輪椅減震裝置設(shè)計(jì)-減振裝置設(shè)計(jì)【7張CAD圖紙+說(shuō)明書完整資料】

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隨著我國(guó)人口老齡化速度越來(lái)越快 老人因疾病或衰老 需要輪椅來(lái)輔助行走 但是目前城市人行道上都鋪設(shè)了各種尺寸的地磚 加上凹凸不平的盲道 使得輪椅在 行駛時(shí)受到來(lái)自路面的高頻激振 嚴(yán)重影響乘坐的舒適性 所以 需要一種研究針對(duì) 人行道路面激勵(lì)的減振裝置 而根據(jù)我國(guó)的國(guó)情 老人和殘疾人的收入相對(duì)較低 所 以輪椅減振機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要盡可能地簡(jiǎn)單 以使輪椅的價(jià)格便宜 1 2 減振器的發(fā)展歷史 世界上第一個(gè)有記載 比較簡(jiǎn)單的減振器是 1897 年由兩個(gè)姓吉明的人發(fā)明的 他們把橡膠塊與葉片彈簧的端部相連 當(dāng)懸架被完全壓縮時(shí) 橡膠減振塊就碰到連接 在汽車大梁上的一個(gè)螺栓 產(chǎn)生止動(dòng) 這種減振器在很多現(xiàn)代汽車懸架上仍有使用 但其減振效果很小 1898 年 第一個(gè)實(shí)用的減振器由一法國(guó)人特魯芬特研制成功并被安裝到摩托賽 車上 該車的前叉懸置于彈簧上 同時(shí)與一個(gè)摩擦阻尼件相連 以防止摩托車的振顫 2 減振器的結(jié)構(gòu)發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾種發(fā)展形式 加布里埃爾減振器 它是由固定在汽車大梁上的罩殼和裝在其里面的渦旋形鋼帶 組成 鋼帶通過(guò)一個(gè)彈簧保持其張力 鋼帶的外端與車橋軸端連接 以限制由振動(dòng)引 起的彈跳量 平衡彈簧式減振器 這是加到葉片彈簧上的一種輔助螺旋彈簧 由于每一個(gè)彈簧 都有不同的諧振頻率 它們趨向于抵消各自的振顫 但同時(shí)也增大了懸架的剛性 所 以很快就停止了使用 空氣彈簧減振器 空氣彈簧不僅兼有彈簧和吸振的作用 而且常常可省去金屬?gòu)?簧 第一個(gè)空氣彈簧減振器是 1909 年由英國(guó)考溫汽車工廠研制成功的 它是一個(gè)圓 柱形的空氣筒 利用打氣筒可以把空氣經(jīng)外殼上部的氣閥注滿空氣筒 空氣筒的下半 部分容納一個(gè)由橡膠和簾布制成的膜片 因?yàn)樗豢諝馑鼑?所以其工作原理與充 氣輪胎相似 它的主要缺點(diǎn)是常常泄漏空氣 液壓減振器 第一個(gè)實(shí)用的液壓減振器是 1908 年由法國(guó)人霍迪立設(shè)計(jì)的 液壓 減振器的原理是迫使液流通過(guò)小孔產(chǎn)生阻尼作用 通常的筒式減振器是由一個(gè)與汽車 底盤固定的帶有節(jié)流小孔的活塞和一個(gè)與懸架或車橋固定的圓柱形貯液筒組成 門羅 在 1933 年為赫德森制造的汽車裝用了第一個(gè)采用原始液壓減振器的汽車 到了二十 世紀(jì)三十年代末 雙作用減振器在美國(guó)生產(chǎn)的汽車上被普遍采用 到了二十世紀(jì)六十 年代 歐洲采用的杠桿式液壓減振器占了優(yōu)勢(shì) 這種減振器與哈德福特的摩擦式減振 原理相似 但使用的是液流而不是摩擦緩沖襯墊 麥弗遜支柱式減振器 隨著前輪驅(qū)動(dòng)汽車的出現(xiàn) 二十世紀(jì)七十年代以來(lái) 制造 商開(kāi)始采用麥弗遜式減振器 這種減振器是二十世紀(jì)六十年代通用公司麥弗遜工程師 研制成功的 他把螺旋彈簧 液壓減振器和上懸架臂桿組成一個(gè)緊湊的部件 其主要 優(yōu)點(diǎn)是體積小 適合前輪驅(qū)動(dòng)汽車 可在與變速器組成一體的驅(qū)動(dòng)橋上應(yīng)用 另外 有一種電子控制減振器 能根據(jù)道路狀況 車速和驅(qū)動(dòng)形式自動(dòng)調(diào)節(jié)懸架軟 中 硬 三種剛度 該減振器通過(guò)在汽車保險(xiǎn)杠下方裝有一個(gè)帶聲納的測(cè)量部件監(jiān)測(cè)路面狀況 把測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入處理單元 然后調(diào)節(jié)減振器中的按鍵 以改變液流通道的尺寸 充氣式減振器是二十世紀(jì)六七十年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型減振器 充氣式減 振器的特殊結(jié)構(gòu)和充氣參數(shù) 可以大大地降低噪音 并有利于保證活塞高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的 阻尼特征 同時(shí)減振器上的減振支柱實(shí)質(zhì)上屬于雙筒結(jié)構(gòu) 它除了阻尼減振還有如下 附加功能 他和控制臂一起對(duì)車輪進(jìn)行導(dǎo)向 1 3 雙筒式減振器國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)汽車減振器大部分是筒式液阻減振器 其阻尼力主要通過(guò)油液流經(jīng)空隙 3 的節(jié)流作用產(chǎn)生 減振器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)也由基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)加實(shí)驗(yàn)修整的傳統(tǒng)方法向基于 CAD CAE 技術(shù)的現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來(lái)了液壓減振器技 術(shù) 在雙筒式減振器內(nèi)充入油液 0 3 0 5MPa 減振器的臨界工作速度相應(yīng)提高 后來(lái)又發(fā)展了雙筒式減振器 它采用活塞閥體與底閥相配合的結(jié)構(gòu) 在浮動(dòng)活塞在缸 筒間的一端形成的補(bǔ)償室內(nèi)充入一定量的高壓氣體 2 0 2 5MPa 氮?dú)?與雙筒式 減振器比 單筒充氣式減振器質(zhì)量顯著減輕 安裝角度不受限制 但其制造精度要求 和成本較高 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) 近幾年 由于高速公路的迅速發(fā)展 對(duì)舒適性的要求也越來(lái)越高 國(guó)內(nèi) 對(duì)充氣式減振器研究及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作又重新重視起來(lái) 哈爾濱鐵路局減速預(yù)調(diào)速研究 中心和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的高起波 曾祥榮兩位老師對(duì)充氣式減振器性能進(jìn)行了理論分 析和試驗(yàn) 天津大學(xué)的馬國(guó)清 王樹(shù)新 卞學(xué)良等對(duì)充氣式減振器建立數(shù)學(xué)模型 建 立計(jì)算機(jī)仿真程序 利用該程序可以得到參數(shù)變化對(duì)減振器性能的影響趨勢(shì) 取得一 些較好的研究成果 后勤工程學(xué)院的晏華等設(shè)計(jì)的充氣式電流變減振器設(shè)計(jì)比較先進(jìn) 有些廠家也投入人力物力對(duì)充氣式減振器關(guān)鍵部件進(jìn)行開(kāi)發(fā) 如浙江瑞安東歐汽車零 部件廠 貴州前進(jìn)橡膠有限公司 寧波美亞達(dá)金屬塑料有限公司等 并具有了一定的 生產(chǎn)規(guī)模 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 目前世界上生產(chǎn)減振器最大的企業(yè) 美國(guó)天納克 TA 汽 車工業(yè)公司是世界最著名的減振器生產(chǎn)商 也是目前全球最大的專業(yè)生產(chǎn)減振器的廠 家 其生產(chǎn)的充氣式減振器符合美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn) 同時(shí)還不斷推出新的減振器 推動(dòng)減 振器技術(shù)不斷向更高技術(shù)水平發(fā)展 另外還有幾家較為先進(jìn)的公司如 Ford 和 General Motors 這兩家 這兩家公司生產(chǎn)的減振器能很好的解決汽車的安全性和舒適 性這兩方面的要求 例如德國(guó)大眾公司的 GTI 甲殼蟲 奔馳 戴姆勒 克萊斯勒汽車 有限公司生產(chǎn)的 C200 均采用了雙筒油壓式減振器 在保證安全性的前提下充分提升 了汽車的穩(wěn)定和操控性 由于汽車在不同的行駛工況下對(duì)減振器的特性有不同的要求 可調(diào)阻尼減振器是 筒式減振器技術(shù)發(fā)展的目標(biāo) 目前國(guó)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)有機(jī)械控制式的充氣式減振器 電子 4 控制式的充氣式減振器 在個(gè)別高檔車還試用電流變液減振器 但電流變液減振器的 工作溫度范圍窄 25 125 其強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性較差 影響其工作的可靠性 充氣 式減振器相比電流變液減振器 不需要特殊的高壓供電裝置 成本低 使用安全 穩(wěn) 定性強(qiáng) 9 目前最先進(jìn)的充氣式減振器的響應(yīng)時(shí)間約 10ms 需進(jìn)一步提高 充氣式 減振器有很好的運(yùn)用前景 是半主動(dòng)或主動(dòng)懸架較好的配置 但是尚需在縮短響應(yīng)時(shí) 間上改進(jìn) 德國(guó)奧迪推出的 2 7T 越野車 使用了雙充氣式減振器 奔馳 戴姆勒 克萊 斯勒汽車有限公司生產(chǎn)的 300C 和 Jeep4700 均采用了充氣式減振器 充氣式減振器是 一個(gè)較為新興的技術(shù) 可同時(shí)提高車輛的舒適程度 駕駛性能和安全性能 由于車輪 控制得到改善 車輛的安全性和可靠性得到提升 通過(guò)控制車身運(yùn)動(dòng) 提高駕駛平順 性 并使操作更精確 反應(yīng)更迅速 在剎車和加速過(guò)程中減少乘員 前沖 和 后仰 改善負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性 在車輛高速行駛中突然變向時(shí) 可提供更好的防側(cè)翻控制 由 于減小了路面反沖力 使駕駛更為安靜 精確 正是由于這些特點(diǎn) 充氣式減振器首 先在中高級(jí)轎車上得到了應(yīng)用 充氣式減振器的發(fā)展前景 國(guó)外對(duì)充氣式減振器的研究已經(jīng)發(fā)展到電子控制式減 振器 我國(guó)對(duì)減振器的研究主要集中在單筒充氣式減振器方面 而且發(fā)展比較緩慢 我們應(yīng)當(dāng)在前人對(duì)充氣式減振器研究的基礎(chǔ)上更加深入地對(duì)其進(jìn)行分析和研究 努力 縮短和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距 對(duì)充氣式減振器的研究能有效的提高我國(guó)汽車工業(yè)的制造水 平 降低汽車的制造成本 對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展大有益處 1 4 研究的主要內(nèi)容及方法 通過(guò) Autocad 軟件的輔助 設(shè)計(jì)一種用于老年人輪椅并且符合技術(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 5 第 2 章 減振器的類型和工作原理 2 1 減振器的類型 懸架中用的最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液力式減振器 輪椅和車輪振動(dòng)時(shí) 減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和粘性液體的摩擦形成了振動(dòng)阻尼 將振動(dòng)能 量轉(zhuǎn)化為熱能 并散發(fā)到周圍的空氣中去 達(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的 如果能量的消 耗僅僅只是在壓縮行程或者是在伸張行程進(jìn)行 則把這種減振器稱為單向作用減振器 反之稱為雙向作用減振器 后者因?yàn)闇p振作用比前者好而得到廣泛應(yīng)用 減振器大體上分為兩大類 即摩擦式減振器和液力減振器 摩擦式減振器利用兩 個(gè)緊壓在一起的盤片之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力提供阻尼 但是由于庫(kù)侖摩擦力隨相對(duì) 運(yùn)動(dòng)速度的提高而減小 并且很容易受到油 水等的影響 無(wú)法正常工作 無(wú)法滿 足平順性的要求 因此雖然具有質(zhì)量小 造價(jià)低 容易調(diào)整等優(yōu)點(diǎn) 但現(xiàn)在已經(jīng)很少 采用這類減振器 液力減振器最早出現(xiàn)于1901年 有兩種主要的結(jié)構(gòu)形式分別是搖臂式和筒式 懸 架中用的最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液力式減振器 所以我選擇筒式減振器 而 在筒式減振器中 常用的三種形式是 雙筒式 單筒充氣式和雙筒充氣式 我選擇雙 筒式液力減振器 2 2 減振器的工作原理 懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動(dòng) 為改善輪椅行駛平順性 懸架中與彈 性元件并聯(lián)安裝減振器用來(lái)衰減振動(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 當(dāng)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) 孔壁與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對(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 因面要調(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 6 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 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 3 雙筒式液壓減振器的工作原理及優(yōu)點(diǎn) 主要構(gòu)成有 密封氣室 浮動(dòng)活塞 工作活塞 封圈 壓力閥板 活塞 速度閥 板 活塞桿等 雙向作用筒式減振器工作原理說(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) 活塞下腔室的容積減少 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) 活塞上腔油壓升高 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 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)的常通縫隙的通道載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 減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力 達(dá)到迅速減振的要求 2 1 7 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 2 4 本章小結(jié) 主要介紹減振器種類 分類方法和具體的工作原理以及在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用 在 闡明雙筒式液壓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用 得出雙筒式液壓減震器功能上的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 為后 文的設(shè)計(jì)計(jì)算做好基礎(chǔ) 8 第 3 章 輪椅減振器示功特性分析 3 1 建立模型 3 1 1 輪椅減震器的動(dòng)力學(xué)模型 把道路不平假定為按正弦曲線的變化形式 并且只考慮垂直方向的運(yùn)動(dòng) 這樣就 可以簡(jiǎn)化模型 MJ試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)提供簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)際路況 MJ的動(dòng)力學(xué)模型可簡(jiǎn)化 為一個(gè)單自由度的二階受迫振動(dòng) 即 2 1 0sinmXckFt 其中m為質(zhì)量 單位kg c為阻尼系數(shù) k為彈性系數(shù) 圖 2 1 路況簡(jiǎn)化圖 3 1 2 輪椅減震器示功圖測(cè)試模型 由于示功圖測(cè)試主要是測(cè)試減震器液壓阻尼所吸收的能量 可對(duì) 2 1 式作 進(jìn)一步的簡(jiǎn)化 規(guī)定測(cè)試時(shí)不裝緩沖彈簧 即上式中的k 0 得 2 2 0sinmXcFt 上式中的m為隨減震器一起移動(dòng)的質(zhì)量 在示功圖測(cè)試中 由于傳感器固定在橫 梁上 滑塊和減震器外筒運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力未作用在測(cè)試的力傳感器上 傳感器測(cè) 得的僅僅是部分油液運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力 因此可忽略慣性力的影響 這時(shí)有 2 3 0sincXFt 即示功圖的測(cè)試模型簡(jiǎn)化成了純阻尼模型 由于復(fù)原行程與壓縮行程有不同的 阻尼系數(shù) 因此有 2 4 12sinfycXFtP 示功圖測(cè)試臺(tái)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)提供近似的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方 9 程為 2 5 222cossini 2xsXrttVrlat 式中 r為曲柄半徑 l為連桿長(zhǎng)度 為曲柄旋轉(zhuǎn)的角速度 3 2 輪椅減震器示功圖 3 2 1 簡(jiǎn)化測(cè)試模型的示功圖 由 2 4 式描述的線性阻尼模型的示功圖如圖2 2 所示 MJ中國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所列 出的示范圖形與此相同 示功圖曲線所包容的面積即為阻尼吸收的能量 減震器受簡(jiǎn) 諧激振時(shí) 示功圖是相對(duì)Y軸的對(duì)稱圖形 從示功圖中 不僅可以反映減震器壓縮阻 力 復(fù)原阻力的大小和Pf Py 的比值 更重要的是通過(guò)示功圖曲線的形狀 描繪出了 減震器的整體工作性能 曲線應(yīng)該飽滿 沒(méi)有畸變和突變 圖 2 2 線性阻尼模型的示功圖 3 2 2 實(shí)測(cè)示功圖分析 圖 2 3 幾種有問(wèn)題的示功圖 10 根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 具體復(fù)原阻力和壓縮阻力應(yīng)符合圖樣要求值 偏差為 25 后減震器 和 30 前減震器 速度特性圖反映了減震器的阻尼力與速度之間的 變化關(guān)系 線性阻尼與速度之間呈線性關(guān)系 以及實(shí)際阻尼系數(shù)的非線性 造成正反 向速度的阻力變化曲線不重合和非線性 實(shí)際MJ阻尼表現(xiàn)為非線性特性 其與減震 器的速度 加速度 以及溫度 油液粘度及油液在減震器內(nèi)的流動(dòng)特性有關(guān) 加之慣 性 摩擦力等因素的影響產(chǎn)生遲滯誤差 由于各相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間存在摩擦力 又由于 減震器的內(nèi)腔容積是變化的 油氣共存 滑柱與外筒的滑配以及油封的作用基本上對(duì) 內(nèi)腔的空氣起封閉作用 形成一定的空氣阻力 因此實(shí)際模型還應(yīng)包括空氣阻力和摩 擦力的影響 即 2 6 00sincXkfFt 式中 為空氣彈簧剛度 為摩擦力 視其為常量 實(shí)際上它是隨速度變化的 f 圖2 3 a 表示復(fù)原阻尼力過(guò)小 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是復(fù)原節(jié)流孔過(guò)大 阻 尼器內(nèi)泄漏嚴(yán)重 流通閥關(guān)閉不嚴(yán) 復(fù)原閥開(kāi)啟過(guò)早或關(guān)閉不嚴(yán) 試驗(yàn)速度偏低以及 油液偏稀所致 圖2 3 b 表示壓縮阻力過(guò)小 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是壓縮節(jié)流孔偏大 阻尼 器內(nèi)泄漏嚴(yán)重 補(bǔ)償閥關(guān)閉不嚴(yán) 壓縮閥開(kāi)啟過(guò)早或關(guān)閉不嚴(yán) 底閥脫落等原因所致 圖2 3 c 是無(wú)液壓阻尼 僅有機(jī)械摩擦 這類缺陷通常出現(xiàn)在前阻尼器上 其阻 力實(shí)際上是油封和內(nèi)外套筒間的摩擦而非液壓阻尼 摩擦阻力一般要小于技術(shù)要求值 但若達(dá)到與技術(shù)要求接近 則說(shuō)明該阻尼器摩擦阻力過(guò)大 不能適應(yīng)摩托車的需要 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是阻尼器內(nèi)油液過(guò)少 阻尼孔過(guò)大 油封過(guò)緊 或套筒配合 導(dǎo)向不良 圖2 3 d 復(fù)原行程有空程 這類示功圖表現(xiàn)為復(fù)原行程初期無(wú)阻力 運(yùn)行一定距 離后阻力才建立 出現(xiàn)這類現(xiàn)象的直接原因是受壓腔未被油液充滿 需待該腔中的空 氣被排除后 液壓阻力才能建立起來(lái) 這類缺陷可能因底閥座 補(bǔ)償閥 壓縮閥過(guò)大 的泄漏引起 如閥片翹曲 閥座不平 密封面間墊入細(xì)屑等 也可能因活塞上流通閥 片關(guān)閉不暢引起 11 圖2 3 e 是壓縮行程有空程 特點(diǎn)是壓縮行程初期無(wú)壓縮阻力 運(yùn)行一定距離后 壓縮阻力才能建立 產(chǎn)生這類缺陷的原因可能是壓縮初期補(bǔ)償閥關(guān)閉不嚴(yán) 也可能是 復(fù)原行程時(shí)補(bǔ)償閥開(kāi)啟不良所致 當(dāng)阻尼器內(nèi)油液不足時(shí)也常導(dǎo)致這種現(xiàn)象的產(chǎn)生 圖2 3 f 壓縮終端處的阻力陡增 對(duì)前阻尼器來(lái)說(shuō) 這是正?，F(xiàn)象 此時(shí)阻尼器 運(yùn)行于壓縮終端的液壓限位區(qū) 理應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)勁的液壓緩沖阻力 防止阻尼器剛性碰撞 但對(duì)后阻尼器來(lái)說(shuō) 這就是非正?，F(xiàn)象了 產(chǎn)生這類缺陷的原因是阻尼器內(nèi)油液過(guò)多 所致 特別當(dāng)阻尼器溫度升高 油液膨脹后 此類現(xiàn)象更常遇到 綜上所述 過(guò)大的摩擦力與加工精度和裝配質(zhì)量有很大關(guān)系 也是造成日后MJ 漏油的主要原因之一 因此希望在今后的MJ測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)修訂中增加摩擦力的測(cè)試 總之 示功圖是阻尼器質(zhì)量檢驗(yàn)的依據(jù) 又是阻尼器缺陷分析的第一手材料 因此 通過(guò)試驗(yàn)對(duì)減震器進(jìn)行示功測(cè)試的意義也就在此 12 第 4 章 雙筒式液壓減振器的設(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) 包括輪椅全重 懸置質(zhì)量 車輛縱向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 輪椅懸架剛度 輪椅振動(dòng)固有 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 減振器工作參數(shù) 包括減振器的工作長(zhǎng)度 限壓閥閥門彈簧的剛度 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) 最大卸荷力等參數(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 活塞面積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 活 塞上常通孔面積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)定減振器工作時(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 4 2 雙筒式減振器參數(shù)和尺寸的確定 4 2 1 液壓器工作缸直徑 D 的確定 根據(jù)伸張行程的最大卸荷力 計(jì)算工作缸直徑D為 0F 13 4 1 024 1 FDP 式中 p 為工作缸最大允許壓力 取3 4MPa 為連桿直徑與缸筒直徑之比 單筒式減震器取 取 根據(jù)式 3 1 計(jì)算得 0 3 50 3 224476 5 1 1 FDmP 由上式計(jì)算得出工作缸直徑的理論值 再依據(jù) QC T4911999 汽車筒式減震器 尺寸系列及技術(shù)條件 如表 4 1 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 表 4 1 筒式減振器工作缸直徑 mm 工作缸直徑 D 20 30 40 45 50 65 注 表中有括號(hào)者 不推薦使用 由于已經(jīng)知道了減震器的工作缸直徑D 30mm 根據(jù)表4 2確定減震器的復(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 表 4 2 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 4 2 2 雙筒式減震器活塞行程的確定 減震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180mm 14 表4 3 減震器設(shè)計(jì)尺寸 mm 基長(zhǎng)工作缸 L1 L3 L2 駐液筒最 大外徑 防塵罩最 大外徑 壓縮到 底長(zhǎng)度 最大拉 伸長(zhǎng)度 直徑 D HH 型 CG 型 HG GH 型 1 D2允差minL允差ax 20 90 70 80 34 40 30 120 86 103 48 56 40 65 75 45 160 120 140 70 80 50 190 120 155 80 90 65 210 130 170 90 102 3 負(fù)值不限 4 負(fù)值不限 正值不限 3 正值不限 4 注 1 基長(zhǎng) 為設(shè)計(jì)尺寸 其值為 2 S為行程 123 l minL 3 壓縮到底長(zhǎng)度 4 最大拉伸長(zhǎng)度 minLlS max2LlS 4 2 3 液壓缸壁厚 缸蓋 活塞桿和最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的計(jì)算 1 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 當(dāng)缸筒壁厚d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 2 2yPD 式中 實(shí)驗(yàn)壓力 一般取最大工作壓力的 1 25 1 5 倍 yP d 液壓缸壁厚 D 液壓缸內(nèi)徑 缸筒材料的許用應(yīng)力 其值為 鑄鐵 100 110MPa 計(jì)算得 15 61 530 752yPD 表 4 4 減振器活塞行程 活 塞 行 程 S工作缸 直徑 D 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 20 30 40 45 50 65 在中低壓液壓系統(tǒng)中 按上式計(jì)算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 當(dāng)缸筒壁后厚 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 2mm 內(nèi)徑 D 為 30mm 20 63 因?yàn)楸戎敌∮?0 1 故 4 3 2 pD 式中 p 液壓缸的最大工作壓力 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度極限 n 安全系數(shù) 一般取 n 5 活塞桿材料的許用應(yīng)力 bn 取設(shè)計(jì)中的工作壓力 3MPa 內(nèi)徑 D 已知為 30mm 查閱 GB699 88 取 376MPa b 16 75 2 5376 0 6 2 02 pD 設(shè)計(jì)的壁厚為 2mm 符合強(qiáng)度要求 2 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 在其軸向負(fù)載超過(guò)穩(wěn)定臨界力 時(shí) KF 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 4 KFn 式中 液壓缸最大推力 F 液壓缸的穩(wěn)定臨界力 K 穩(wěn)定性安全系數(shù) 一般取 2 4 nKn 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) 14208 dl 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10ld 36 9 1l 故需要對(duì)液壓缸進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算 4 5 280vlr 4 6 2 64 50IrA 得 112820 5r 表 4 5 穩(wěn)定校核相關(guān)系數(shù) 17 材 料 a b 1 2 鋼 Q235 3100 11 40 105 61 鋼 Q275 4600 36 17 100 60 硅 鋼 5890 38 17 100 60 鑄 鐵 7700 120 80 由下式計(jì)算 4 7 2 kEIFl 412 0 67 8 2 2 N91KFn 42018 KF 經(jīng)過(guò)校核 液壓缸穩(wěn)定性符合要求 3 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) 4 8 20 43 yPtD 有孔時(shí) 4 9 220 yt d 式中 t 缸蓋有效厚度 m D2 缸蓋止口內(nèi)徑 m d0 缸蓋孔的直徑 m 材料許用應(yīng)力 18 實(shí)驗(yàn)壓力 yP 因?yàn)榛钊麠U的直徑為20mm 所以 而儲(chǔ)液筒的最大外徑48mm 除去mdo20 筒壁厚度3m mD42 經(jīng)計(jì)算得 61 53 40 3 0 617202t 4 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)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 5 對(duì)桿強(qiáng)度進(jìn)行校核 活塞桿的強(qiáng)度校合 前面已經(jīng)得知活塞的復(fù)原阻力和壓縮阻力分別是 1800N 和 700N 在確定活塞桿直徑后 還需要滿足液壓缸的穩(wěn)定性及其強(qiáng)度要求 液壓缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算 按照材料力學(xué)的理論 其穩(wěn)定條件為 4 10 80KFDmn 式中 液壓缸最大推力 F 液壓缸的穩(wěn)定臨界力 K 穩(wěn)定性安全系數(shù) 一般取 2 4nKn 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) 260 1 5ld 當(dāng) 的比值大于 10 時(shí)要進(jìn)行穩(wěn)定性校核 依據(jù)長(zhǎng)度折算系數(shù)知 ld 4 11 7 vlrr 19 4 12 2 0 16 4 5IrA 10 72 7280r 由歐拉公式計(jì)算 2142 92 6 01 07 kEIF Nl Kn 418 KKFnF 符合要求 4 13 6221409 510 3 6 d 空心活塞桿內(nèi)徑 對(duì)實(shí)心桿 1d 活塞桿材料的許用應(yīng)力 為材料的屈服強(qiáng)度 安全系數(shù) n 1 4 2 系 sn s 數(shù)越高 安全性越好 取 n 為 2 6610 81 故 符合要求 s 6 對(duì)壓桿穩(wěn)定性進(jìn)行校核 當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)徑比 且活塞桿承受壓力時(shí) 需要對(duì)壓桿穩(wěn)定性進(jìn)行校核 10ld 0 16 44dim 1725 li 6109 2pPE 0463 2 58sab 20 由上式可知 01p 桿屬于中長(zhǎng)壓桿 只有細(xì)長(zhǎng)桿才能應(yīng)用歐拉公式來(lái)計(jì)算臨界力 因此采用直線公 式計(jì)算臨界力 4 14 1462 58 3crabMP 在工程中為了簡(jiǎn)便計(jì)算 對(duì)壓桿的穩(wěn)定計(jì)算常采用折減系數(shù)法 引入 則用穩(wěn)定安全系數(shù)表示的穩(wěn)定條件 可以表示為 crcrwn 4 15 crcrwn 式中 工作應(yīng)力 穩(wěn)定許用應(yīng)力 cr 在工程中常將穩(wěn)定需用應(yīng)力表示為強(qiáng)度許用應(yīng)力與一個(gè)小于 1 的系數(shù) 的乘積來(lái) 表示 即 4 16 cr 式中 折減系數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知 根據(jù)表可以知道桿的折減系數(shù)為 981MPa 0 61 表 4 6 壓桿的折減系數(shù) 值 柔度 Q235 鋼 16 錳鋼 鑄鐵 木材 0 1 000 1 000 1 00 1 00 10 0 995 0 993 0 97 0 99 20 0 981 0 973 0 91 0 97 30 0 958 0 940 0 81 0 93 40 0 927 0 895 0 69 0 87 得出 21 4 17 0 69815craMP 壓桿的穩(wěn)定條件為 cr 由式 4 13 和式 4 17 知壓桿符合穩(wěn)定條件 7 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 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)滿足式 4 18 的要求 4 18 2035LDHm 式中 L 液壓缸的最大行程 D 缸筒內(nèi)徑 4 2 4 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 缸體與缸蓋的連接形式 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 2 活塞桿與活塞的連接形式 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 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 4 活塞及活塞桿處密封圈的選用 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 22 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 5 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 6 活塞環(huán) 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 活塞環(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 活塞環(huán)裝入工作缸要求進(jìn)行透光檢驗(yàn) 其貼合面不小于 85 7 液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求 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 4 2 5 活塞及閥系的尺寸計(jì)算 1 活塞尺寸的計(jì)算 活塞的寬度 B 由公式 得 取 B 19mm 導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度 A 0 6 1 D 在 D80mm 時(shí) 取 所以取 A 0 6 1 Ad A 1 0D A 30mm 符合要求 活塞的內(nèi)徑取 6mm m25 2 閥系的計(jì)算 在液壓系統(tǒng)中 用于控制系統(tǒng)中液流的壓力 流量和液流方向的元件稱為液壓控 制閥 在減振器工作的時(shí)候 閥的作用是只允許液流沿一個(gè)方向通過(guò) 而反向液流被 23 截止 故活塞上的閥系均為單向閥 對(duì)單向閥的主要性能要求是液流正向通過(guò)時(shí)壓力 損失要小 反向截止時(shí)密封性要好 動(dòng)作靈敏 工作時(shí)無(wú)沖擊噪聲小 考慮到減振器 的內(nèi)部尺寸較小 工作壓力較低 同時(shí)活塞的尺寸本身較小 如采用鋼球式或錐閥式 單向閥就會(huì)使閥心的尺寸過(guò)小 從而不能保證其強(qiáng)度 故設(shè)計(jì)時(shí)采用直通式單向閥 單向閥所用的彈簧 主要用來(lái)克服摩擦力 閥板的重力和慣性力 使閥板在反向流動(dòng) 時(shí)能迅速關(guān)閉 單向閥開(kāi)啟壓力一般為0 03 0 05MPa 1 閥孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 當(dāng)進(jìn) 出油口前后壓力差較大 閥口流速過(guò)高時(shí) 出油口流場(chǎng)中的局部壓力可能低于 油液中所溶空氣的分離壓 使溶解于油液中的空氣分離出來(lái)或者局部的壓力低于油液 的飽和蒸汽壓 使油液汽化 兩種情況都會(huì)使油液中產(chǎn)生氣泡 使油液的質(zhì)量變差 同時(shí)這些氣泡隨液流到壓力較高處會(huì)瞬時(shí)壓破 產(chǎn)生噪聲 這種噪聲稱為氣穴噪聲 為了改善這一狀況 在過(guò)程上主要是對(duì)閥孔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn) 將液壓油的壓力分級(jí)降 低 逐步衰減 故在設(shè)計(jì)的時(shí)候 進(jìn) 出油口的尺寸比閥孔的內(nèi)徑稍大 油孔直徑與 內(nèi)徑相差一定的數(shù)量形成階梯狀以降低每一級(jí)的工作壓差 2 閥孔的尺寸計(jì)算 汽車行駛平順性的優(yōu)劣直接關(guān)系到乘員的舒適性 并涉及汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮 影響到零部件的使用壽命 所以它是同類車在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)取優(yōu)勢(shì)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo) 而減震器作為汽車懸架的阻尼元件之一 其作用是確保車輛具有良好的行駛平順性和 安全性 因此汽車阻尼器的質(zhì)量將直接影響汽車的使用性能 根據(jù) 減震器復(fù)原閥和 補(bǔ)償閥以及 減震器內(nèi)特性的常通孔或閥結(jié)構(gòu)所滿足的制約關(guān)系 利用加權(quán)因子將由 兩個(gè)制約關(guān)系建立的目標(biāo)函數(shù)組合成統(tǒng)一的目標(biāo)函數(shù) 選擇活塞桿直徑 復(fù)原閥片厚 度 壓縮閥片厚度 常通孔截面寬度 常通孔截面厚度作為優(yōu)化參數(shù)來(lái)保證減震器在 復(fù)原行程和壓縮行程上不發(fā)生空程性畸變 首先計(jì)算壓力閥孔的尺寸壓力閥孔取6個(gè) 均布 進(jìn)出油口直徑D 應(yīng)滿足下式 4 19 4 sqDv 式中 閥的公稱流量 sq 進(jìn) 出油口的許用流速 一般取 6m s sv sv 活塞的速度一般為0 15 0 3m s 取0 3m s 24 230 14 sqRvms 2 0 34 1 66sqDvm 由于在活塞上孔是均布的8個(gè)小孔 每個(gè)孔的直徑為d 小孔的總面積應(yīng)等于進(jìn) 出油孔的面積 22 8 Ddd 由于 故6Dm 62 18m 將d圓整為2 孔的長(zhǎng)度一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 3 23 來(lái)確定 4 20 4 10 ld 取 108ldm 單向閥孔的尺寸比壓力閥略大 計(jì)算方法類似 得出單向閥孔徑為3mm 孔長(zhǎng)為 閥片在減振器中起截流的作用 保證活塞或底閥兩端面的油腔建立高壓及疏通油 液 產(chǎn)生節(jié)流壓差 形成阻尼力 由于閥片與閥在長(zhǎng)期高頻振動(dòng)和彎曲變形中要保持 密封可靠 不允許出現(xiàn)殘余變形 要求閥片平面度為0 02 兩端面平行度 0 01 0 02 維氏硬度HV486 HV600及較高的彈性極限 閥片材料一般采用 65Mn 60Si2Mn 5CrMnMo等鋼帶材料 用精密沖壓而成 再進(jìn)行模壓熱定形工藝 一般加熱到380 10 保溫1小時(shí)定形 溫度過(guò)高 時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致硬度下降 單向閥板尺寸根據(jù)要求和配合尺寸選用外徑為 28mm 內(nèi)徑為 6mm 厚度為 1 2mm 壓縮閥板的尺寸定為外徑為 17 5mm 內(nèi)徑為 13mm 厚度為 1mm 壓力閥 板上預(yù)留壓力閥彈簧座 壓縮閥板與壓縮閥板導(dǎo)向套緊密結(jié)合 25 單向閥彈簧在選用的時(shí)候根據(jù)彈簧特性 考慮到減振器在壓縮的行程中閥板的受 力圖為一曲線 故選用圓錐螺旋壓縮彈簧 參考 GB4357 89 選用最小內(nèi)徑為 12 最 大外徑為 21 鋼絲直徑為 0 8 采用材料為碳素鋼 壓力閥彈簧 GB4357 89 采用圓柱 螺旋壓縮彈簧 下式為彈簧的旋繞比為 4 21 2DCd C 是彈簧的一個(gè)重要參數(shù) 它直接影響到彈簧的強(qiáng)度 材料的利用率及彈簧加工 時(shí)的難易 一般取 C 4 16 根據(jù)表 3 6 可以確定直徑應(yīng)小于 2 取直徑為 1 6 C 的取用范圍是 5 10 取 C 10 中徑 D2 16 外徑 16 7 內(nèi)徑 21 64Dd 節(jié)距 20 8 5035 6t p 工作圈數(shù) 取n 總?cè)?shù) 1 4 自由度 H P 0 5 d 6 0 5 239 間距 p d 6 螺旋升角 o26 33 14parctgD 鋼絲展開(kāi)長(zhǎng)度 104 csnL 表 4 7 旋繞比 C 的選用范圍 d 0 2 0 4 0 45 1 1 1 2 2 5 6 7 16 18 42 C 7 14 5 12 5 10 4 9 4 8 4 6 4 2 6 密封元件和工作油液的確定 1 密封元件 自然界泥水隨著氣候 車輛行駛狀態(tài)和地理環(huán)境特點(diǎn)的變化 不斷與減振器密封 部發(fā)生接觸 接觸結(jié)果一方面侵蝕和磨損減振器密封部外露面 另一方面 在一定條 件下會(huì)穿越密封部而進(jìn)入減振器內(nèi) 惡化減振器性能 降低減振器壽命 當(dāng)油封唇口 半徑小于0 2mm時(shí) 由于油封失去潤(rùn)滑油膜 活塞桿和油封之間摩擦加劇 過(guò)大的摩 擦力會(huì)導(dǎo)致油封迅速失去抵抗泥水的功能 因此 0 2mm為油封唇口半徑最佳值 自 然界泥水進(jìn)入減振器內(nèi)部后 對(duì)減振器產(chǎn)生復(fù)雜 多方面的影響 26 1 與工作液混合 改變油液粘度系數(shù) 影響正常阻尼發(fā)揮 2 影響工作液粘溫特性 改變減振器額定設(shè)計(jì)阻尼 3 惡化其泡沫特性 影響正常阻尼輸出并引發(fā)高頻異響 4 在截流部形成無(wú)規(guī)律堵塞 導(dǎo)致硬阻澀 惡化整車乘座感 5 其微粒使減振器內(nèi)摩擦部位加速磨損 引發(fā)內(nèi)部泄漏 降低輸出阻尼 導(dǎo) 致疲軟感 表4 8 密封尺寸 項(xiàng)目 尺 寸 mm d1 8 10 12 18 20 22 25 26 d2max 6 6 8 4 10 2 15 8 17 7 19 6 22 5 23 4 自然界泥水進(jìn)入減振器內(nèi)部 導(dǎo)致工作液性能惡化和內(nèi)部零件過(guò)度磨損 隨工作 時(shí)間推移 減振器內(nèi)各零 部件工作關(guān)系迅速惡化 這種惡性循環(huán)將急劇降低減振器 的耐久性能 油封裝配過(guò)程中 為避免劃傷油封唇口 裝配不到位 在油封裝配孔或 軸的設(shè)計(jì)上需要特別注意 車輛減振器冷成型封口工藝對(duì)成品密封性 強(qiáng)度和外觀質(zhì) 量都有著嚴(yán)格的要求 如封口工藝不合理 會(huì)使零件出現(xiàn)表面脫落 裂紋及表面材料 堆積 起皺 在高速高壓工作狀態(tài)下油封 導(dǎo)向組件將軸向竄動(dòng) 引發(fā)彈性緩沖件早 期損壞 更嚴(yán)重的是 過(guò)大減薄外筒管材壁厚 將降低減振器的抗拉強(qiáng)度 與電弧焊 熱成型封口工藝比較 冷成型封口成本低廉 操作簡(jiǎn)單 并可有效避免橡膠密封件過(guò) 熱失效 行星強(qiáng)力旋壓工藝可從根本上解決密封 強(qiáng)度和外觀質(zhì)量等問(wèn)題 達(dá)到預(yù)期 目的 需要特別說(shuō)明的是 減振器油封分總成是減振器的關(guān)鍵部件之一 油封分總成的 材料和工藝路線隨著技術(shù)的新發(fā)展和企業(yè)的實(shí)際情況而多種多樣 圖4 1和表4 8說(shuō)明 的僅僅是比較典型的情況 27 圖4 2 密封結(jié)構(gòu) 2 油液的選取 由于大多數(shù)減震器是通過(guò)油的流動(dòng)阻尼力來(lái)吸收沖擊和震動(dòng)能量 并轉(zhuǎn)化為油的 熱量散發(fā)掉 所以 阻尼力與油的粘度有著密切的關(guān)聯(lián) 而油的粘度是隨溫度變化的 摩托車使用時(shí)間的長(zhǎng)短 使用時(shí)的環(huán)境溫度等都是不同的 因此 為適應(yīng)摩托車運(yùn)行 地域的各種氣候條件 對(duì)減震器油提出了以下技術(shù)要求 1 減震器油不但要具有良好的粘溫性能以及較高的粘黏度指數(shù) 還應(yīng)有低的 凝固點(diǎn) 當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化或隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng) 減震器油本身溫度變化時(shí) 其 油的粘度變化應(yīng)很小 2 在我國(guó)境內(nèi)使用的減震器油 其凝點(diǎn)不得低于 40 也就是說(shuō) 當(dāng)進(jìn)入嚴(yán) 寒冬季氣溫下降至0 40 時(shí) 其油液應(yīng)不失去流動(dòng)性 3 減震器油在所有的使用范圍內(nèi) 包括高速 滿負(fù)荷以及超載行駛等特殊情 況 要盡可能少的汽化損失 即所謂的汽化小性能 4 當(dāng)減震器油與空氣接觸時(shí) 必須具有抗氧化穩(wěn)定性和抗油氣混合穩(wěn)定性 即所謂的良好的工作穩(wěn)定性能 5 由于含有雜質(zhì)的減震器油液會(huì)在摩托車行駛過(guò)程中 很快將活塞桿劃傷或 造成油封刃口殘缺 從而導(dǎo)致漏油 所以 減震器油液一定要保持絕對(duì)的清潔 6 減震器油必須具有良好的防銹和抗磨作用 根據(jù)GB7631 2 87 選用型號(hào)為L(zhǎng) HFC的液壓油 該產(chǎn)品通常為含乙二醇或其 他聚合物的水溶液 低溫性 粘溫性和對(duì)橡膠的適用性好 他的耐燃性好 通常用于 低壓和中壓系統(tǒng)中 對(duì)溫度適應(yīng)性好 使用溫度為 20 50 oC 適用于中國(guó)的大部分地 區(qū)的氣溫 4 3 本章小結(jié) 敘述了在減振器的設(shè)計(jì)中需要的各種設(shè)計(jì)參數(shù) 介紹了減振器各類參數(shù)的選用方 28 法和在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要的各種公式以及對(duì)重要參數(shù)的確定 重點(diǎn)敘述了缸體 活塞 活塞桿以及閥系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算 第 5 章 雙筒液壓減振器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 5 1 雙筒液壓減振器連接件的優(yōu)化 在本節(jié)中列出了四種減振器連接件的基本型式 選擇一種適合本設(shè)計(jì)的類型作 為本文設(shè)計(jì)的減振器的連接件 并對(duì)其結(jié)構(gòu)做一定的優(yōu)化 圖 5 1 H1 H4 錐吊環(huán) 型 29 圖 5 2 H2 直吊環(huán) 型 在圖5 1中所描繪的是一種錐型吊環(huán)的減振器吊環(huán) 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單應(yīng)用廣泛 但是 由于技術(shù)過(guò)于陳舊 現(xiàn)代減振器上采用的已經(jīng)很少了 圖 5 2 中的是直吊環(huán)型的減振器吊環(huán) 在實(shí)際應(yīng)用中用的比較廣泛 并且結(jié)構(gòu)相 對(duì)簡(jiǎn)單 我認(rèn)為直吊環(huán)型的減振器吊環(huán)比較適合本文設(shè)計(jì)的減振器 所以我選擇了直 吊環(huán)型的減振器吊環(huán)作為本文設(shè)計(jì)的減振器的連接件 表5 1 連接件尺寸A1 尺 寸 mm 工作缸直徑 D 12Dh 1h 20 12 19 28 0 18 24 30 19 30 44 5 28 33 40 26 40 57 0 38 50 1H 及 4 型 50 32 50 70 0 46 60 20 10 21 28 0 18 24 30 16 35 44 5 28 38 40 22 47 57 0 38 50 50 28 57 70 0 46 60 2H 型 65 30 64 80 0 50 60 30 圖 5 3 H3 X 型銷吊環(huán) 型 圖 5 4 G 雙頭螺栓 型 圖 5 3 中的是 X 型銷吊環(huán) 這種減振器吊環(huán)工作可靠 但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 裝卸不 是很方便 圖 5 4 中的是雙頭螺栓型連接件 這種減振器連接件也具有工作可靠 使用方便 等特點(diǎn) 但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 而且不適合本文設(shè)計(jì)的減振器 表5 2 連接件尺寸A2 尺 寸 mm 工作缸 直徑 D 12LH 12L a b c t 1 20 13 8 21 28 18 53 46 6 63 9 6 4 20 4 6 2 3 3H 型 30 18 0 28 34 24 65 56 5 77 11 6 4 26 6 4 3 2 d 12L 123LB C t 20 M8 1 6h 14 14 27 5 4 40 4 4 6 0 2 3 30 M10 1 25 6h 16 16 34 5 5 50 5 5 7 5 5 2 G 型 40 M14 1 5 25 58 0 7 75 8 8 11 0 6 0 31 45 6h 50 M18 1 5 6h 30 68 0 8 91 10 15 0 9 0 注 1 H型吊環(huán)形狀可以在性能與壽命允許的范圍內(nèi)改變 2 G型的L為用標(biāo)準(zhǔn)緊固扭矩 M8 1為10N m M10 1 25為15N m M14 1 5為50N m M18 1 5為 165 200N m 擰緊螺母后的尺寸 3 螺紋精度按 CB2516 1981 普通螺紋 偏差表 的規(guī)定 根據(jù)查表 5 1 和表 5 2 得出下列數(shù)據(jù) 因?yàn)楣ぷ鞲字睆綖?30mm 所以直吊環(huán)的 D 取 16mm 取 35mm 取 44 5mm h 取 28mm 取 38mm 12D1h 直吊環(huán)在根據(jù)表中數(shù)據(jù)裝在減振器上后發(fā)現(xiàn) 實(shí)際尺寸較大 所以重量也較大 對(duì)減振器的工作有負(fù)面影響 通過(guò)減小沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)值的 D 和 之間的厚度 來(lái)減小質(zhì)1 量 從而使設(shè)計(jì)在重量和成本上得到一定的優(yōu)化 5 2 雙筒液壓振器焊接方法的優(yōu)化 針對(duì)汽車減震器連桿凸焊質(zhì)量不穩(wěn)定的工程實(shí)際問(wèn)題 將優(yōu)化理論應(yīng)用于凸焊工 藝規(guī)范參數(shù)的確定 建立回歸方程和多變量函數(shù)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 用內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法求 解 科學(xué)地獲得了汽車減震器凸焊優(yōu)化工藝 焊接生產(chǎn)實(shí)踐表明 30 型汽車減震器 連桿凸焊優(yōu)化工藝為 預(yù)壓壓力 0 15MPa 焊接壓力 0 25MPa 變壓器級(jí)數(shù) 5 級(jí) 焊 接時(shí)間 2s 將最優(yōu)化理論與技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模凸焊生產(chǎn) 可迅速 準(zhǔn)確地找到凸焊 優(yōu)化工藝 其廢品率低 1 試驗(yàn)工作量小 置信度大 經(jīng)濟(jì) 省時(shí) 省力 通常制定焊接工藝 一般都采用傳統(tǒng)的對(duì)比分析法 這種方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力 不 經(jīng)濟(jì) 而且不知其工藝滿足質(zhì)量要求的可信度有多大 所焊的接頭質(zhì)量是否為最優(yōu)結(jié) 果 其科學(xué)依據(jù)不足 近年來(lái) 應(yīng)用最優(yōu)化理論研究焊接規(guī)范的最優(yōu)化問(wèn)題 已在堆焊 CO2 焊 真 空擴(kuò)散焊和焊后熱處理規(guī)范等方面取得了良好效果 但在凸焊方面的應(yīng)用至今很少 在輪椅減震器連桿的凸焊生產(chǎn)中 應(yīng)用最優(yōu)化理論與技術(shù)可迅速 準(zhǔn)確地找到最 佳凸焊工藝 既經(jīng)濟(jì)又省時(shí)省力 采用 P1 0 15MPa P2 0 25MPa N 5 級(jí) t9 2s 的凸焊優(yōu)化工藝 進(jìn)行雙筒液 壓減震器連桿焊接生產(chǎn) 其廢品率始終小于 1 焊接通電時(shí)間減少 焊點(diǎn)直徑和發(fā)藍(lán)區(qū)將減小 軸向拉力也隨之減小 在保證軸 向拉力滿足工藝要求的前提下 減少焊接通電時(shí)間 可節(jié)省大量能源 32 5 3 本章小結(jié) 本章節(jié)對(duì)四種減振器連接件的結(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)單的比較 進(jìn)而對(duì)直吊環(huán)型的連接件做 了質(zhì)量上的優(yōu)化設(shè)計(jì) 并且設(shè)計(jì)了凸焊 使連桿的焊接工藝也得到了優(yōu)化使減振器從 整體上得到了優(yōu)化 結(jié) 論 本文設(shè)計(jì)一種能應(yīng)用于大部分輪椅的雙筒液壓式減振器 雙筒液壓式減振器的設(shè) 計(jì)主要分為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸設(shè)計(jì)兩大部分 同時(shí)對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核和穩(wěn)定性 驗(yàn)算 對(duì)減振器的特性 設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)原則的了解是非常重要的步驟 尺寸計(jì)算的 過(guò)程主要包括相對(duì)阻尼系數(shù)以及最大卸荷力的確定 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)果符合國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)本文對(duì)減振器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 得出如下結(jié)論 1 本文設(shè)計(jì)了雙筒液壓式減振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和減振器工作參數(shù) 這其中主要 包括工作缸直徑 活塞行程 活塞及閥系尺寸 活塞桿結(jié)構(gòu) 阻尼系數(shù) 最大卸荷力 33 等 2 對(duì)雙筒液壓減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與尺寸設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性等方面的校核 校核的結(jié)果均符合設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要求 3 對(duì)雙筒液壓減振器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多方面的優(yōu)化設(shè)計(jì) 其中主要包括降低直 吊環(huán)型連接件的重量和連桿的凸焊焊接工藝優(yōu)化 從而在整體上使減振器的設(shè)計(jì)更加 優(yōu)化 但是由于時(shí)間和個(gè)人能力有限 與課題有關(guān)的研究工作還存在許多需要改進(jìn)和完 善之處 最終設(shè)計(jì)的雙筒液壓式減振器理論上具有良好的安全性和穩(wěn)定性 能提高輪椅行 駛時(shí)的平順性 能應(yīng)用于大部分輪椅上 致 謝 經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作 本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲 作為一個(gè)本科生的畢 業(yè)論文 由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏 難免有許多考慮不周全的地方 如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo) 以及一起工作的同學(xué)們的支持 想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的 在論文寫作過(guò)程中 得到了導(dǎo)師的親切關(guān)懷和耐心的指導(dǎo) 他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神 精益求精的工作作風(fēng) 深深地感染和激勵(lì)著我 從課題的選擇到項(xiàng) 目的最終完成 導(dǎo)師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持 多少個(gè)日日夜夜 他不 僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo) 同時(shí)還在思想 生活上給我以無(wú)微不至的