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1、.第1章 绪论1.1 选题的目的和意义随着我国经济的迅速发展，人民生活水平日渐提高，汽车已经成为人们的生活中必不可少的交通工具，并且对乘车的安全性和舒适性也有了更高的要求，本文对双筒液压减振器的优化就是为了满足这一目的。车辆是一个由许多子系统组合而成的复杂系统，其总体性能与零部件的性能关系密切。因此，零部件的研发，不但涉及零部件本身的分析计算与试验等，而且涉及许多与整车有关的参数，是一个较为复杂的研发过程。减振器是车辆悬架系统中的重要部件，其性能的好坏对车辆的舒适性以及车辆及悬架系统的使用寿命等有较大影响。1.2 减振器的发展历史世界上第一个有记载、比较简单的减振器是1897年由两个姓吉明的人
2、发明的。他们把橡胶块与叶片弹簧的端部相连，当悬架被完全压缩时，橡胶减振块就碰到连接在汽车大梁上的一个螺栓，产生止动。这种减振器在很多现代汽车悬架上仍有使用，但其减振效果很小。1898年，第一个实用的减振器由一法国人特鲁芬特研制成功并被安装到摩托赛车上。该车的前叉悬置于弹簧上，同时与一个摩擦阻尼件相连，以防止摩托车的振颤。减振器的结构发展主要经历了以下几种发展形式：加布里埃尔减振器，它是由固定在汽车大梁上的罩壳和装在其里面的涡旋形钢带组成，钢带通过一个弹簧保持其张力，钢带的外端与车桥轴端连接，以限制由振动引起的弹跳量。平衡弹簧式减振器，这是加到叶片弹簧上的一种辅助螺旋弹簧。由于每一个弹簧都有不同
3、的谐振频率，它们趋向于抵消各自的振颤，但同时也增大了悬架的刚性，所以很快就停止了使用。空气弹簧减振器，空气弹簧不仅兼有弹簧和吸振的作用，而且常常可省去金属弹簧。第一个空气弹簧减振器是1909年由英国考温汽车工厂研制成功的。它是一个圆柱形的空气筒，利用打气筒可以把空气经外壳上部的气阀注满空气筒，空气筒的下半部分容纳一个由橡胶和帘布制成的膜片。因为它被空气所包围，所以其工作原理与充气轮胎相似，它的主要缺点是常常泄漏空气。液压减振器，第一个实用的液压减振器是1908年由法国人霍迪立设计的。液压减振器的原理是迫使液流通过小孔产生阻尼作用。通常的筒式减振器是由一个与汽车底盘固定的带有节流小孔的活塞和一个
4、与悬架或车桥固定的圆柱形贮液筒组成。门罗在1933年为赫德森制造的汽车装用了第一个采用原始液压减振器的汽车。到了二十世纪三十年代末，双向作用筒式液力减振器在美国生产的汽车上被普遍采用。到了二十世纪六十年代，欧洲采用的杠杆式液压减振器占了优势，这种减振器与哈德福特的摩擦式减振原理相似，但使用的是液流而不是摩擦缓冲衬垫。麦弗逊支柱式减振器，随着前轮驱动汽车的出现，二十世纪七十年代以来，制造商开始采用麦弗逊式减振器。这种减振器是二十世纪六十年代通用公司麦弗逊工程师研制成功的。他把螺旋弹簧、液压减振器和上悬架臂杆组成一个紧凑的部件。其主要优点是体积小，适合前轮驱动汽车，可在与变速器组成一体的驱动桥上应
5、用。另外，有一种电子控制减振器，能根据道路状况、车速和驱动形式自动调节悬架软、中、硬三种刚度。该减振器通过在汽车保险杠下方装有一个带声纳的测量部件监测路面状况，把测得的数据输入处理单元，然后调节减振器中的按键，以改变液流通道的尺寸。充气式减振器是二十世纪六七十年代以来发展起来的一种新型减振器。充气式减振器的特殊结构和充气参数，可以大大地降低噪音，并有利于保证活塞高速运动时的阻尼特征，同时减振器上的减振支柱实质上属于双筒结构，它除了阻尼减振还有如下附加功能：他和控制臂一起对车轮进行导向。1.3双筒式减振器国内外发展状况和发展趋势目前国内汽车减振器大部分是筒式液阻减振器，其阻尼力主要通过油液流经空
6、隙的节流作用产生。减振器的设计开发也由基于经验设计加实验修整的传统方法向基于CAD/CAE技术的现代优化设计方法转变。20世纪50年代发展起来了液压减振器技术，在双筒式减振器内充入油液（0.30.5MPa）减振器的临界工作速度相应提高，后来又发展了双筒式减振器，它采用活塞阀体与底阀相配合的结构，在浮动活塞在缸筒间的一端形成的补偿室内充入一定量的高压气体（2.02.5MPa）氮气。与双筒式减振器比，单筒充气式减振器质量显著减轻，安装角度不受限制，但其制造精度要求和成本较高。据调查，目前国内双筒液阻减振器配套产能有过剩趋势，生产高档次减振器的不多。单筒充气式减振器国内生产厂家正在消化吸收设计技术和
7、提高制造工艺技术阶段，产品质量还没很过关。对于充气式减振器的研究也主要集中在单缸充气式汽车减振器方面。在郭孔辉院士的领导下，长春汽车研究所作了大量的试验工作，积累了一些经验。但由于橡胶的寿命不过关及设计、制造等多方面因素的影响，一直没有形成比较成熟的技术。近几年，由于高速公路的迅速发展，对舒适性的要求也越来越高，国内对充气式减振器研究及产品开发工作又重新重视起来。哈尔滨铁路局减速预调速研究中心和哈尔滨工业大学的高起波、曾祥荣两位老师对充气式减振器性能进行了理论分析和试验；天津大学的马国清、王树新、卞学良等对充气式减振器建立数学模型，建立计算机仿真程序，利用该程序可以得到参数变化对减振器性能的影
8、响趋势，取得一些较好的研究成果。后勤工程学院的晏华等设计的充气式电流变减振器设计比较先进。有些厂家也投入人力物力对充气式减振器关键部件进行开发，如浙江瑞安东欧汽车零部件厂、贵州前进橡胶有限公司、宁波美亚达金属塑料有限公司等，并具有了一定的生产规模。国外工程机械主要配套件大多数都生产历史悠久，技术成熟、供应充足、生产集中度高、品牌效应突出。目前世界上生产减振器最大的企业，美国天纳克（TA）汽车工业公司是世界最著名的减振器生产商，也是目前全球最大的专业生产减振器的厂家，其生产的充气式减振器符合美国军用标准。同时还不断推出新的减振器，推动减振器技术不断向更高技术水平发展。另外还有几家较为先进的公司如
9、：Ford(福特)和General Motors（通用）这两家。这两家公司生产的减振器能很好的解决汽车的安全性和舒适性这两方面的要求，例如德国大众公司的GTI、甲壳虫，奔驰-戴姆勒克莱斯勒汽车有限公司生产的C200均采用了双筒油压式减振器，在保证安全性的前提下充分提升了汽车的稳定和操控性。由于汽车在不同的行驶工况下对减振器的特性有不同的要求，可调阻尼减振器是筒式减振器技术发展的目标。目前国外已经开发有机械控制式的充气式减振器，电子控制式的充气式减振器，在个别高档车还试用电流变液减振器，但电流变液减振器的工作温度范围窄-25125，其强度和化学稳定性较差，影响其工作的可靠性。充气式减振器相比电流
10、变液减振器，不需要特殊的高压供电装置，成本低、使用安全、稳定性强9。目前最先进的充气式减振器的响应时间约10ms，需进一步提高。充气式减振器有很好的运用前景，是半主动或主动悬架较好的配置，但是尚需在缩短响应时间上改进。德国奥迪推出的2.7T越野车，使用了双充气式减振器，奔驰-戴姆勒克莱斯勒汽车有限公司生产的300C和Jeep4700均采用了充气式减振器。充气式减振器是一个较为新兴的技术，可同时提高车辆的舒适程度、驾驶性能和安全性能。由于车轮控制得到改善，车辆的安全性和可靠性得到提升；通过控制车身运动，提高驾驶平顺性，并使操作更精确、反应更迅速；在刹车和加速过程中减少乘员“前冲”和“后仰”；改善
11、负荷转移特性，在车辆高速行驶中突然变向时，可提供更好的防侧翻控制；由于减小了路面反冲力，使驾驶更为安静、精确。正是由于这些特点，充气式减振器首先在中高级轿车上得到了应用。充气式减振器的发展前景，国外对充气式减振器的研究已经发展到电子控制式减振器。我国对减振器的研究主要集中在单筒充气式减振器方面，而且发展比较缓慢。我们应当在前人对充气式减振器研究的基础上更加深入地对其进行分析和研究，努力缩短和发达国家的差距。对充气式减振器的研究能有效的提高我国汽车工业的制造水平，降低汽车的制造成本，对中国经济的快速发展大有益处。1.4 研究的主要内容及方法通过对减振器的参数和结构上的优化，设计一种用于微型汽车并
12、且符合技术要求，具有良好经济性与实用性的减振器。通过大量的查阅资料，设计计算以及老师的指导下，按照任务书的要求最终完成设计工作。在设计的过程中参考国内外相关的文献资料以及借鉴相关的产品的信息，使预期的设计产品能够符合理论设计要求，各项技术指标符合要求。第2章 减振器的类型和工作原理2.1 减振器的类型悬架中用的最多的减振器是内部充有液体的液力式减振器。汽车车身和车轮振动时减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦和粘性液体的摩擦形成了振动阻尼，将振动能量转化为热能，并散发到周围的空气中去，达到迅速衰减振动的目的。如果能量的消耗仅仅只是在压缩行程或者是在伸张行程进行，则把这种减振器称为单向作用减振器；反
13、之称为双向作用减振器。后者因为减振作用比前者好而得到广泛应用。减振器大体上分为两大类，即摩擦式减振器和液力减振器。摩擦式减振器利用两个紧压在一起的盘片之间相对运动时的摩擦力提供阻尼。但是由于库仑摩擦力随相对运动速度的提高而减小，并且很容易受到油、水等的影响，无法正常工作，无法满足平顺性的要求，因此虽然具有质量小、造价低、容易调整等优点，但现在汽车上已经不再采用这类减振器。液力减振器最早出现于1901年，有两种主要的结构形式分别是摇臂式和筒式。悬架中用的最多的减振器是内部充有液体的液力式减振器。而在筒式减振器中，常用的三种形式是：双筒式、单筒充气式和双筒充气式。我这里选择双筒式液力减振器作为自己
14、设计的素材。2.2 减振器的工作原理悬架系统中由于弹性元件受冲击产生振动，为改善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减振器用来衰减振动。液力减振器在汽车悬架系统中广泛应用，其作用原理是利用液体流动的阻力来消耗振动的能量。当车架与车桥相对运动时，活塞在缸筒内上下移动，减振器壳体内的油压便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一个内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼，使车身和车架的振动能量转化为热能而被油液和减振器壳体所吸收，最后散到大气中去。减振器的阻尼力大小随车架与车桥的相对运动速度的增减而增减，并且与油液的粘度有关。减振器与弹性元件承担着减振和缓冲击的任务，
15、阻尼力过大，将使悬架弹性变坏，甚至使减振器连接件损坏，因面要调节弹性元件和减振器这一矛盾。1、压缩行程车桥和车架相互靠近，减振器阻尼力较小，以便充分发挥弹性元件的弹性作用，缓和冲击。这时，弹性元件起主要作用。2、悬架伸张行程车桥和车架相互远离，减振器阻尼力应大，迅速减振。3、相对速度当车桥或车轮与车桥间的相对速度过大时，要求减振器能自动加大液流量，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。在汽车悬架系统中广泛采用的是筒式减振器，且在压缩和伸张行程中均能起减振作用叫双向作用式减振器又称双筒式减振器。还有采用新式减振器，它包括充气式减振器和阻力可调式减振器.2.3 双向作用筒式液力
16、减振器的工作原理及优点主要构成有如图2-1： (2-1)1-活塞杆;2-工作缸筒;3-活塞；4-伸张阀；5-储油缸筒；6-压缩阀；7-补偿阀；8-流通阀；9-导向座；10-防尘罩;11-油封；双向作用筒式液力减振器工作原理说明。在压缩行程时，指汽车车轮移近车身减振器受压缩，此时减振器内活塞3向下移动。活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀8流到活塞上面的腔室(上腔)。上腔被活塞杆1占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，一部分油液于是就推开压缩阀6流回贮油缸5。这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀8关闭，上腔内的油液推开伸张阀4流入下腔。由于活塞杆的存在，自上腔流来
