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1、210000四川兵工学报V o l.21S e p.I,N o.32000理论与探索可压缩液体汽车减振器的基本结构和工作原理 介管红根陈常顺高树滋南京理工大学机械学院卢晓宁南京汽车研究所 摘要 对一种新型可压缩液体汽车减振器的基本结构和工作原理进行了 分析， 给出其内特性的数学模型。 指出可压缩液体减振器由于腔内充满可压缩液 体， 其动作连续可靠， 其外特性不会发生高频高速崎变。并提供了该减振器外特性试验。 关. 词:惫架减振器 可压缩液休 外特性1引言汽车悬架系指联接车身和车轮(轴)的所有 零部件的总称、 它一般由 弹性元件、 阻尼元件和 导向 机构组成。因此， 悬架在结构上是实现车 身的弹
2、性支承， 其动力功能则是缓冲、 减振并传 递力或力矩。 目 前， 汽车悬架系统中阻尼元件广泛采用 筒式液压减振器(弹性元件广泛使用螺旋弹 簧)。 这种减振器在低频低速激励条件下能够 保证外特性良 好， 但在高频高速时， 外特性明显 出 现不同 程度的双向 空程性琦变 (U， 从而不能 有效地抑侧车轮振动， 这对车辆的行使安全性 带来危害。 在现代汽车工程中， 日 益提高的车速和随 之要求的高平顺性对减振器提出更高的要求。 本文就此提出一种新型可压缩液体减振器装 置， 它是利用某种硅油作为减振器的减振液， 这 种液体在35MPa工作压力下， 其相对体积压缩量为3%- 4%,因此该液体既能流过阀门
3、产生 液压阻力消耗压缩能最， 又能利用自 身的可压 缩性存储部分压缩能量， 供复原使用。 所以该 压缩液体减 振器装置 可以 省去悬 架中的 弹性 元 件， 使结构简单紧凑， 由于腔内充满可压缩液 体.使其动作连续可靠， 外特性不会发生高频高 速崎变。2液体的可压缩性2.1 液体的可压编性 液体受压力的作用发生体积变化的性质称 为液体的可压缩性。可压缩性的大小可用体积 弹性模量和压缩系数来衡盆。 体积 压缩系数Ky:当液体所受的压力改 变一个压力单位(Pa 或M IN)时， 其体积 D 的 液体的相对变化值。 Ky 值越大， 表明 液体的可压 缩性越大。 体积 弹 性模量p:液休休积压缩系数的
4、 倒 数。 资 料 表明:9 值 不 仅 随 压力 和 温 度 变 化而收稿日 期:2000- 05- 19 否 “ 九五 国防预研项目管红根等:可压给液体汽车减振界的基本结构和工作原理变化， 而且与压缩过程有关， 等温压缩与绝热压 缩 所得夕 值略有不同， 从工程应用的角度来 看， 可认为液体的体积弹性模最只取决于液体 本身 2 l 2.2 硅液的可压编性实验研究 2.2.1 体积弹 性摸 t p随压力P 变化的 规律 衰 1T 二 19U 时硅液H201一 ， a) 的实脸苗果P/1 0S P, dP/IO S P,A V / m lp/109p,1.010977.00 100 .9 19
5、 9 . 90V /ml977. 0977 .00 . 949549 . 6772 1210 .27884 .425348 . 0 4 :;:95429593 .845345063 .9424508 23 .423154 .57951 .08513 . 172348 .7 7947 .91282 .24741 .08511.20221 . 29 141. 46091.63612 .0570律， 测量不同压力下硅液体积改变量 V， 计算 相应的Q值。19t 时硅液H201一 ， x， 的体积 弹 性模量Q随压力的变化实验结果见表1， 其 相应的p一 P 曲 线见图to 由图 1 可看出， 当压力
6、 P 变化在 0 - 35MPa范围内.R随压力P 近似线性变化， 图 中虚线表示试验数据回归成斜直线的变化规 律。 其 直 线 方 程为渭=a +b P 式中， a , b 为回归直线的参数， 当 T 二 191 1时.a =6834.4x 102,b二 25.82 2.2.2 体积弹 性棋量R随 温度T变化的 规律 为 了 获得在相同压力下P 随温度T 变化 规律， 将试验装置连同被测最硅液置于5,40, 801 C 的环境温度下.按相同AP 间隔， 测得不同 R值， 其 侧量结果经过回 归处理后的曲线如图 2所示， 当T增加时， 在相同压力下渭值将减 小， 这说明硅液随温度升高其压缩性也
7、增大。 T=5U时R值大约是T=8叱 时R值的1.2倍 左右。喻 9 6 2 9 5 85 26 27 41 37 04 71 5 0 1 9 8 翻 3 0 4 3 5 8 4 0 7为了认识硅液的可压缩性随压力变化的规山昌 L十1 .r. L0 1 - L 0F /W . 2 .0T -0 “T -l9 T - 1 0 . 1 0廿声 厂体祝禅性棍t 目归I 吐己.东 ，. 1 卜.1 卜 .:_ :， 月 卜，厂 : :.。/ /. - 一寸 尸 二 厂 一， 目 J- J 门 卜 3 .N u n口 .】2. 03 自 图1 T=19C时 硅液的夕 一 P 曲 线3可压缩液体汽车减振器
8、工作原理图3为最简单的可压缩液体汽车城振器的 工作原理图， 它是由 外筒、 活塞杆、 压缩闷、 复原 阀、 常流孔、 减振液等组成。减振器由 外筒与车 轴相连， 活塞杆粗端与车身相连， 因此可压缩液 体减振器的 外筒与活塞间相对运动和车轴与车 身间相对运动是一致的。 一般把外筒与活塞相对远离(车轮远离车 身)的 行程叫 做复原过程;把外筒与活塞相对接 近(车轮移近车身)的行程叫做压缩过程。车辆 运行时， 减振器处于两个行程的连续交变过程中。图2硅浓不同温度下p一 P， 尹 .侧护 .曲线(. ) 压缩行忍(b)复原行程 图3可压编液体减振器工作原理1. 外筒2. 活塞杆3. 常连孔第21卷 2
9、00 0四川兵工学报V o l.2 1S e p_,N o .200言4. 压翔 阅 5. 复 原阅 6. 减振液 当减振器处于压缩行程时， 活塞杆细端不 断地从缸内拉出， 而粗端不断插人腔内， 使腔内 体积不断减小， 液体受压缩， 储存部分压缩能 量， 供复原使用， 同时下腔( I )减振液升压， 经 压编阀、 常流孔流人上腔( I I )产生压绪阻力， 消 耗大部分压缩能t ， 在压缩过程中， 下腔液体压 力(P,)始 终大于 上腔液体压力(几)， 当 压缩终 了时.尸 . ”尸 2。同样道理， 当减振器处于复原 过程时， 活塞杆细端插人腔内， 而粗端从缸内拉 出， 液体经复原阀、 常流孔
10、流人下腔， 产生与相 对运动速度方向相反的阻尼力， 即复原阻力， 在 复 原过 程 中， 始 终P2P,， 一 直 复 原 到 位， 才 使 P2= PI- 在实际使用过程中， 为了克服液体泄漏， 必 须把工作压力控制在某一范围内， 本减振器装 置添加一套限压机构， 其结构原理如图4 所示， 在减振器的1腔和n 腔内分别设置限压装置， 即弹簧式活塞。在压缩复原过程中， 当工 腔与 I I 腔压力达到某一数值时将产生微小移动(在 压缩过程中产生3-4rnm位移)， 这种位移使液 体容积增大， 从而改善液体的可压缩性， 在压缩 长度相同条件下， 采用限压装置， 可使液体的初 体积减小.从而使结构紧
11、凑。(2)各腔室内的液体密度分别由各腔室的 平均密度代替， 即 假定同一腔室密度均匀分布， 同时压力均匀分布; (3)认为液体的流动是一维定常流动; (4)减振器活塞适动为正弦曲线， 其活塞位 移X= Ssinm t/2， 活塞速度 。 = Sm.cosw t/2 其 简化的物理模型如图4 所示， 数学模型可用一 组徽分方程和代数方程描述。 户 =P, 1b(A ,k一 A ,k,)- V ,-一P已 些 Es.W ai V F ,/ MP1F2/ MP2戈戈P2= ， 一 (P, +b)VI)/ V2一 b/x 2 . 2c,. . IP,+bV Y 一 瓦十 瓦 - pkV-,- b) _
12、1， _W25 2E z一 Ex p(K2c一 2c V, = V,o一A,X + A3X,V2=V2 。 一 A2X+A4从0PZA3一 Flo一 Klx l1 fl 0P2A4一 凡。 一 KZ X2土 几PIA3F,o+f i PZA3- Fzo十 f2P2A姗 -w e.一 月 000井- GO- 40- 200功40- 1. 0- 0 . 50. 00. 51. 01. 5图5固定行程变化频率外特性曲线枷 伽 潮Z 。(m / S)刃一 0灼0- 1. 0刁5众 0砍 51. 01. 5姗 溯.图6固定频率变化行程外特性曲线参 考 文 献1 愈 德 孚， 李晓 雷， 马 彪. 车 辆 悬 架减 振 器 的 理 论和3 实践 . 北京: :1988高树滋. 可压缩液体反后坐装置研究华东工学 院.1991 管红根 . 可压编液体汽车减振器研究报告南京 理工大学.1998
