【正文】 減振器的基本組成，以及減振器的工作原理，弄明白其工作時(shí)的受力情況； 2）掌握減振器活塞桿的功用，分析活塞桿的受力情況，了解減振器活塞桿的基本實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)原理，以及相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 3）通過(guò)計(jì)算分析，逐步實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能：振幅177。 5mm，激勵(lì)次數(shù) 40萬(wàn)次以及177。 180 kgf，并且設(shè)計(jì)專(zhuān)用卡具以滿(mǎn)足各種型號(hào)減振器活塞桿的需要； 4）設(shè)計(jì)方案合理、結(jié)構(gòu)正確，試 件裝夾方便，并具有一定的通用性；所完成的資料規(guī)范基本符合國(guó)家、行業(yè)和學(xué)校有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定，并基本能用于生產(chǎn)實(shí)際。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2章 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能設(shè)計(jì) 減振器活塞桿受力簡(jiǎn)介 減振器是懸架中最重要的機(jī)械部件。它要傳遞路面對(duì)車(chē)輛的各種作用力，包括牽引力、制動(dòng)力、及這些反力所產(chǎn)生的力矩，承受交變應(yīng)力。減振器將交變應(yīng)力作用到減振器活塞桿上。減振器活塞桿的橫向疲勞強(qiáng)度成為其使用壽命及減振性能的一大影響因素。因此世界各減振器廠(chǎng)商都對(duì)減振器活塞桿橫向疲勞強(qiáng)度提出了基本要求。 減振器活塞 桿橫向疲勞實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作條件 1) 激勵(lì)頻率： ； 2) 加載波形：正弦波形； 3) 激勵(lì)次數(shù)： 40 萬(wàn)次； 4) 加載載荷： 177。 1800N。 減振器活塞桿橫向疲勞實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案及工作原理 減振器活塞桿橫向疲勞實(shí)驗(yàn)臺(tái)由實(shí)驗(yàn)臺(tái) 夾具 活塞桿 傳力機(jī)構(gòu) 液壓缸活塞桿 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 電機(jī) 7 等部件組成。通過(guò)液壓工作站和換向閥的組合工作實(shí)現(xiàn)液壓缸的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，液壓缸通過(guò)傳力機(jī)構(gòu)把載荷作用給試件，通過(guò)改變液壓油的流量實(shí)現(xiàn)加載載荷的調(diào)節(jié)。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作過(guò)程如圖 1 所示： 將活塞桿 3一端用夾具 2與實(shí)驗(yàn)臺(tái) 1 剛性的連接在一起，隨著液壓缸 做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)液壓缸由中點(diǎn)上行時(shí)，傳力機(jī)構(gòu) 4 向上產(chǎn)生推力傳遞給活塞桿 3，使其向上彎曲。當(dāng)液壓缸由中點(diǎn)下行時(shí)，拉動(dòng)傳力機(jī)構(gòu) 4 下行，使活塞桿 3向下彎曲。電機(jī) 7 的輸出轉(zhuǎn)速使液壓泵泵油，在通過(guò)換向閥的固定時(shí)間換向使液壓缸的位移是關(guān)于液壓油流量的時(shí)間函數(shù) ）（ t??S ，是一條近似的正弦曲線(xiàn)。即可實(shí)現(xiàn)正弦激勵(lì)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 不同型號(hào)的活塞桿在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同的撓度，為消除其對(duì)實(shí)驗(yàn)載荷的影響，通過(guò)改變液壓油流量來(lái)調(diào)定實(shí)驗(yàn)載荷的大小。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3章 活 塞桿振動(dòng)模型的建立與計(jì)算 梁的自由振動(dòng)偏微分方程 活塞桿的振動(dòng)模型是懸臂梁。以 ），（ txy? 表示梁的橫向位移，以 ? A表示梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的質(zhì)量， EI為截面抗彎剛度，設(shè)梁上作用有單位長(zhǎng)度的分布力 ），（ txF 。 在梁的任意截面 x 處取一微段 dx ，質(zhì)量 ? dxA ，在 y 方向的運(yùn)動(dòng)方程為FA ?????? xt y22 ?? （ 31） x??? MQ 將其代入（ 31）式得 FMA ?????? 2222 xt y? （ 32） 利用材料力學(xué)中的彎矩與撓度的關(guān)系式 22xy???EIM 則（ 32）式變?yōu)? ），（）（ txx yxt y 222222 FEIA ????????? （ 33） 此即梁橫向振動(dòng)的偏微分方程。 對(duì)于勻質(zhì)等截面 梁，當(dāng) 0tx ?），（F 時(shí)，（ 33）式變?yōu)? 0t yx y 2244 ?????? AEI ? 令A(yù)EI?? ?2,則上式變?yōu)? 0t yx y 22442 ??????? (34) 這是梁的自由振動(dòng)偏微分方程。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 梁做橫向振動(dòng)時(shí)的振型函數(shù) 振型與時(shí)間無(wú)關(guān)，故可設(shè)式（ 34）的解為 ）（）（），（ txtxy TY ?? （ 35） 將其代入齊次方程（ 34）得 TY 1dt yd1dx yd 22442 ???? （ 36） 上式左端是 x 的函數(shù)，右端是 t 的函數(shù)，要使上式對(duì)任意 x與 t都成立，須等式兩端都等于同一個(gè)常數(shù)。令此常數(shù)為 2p ，則從（ 36）得兩個(gè)常微分方程0dtd 222 ?? TPT （ 37） 0dxyd 444 ?? Y? （ 38） 式中 EIA??? 2224 pp ?? 式（ 37）的通解為 ）（）（ ??? pts int 1CT （ 39） 其中 ? 和 1C 為積分常數(shù)。 式（ 38）的通解為 xoscxinsxc o sxs i nx ???? ?????? DCBAY ）（ （ 310） 上式即梁做橫向振動(dòng)時(shí)的振型函數(shù) 將（ 39）式和（ 310）式代入（ 35）式得（ 34）式的通解 xs intxy ?A??（），（ + ）（） ???? ???????? pts inxoscxinsxc os DCB 六個(gè)待定常數(shù) 1ACA?? , 1BCB?? , 1CCC?? , 1DCD?? ,? ,p 由一個(gè)邊界條件和兩個(gè)初始條件來(lái)決定。 邊界條件 邊界條件大體可分為兩類(lèi)：撓度和轉(zhuǎn)角的限制條件，稱(chēng)為幾何邊界條件；彎 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 矩和剪力的限制條件，稱(chēng)為力邊界條件。 固定端（位移為 0，轉(zhuǎn)角為 0） x=0 時(shí)， 00 ?）（Y 、 00 ?? ）（Y ； 自由端（彎矩為 0，剪力為 0） x=l 時(shí)， 0l ??? ）（Y ， 0l ???? ）（Y 。 梁懸臂橫彎時(shí)的固有頻率和振型 結(jié)合邊界條件，由振型函數(shù) ）（ xY 確定梁的固有頻率和振型時(shí)，用到 ）（ xY 的各階導(dǎo)數(shù)，即 ]xshxchxs i nxc o s[x ????? DCBAY ????? ）（ ]xchxshxc o sxs i n[( x ) 2 ????? DCBAY ??????? （ 311） x]D s hxC c hxB s i nxc o s[( x ) 3 ????? ???????? AY 將懸臂梁的邊界條件代入（ 310）和（ 311）得 BD ?? AC ?? QBA ????? ）（）（ lchlc o slshls in ???? （ 312） 0l)shl( s inl) Achl( c os ????? B???? B 具有非零解的條件是 上式展開(kāi)并整理 0lchlc oslshls in lchlc osshls in ????? ?? ）（）（ ???? ???? 上式展開(kāi)并整理得頻率方程 lch1lcos ?? －? 以 l? 為橫坐標(biāo) ,作出 llcos ??? 和 llch1 ?? ?－的曲線(xiàn)如圖 31，兩曲線(xiàn)的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)就是頻率方程的根，如表 31所示． 當(dāng) 4i? 時(shí)， ?? 2 12i li －? 因 EIA?? 24 p? 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 故固有頻率AEI??22i llp ）（?， i=1,2……。 圖 31求梁彎曲振動(dòng)的固有頻率的作圖法 表 31 前六階 li? 的值 l1? l2? l3? l4? l5? l6? 因 EIA?? 24 p? 故固有頻率AEI?? 22ii l lp ）（?,i=1， 2……。 將（ 35）、（ 36）式代入式（ 310）可得各階振型方程 x ) ]s i nx( s hlc o slch ls i nlshxc o sxch[x iiii iiiiii ???? ???? ?????? AY ）（ 以一階主振型為例，繪出主振型。 ?? 時(shí)， 7 34 oslch ls inlshiiii ????? ?? ?? ）（）（）（）（）（ i o [x 11 ???? AY 1A 取不為 0 的值時(shí)，不影響振 型，取 1A =1 繪出一階主振型。用同樣方法可繪出其它各階主振型。 下面計(jì)算固有頻率： 已知碳鋼彈性模量 E=196～ 216GPa， 40Cr 號(hào)鋼一般取 E=206GPa；密度3cm/?? ,直徑為 d的圓形桿，其靜矩為 I= 64d4? 。 不同懸臂長(zhǎng)度、不用直徑的桿一階固有頻率見(jiàn)表 32。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 表 32 不同懸臂長(zhǎng)度、不同直徑的桿一階固有頻率 懸臂長(zhǎng)度 L（ mm） 直徑 d（ mm） 固有圓頻率 pl（ s1） 固有頻率 fl（ Hz） 150 160 16 170 18 200 20 255 22 255 25 所以， 1800N、 的激振力遠(yuǎn)小于一階固有頻率，可按靜態(tài)力做近似計(jì)算。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 4章 液壓缸的設(shè)計(jì) 基本參數(shù)的確定 已知液壓缸振幅 ? 5mm，頻率 ， 因此液壓 缸活塞運(yùn)行速度 v= ???? AA ； 根據(jù) GB/T 2348— 2020 標(biāo)準(zhǔn)，初取液壓缸內(nèi)徑 D=50mm,活塞桿外徑 d=28mm， 因此液壓缸工作腔有效面積 2221 3 4 74 d ??? ）（ DA ?； 由外負(fù)載 F=1800N 得， 因此液壓缸工作腔壓力 3 4 71 8 0 06 MPAFP ???? ?； 流量 1 LAQ ?? 根據(jù)工作壓力與流量選定撫順天寶重工液壓制造有限公司 BGB 系列拉桿油缸： BGB（ W） ILBB507100AB 如圖 41 圖 41 LB 型軸向腳架式液壓缸 強(qiáng)度校核 對(duì)于液壓缸的鋼筒壁厚 ? 、活塞桿直徑 d 和缸蓋固定螺釘?shù)闹睆?，在高壓系統(tǒng)中，必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 鋼筒壁厚 ? 的校核 在中、低壓液壓系統(tǒng)中，鋼筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要校核。 活 塞 桿直徑 d 的校核 活塞桿直徑 d 的校核按式（ 41） ][4d ?? ?? F mm （ 41） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 式中 F— 活塞桿上的作用力 1800N。 ][? — 活塞桿材料的許用應(yīng)力， ][? = ? ， b? 為材料抗拉強(qiáng)度 b? =600。 d 取 25mm，因此滿(mǎn)足要求。 缸 蓋 固定螺栓的校核 缸蓋固定螺栓 sd 的校核按式（ 42） 5610 764][z s ??? ?? F mm （ 42） 式中 F— 液壓缸負(fù)載 1800N k— 螺紋擰緊系數(shù)， k=～ ； z— 固定螺栓個(gè)數(shù)； ][? — 螺栓材料許用應(yīng)力， ）～（ ][ S?? ? ， S? 為材料屈服點(diǎn)S? =355。 sd 取 20mm，因此滿(mǎn)足要求。 穩(wěn) 定 性校核 活塞桿受軸向壓縮負(fù)載時(shí)，其值 F 超過(guò)某一臨界值 KF ,就會(huì)失去穩(wěn)定?；钊麠U穩(wěn)定性按式（ 43）進(jìn)行校核。 knKFF? （ 43） 式中 kn — 安全系數(shù)，一般去 kn =24。 當(dāng)活塞桿的細(xì)長(zhǎng)比 ２１＞ ??krl ，且 ２１ ?? =20~120,則 222 1 EJFK ???= (44) 式 中 l— 安裝長(zhǎng)度，其值與安裝方式有關(guān)， l=200mm； kr — 活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑， AJ?kr ； １? — 柔性系數(shù)， １? =85； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 ２? — 由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)。 ２? =4。 拉桿計(jì)算 液壓缸的缸筒和兩端缸蓋是用四根或更多根拉桿組成一體的。拉桿端部有螺紋，用螺帽 固緊到給拉桿造成一定的應(yīng)力，以使缸蓋和鋼筒不會(huì)再工作壓力下松開(kāi)，產(chǎn)生泄漏。拉桿計(jì)算的目的就是要針對(duì)某一規(guī)定的分離壓力值估出拉桿的預(yù)加載荷量。 令 1F 為預(yù)加在拉桿上的拉力，則拉桿的變形量 T? 為 ??? TT KF? （ 45） 式中 TK — 拉桿的剛度，TTTT LEAK ? ； TA 、 TL — 拉桿的受力總截面面積和長(zhǎng)度； TE