì)與制造
班級(jí)
12車輛4班
姓名
鄭俊全
學(xué)號(hào)
2012021043235
聯(lián)系方式
15989551452
題目
車用雙向作用筒式減震器設(shè)計(jì)
開(kāi)題申請(qǐng)：（包括選題的意義與目的、文獻(xiàn)綜述、研究現(xiàn)狀、創(chuàng)新思路、論文提綱、進(jìn)度安排、參考文獻(xiàn)等。）
一、選題背景
減振器是車輛懸架系統(tǒng)的重要部件之一。汽車行駛過(guò)程是隨路面和車速而變化的隨機(jī)振動(dòng)過(guò)程，汽車行駛平順性和安全性是由懸架系統(tǒng)所決定的，也是懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)。目前在汽車上應(yīng)用最多的是液壓筒式減振器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、性能穩(wěn)定、價(jià)格低。
二、課題設(shè)計(jì)
2.1課題的內(nèi)容
設(shè)計(jì)要求：選定某轎車車型，設(shè)計(jì)一個(gè)液壓式雙向作用前減震器。工作行程5cm。
工作原理說(shuō)明：在壓縮行程時(shí)，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞3向下移動(dòng)?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿1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6，流回貯油缸5。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。減振器在伸張行程時(shí)，車輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車身，減振器受拉伸。這時(shí)減振器的活塞向上移動(dòng)?；钊锨挥蛪荷?，流通閥8關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開(kāi)伸張閥4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7流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流作用對(duì)懸架在伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。
主要任務(wù)：
（1）機(jī)械總裝配圖若干張；
（2）全部零件圖若干張；
（3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，要求對(duì)減震器參數(shù)的選擇有詳細(xì)的理論分析。
（總圖紙量達(dá)到教學(xué)大綱要求的工作量）
2.2課題的意義與目的
對(duì)于汽車液壓筒式減振器節(jié)流閥參數(shù)設(shè)計(jì)一直都沒(méi)有可靠的設(shè)計(jì)方法，大都是采用“經(jīng)驗(yàn)+反復(fù)試驗(yàn)”的傳統(tǒng)方法，即首先憑經(jīng)驗(yàn)確定車輛懸架及零部件的關(guān)鍵參數(shù)，然后經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和修改，最終確定出所設(shè)計(jì)的懸架及零部件的關(guān)鍵參數(shù)值。
選擇該題目的原因是因?yàn)殡S著汽車工業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，要提高我國(guó)汽車自主研發(fā)能力，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車產(chǎn)品，必須從基本原理和理論出發(fā)，根據(jù)車輛行駛平順性、操作穩(wěn)定性和乘坐舒適性的要求，建立新的減振器設(shè)計(jì)理論和方法。
三、課題研究現(xiàn)狀
國(guó)外先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家懸架液壓減振器的設(shè)計(jì)制造是建立在廣泛的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化基礎(chǔ)之上的，在計(jì)算機(jī)技術(shù)十分發(fā)達(dá)的國(guó)家，大都有減振器CAD的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。然而既使在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)用的普通液壓減振器仍然占統(tǒng)治地位。我國(guó)減振器的發(fā)展同國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家相比還比較落后，大約只相當(dāng)于國(guó)外70年代末，80年代初的水平:我國(guó)液壓減振器經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)展，特別是最近十余年的發(fā)展，通過(guò)CKD件的組裝與技術(shù)及設(shè)備的引進(jìn)、消化和吸收獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，有了明顯的進(jìn)步與提高?，F(xiàn)在我國(guó)己制定了減振器及其相關(guān)零部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且許多生產(chǎn)制造企業(yè)也建立了各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為減振器的設(shè)計(jì)、制造與驗(yàn)收提供了依據(jù),為減振器制造各種專用設(shè)備(如在線示功機(jī)，單、雙動(dòng)壽命試驗(yàn)臺(tái)，旋壓封口機(jī)，流量試驗(yàn)臺(tái)，專用焊接設(shè)備，氣密性檢測(cè)設(shè)備.注油機(jī)，清洗機(jī)等)的生產(chǎn)廠家也在不斷出現(xiàn)；同時(shí)為減振器提供各種配套零部件(如粉末冶金件、橡膠件、油封、彈簧、無(wú)油潤(rùn)滑軸承、閥片、 減振器油、缸筒等)的生產(chǎn)廠家其設(shè)計(jì)制造水平也在不斷提高。這些都促進(jìn)了我國(guó)減振器行業(yè)整體水平的提高。目前我國(guó)已經(jīng)能夠生產(chǎn)微型面包車用獨(dú)立懸掛減振器，并且已經(jīng)為部分國(guó)外引進(jìn)轎車配套生產(chǎn)獨(dú)立懸掛減振器;在減振器的基礎(chǔ)理論研究方面國(guó)內(nèi)同樣進(jìn)行了大量的研究工作，有關(guān)主動(dòng)液壓減振器的研究工作也取得了一定的進(jìn)展，已研制出主動(dòng)液壓減振器的試驗(yàn)樣機(jī)。然而.目前在國(guó)產(chǎn)轎車、微型車及其它各種車型上廣泛使用的仍舊是普通雙筒液壓減振器。國(guó)外先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家減振器的發(fā)展也經(jīng)歷了一個(gè)從落后到先進(jìn)的曲折過(guò)程，其懸架減振器的結(jié)構(gòu)型式在不斷地改進(jìn)，性能也在不斷地提高。目前，國(guó)外先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家液壓減振器正朝著充氣式減振器、可調(diào)減振器(如載荷感應(yīng)式、位移依存式、位置依存式等)及自適應(yīng)減振器(如電流變減振器、磁流變減振器等)的方向發(fā)展。其雙筒充氣液壓減振器經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已占有相當(dāng)大的市場(chǎng)比例，可調(diào)減振器及自適應(yīng)減振器也已有商品車出現(xiàn)。無(wú)論采用那種結(jié)構(gòu)，減振器都是朝著各種高頻激振的阻尼力自動(dòng)控制、無(wú)級(jí)調(diào)整阻尼力機(jī)構(gòu)以及堿振器溫度特性的進(jìn)一步改善，尤其是改善減振器的外特性和降低噪聲方向發(fā)展。目前，在國(guó)外先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家主動(dòng)懸架系統(tǒng)及自適應(yīng)減振器是車輛懸架特性和減振器外特性方面的重大變革。根據(jù)國(guó)外先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家液壓減振器的發(fā)展經(jīng)歷.并結(jié)合我國(guó)汽車行業(yè)的具體情況(以中、低檔汽車為主)，在普通雙筒液壓減振器發(fā)展到一定階段以后，充氣式雙筒液壓減振器將會(huì)成為國(guó)產(chǎn)液壓減振器的下一個(gè)發(fā)展方向。在目前的液壓減振器國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中，正在把充氣式液壓減振器的生產(chǎn)實(shí)踐和研究提到日程上來(lái)，其應(yīng)用領(lǐng)域必將日益增多。而變阻尼液壓減振器(可調(diào)式減振器、自適應(yīng)減振器)在我國(guó)目前尚處于前景研究階段。充氣式雙筒液壓減振器可以有效地改善減振器的外特性，極大地提高減振器的臨界速度，特別是在消除減振器外特性畸變和降低噪聲方面具有明顯的優(yōu)越性，并且具有優(yōu)良的可靠性及較低的靜摩擦力.具有廣闊的發(fā)展前景。雙筒充氣液壓減振器的理論和實(shí)踐在我國(guó)目前仍處于起步階段，其理論研究及生產(chǎn)實(shí)踐同國(guó)外先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家相比還有較大差距，有待各科研機(jī)構(gòu)，大專院校及企業(yè)作進(jìn)一步的研究開(kāi)發(fā)工作，以縮短同國(guó)外同行的差距。
四、課題設(shè)計(jì)方案
五、預(yù)期結(jié)果
根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)方案，可以使得該產(chǎn)品獲得良好的性能、較高的穩(wěn)定性及安全性，運(yùn)動(dòng)更加的平穩(wěn)。同時(shí)，達(dá)到任務(wù)書的要求。
六、設(shè)計(jì)主要步驟
1. 緒論
1.1 本課題設(shè)計(jì)的目的及意義
1.2 減振器國(guó)內(nèi)外是發(fā)展?fàn)顩r
1.3 設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容
2. 減震器阻尼值計(jì)算和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 相對(duì)阻尼系數(shù)和阻尼系數(shù)的確定
2.1.1 懸架彈性特性的選擇
2.1.2 相對(duì)阻尼系數(shù)y的選擇
2.1.3 減振器阻尼系數(shù)d的確定
2.2 最大卸荷力F0的確定
2.3 缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.4 活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.5 導(dǎo)向座寬度和活塞寬度的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.6 活塞行程的確定
2.7 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.7.1 缸體與缸蓋的連接形式
2.7.2 活塞桿與活塞的連接形式
2.7.3 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)
2.7.4 活塞及活塞桿處密封圈的選用
2.7.5 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)
2.7.6 活塞環(huán)
2.7.7 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求
2.8 小結(jié)
3. 減震器其他部件的設(shè)計(jì)
3.1 固定連接的結(jié)構(gòu)形式
3.2 減震器油封設(shè)計(jì)
3.3 型橡膠密封圈
3.4 錐形彈簧
3.5 彈簧片和減振器油的選擇
3.5.1 彈簧片的選擇
3.5.2 減振器油的選擇
3.6 小結(jié)
4 減震器閥系設(shè)計(jì)
4.1 減震器各閥系流體力學(xué)模型的建立
4.1.1 伸張行程流體力學(xué)模型的建立
4.1.2 壓縮行程流體力學(xué)模型的建立
4.2 各閥系模型的建立
4.2.1 伸張閥模型的建立
4.2.2 流通閥模型的建立
4.2.3 壓縮閥模型的建立
4.2.4 補(bǔ)償閥的力學(xué)模型
4.3 減震器阻尼閥閥片的撓曲變形模型
4.4 閥系的設(shè)計(jì)
4.4.1 阻尼閥的開(kāi)啟程度對(duì)減震器特性的影響
4.4.2 減震器的理想特性曲線的確定
4.4.3 閥系各結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
4.5 小結(jié)
5 活塞桿的強(qiáng)度校核
5.1 強(qiáng)度校核
5.2 穩(wěn)定性的校核
6 全文總結(jié)及展望
7 參考文獻(xiàn)
8 致謝
七、進(jìn)度計(jì)劃(包括時(shí)間劃分和各階段主要工作內(nèi)容）
1．第七學(xué)期第11—12周 交開(kāi)題報(bào)告
2． 第七學(xué)期第13—20周 進(jìn)行具體畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿；
3． 第七學(xué)期第18周 交畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師初步檢查
4．第八學(xué)期第3 周 交畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師中期檢查
5．第八學(xué)期第7-8周 審查、修改互動(dòng)工作，
6．2016年4月24日前 完成全部設(shè)計(jì)任務(wù)，交畢業(yè)設(shè)計(jì)；
7．第八學(xué)期第10周前 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯；
八、參考文獻(xiàn)
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[18]《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)》 楊沿平主編 機(jī)械工業(yè)出版社
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指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
二級(jí)學(xué)院或教研室審核意見(jiàn)：
院長(zhǎng)（教研室）主任簽名： 年 月 日
- 8 -
汽車減震器的設(shè)計(jì)與仿真
摘 要
隨著汽車行業(yè)的飛速的發(fā)展，人們對(duì)于汽車的舒適性要求越來(lái)越高。而減震器則是提升乘客舒適性的必要裝置。本設(shè)計(jì)主要是結(jié)合現(xiàn)階段汽車減震器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出適用于中國(guó)一般城市道路使用的雙作用筒式減振器。首先，根據(jù)轎車的質(zhì)量算出減振器的阻尼系數(shù)，確定缸體結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后建立流體力學(xué)模型，先選定一條理想的減振器標(biāo)準(zhǔn)阻尼特性曲線，然后利用逼近理想阻尼特性曲線的方法，進(jìn)行各閥、系的設(shè)計(jì)計(jì)算；在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出整個(gè)減震器，并對(duì)主要部件的強(qiáng)度進(jìn)行了校核。
關(guān)鍵詞：雙作用筒式減振器；流體力學(xué)模型；理想特性曲線；強(qiáng)度校核
Abstract
With the rapid development of the automotive industry, people are demanding higher and higher comfort of automobiles. The shock absorber is a necessary device to improve passenger comfort. This design mainly combines with the structural design of automobile shock absorber at present stage to design a double-acting cylinder shock absorber suitable for general urban roads in China. Firstly, the damping coefficient of the shock absorber is calculated according to the mass of the car, and the structural parameters of the cylinder block are determined. Then, the hydrodynamic model is established. First, an ideal standard damping characteristic curve of the shock absorber is selected, and then the design calculation of the valves and systems is carried out by approaching the ideal damping characteristic curve. On this basis, the whole shock absorber is designed and the strength of the main components is introduced. It's checked.
Key words: Double use of shock absorber; hydrodynamic model; characteristics of the ideal curve; strength checkin
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
第一章 緒 論 1
1.1 減震器的簡(jiǎn)介 1
1.2 減振器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1
1.3 減震器的功用 3
1.4 本課題研究的目的及意義 3
1.5 研究的方法及技術(shù)路線 3
1.5.1研究方法 3
1.5.2研究技術(shù)路線 4
1.6主要研究?jī)?nèi)容 4
第二章 減震器的總體結(jié)構(gòu)方案確定 6
2.1阻尼系數(shù)的確定 6
2.1.1 懸架彈性特性的選擇 6
2.1.2 相對(duì)阻尼系數(shù)的選擇 7
2.1.3 減振器阻尼系數(shù)的確定 8
2.2 最大負(fù)荷力的確定 9
2.3 減震筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 9
2.4 活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 10
2.5 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 10
2.6 活塞行程的確定 11
第三章 減震器液壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12
3.1 液壓缸的連接形式 12
3.2 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 12
3.3 密封圈的選用 13
3.4 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu) 13
3.5 活塞環(huán)的確定 13
3.6 液壓缸主要零件的材料確定 13
3.7 減震器油封設(shè)計(jì) 14
3.8 錐形彈簧的設(shè)計(jì) 14
3.9 減振器油的選擇 15
第四章 減震器閥系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1 閥體的結(jié)構(gòu)分析 15
4.2. 伸張閥的分析 20
4.2.1 伸張閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 20
4.2.2 伸張閥的力學(xué)分析 20
4.3 流通閥的分析 21
4.3.1 流通閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 21
4.3.2 流通閥的力學(xué)分析 21
4.4 壓縮閥的分析 22
4.4.1 壓縮閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 22
4.4.2 壓縮閥力學(xué)分析 23
4.5 補(bǔ)償閥的分析 23
4.5.1 補(bǔ)償閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 23
4.5.2 補(bǔ)償閥的力學(xué)分析 23
4.6 閥系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
4.7 特性曲線的確定 25
4.8 其他部件的參數(shù)的確定 27
4.8.1 活塞孔的優(yōu)化設(shè)計(jì) 27
4.8.2閥片的優(yōu)化設(shè)計(jì) 28
4.8.3底閥孔的優(yōu)化設(shè)計(jì) 29
第五章 活塞桿的強(qiáng)度校核 31
5.1 強(qiáng)度校核 31
5.2 穩(wěn)定性的校核 32
總 結(jié) 33
致 謝 35
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
第一章 緒 論
1.1 減震器的簡(jiǎn)介
減震器是一種利用液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)孔壁與油液間的摩擦和液體分子間的摩擦形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力,將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能,進(jìn)而達(dá)到衰減汽車振動(dòng),改善汽車行駛平順性，提高汽車的操縱性和穩(wěn)定性的一種裝置。對(duì)于提升乘客的舒適度有很大作用。
1.2 減振器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
為加速車身振動(dòng)的衰減，改善汽車行使平順性，大多數(shù)轎車的懸架內(nèi)都裝有減震器。減震器和彈性元件是并聯(lián)安裝的。其中采用最廣泛的是液力減震器，又稱筒式液力減振器，現(xiàn)簡(jiǎn)稱為筒式減振器。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，減振器分為搖臂式和筒式兩種。而筒式減震器工作壓力僅在2.5～5MPa，但是它的工作性能穩(wěn)定而在現(xiàn)代的汽車上得道廣泛的應(yīng)用。又可以分為單筒式、雙筒式和充氣筒式三種[3]。減震器的阻尼力越大，振動(dòng)消除得越快，但卻使并聯(lián)的彈性元件的作用不能充分發(fā)揮；還可能導(dǎo)致連接件及車架損壞。通常為了保證伸張過(guò)程內(nèi)產(chǎn)生的阻尼力比壓縮行程內(nèi)產(chǎn)生的阻尼力大得多，所以伸張閥彈簧剛度和預(yù)緊力比壓縮閥大；在同樣油壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的通?？p隙的同道截面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)的通?？p隙的通常截面積總和。這樣也保證了懸架在壓縮行程內(nèi)，減震器的阻尼力較小，以便充分利用彈性元件的彈性來(lái)緩和沖擊；在伸張行程內(nèi)，減震器的阻尼力應(yīng)較大，以求迅速減振[2]。由于汽車行駛的路面狀況不同，所用的減震器要求也會(huì)有所不同。
下面簡(jiǎn)單介紹幾種比較先進(jìn)的減震器：
1.磁懸浮式減震器。磁懸浮減震器的彈性介質(zhì)是兩塊同極相對(duì)的高強(qiáng)度永久磁鐵。兩磁鐵間的排斥力即為減震器的彈性力，它隨著兩磁鐵間的距離減小而增大。它具有很好的非線性剛度特性，而且可根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)整彈簧剛度特性及車身高度，能進(jìn)一步改善汽車的行駛平順性；由于城市路況較好，路面對(duì)轎車車輪的沖擊絕大數(shù)屬于小位移激振，大位移激振較少。這就要求減震彈簧的小變形時(shí)較軟，而大變形時(shí)較硬，具有非線性剛度特性。另外，由于汽車的負(fù)載在每次行駛都不相同，車上的水平負(fù)載分布不同，這會(huì)使車身高度，水平度發(fā)生變化。雖然現(xiàn)在有很多彈簧都能滿足這些要求，但是磁懸浮減震器的技術(shù)要求比油氣彈簧低，維護(hù)方便，耐用，這是油氣彈簧所不及的[4]。
2.橡膠減震器。雖然說(shuō)采用橡膠作為隔振、吸聲和沖擊的彈性元件，迄今至少已有五十多年的歷史了，但是它的作用是得到肯定的。橡膠減震器所采用的彈性材料―減震橡膠，屬于高分子聚合材料，具有特殊的性能，由于軟長(zhǎng)的鏈狀分子的排列結(jié)構(gòu)，使得不需要很復(fù)雜的形狀就能獲得優(yōu)良的彈性性能。在一定范圍內(nèi)，可以把橡膠減震器作為線性看。橡膠減震器是通過(guò)橡膠物體的物理變形來(lái)吸收沖擊振動(dòng)的，技術(shù)上比較成熟[5]。
3.可調(diào)阻尼減震器?？烧{(diào)阻尼減震器可以分為有級(jí)可調(diào)阻尼減震器和無(wú)極可調(diào)阻尼減震器，阻尼減震器有兩種調(diào)節(jié)方法，一種是通過(guò)改變節(jié)流孔的大小調(diào)節(jié)阻尼，另一種是通過(guò)改變減震液的粘性調(diào)節(jié)阻尼[6]。它們是根據(jù)汽車在路面上的行駛情況，對(duì)減震器的阻尼進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)。這種減震器技術(shù)要求高，舒適性強(qiáng)，平順性好等優(yōu)點(diǎn)。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，維修費(fèi)用也高。
下面簡(jiǎn)單介紹下，汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用的液力減震器。液力減震器的作用原理是，當(dāng)車架與車身作往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減震器中的活塞在缸筒內(nèi)也是往復(fù)運(yùn)動(dòng)，于是減震器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過(guò)一些窄小的空隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，被油液和減震器殼體吸收，然后散到大氣中[2]。
減振器與彈性元件承擔(dān)著緩沖擊和減振的任務(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。因而要調(diào)節(jié)彈性元件和減振器這一矛盾。
(1) 在壓縮行程（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) 在懸架伸張行程中（車橋和車架相互遠(yuǎn)離），減振器阻尼力應(yīng)大，迅速減振。
(3) 當(dāng)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)中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器[2]。
1.3 減震器的功用
減振器是產(chǎn)生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰減汽車的振動(dòng),改善汽車的行駛平順性,增強(qiáng)車輪和地面的附著力.另外,減振器能夠降低車身部分的動(dòng)載荷,延長(zhǎng)汽車的使用壽命. 目前在汽車上廣泛使用的減振器主要是筒式液力減振器,其結(jié)構(gòu)可分為雙筒式,單筒充氣式和雙筒充氣式三種. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是傳遞力和力矩,同時(shí)兼起導(dǎo)向作用.在汽車的行駛過(guò)程當(dāng)中,能夠控制車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡。
汽車懸架系統(tǒng)中彈性元件的作用是使車輛在行駛時(shí)由于不平路面產(chǎn)生的振動(dòng)得到緩沖，減少車身的加速度從而減少有關(guān)零件的動(dòng)負(fù)荷和動(dòng)應(yīng)力。如果只有彈性元件，則汽車在受到一次沖擊后振動(dòng)會(huì)持續(xù)下去。但汽車是在連續(xù)不平的路面上行駛的，由于連續(xù)不平產(chǎn)生的連續(xù)沖擊必然使汽車振動(dòng)加劇，甚至發(fā)生共振，反而使車身的動(dòng)負(fù)荷增加。所以懸架中的阻尼必須與彈性元件特性相匹配。
1.4 本課題研究的目的及意義
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車的要求也越來(lái)越高。包括有汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性、平順性、通過(guò)性等性能的要求。減震器是安裝在車體與負(fù)重輪之間的一個(gè)阻尼元件，其作用是衰減車體的振動(dòng)并阻止共振情況下車體振幅的無(wú)限增大，能減小車體振動(dòng)的振幅和振動(dòng)次數(shù)，因而能延長(zhǎng)彈性元件的疲勞壽命和提高人乘車的舒適性[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)汽車的平順性一直都在研究，在技術(shù)上也有重大的改駛員操縱輕便，乘員更加舒服。
因外部條件的不同，對(duì)減振器的使用要求也會(huì)相應(yīng)的不同。在不同的國(guó)家或不同的地區(qū)，他們各自的天氣環(huán)境、道路建筑等都有著很大的區(qū)別。單一的減振器是可能都滿足他們的性能要求。隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車市場(chǎng)出現(xiàn)了細(xì)分化。純黑色的“福特”時(shí)代，早已經(jīng)過(guò)去，針對(duì)各國(guó)道路交通情況，各國(guó)汽車生產(chǎn)商們開(kāi)始生產(chǎn)有屬于自己特色的汽車了。本文就是針對(duì)我國(guó)大多數(shù)城市道路情況，而進(jìn)行研究設(shè)計(jì)的。
1.5 研究的方法及技術(shù)路線
1.5.1研究方法
（1）通過(guò)查閱相關(guān)資料，掌握汽車減震器的主要參數(shù)。
（2）充分考慮已有汽車減震器的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)確定電動(dòng)滾筒的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)現(xiàn)有裝置的不足進(jìn)行分析。
（3）對(duì)設(shè)計(jì)的汽車減震器進(jìn)行修改和優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出能滿足要求的汽車減震器。
1.5.2研究技術(shù)路線
（1）根據(jù)題目和原始數(shù)據(jù)查看相關(guān)資料，了解當(dāng)今國(guó)內(nèi)外汽車減震器的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，撰寫文獻(xiàn)綜述和開(kāi)題報(bào)告。
（2）根據(jù)產(chǎn)品功能和技術(shù)要求提出多種設(shè)計(jì)方案，對(duì)各種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從中選擇較好的方案，再對(duì)所選擇的方案做進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，最終確定總體設(shè)計(jì)方案。
（3）具體設(shè)計(jì)汽車減震器的驅(qū)動(dòng)裝置、工作裝置等。
（4）對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重要零件進(jìn)行校核計(jì)算，如齒輪、軸、軸承等，保證設(shè)計(jì)的合理性和可行性。；
（5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量；
（6）整理各項(xiàng)設(shè)計(jì)資料，撰寫論文。
1.6主要研究?jī)?nèi)容
本文的設(shè)計(jì)是要滿足一般性能要求，具體是：一是要具有一般的舒適性；二是可以滿足中國(guó)現(xiàn)代一般城市道路的使用要求；三能保證有足夠的使用壽命；四是在使用期間保證汽車行駛平順性的性能穩(wěn)定。在減振器中，流通閥和補(bǔ)償閥是一般的單向閥，其彈簧很弱。當(dāng)閥上的油壓作用力同向時(shí)，只要很小的油壓，閥便能開(kāi)啟；壓縮閥和伸張閥是卸載閥，其彈簧較強(qiáng)，預(yù)緊力較大，只有當(dāng)油壓到一定程度時(shí)，閥才能開(kāi)啟；而當(dāng)油壓降低到一定程度時(shí)，閥即自行關(guān)閉。根據(jù)它們不同的工作要求，各閥系設(shè)計(jì)計(jì)算和裝配都有所不同。
根據(jù)以上要求，本文設(shè)計(jì)的基本步驟有：
1）確定減振器的阻尼系數(shù)和相對(duì)阻尼系數(shù)；
2）計(jì)算出各機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)，其中包括缸筒、儲(chǔ)油缸筒、活塞桿導(dǎo)向座和活塞的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算；
3）在總體參數(shù)出來(lái)以后，就對(duì)減振器連接結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，彈簧片以及減振器油的選擇等；
4)總體參數(shù)確定后，建立各閥系的力學(xué)模型、各閥系模型以及阻尼閥閥片的撓曲變形模型，完成各閥系的設(shè)計(jì)計(jì)算。
5）完成設(shè)計(jì)計(jì)算后，對(duì)主要受力部件進(jìn)行校核驗(yàn)證。
第二章 減震器的總體結(jié)構(gòu)方案確定
2.1阻尼系數(shù)的確定
2.1.1 懸架彈性特性的選擇
在前輪或后輪上，把前、后輪接地點(diǎn)垂直方向的載荷變化和輪心在垂直方向的位置變化量關(guān)系稱為懸架系統(tǒng)的彈性特性。如圖2.1所示，在任一載荷狀態(tài)下，該點(diǎn)曲線的切線斜率，就是該載荷下的懸架剛度。在滿載狀態(tài)下，彈性特性曲線的切線斜率便是滿載懸架剛度。在滿載載荷下可以確定車輪上、下跳行程，兩者之和稱為車輪行程。
圖2.1 懸架彈性特性
設(shè)懸架剛度為k，簧上質(zhì)量為m，則根據(jù)下式可求系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率f：
車輪上下跳動(dòng)行程的一般范圍是：上跳行程70～120mm，下跳動(dòng)行程80～120mm。懸架垂直剛度隨車輛參數(shù)而不同，換算成系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率為1～2Hz[7]。
由于我設(shè)計(jì)的是轎車減振器，主要是用于城市一些比較好的路面上。所以，轎車在行駛時(shí)路面激起振動(dòng)頻率會(huì)相對(duì)比較高。所以取減振器系統(tǒng)固有頻率f＝1.5Hz，而m＝1200kg，則根據(jù)上式
2.1.2 相對(duì)阻尼系數(shù)的選擇
減振器在卸荷閥打開(kāi)前，減振器中的阻力F與減振器振動(dòng)速度v之間有如下關(guān)系 F=dv (2.1)
式中，d為減振器阻尼系數(shù)。
圖2.2b示出減振器的阻力－速度特性圖。該圖具有如下特點(diǎn)：阻力－速度特性由四段近似直線線段組成，其中壓縮行程和伸張行程的阻力－速度特性各占兩段；各段特性線的斜率是減振器的阻尼系數(shù)d=F/v，所以減振器有四個(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)啟前的阻尼系數(shù)而言。通常壓縮行程的阻尼系數(shù)與伸張行程的阻尼系數(shù)不等。
(a)阻力一位移特性 （b）阻力一速度特性
圖2.2 減振器的特性
汽車懸架有阻尼以后，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)y的大小來(lái)評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢程度。y的表達(dá)式為
(2.2)
式中，c為懸架系統(tǒng)垂直剛度；為簧上質(zhì)量。
式(2.2)表明，相對(duì)阻尼系數(shù)y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)量的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。y值大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身；y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)取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)取得大些。兩者之間保持＝(0.25～0.50)的關(guān)系。
設(shè)計(jì)時(shí)，先選取與的平均值y。對(duì)于無(wú)內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取y＝0.25～0.35；對(duì)于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，y值取小些。對(duì)于行駛路面條件較差的汽車，y值應(yīng)取大些，一般取＞0.3；為避免懸架碰撞車架，?。?.5 [3]。
根據(jù)以上所述：?。?.36 ＝0.5＝0.5×0.36＝0.18 y＝0.27
2.1.3 減振器阻尼系數(shù)的確定
減振器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率，所以理論上。實(shí)際上應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。例如，當(dāng)減振器如圖2.3 a、b、c三種安裝時(shí)，我選擇了如圖2.3 b所示安裝。
圖2.3 減振器安裝位置
2.3 b所示安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)占用2.3式計(jì)算[3]
(2.3)
式中，a為減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。
然而， y＝0.27
阻尼系數(shù)：
伸張阻尼系數(shù)：
2.2 最大負(fù)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。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度。在減振器安裝如圖2.3 b所示時(shí)
(2.4)
式中， 為卸載速度，一般為0.15～0.30m/s；A為車身振幅，取±40mm，w為懸架振動(dòng)固有頻率。
如已知伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)，載伸張行程的最大卸荷力 [3]。
伸張行程的最大卸荷力：
壓縮行程的最大卸荷力：
2.3 減震筒的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D
（2.5）
式中，[p]為工作缸最大允許壓力，取3～4Mpa；l為連桿直徑與缸筒直徑之比，雙筒式減振器取l＝0.40～0.50，單筒式減振器取l＝0.30～0.35[3]。
減振器的工作缸直徑D有20、30、40、（45）、50、65mm等幾種。選取時(shí)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用。
貯油筒直徑＝（1.35～1.50）D，壁厚取為2mm，材料可選ZG45號(hào)鋼。
取=30mm
2.4 活塞桿的設(shè)計(jì)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)向力。因其表面粗糙度對(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）材料一般采用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)該大于活塞的行程，初步確定活塞桿的長(zhǎng)為220mm。
活塞（工作缸）直徑與活塞桿直徑可按下式計(jì)算經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：＝（0.4～0.5），?。?0mm則＝20mm
2.5 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。又因?yàn)樵跍p振器工作時(shí)，活塞桿與導(dǎo)向座之間是相對(duì)滑動(dòng)的。在導(dǎo)向座內(nèi)設(shè)計(jì)一襯套，在減少活塞桿的摩擦的同時(shí)也使活塞桿滑動(dòng)輕便，迅速[8]。
當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響減振器工作的穩(wěn)定性，因此必須要保證有一定的導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足要求：
式中：L—液壓缸的最大行程；
D—缸筒內(nèi)徑。
活塞的寬度B，一般取B＝（0.6～1.0）D;缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)度, 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定：
當(dāng)D<80mm時(shí)，取＝（0.6～1.0）D；
當(dāng)D>80mm時(shí)，?。剑?.6～1.0）D；
所以：
導(dǎo)向座的長(zhǎng)度：＝25mm
活塞寬度：B＝19mm
2.6 活塞行程的確定
減振器活塞行程即液壓缸的工作行程。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)際工作的最大行程來(lái)確定，并參照表2.1和表2.2設(shè)計(jì)要求來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)值，故選取活塞行程為180㎜。
表2.1 復(fù)原阻力和壓縮阻力取值 （N）
工作缸直徑D（mm）
復(fù)原阻力
壓縮阻力
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2.2減振器設(shè)計(jì)尺寸 （㎜）
工作缸
直徑D
基長(zhǎng)
貯液筒最大外徑
防塵罩最大外徑
壓縮到底長(zhǎng)度
允差
最大拉伸長(zhǎng)度
允差
(HH型)
(CG型)
(HG型)
(GH型)
20
90
70
80
34
40
+3
負(fù)值不限
+4
負(fù)值不限
正值不限
-3
正值不限
-4
30
120
86
103
48
56
40
160
120
140
65
75
（45）
70
80
50
190
120
155
80
90
65
210
130
170
90
102
注：1、基長(zhǎng)為設(shè)計(jì)尺寸，其值為。
2、為行程。
3、壓縮到底長(zhǎng)度。
4、最大拉伸長(zhǎng)度。
第三章 減震器液壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1 液壓缸的連接形式
缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。主要的幾種連接形式有：法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接和內(nèi)半環(huán)連接。選擇使用螺紋連接。原因主要有幾點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；（2）容易加工、便于拆裝；(3）強(qiáng)度較大、能承受高壓。
活塞在徑向由活塞桿和壓力閥底座進(jìn)行定位，軸向由活塞桿進(jìn)行定位即可，不需要特殊的連接結(jié)構(gòu)。
3.2 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)
活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。在本設(shè)計(jì)中采用上密封蓋進(jìn)行直接導(dǎo)向。
3.3 密封圈的選用
活塞及活塞桿處密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選取不同類型的密封圈。在本設(shè)計(jì)中主要選用O型密封圈，具體尺寸根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選用。
3.4 液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)
液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)包括液壓缸的安裝結(jié)構(gòu)、液壓缸進(jìn)出油口的連接等。液壓缸的安裝形式，頭部法蘭和按壓連接。
3.5 活塞環(huán)的確定
活塞環(huán)主要起密封作用，防止油液從高壓腔泄漏到低壓腔，減小內(nèi)泄漏，以保證阻尼效果?；钊h(huán)靠自身的彈力貼緊工作缸的內(nèi)腔，可使工作缸和活塞的加工及配合精度適當(dāng)降低，有利于大批量生產(chǎn)。
活塞環(huán)材料常用：尼龍1010、聚四氟乙烯、酚醛樹(shù)脂、填充聚四氟乙烯及三層復(fù)合材料其工藝應(yīng)保證兩端面與中心線垂直。兩端面平行度不大于0. 03、表面粗糙度Ra0.8。外觀不應(yīng)有裂紋、毛刺、縮孔及折皺。根據(jù)活塞環(huán)的密封原理，在設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮活塞環(huán)徑向厚度、開(kāi)口形狀、側(cè)間隙、背間隙以及因材料不同時(shí)的活塞環(huán)圓周線漲量?；钊h(huán)裝入工作缸要求進(jìn)行透光檢驗(yàn)，其貼合面不小于85%。
3.6 液壓缸主要零件的材料確定
（1）缸體采用45號(hào)鋼；調(diào)質(zhì)HRC28—33；表面法蘭處理；缸體和端蓋采用螺紋連接。
（2）活塞采用40Cr；調(diào)質(zhì)HRC28—35；上下面高頻淬火HRC40—45；活塞外徑用橡膠密封圈密封時(shí)取f7～f9配合。
（3）活塞桿采用40Cr；調(diào)質(zhì)HRC28—33；表面整體氮化，深度0.4—0.75；使用磁力探傷避免有裂紋；活塞桿和活塞采用H7/t6配合。
（4）缸蓋采用45號(hào)鋼；表面陽(yáng)極氧化處理。
（5）浮動(dòng)活塞采用45號(hào)鋼；熱處理后硬度為HRC28—33；法蘭。
3.7 減震器油封設(shè)計(jì)
油封設(shè)計(jì)：本文設(shè)計(jì)的油封，是指對(duì)液壓油的密封。其主要功能是把油腔和外界隔離，對(duì)內(nèi)封油，對(duì)外封塵。油封的工作范圍如下：工作壓力0.3Mpa；密封線速度，低速型小于4m/s，高速型為4～5m/s；工作溫度-60～150℃（與橡膠種類有關(guān)）；適用介質(zhì)：油、水及弱腐蝕性液體，壽命12000h[10].
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，我選擇的密封材料是丁腈橡膠；型式是粘接結(jié)構(gòu)，粘接結(jié)構(gòu)是橡膠部分和金屬骨架分別加工制造，再用膠粘接在一起成為外露骨架型。制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。
3.8 錐形彈簧的設(shè)計(jì)
圖3.4 圓錐螺旋壓縮彈簧及其特性線
當(dāng)受載后，特性線的OA段是直線，載荷繼續(xù)增加時(shí)，彈簧從大圈開(kāi)始逐漸接觸，有效圈數(shù)逐漸減少，剛度逐漸增大，到所有彈簧圈壓并為止。特性線AB段是漸增型，有利于防止共振的發(fā)生。常用的圓錐螺旋壓縮彈簧有等節(jié)距型和等螺旋角型兩種[10]。 我選用了等節(jié)距型的圓錐螺旋壓縮彈簧。
3.9 減振器油的選擇
選用液壓油應(yīng)考慮的因素是系統(tǒng)的工作環(huán)境:如溫度、濕度、空氣的清潔度等，選擇的油液黏度一定要適中,隨溫度變化小:黏度太大會(huì)造成系統(tǒng)壓力損失大,系統(tǒng)效率降低。另外隨溫度變化,要求液壓油黏度變化小。要具有良好的潤(rùn)滑性，能夠減少各運(yùn)動(dòng)部件之間的磨損,延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命。并能使各運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作靈敏。如環(huán)境溫度高則選用粘度大的液壓油，加注液壓油時(shí)一定要通過(guò)過(guò)濾器,并在干燥、潔凈的環(huán)境中進(jìn)行[13]。根據(jù)以上的要求，選擇了由上海海聯(lián)潤(rùn)滑材料有限公司生產(chǎn)的HRI28減振器油，密度，體積彈性模量。
第四章 減震器閥系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 閥體的結(jié)構(gòu)分析
對(duì)具體結(jié)構(gòu)形式和流動(dòng)方式進(jìn)行分析，該結(jié)構(gòu)形式減震器分為3個(gè)封閉區(qū)域，并假設(shè)各封閉區(qū)域之間狀態(tài)是連續(xù)的，狀態(tài)參數(shù)沒(méi)有突變，忽略庫(kù)倫摩擦力及瞬態(tài)液動(dòng)力。
(a) (b)
圖4.1 阻尼狀態(tài)下的工作原理圖
如圖4.1（a)伸張行程通過(guò)兩種環(huán)節(jié)產(chǎn)生阻尼作用，即活塞上的常通孔和伸張閥閥片節(jié)流。分析伸張行程的工作情況要分開(kāi)閥前和開(kāi)閥后兩種工作狀態(tài)進(jìn)行考慮。
設(shè)減震器活塞以相對(duì)速度向上運(yùn)動(dòng)，則上油腔排出的工作液的流量為：
（4.1）
式中：
—減震器活塞的截面積；—活塞桿的截面積；－活塞外徑；－活塞桿外徑；
由減震器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理可知：減震器伸張行程時(shí)，活塞相對(duì)于工作缸向上運(yùn)動(dòng)，活塞桿處于受拉狀態(tài)，流通閥是單向閥，此時(shí)關(guān)閉，見(jiàn)圖4.1。
伸張閥開(kāi)閥前：
伸張閥關(guān)閉，則上油腔流入下油腔的減震液體積流量表達(dá)式為：
（4.2）
—流量系數(shù)；—活塞上的常通孔節(jié)流面積；—上油腔油壓；—下油腔壓；—儲(chǔ)油腔油壓。
伸張閥開(kāi)閥后：
當(dāng)上油腔的壓力克服伸張閥上螺母的預(yù)緊力時(shí)，伸張閥開(kāi)啟，則上油腔排出的減震液體積流量表達(dá)式為：
（4.3）
由儲(chǔ)油腔流到下油腔的流量:
通過(guò)補(bǔ)償閥的流量：
（4.4）
—補(bǔ)償閥的節(jié)流面積；
根據(jù)流量連續(xù)性定理：
（4.5）
設(shè)由（4.3）、（4.4）、（4.5）得下油腔的壓力：
（4.6）
由（4.4）、（4.5）、（4.6）得上油腔的壓力：
開(kāi)閥前：
（4.7）
開(kāi)閥后：
（4.8）
減震器伸張行程所產(chǎn)生的阻尼力為：
（4.9）
由于伸張行程的阻尼性能大于補(bǔ)償閥的阻尼性能，補(bǔ)償閥僅僅起到補(bǔ)充下油腔油液的作用，這時(shí)由補(bǔ)償閥產(chǎn)生的壓差不會(huì)很大。
則由（4.5）、（4.7）、（4.8）得開(kāi)閥前伸張行程阻尼力為：
（4.10）
由（4.6）、（4.7）、（4.8）得開(kāi)閥后伸張行程阻尼力為：
（4.11）
從以上的數(shù)學(xué)模型可以看出，在該工況下，減震器伸張行程的阻尼力在開(kāi) 閥前主要與活塞上常通孔的尺寸有關(guān)，開(kāi)閥后與活塞上常通孔的尺寸及伸張閥閥片組的開(kāi)度有關(guān)，即此時(shí)伸張閥在減震器中起主要作用，補(bǔ)償閥僅起到補(bǔ)充油液的作用，對(duì)減震器提供阻尼力影響不大[6]。
如圖4.1(b)減震器處于壓縮行程，也就是活塞相對(duì)于工作缸向下運(yùn)動(dòng)，活塞桿處于受壓狀態(tài)。下油腔的油液分別從流通閥和壓縮閥流出，這兩個(gè)閥的節(jié)流作用形成了減震器壓縮行程阻尼力。由于壓縮閥開(kāi)閥前后的流量特性變化比 較明顯，因此在分析時(shí)要分開(kāi)閥前和開(kāi)閥后兩種工作狀態(tài)進(jìn)行討論。設(shè)減震器活塞以相對(duì)速度向下運(yùn)動(dòng)，下油腔流到儲(chǔ)油腔的流量為：
（4.12）
從下油腔流到上油腔的流量
（4.13）
此時(shí)流通閥開(kāi)啟，通過(guò)流通閥的流量：
（4.14）
—流通閥的節(jié)流面積；
通過(guò)活塞常通孔的流量為：
（4.15）
壓縮閥開(kāi)閥前：
油液經(jīng)由底閥的流量為：
（4.16）
—底閥上常通孔節(jié)流面積；
壓縮閥開(kāi)閥后：
壓縮閥開(kāi)啟，則油液經(jīng)由底閥的流量為：
（4.17）
—壓縮閥的節(jié)流面積；
根據(jù)流量連續(xù)性定理：
（4.18）
由式（4.13）、（4.16）、（4.18）得開(kāi)閥前下油腔的壓力：
(4.19）
由式（4.13）、（4.17）、（4.18）得開(kāi)閥后下油腔的壓力：
（4.20）
減震器壓縮行程所產(chǎn)生的阻尼力為：（考慮計(jì)算方便在此計(jì)入大氣壓）
（4.21）
則由式（4.15）、（4.19）、（4.21）得開(kāi)閥前壓縮行程阻尼力為：
（4.22）
由式（4.15）、（4.20）、（4.21）得開(kāi)閥后壓縮行程阻尼力為：
（4.23）
從以上的數(shù)學(xué)模型可以看出，減震器壓縮行程的阻尼力在開(kāi)閥前與活塞上常通孔、流通閥、底閥常通孔有關(guān)，開(kāi)閥后又加上與壓縮閥閥片組的開(kāi)度有關(guān)， 即此時(shí)壓縮閥在減震器中起主要作用，而流通閥對(duì)上下油腔的壓差變化起主要作用[6]。
4.2. 伸張閥的分析
4.2.1 伸張閥的結(jié)構(gòu)和工作原理
如圖4.2所示伸張閥總成主要包括伸張閥閥片和閥座等零件。帶缺口伸張閥的閥片壓在伸張閥座的底部，當(dāng)伸張閥上下的壓差比較低時(shí)，無(wú)法推動(dòng)伸張閥片組，油液只能通過(guò)第一個(gè)伸張閥閥片的缺口（活塞上常通孔）流出，在這一過(guò)程中壓差變化較大，此時(shí)油液就是主要通過(guò)常通孔節(jié)流產(chǎn)生阻尼；當(dāng)壓差增大到某一值時(shí)，使伸張閥閥片組由于撓曲變形產(chǎn)生環(huán)形間隙，從而增大了伸張閥閥口的開(kāi)度，在這一過(guò)程中壓差會(huì)緩慢變化，此時(shí)油液就是通過(guò)伸張閥閥片撓曲變形產(chǎn)生的環(huán)形間隙和常通孔節(jié)流共同產(chǎn)生阻尼[6]。
圖4.2活塞總成
4.2.2 伸張閥的力學(xué)分析
以一個(gè)伸張閥閥片為研究對(duì)象，其受力模型可簡(jiǎn)化為如圖4.3所示。即；
內(nèi)邊緣固定加緊、受均布載荷q作用的彈性圓環(huán)薄板，其中分別為活塞上下油腔的壓力[6]。
圖4.3伸張閥閥片的受力模型
4.3 流通閥的分析
4.3.1 流通閥的結(jié)構(gòu)和工作原理
如圖4.4所示，流通閥是由一個(gè)閥片和該閥片上的彈簧壓片組成。其作用是保證油液由下油腔向上油腔單向流動(dòng)，當(dāng)下油腔的油壓大于上油腔時(shí)，流通閥開(kāi)啟，而產(chǎn)生節(jié)流作用。
4.3.2 流通閥的力學(xué)分析
開(kāi)閥時(shí)的通流面積：
（4.24）
x—流通閥閥片上彈簧壓片的壓縮量
如圖4.4所示，
（4.25）
—彈簧壓片的剛度，—彈簧壓緊力，—油壓力，—閥片質(zhì)量，—閥座支持力
圖4.4 流通閥的受力模型
由于流通閥彈簧的壓緊力很小，流通閥完全可以看作是一個(gè)單向閥，當(dāng)完全開(kāi)閥后，通流面積為活塞閥體外環(huán)的n個(gè)阻尼小孔的通流面積，即開(kāi)閥后可以看作是n個(gè)薄壁阻尼小孔起節(jié)流作用[6]。
4.4 壓縮閥的分析
4.4.1 壓縮閥的結(jié)構(gòu)和工作原理
圖4.5 底閥總成
如圖4.5所示壓縮閥總成主要包括壓縮閥閥片組及閥座等零件。其工作情況與伸張閥基本相同，當(dāng)壓縮閥上下的壓差比較低時(shí)，無(wú)法推動(dòng)壓縮閥片組，壓縮閥閥片關(guān)閉，油液通過(guò)常通孔（即壓縮閥第一個(gè)閥片上的開(kāi)口槽）產(chǎn)生阻尼作用；當(dāng)壓縮閥閥片組受到向下的壓力足以克服其向上的壓力時(shí)，壓縮閥閥片開(kāi)啟，油液通過(guò)壓縮閥閥片撓曲變形產(chǎn)生的環(huán)形間隙和常通孔節(jié)流共同產(chǎn)生阻尼。
4.4.2 壓縮閥力學(xué)分析
圖4.6 壓縮閥閥片的受力模型
如圖4.6所示，壓縮閥的力學(xué)模型與伸張閥一樣（只是各參數(shù)加以改變）， 即；內(nèi)邊緣固定加緊、受均布載荷q作用的彈性圓環(huán)薄板，其中分別為活塞儲(chǔ)油腔、下油腔的壓力。
4.5 補(bǔ)償閥的分析
4.5.1 補(bǔ)償閥的結(jié)構(gòu)和工作原理
如圖4.7所示，補(bǔ)償閥也是一個(gè)單向閥，由一個(gè)閥片和該閥片上的彈簧壓片組成。其作用是保證油液由儲(chǔ)油腔向下油腔單向流動(dòng)，當(dāng)儲(chǔ)油腔的油壓大于下油腔時(shí)，補(bǔ)償閥開(kāi)啟，而產(chǎn)生節(jié)流作用。
4.5.2 補(bǔ)償閥的力學(xué)分析
補(bǔ)償閥的力學(xué)模型與流通閥一樣（只是各參數(shù)加以改變）
開(kāi)閥時(shí)的通流面積：
（4.26）
x—流通閥閥片上彈簧壓片的壓縮量
如圖4.7所示，
（4.27）
—補(bǔ)償閥的彈簧力，x—彈性閥片的彈性變形量，—彈簧壓片的剛度，—彈簧力，—油壓力，—閥片質(zhì)量，—閥座支持力
圖4.7 補(bǔ)償閥閥片的受力模型
由于補(bǔ)償閥彈簧的壓緊力也很小，補(bǔ)償閥也可以看作是一個(gè)單向閥，當(dāng)完全開(kāi)啟后，通流面積為底閥閥體內(nèi)圈的n個(gè)阻尼小孔的通流面積，即開(kāi)閥后可以看作是n個(gè)薄壁阻尼小孔起節(jié)流作用[6]。
4.6 閥系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
減震器阻尼特性曲線的形狀取決于閥系的具體結(jié)構(gòu)和各閥開(kāi)啟力的選擇。通過(guò)上述對(duì)可調(diào)減震器的流體力學(xué)模型及各閥的力學(xué)模型分析來(lái)看，不論是哪種工況下，減震器的阻力都大致與速度的平方成正比。如圖4.8所示，以伸張閥為例，分析伸張閥的開(kāi)啟程度對(duì)減震器特性的影響。
圖4.8 閥的開(kāi)啟程度對(duì)減振器特性影響示意圖
圖中曲線A所示為給定的伸張閥常通孔通道下阻尼力F與液流速度的關(guān)系，B表示伸張閥的閥門通道，當(dāng)伸張閥的閥門逐漸打開(kāi)時(shí)，可獲得曲線與曲間的過(guò)度特性。恰當(dāng)?shù)倪x擇的孔徑和的逐漸開(kāi)啟量，可以獲得任何給定伸張行程的特性曲線。
壓縮閥的開(kāi)啟程度對(duì)減振器特性的影響與伸張閥相同。即恰當(dāng)?shù)倪x擇底閥常通孔的孔徑和壓縮閥的閥門的逐漸開(kāi)啟量，也可以獲得任何給定的壓縮行程的特性曲線[6]。
4.7 特性曲線的確定
減震器由3種典型的特性曲線，如圖4.9所示。(a)為斜率遞增型、(b)為等斜率（線性的）、(c)為斜率遞減型。本文根據(jù)所選用的車型、道路條件和使用要求,選擇第3種阻尼力特性，有利于提高車輪的接地性能和可操縱性。
圖4.9 典型的減振器特性影響示意圖
本設(shè)計(jì)選擇活塞行程S＝201mm 溫度t是在-10°C～120°C之間，關(guān)于開(kāi)閥速度的說(shuō)明：我國(guó)“QC/T 491—1999”標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有采用先進(jìn)國(guó)家普遍采用的，以0.3（m/s）來(lái)定義減震器阻尼力的規(guī)范限值，保持原“74”標(biāo)準(zhǔn)采用的0.52m/s的中速定義限值；而前者由于實(shí)際接近減震器外特定開(kāi)閥速度（0.2—0.3m/s）因而是指在設(shè)計(jì)和測(cè)試上都具有穩(wěn)定基礎(chǔ)，由它決定的阻尼系數(shù)主要是滿足車輛平順性的匹配需要，是構(gòu)成平安比（η）,鑒定減震器外特性和車輛阻尼匹配特性的一個(gè)重要因素。而“85”標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)時(shí)采用0.52m/s來(lái)定義減震器阻力，強(qiáng)調(diào)的是外特性開(kāi)閥點(diǎn)之后的中速，來(lái)保持較高阻尼的檢測(cè)規(guī)范，以保證在中國(guó)條件下，通常道路條件較差，一般需要較重阻尼的需要。由于本文所設(shè)計(jì)的是在城市一些比較好的路面上行駛，故本文采用的開(kāi)閥速度是0.25m/s，,伸張行程的開(kāi)閥力為1200N，壓縮行程的開(kāi)閥力300N。
根據(jù)所確定阻尼值及開(kāi)閥參數(shù)，同時(shí)要保證壓縮阻尼力與伸張阻尼力的比值在0.2～0.65之間，作者擬定了趨勢(shì)性的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)曲線，即理想阻力特性曲線，為優(yōu)化各阻尼孔的尺寸及閥片的個(gè)數(shù)提供依據(jù)，見(jiàn)圖4.10所示
圖4.10 理想阻尼特性曲線
在設(shè)計(jì)閥系時(shí)候，采用了最佳一致逼近的理論，使理論特性曲線向理想曲線逼近。 已知參數(shù)如下：
4.8 其他部件的參數(shù)的確定
4.8.1 活塞孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)
伸張行程開(kāi)閥前理論的阻力特性：
（4.32）
根據(jù)圖4.10所示可得到理想特性：
（4.33）
設(shè) （4.34）
1）設(shè)計(jì)變量為
2）目標(biāo)函數(shù)：
由（4.32）、（4.33）、（4.34）目標(biāo)函數(shù)可化為：
（4.35）
3）約束條件：
①為防止懸架減震器在高頻激振條件下出現(xiàn)外特性呈現(xiàn)雙向空程畸變，要保證伸張行程內(nèi)特性連續(xù)，確保補(bǔ)償閥要響應(yīng)好，供油足。根據(jù)液流連續(xù)原理和減震器伸張行程的液力計(jì)算，伸張閥和補(bǔ)償閥在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)上需保持如下的工程近似制約關(guān)系：
（4.36）
式中—伸張閥的最大通流面積；
—減震器的最大復(fù)原阻力為2826N。
視減震器活塞桿的速度為時(shí)為工作極限點(diǎn)[6]。
則此時(shí)的（忽略了大氣壓）
②補(bǔ)償閥的最大通流面積要小于其預(yù)留空間。
由代入4.35式
取
4）求解結(jié)果：
活塞常通孔總面積：，個(gè)數(shù)：n＝9，半徑R＝0.5mm；
補(bǔ)償閥孔：，n=8,R=1.85m
伸張閥孔總面積：，n=8,R=1mm
圖4.11 ，仿真曲線
4.8.2閥片的優(yōu)化設(shè)計(jì)
伸張行程開(kāi)閥后理論阻力特性：
（4.37）
理想狀態(tài)的阻力特性：
（4.38）
式（4.37）中：，ω為運(yùn)用大撓曲理論求得的伸張閥片外邊緣撓曲變形，其方程如下：
（4.39）
式（4.39）中
,a=0.018mm,b=0.006mm
代入后可推導(dǎo)出理論的關(guān)系：
（4.40）
根據(jù)理想的特性曲線4.11，推導(dǎo)出理想的關(guān)系方程，如下式：
（4.41）
設(shè)
1）設(shè)計(jì)變量 n、h
2）目標(biāo)函數(shù)：
3）約束條件：
由于彈性薄板大撓曲變形更接近阻尼閥片的實(shí)際工作，雙筒液壓減震器環(huán)形閥片有時(shí)所受的壓力會(huì)很大，撓曲變形與薄片厚度的比值會(huì)超過(guò)五分之一，尤其在高壓階段[6]。......
4)經(jīng)過(guò)求解得到結(jié)果：n=8,h=0.413mm
4.8.3底閥孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)
壓縮行程開(kāi)閥前理論阻力特性：
（4.42）
其理想狀態(tài)的阻力特性：
（4.43）
1）設(shè)計(jì)變量為
2）目標(biāo)函數(shù)：
3)約束條件：
①為防止懸架減震器在高頻激振條件下出現(xiàn)外特性呈現(xiàn)雙向空程畸變，其中的另一方面要保證壓縮行程內(nèi)特性連續(xù)—流通閥要響應(yīng)好供油足，壓縮閥開(kāi)度不能過(guò)大。根據(jù)
減震器內(nèi)特性的液力計(jì)算，實(shí)施內(nèi)特性的常通孔或閥結(jié)構(gòu)需保持如下的工程近似制約關(guān)系[6]：
（4.44）
②流通閥的最大通流面積要小于其預(yù)留空間，即
3）求解結(jié)果：
流通閥孔總面積：,n=12,R=0.77mm
壓縮閥座常通孔總面積：,n=5,R=0.5mm
圖4.12 ,仿真曲線
第五章 活塞桿的強(qiáng)度校核
5.1 強(qiáng)度校核
活塞桿材料選用45鋼，取,而, , ,有如下關(guān)系：
（5.1）
一般設(shè)計(jì)時(shí)加速度a=(1～3)g，取a=2g，，M＝1200/4＝300（Kg）,
代入（5.1）式得
5.2 穩(wěn)定性的校核
減振器在壓縮行程時(shí)，活塞桿受壓縮作用。因此要校核減震器在硬阻尼的情況下壓桿的穩(wěn)定性。
將減震器簡(jiǎn)化為兩端鉸支桿，等效長(zhǎng)度系數(shù)μ=1，對(duì)于危險(xiǎn)段，,有效長(zhǎng)度l=120mm，
滿足歐拉公式的使用條件，再根據(jù)歐拉公式：
而最大的壓力
這里取極限情況a=3g, ,得：
滿足的要求，即壓桿穩(wěn)定。
總 結(jié)
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。本文是從選擇類型開(kāi)始，接著設(shè)計(jì)計(jì)算阻尼系數(shù)，然后設(shè)計(jì)計(jì)算出機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，進(jìn)而流體力學(xué)模型的建立，閥系結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定以及主要受力部件的校核等。都經(jīng)過(guò)了比較細(xì)心的查閱和比較選擇，選出比較適合本設(shè)計(jì)的參數(shù)、型式和參數(shù)等。
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）減振器與車架進(jìn)行連接時(shí)，要使用聚氨酯緩沖塊。聚氨酯緩沖塊的功能:吸收來(lái)自路面的沖擊,改善乘坐的舒適性,起到輔助彈簧的作用。減振器相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平參差不齊，經(jīng)常由于橡膠件、油料等質(zhì)量不過(guò)關(guān)，導(dǎo)致減振器發(fā)生故障。
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。減振器的技術(shù)難點(diǎn)主要在整車匹配方面。因?yàn)槠嚨妮喬?、發(fā)動(dòng)機(jī)甚至變速器等多個(gè)部件都能成為振動(dòng)源，如何在車輛行駛過(guò)程中消除振動(dòng)源的沖擊，是減振器研發(fā)過(guò)程中最主要的工作。國(guó)內(nèi)減振器企業(yè)在這方面的差距還比較大。
在本設(shè)計(jì)工作中，通過(guò)自己的努力，本人收獲良多。比如學(xué)會(huì)了查閱和利用相關(guān)資料，提高了自己的思維、繪圖、計(jì)算、分析能力，也提高了本人在機(jī)械和液壓方面的知識(shí)。雖然本人盡己所能以保證本文內(nèi)容的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，但由于本人的學(xué)識(shí)和能力以及時(shí)間的限制，本設(shè)計(jì)中必然仍有很多欠妥和錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)各位老師和專家不吝賜教。 參考文獻(xiàn)
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致 謝
轉(zhuǎn)眼間，大學(xué)四年匆匆而過(guò)，時(shí)間是短暫的，但是其點(diǎn)點(diǎn)滴滴卻一輩子留在我的記憶中。依然記得自己剛步入大學(xué)時(shí)候的迷茫；與舍友一塊去探秘美麗的校園；在自己生病的時(shí)候，舍友陪我看病、給我送飯的場(chǎng)景；在自己遇到生活上或者學(xué)習(xí)上的困難時(shí)候，老師不斷地在精神上給予引導(dǎo)；現(xiàn)在的我只想對(duì)你們說(shuō)聲感謝！感謝生命種有你們。
我的舍友們，是你們陪伴我走過(guò)大學(xué)四年的時(shí)光，陪我走過(guò)人生中最輝煌的時(shí)刻，同時(shí)也是我最青春年華的時(shí)候。因?yàn)槟承┦虑橐庖?jiàn)不合，我們也曾爭(zhēng)吵過(guò)，但說(shuō)過(guò)鬧過(guò)之后我們還是最親密的。但同時(shí)，你們也是教會(huì)我做事最多的人，我們一塊學(xué)習(xí)，一塊生活，一塊玩耍，一塊旅游，在這些經(jīng)歷中，我們逐步成為最親密的朋友關(guān)系。也許，以后我們會(huì)生活在天南海北，但是，我們的心是在一起的。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，你們不是我人生歲月中的過(guò)客，而是親人。
我的老
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