【文章內(nèi)容簡介】 效抑制減振器的工作特性發(fā)生畸變，降低液壓阻尼遲滯和減振器噪聲，提高了液壓油抗乳化能力，也提高了汽車行駛的安全性。雖然單筒充氣式減振器結(jié)構(gòu)簡單，能提供較大的阻尼力，性能優(yōu)于雙筒式，但由于其對密封性有較高的要求，對零件的制造精度要求高，如此就需要較高的制造成本。故液壓單筒充氣式減振器主要用在重型車或經(jīng)常在較差路況中行駛的車輛上。越野車中常用的減振器就為液壓單筒充氣式減振器，單筒充氣式減振器由于增加了一個(gè)充氣室，其工作缸筒的長度相應(yīng)地也要增加。為了減小減振器工作缸筒的長度，通常會(huì)把單筒充氣式減振器做成分體式結(jié)構(gòu)，即把減振器的工作缸筒分為主缸筒和副缸筒兩部分，中間用高壓軟管連接。 分體液壓單筒充氣式減振器1—工作主缸筒；2—缸筒連接環(huán)；3—壓縮閥；4—活塞；5—復(fù)原閥；6—浮動(dòng)活塞；7—工作副缸筒；8—高壓軟管，即把多片不同直徑的環(huán)形彈性平薄閥片疊加在一起使用，這種閥片的結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用于越野車的減振器活塞閥設(shè)計(jì)中。原因是其易于通過調(diào)整來改變減振器的阻尼特性，具有很好的線性特性，且彈性平薄片能很好地安裝在活塞上不會(huì)因制造尺寸的不一致性而影響到預(yù)載。 越野車減振器的工作原理液壓筒式減振器的基本工作原理是：當(dāng)車身和懸架作往復(fù)相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器活塞在缸筒內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，減振器缸筒內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)油室通過一些窄小的孔隙流入另一油室。此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦以及液體分子內(nèi)摩擦便形成對振動(dòng)的阻尼力，使車身和懸架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而被油液和減振器缸體吸收并散發(fā)到大氣中[15]。，活塞總成中包括有復(fù)原閥常通節(jié)流孔4和壓縮閥5，其工作原理可分為復(fù)原行程和壓縮兩個(gè)工作過程進(jìn)行說明。 分體液壓單筒充氣式減振器結(jié)構(gòu)簡圖1—上油室；2—復(fù)原閥；3—活塞；4—常通孔；5—壓縮閥；6—下油室；7—浮動(dòng)活塞；8—充氣室（1）復(fù)原行程減振器處于復(fù)原行程時(shí)，活塞3向遠(yuǎn)離工作主缸筒底部的方向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)上油室1的體積減小，上油室的油液受壓縮，內(nèi)部的油壓增大；下油室6的體積增大，內(nèi)部的油壓減小。受上下油室油液壓差的作用，油液的流向?yàn)椋簭纳嫌褪医?jīng)活塞上的閥孔流入下油室。若活塞相對主缸筒的運(yùn)動(dòng)速度較小，即車輛在較好的路面上行駛，復(fù)原閥2上的壓力未達(dá)到其開閥值，時(shí)油液經(jīng)活塞上的常通節(jié)流孔4由上油室流入下油室，減振器的工作特性主要由油液流經(jīng)常通節(jié)流孔時(shí)所產(chǎn)生的節(jié)流阻尼力決定。當(dāng)車輛在較差的路面上行駛，此時(shí)減振器活塞相對主缸筒的運(yùn)動(dòng)速度較大，復(fù)原閥上的壓力達(dá)到其開閥值，復(fù)原閥開啟。此時(shí)油液從上油室流入下油室就有兩個(gè)途徑：流經(jīng)常通節(jié)流孔以及復(fù)原閥孔，減振器的工作特性主要由油液流經(jīng)常通節(jié)流孔和復(fù)原閥孔時(shí)所產(chǎn)生的節(jié)流阻尼力決定。（2）壓縮行程減振器處于壓縮行程時(shí)，活塞向靠近工作主缸筒底部的方向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)上油室的體積增大，上油室的油壓減小；下油室的體積減小，內(nèi)部油液受壓縮，下油室的油壓增大。受上下油室油液壓差的作用，油液的流向?yàn)椋簭南掠褪医?jīng)活塞上的閥孔流入上油室。若活塞相對主缸筒的運(yùn)動(dòng)速度較小，即車輛在較好的路面上行駛，壓縮閥5上的壓力未達(dá)到其開閥值，此時(shí)油液經(jīng)活塞上的常通節(jié)流孔由下油室流入上油室，減振器的阻尼力特性主要由油液流經(jīng)常通節(jié)流孔時(shí)所產(chǎn)生的節(jié)流阻尼力決定。當(dāng)車輛在較差的路面上行駛，此時(shí)減振器活塞相對主缸筒的運(yùn)動(dòng)速度較大，壓縮閥上的壓力達(dá)到其開閥值，壓縮閥開啟。此時(shí)油液從下油室流入上油室就有兩個(gè)途徑：流經(jīng)常通節(jié)流孔和壓縮閥孔，減振器的阻尼力特性主要由油液流經(jīng)常通節(jié)流孔和復(fù)原閥孔時(shí)所產(chǎn)生的節(jié)流阻尼力決定。在復(fù)原和壓縮行程中，充氣室8中的高壓氣體都能起到平衡壓差的作用，通過推動(dòng)浮動(dòng)活塞來改變充氣室的體積，及時(shí)消除減振器的工作空程，抑制減振器的工作特性發(fā)生畸變。復(fù)原行程時(shí)副缸筒中的部分油夜經(jīng)高壓軟管流入主缸筒，壓縮行程時(shí)主缸筒中的部分油液經(jīng)軟管流入副缸筒。 越野車減振器的特性參數(shù)確定 汽車減振器的特性參數(shù)減振器的性能參數(shù)一般通過示功圖（阻尼力F—活塞位移S）和速度特性曲線（阻尼力F—活塞速度）來表示。a．示功圖 b．速度特性曲線 減振器特性曲線，示功圖是表示減振器在復(fù)原與壓縮行程中的阻尼力F與活塞位移S之間的關(guān)系曲線。橫坐標(biāo)為減振器活塞的位移，從最大壓縮位置到最大復(fù)原位置；縱坐標(biāo)為減振器阻尼力，向上為復(fù)原行程，向下為壓縮行程。此特性需在專門的試驗(yàn)臺上測試得到，試驗(yàn)時(shí)減振器的行程一般為100mm，每個(gè)振動(dòng)頻率與一個(gè)封閉曲線相對應(yīng)。從這個(gè)圖上可以直接得出復(fù)原行程和壓縮行程中減振器的阻力值，也可以測量出全行程減振器所消耗的功（封閉曲線內(nèi)的面積）。示功圖曲線具有不對稱性，在相同的位移下，復(fù)原阻尼力比壓縮阻尼力大，因?yàn)閺?fù)原行程時(shí)車身往上抬升，遠(yuǎn)離車輪，此時(shí)需要較大的復(fù)原阻尼力來盡快消除振動(dòng)；而壓縮行程，車身往下降低，靠近車輪，此時(shí)需要較小的壓縮阻尼力，以利用懸架的彈性元件來緩沖振動(dòng)。一般來說，復(fù)原阻尼力是壓縮阻尼力的3~4倍，就平均力而言，減振器復(fù)原阻尼力和壓縮阻尼力在特定速度下的值為： （31） （32）式中，—特定速度下阻尼力轉(zhuǎn)換系數(shù)； —減振器平均阻尼力。轉(zhuǎn)換系數(shù)（不對稱性）隨特定的減振器和工作速度變化很大，~。＝1表示純壓縮阻尼，＝0表示對稱阻尼，＝1表示純復(fù)原阻尼。一般來說，該系數(shù)是正的，表明減振器有較大的復(fù)原阻尼力。在乘用車上，懸架減振器的阻尼力特性可能具有較大的不對稱性。而在越野車上，懸架減振器的阻尼非對稱性很小，因?yàn)榇蟮膲嚎s阻尼能使駕駛員有更好的路感。還需要減振器的速度特性曲線來充分地反映減振器的特性，速度特性曲線是減振器阻尼力F與活塞運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系曲線。橫坐標(biāo)為減振器活塞的運(yùn)動(dòng)速度，縱坐標(biāo)為減振器阻尼力，向上為復(fù)原行程，向下為壓縮行程。，減振器的速度特性曲線由四段近似直線段組成，其中復(fù)原和壓縮行程各占兩段，各段直線的斜率即為減振器在運(yùn)動(dòng)過程中的阻尼系數(shù)。故速度特性曲線中的F與之間的關(guān)系可表示為： （33）式中，—減振器的阻尼系數(shù)。為了提高減振器的使用壽命，減振器的阻尼閥通常設(shè)有初次開閥速度點(diǎn)和最大開閥速度點(diǎn)。、分別為復(fù)原行程和壓縮行程中速度特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即為減振器復(fù)原閥的開閥速度點(diǎn)，為減振器壓縮閥的開閥速度點(diǎn)，減振器的開閥速度點(diǎn)主要由減振器閥片的厚度和預(yù)加載力決定，通常減振器復(fù)原閥的初次開閥速度點(diǎn)＝，而壓縮閥初次開閥速度點(diǎn)＝～。當(dāng)車輛在較好的路面上行駛，減振器活塞的運(yùn)動(dòng)速度在達(dá)到初次開閥速度點(diǎn)之前，阻尼閥不開啟，減振器的阻尼特性主要是由油液流經(jīng)常通節(jié)流孔所產(chǎn)生的阻尼力決定。當(dāng)減振器活塞的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到或超過初次開閥速度點(diǎn)時(shí)，減振器的阻尼閥打開，此時(shí)一部分油液流經(jīng)常通節(jié)流孔，一部分油液流經(jīng)阻尼閥孔以及開閥后所形成的環(huán)形縫隙。為減振器復(fù)原閥的最大開閥速度點(diǎn)，為減振器壓縮閥的最大開閥速度點(diǎn)。當(dāng)車輛在較差的路面上行駛，減振器活塞的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到最大開閥速度點(diǎn)，減振器的阻尼閥片與限位擋圈接觸，使得阻尼閥片與活塞之間所形成的環(huán)形縫隙不再隨活塞速度的增加而增加，形成了固定的節(jié)流縫隙。最大開閥速度點(diǎn)主要由閥片的厚度和限位擋圈所決定，通常減振器復(fù)原閥和壓縮閥的最大開閥速度點(diǎn)＝＝。 越野車減振器的特性參數(shù)本課題所設(shè)計(jì)的減振器，是以Jeep牧馬人Sahara2011兩門款的整車參數(shù)為設(shè)計(jì)依據(jù)。 Jeep牧馬人Sahara車輛參數(shù)參數(shù)項(xiàng)目車輛參數(shù)值長寬高（mm）422318731865軸距（mm）2425輪距：前/后（mm）1572/1573最小離地間隙（mm）259最小轉(zhuǎn)彎半徑（m）最大涉水深度（mm）762通過角（ 176。）整備質(zhì)量（kg）1752滿載質(zhì)量（kg）1921最高車速（km/h）176（1）減振器復(fù)原行程的特性參數(shù)通過第2章中對1/，當(dāng)車輛懸架的最佳阻尼比確定之后，就可根據(jù)式（216）來求車輛懸架的最佳阻尼系數(shù)，即求得懸架最佳匹配的減振器的阻尼系數(shù)。而在實(shí)際的使用中，減振器的安裝位置并不在車輪位置的正上方，而是有一定的安裝角度（）。 減振器的安裝模型可得復(fù)原行程復(fù)原閥開閥前的減振器阻尼系數(shù)的計(jì)算公式為： （34）式中，—懸架的最佳阻尼比；—懸架的固有頻率，；—1/4汽車懸架系統(tǒng)模型中的簧上質(zhì)量；—減振器的安裝角度；為減振器的安裝杠桿比。 車輛懸架固有頻率范圍車輛類型轎車客車越野車貨車/Hz~~~~可進(jìn)一步求得開閥前的復(fù)原阻尼力與活塞的運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系為： ，0≤＜ （35），設(shè)復(fù)原行程中開閥前的速度特性直線的斜率與開閥后的速度特性直線的斜率的比值為，越野車更為強(qiáng)調(diào)的是道路的通過性，~。可有。則可得開閥后的減振器阻尼力和活塞速度之間的關(guān)系為： ，≤≤ （36）再代最大開閥速度點(diǎn)入式（36），可求得復(fù)原閥開閥后的阻尼系數(shù)為： （37）（2）減振器壓縮行程的特性參數(shù)由前文的分析可得，為了提高車輛行駛的安全性和乘坐的舒適性，就要充分發(fā)揮減振器的減振效果。常使減振器壓縮行程的阻尼系數(shù)小于復(fù)原行程時(shí)的阻尼系數(shù)，設(shè)，一般取，越野車值更大，~1范圍。則可求得減振器壓縮行程中開閥前、后的阻尼系數(shù)為： （38） （39）則可進(jìn)一步求得減振器壓縮行程中的速度特性方程為：，0≤＜ （310），≤≤ （311） （3）所設(shè)計(jì)的越野車減振器的速度特性曲線依據(jù)前文的分析，在綜合考慮越野車行駛的平順性和安全性、乘坐的舒適性和越野車懸架的最佳阻尼比的基礎(chǔ)上。 越野車減振器速度特性計(jì)算涉及參數(shù)參數(shù)項(xiàng)目計(jì)算參數(shù)值懸架最佳阻尼比固有頻率（Hz）減振器安裝杠桿比i1安裝角度（ 176。）101/4汽車簧上質(zhì)量（kg）300速度特性曲線的斜率比壓縮復(fù)原阻尼系數(shù)比復(fù)原行程初次開閥速度點(diǎn)（m/s）復(fù)原行程最大開閥速度點(diǎn)（m/s）壓縮行程初次開閥速度點(diǎn)（m/s）壓縮行程最大開閥速度點(diǎn)（m/s）（34）至（311）中，就可求得所設(shè)計(jì)的減振器復(fù)原行程的初次開閥阻尼力和最大開閥阻尼力，以及壓縮行程的初次開閥阻尼力以及最大開閥阻尼力。也就可推導(dǎo)出所設(shè)計(jì)的越野車用減振器的速度特性曲線。 越野車減振器速度特性參數(shù)計(jì)算結(jié)果(N)(N)(N)(N) 設(shè)計(jì)要求的越野車減振器速度特性曲線 本章小結(jié)本章介紹了越野車中常用的液壓單筒充氣式減振器的結(jié)構(gòu)特性與工作原理，分析了減振器的特性參數(shù)（示功圖與速度特性曲線）與工作特性，重點(diǎn)討論了速度特性曲線的分段性，并結(jié)合Jeep牧馬人越野車的車輛參數(shù)來確定其設(shè)計(jì)要求的減振器速度特性參數(shù)，為減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。4 越野車減振器的建模分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 流體力學(xué)的相關(guān)理論[16，17] 液壓油的主要性質(zhì)（1）液壓油的密度單位體積液壓油所具有的質(zhì)量稱為液壓油密度ρ，即 （41）式中，m—液壓油的質(zhì)量；V—液壓油的體積。液壓油的密度對減振器的工作特性有很大的影響，液壓油的密度會(huì)隨著溫度的升高而略有減小，隨著工作壓力的升高而略有增加。（2）液壓油的可壓縮性液壓油的可壓縮性是指液體體積隨工作壓力變化而變化的特性，即 （42）式中，—油液的壓力變化值；—壓力變化前的油液體積；—在作用下油液體積的變化值。（3）液壓油的粘度油液在外力作用下流動(dòng)（或有流動(dòng)趨勢）時(shí)，分子間的內(nèi)聚力阻止分子間相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種內(nèi)摩擦力，油液的這種特性稱為粘性，粘性的大小用粘度來度量。油液的動(dòng)力粘度可由以下公式計(jì)算： （43）式中，—油液流動(dòng)時(shí)液層間的內(nèi)摩擦力；—液層的接觸面積；—液層間的速度梯度；—單位接觸面積上的內(nèi)摩擦力（切應(yīng)力）。動(dòng)力粘度是一種絕對粘度，單位為或，減振器的油液的動(dòng)力粘度一般為20℃。除了上述的特性外，減振器的油液還應(yīng)具有其他的一些化學(xué)性質(zhì)，如抗磨性、氧化穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、抗泡沫性、抗乳化性、水解穩(wěn)定性以及防銹蝕性等。減振器還應(yīng)有較廣的工作溫度范圍，常要求在30℃至130℃內(nèi)減振器能正常工作。 典型減振器液壓油特性（輕質(zhì)礦物油）特性項(xiàng)目參考值工作溫度范圍T（℃）40～130工作壓強(qiáng)范圍P（MPa）0～2020℃時(shí)的密度ρ86020℃時(shí)的粘度μ可壓縮性（%/MPa）熱傳導(dǎo)k熱容量（）粘度溫度靈敏度(%/℃)2粘度壓強(qiáng)靈敏度(%/ MPa)3 油液流量的計(jì)算公式（1）通流孔流量根據(jù)油液通流孔的長徑比可把它們分為3類：當(dāng)通流孔的長度和孔徑的比值時(shí)，稱為薄壁小孔；當(dāng)時(shí)，稱為短孔；當(dāng)時(shí)，稱為細(xì)長孔。其中流經(jīng)短孔的油液流量計(jì)算公式如下： （44）式中，—流量系數(shù)，短孔一般取＝；—通流孔的截面積；—通流孔前后壓力差，；ρ—油液的密度。流經(jīng)細(xì)長孔的油液流量公式為： （45）式中，μ—油液的動(dòng)力粘度。（2）平行平板縫隙流量，兩平行平板縫隙間充滿液體，縫隙高度為，長度為，寬度為，且。設(shè)縫隙兩端的壓力分別為和，