车辆液压减震器设计【含6张CAD图纸】
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烟台大学文经学院本科生毕业设计作品及毕业设计原创性声明和答辩申请学生姓名: 朱向伟 学号: 201604501152 专业: 机械设计制造及其自动化 指导教师: 吕小勇(副教授) 论文(设计)题目: 车辆液压减震器设计 本人郑重声明:所呈交的毕业设计是本人在导师的指导下,独立工作取得的成果,所涉及到的其他人已经发表或撰写过的研究成果均已经在设计中注明引用。对我提供指导的教师和与我共同工作的同学已在设计中作了说明并表示谢意。供验收的毕业设计作品符合下面第 1 的情形:1、完全独立完成,所使用的平台、工具及资源(包括商业的和开源的)均已经在论文(设计)中说明; 2、与他人合作完成,或者是作为 中的一部分,与团队成员共同完成,本人负责的部分是 ;3、在他人工作(来源: )的基础上,本人作了扩充,扩充的部分是 ;4、在他人工作(来源: )的基础上,本人对其中的部分工作进行了改写,改写的部分是 ;5、其他 。本人完全清楚学院及本系针对学术不端行为处理的有关规定,并对以上声明负完全的责任。鉴于本人认真完成了毕业论文(设计)的各个环节,以此为基础撰写了毕业论文(设计),并如实地对作品的原创性进行了声明,特提出毕业答辩申请,请予以批准。学生: 朱向伟 (签名)2020 年 5 月 30 日 烟台大学文经学院毕业设计开题报告学生姓名: 朱向伟 学 号: 201604501152 专 业: 机械设计制造及其自动化 设计题目: 车辆的液压减震器设计 指导教师: 吕小勇(副教授) 2020 年3 月12日毕 业 设 计 开 题 报 告1本课题的研究意义,国内外研究现状、水平和发展趋势减震器是汽车悬架中的阻尼元器件,是连接汽车车身(或车架)与车轮(或车桥)的重要组件。它通过抑制因为不平路面引起的冲击和振动,提高汽车驾乘的舒适性和货物运送的完好无损性。减震器是能够保证汽车舒性和平顺性的重要零部件,长期以来,也得到了人们的特别重视和持续研究,技术上也有很多创新和突破,对保障人们出行的舒适性发挥了很好的作用。汽车其整体性能与汽车零部件的性能密切相关。液压式减震器是汽车悬架系统中采用最广泛的减震器。其原理是,当车架与车桥做往复相对运动而活塞在减震器的缸筒内往复移动时,减震器壳体内的油液便反复地从内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时,液体与内壁的摩擦及液体分子的内摩擦便形成对震动的阻尼力我国发展汽车减震器的时间不长,且起点相对来说也不高,汽车减震器的总体技术水平还处于发达国家80 年代的汽车减震器技术水平,与发达国家的汽车减震器技术有很大差距。所以很多轿车的减震器会使用国外进口的减震器,尤其是中高档将车,普通双筒液压减震器在很多国产微型车、国产汽车等多种车型中应用,由此可见,我国汽车悬架系统亟待解决的问题就是要针对汽车减震器进行研发创新,提高汽车减震器使用性能和实际作用,这也使推动汽车行业实现可持续发展的重要步骤。但在汽车减震器标准和汽车减震器零部件标准方面有了很多突破,国家和汽车企业都针对减震器制造和减震器零部件制造,制定出相关行业规范标准,使设计汽车减震器和制造汽车减震器有了较为规范标准的参考依据。现阶段国外汽车减震器的发展阶段处于充气式减震器、自适应减震器和可调减震器。比如充气式减震器中就包括荷载感应式和位置依存式,还有电流变减震器、可调减震器、电磁流变减震器等自适应减震器,其中市场占比率较高的使双筒液压减震器,因为其发展时间较长,性能相对不错,所以得到广泛利用。同时,市场中也投入了新型减震器,比如可调减震器,有的商品车辆中也应用到了这种新型减震器。以上减震器类型都可以针对阻尼力进行无极调整和高频激震,还可以完善减震器的温度特性,另外,在噪音降低和减震器外特性的改善等方面也有了很大的进步。减震器的发展趋势:(1) 自适应调节减震器,控制器、传感器和执行机构这三个部分组成了自适应可调减震器结构。(2)复合型减震器,普通双筒液压减震器不断的发展会逐渐演变成复合型减震器。(3)新型减震器,利用电磁原理设计的减震器就是新型减震器。5毕 业 设 计 开 题 报 告2本课题的基本内容,预计可能遇到的困难,提出解决问题的方法和措施基本内容:1. 双筒式减震器的结构分析2. 双筒式液压减震器的尺寸计算3. 液压缸的设计4. 双筒式液压减震器的校核5. 绘制双筒式液压减震器的图纸可能遇到的困难:双筒式液压减震器的尺寸设计,包括相对阻尼系数以及最大卸荷力的确定,减震器工作缸、活塞、活塞杆、阀系以及相关零部件的尺寸计算。双筒液压减震器的校核问题。解决问题的方法和措施: 通过查阅相关资料和多次计算以及老师的指导下,按照任务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企业的产品。3本课题拟采用的研究手段(途径)和可行性分析研究手段(途径):首先认真分析液压减震器的工作原理,并通过查阅企业的产品资料和实地调查,研究分析相类似的产品结构,以所学的知识为基础,借鉴以往的产品经验最终通过合理计算和软件辅助完成设计。可行性分析:目前,汽车行业发展迅速,减震器的需求也不断增大,国内外有关减震器的技术也已相对成熟,因此通过研究能够为设计提供支持,并且通过老师的指导和所学的液压与其他机械知识,能够设计出一套合理方案,完成本次毕业设计。毕 业 论 文 开 题 报 告指导教师意见:(对本课题的深度、广度及工作量的意见)论文选题与专业结合紧密,选题的范围比较适中,该选题的研究具有一定的实践指导意义。开题报告中研究的基本内容、研究的主要问题、研究的方向明确;研究的方法及措施可行;研究工作的步骤、进度安排合理。同意开题。 指导教师: 2020年 3 月 14 日教研室审查意见:同意开题 教研室负责人: 2020 年 3 月 15 日毕业设计题目变更申请表系(部):机电工程系姓名朱向伟班级机1601-1学号201604501152原 定 题 目发射装置的液压减震系统设计变更后题目车辆液压减震器设计变 更 理 由导弹发射装置设计生活中不易见到,无法对其进行设计,并且不能贴近生活,解决不了在生活中的问题。 申请人签名:朱向伟 2020年3月5日指导教师意见同意 签名: 2020 年 3 月 6 日教研室意见同意 教研室主任签名: 2020年 3 月 7 日 分类号 编号烟台大学文经学院毕 业 设 计车辆液压减震器设计Design of Hydraulic Shock Absorber for Vehicle申请学位: 工学学士 系 别: 机电工程系 专 业:机械设计制造及其自动化班 级: 机1601-1 姓 名: 朱向伟 学 号: 201604501152 指导老师: 吕小勇(副教授) 2020年5月30日烟台大学文经学院车辆液压减震器设计姓 名: 朱向伟 导 师:吕小勇(副教授) 2020年5月30日烟台大学文经学院烟台大学文经学院毕业设计任务书系(部):机电工程系姓名朱向伟学号201604501152毕业届别2020专业机械设计制造及其自动化毕业设计题目车辆液压减震器设计指导教师吕小勇学历研究生职称副教授所学专业流体传动及控制1、 具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等):主要内容:设计一款用于车辆,能够满足其性能要求的液压减震器。最大卸荷速度0.150.30m/s,相对阻尼系数0.270.47,确保在使用期间汽车行驶平顺性的性能稳定。基本要求:设计确定总体工作原理,给出原理图;2.完成详细设计,给出设备整体、专用机构、非标零件等的必要的原理图,装配图,零件图等;3.按要求提交开题报告、论文等文档;4.准备毕业设计答辩材料,完成答辩。主要参考资料:1.理论力学、材料力学、机械原理、机械设计基础,液压与气压传动等教科书。2. 机械设计手册,版本较新即可。2、 进度安排:2月25日-3月31日:搜集、整理、熟悉分析相关资料,写出开题报告;4月1日-4月30日:完成详细设计,绘制必要的图纸;5月1日-5月29日:修改完善设计,撰写论文;5月30日 :做好答辩准备。指导教师(签字): 2020 年 1 月 10 日系(部)意见: 同意 系主任(签字): 2020 年 1 月 11 日备注:摘 要 当前安装在汽车悬架系统中的减震器主要是液压式的减震器。减震器的性能对汽车的安全性、舒适性和驾驶性能都有影响。本次以奇瑞艾瑞泽GXpro的参数为依据设计了一款应用于轿车,能够满足性能要求的双筒式液压减震器。这种减震器的优势是结构简单,成本低,性能较稳定。本次设计首先对减震器的相关参数进行计算,然后对减震器的主要零部件和配套零部件分别进行设计,并对活塞杆进行校核,下一步对减震器阀系进行设计。最终绘制双筒式液压减震器的装配图和主要零件图。关键词 减震器;阻尼系数;阀系;强度校核;Abstract:The shock absorbers currently installed in suspension systems of automobiles are mainly hydraulic shock absorbers. The performance of the shock absorber has an impact on the safety, comfort and driving performance of the car. This time, based on the parameters of Chery Arrizo GXpro, a double-cylinder hydraulic shock absorber that can meet the performance requirements was designed for a car. This type of shock absorber has the advantages of simple structure and stable performance. This design first calculates the relevant parameters of the shock absorber, then designs the main parts and supporting parts of the shock absorber separately, and checks the piston rod. The next step is to design the valve system of the shock absorber To establish a hydrodynamic model of the valve system. Finally, draw the assembly drawing and main parts drawing of the double cylinder hydraulic shock absorber.Key words: Shock absorber;damping coefficient;valve system;strength check;目录第一章 绪论11.1课题背景和意义11.2设计的主要工作1第二章总体原理确定22.1减震器的类型选择22.2双筒液压减震器的工作原理2第三章减震器的主要参数43.1 悬架的垂直弹性特性43.2双筒减震器的外特性43.3 相对阻尼系数y的选择53.4减震器阻尼系数的确定63.5 最大卸荷力F07第四章减震器主要零部件的设计84.1 缸筒的设计84.1.1工作缸的设计84.1.2外缸筒的设计84.2 活塞杆的设计94.3 活塞杆的强度计算与校核94.4 活塞杆稳定性的计算与校核104.5活塞行程的确定104.6 导向座长度和活塞高度的设计11第五章液压缸和其他部件的结构设计135.1缸体与缸体端盖的连接形式135.2 活塞杆与活塞的连接形式135.3 活塞与活塞杆处密封圈的选用135.4液压缸的安装连接结构135.5 活塞环135.6液压缸主要零件的材料和技术要求135.7减震器的密封和油液的选取135.8弹簧的选择145.9弹簧片的选择14第六章 减震器阀系的设计166.1 减震器各阀系流体力学计算166.1.1 压缩行程流体力学的计算166.1.2伸张行程流体力学计算176.2压缩阀的设计196.3伸张阀的设计206.4 流通阀的设计226.5 补偿阀的设计23参考文献26致谢25烟台大学文经学院毕业设计第一章 绪论1.1课题背景和意义在国外发达国家,他们减震器的设计与生产已经比较成熟,例如已经研制出了有电子系统控制的可调节,自适应的充气式或液压式减震器。可以根据不平路面给汽车带来的频率和震幅自动调整减震器的阻尼力,并能够多级调节和匹配。在我国,减震器行业开始较晚,技术相对其他国家较为落后。大量的高级轿车的减震器采用进口为主,国内生产的减震器主要满足中低级轿车的配置。研究自主品牌性能优越的减震器,仍然是一个急需解决的问题。减震器是汽车悬架中的阻尼元器件,是连接汽车车身(或车架)与车轮(或车桥)的重要组件。它通过抑制因为不平路面引起的冲击和振动,提高汽车驾乘的舒适性和货物运送的完好无损性。减震器是能够保证汽车舒性和平顺性的重要零部件,长期以来,也得到了人们的特别重视和持续研究,技术上也有很多创新和突破,对保障人们出行的舒适性发挥了很好的作用。1.2设计的主要工作确定减震器的相对阻尼系数和阻尼系数,对减震器主要零部件进行设计,主要包括缸筒、活塞杆、导向座和液压缸等零部件;活塞杆强度的校核,稳定性的校核;减震器其他部件的选择,包括密封元件,弹簧等;减震器阀系的设计;绘制减震器二维总装配图和主要零部件图。第二章总体设计2.1减震器的类型选择减震器根据减震器的阻尼材料分为液压和充气两大类,根据结构可以分为单筒和双筒两种。液压减震器材料是油性流体。充气式减震器在气缸的下部包括一个浮动活塞,该浮动活塞在气缸的端部形成一个密封腔,并充满高压氮气。浮动活塞配有型密封件,可将油和气完全分离。活塞上配有压缩阀。阀根据运动速度和通道截面积而变化。当车轮升降时,活塞往复运动,以在工作缸的上,下腔室之间产生压力差,压力油推动压缩阀和伸张阀,然后返回。本次设计选择使用广泛、制造成本低、结构简单、性能比较稳定的双筒式液压减震器。2.2双筒液压减震器的工作原理当汽车通过不平路面的时候,车身就会出现颠簸,此时,活塞作往复运动,油液便来回的在储油缸和工作缸中通过阀流动,在运动过程中油液对孔壁产生的摩擦以及油液内分子之间的摩擦将变成阻尼力,起到减震作用,将车身能量转变成热能消耗。具体工作流程:压缩行程时,车轮接近车身,减震器压缩,减震器中的活塞向下移动 ,此时工作缸下部腔室的容积减少,油压升高,油液通过流通阀流到上部腔室,因为上部腔室被活塞杆占据一部分容量,所以上部腔室增加的容积小于下部腔室减小的容积,因此油液推开压缩阀流到储油缸筒。伸张行程时,减震器拉伸,活塞向上移动,工作缸上部腔室的油压升高,流通阀关闭,油液通过伸张阀流到下部腔室,同理,通过伸张阀流到下部腔室的油液不能充满下部腔室,产生真空度,此时储油缸中的油液推开补充阀流到下部腔室从而进行补充。 图2-1减震器局部图表2-1减震器组件代号1234567名称活塞杆工作缸活塞伸张阀流通阀补偿阀压缩阀图2-2减震器三维图第三章减震器的主要参数3.1 悬架的垂直弹性特性在进行减震器设计时,要知道悬架系统的弹性特性。 图3-1 悬架弹性特性经研究,悬架的固有震动频率与悬架的刚度和簧上质量有关,可用如下公式表示: (2-1)式中:悬架的刚度-簧上质量 -固有振动频率车型选择上,选择轿车(如:奇瑞艾瑞泽GXpro),单轮簧上质量按照50%取值,单轮簧上质量为:300kg。减震器固有频率,根据公式(2-1)得: 3.2双筒减震器的外特性 外特性就是它的速度特性,如图,外特性能较好地匹配悬架的性能需要,就能获得良好的震动特性。减震器的阻尼特性直接受减震器中气门系统的结构和开度的直接影响。曲线A表示伸张阀关闭状态下,常通孔通道下阻尼力F与液流速度V的关系,曲线B表示伸张阀开启状态下,伸张阀环形间隙的阻尼力F与液流速度V的关系,两者之间的过渡曲线为两则同事作用的结果。压缩阀阀片开启程度对减振器特性的影响大体和伸张阀差不多,也大体可以用图3-3表示(a)阻力一位移 (b)阻力一速度图3-2 减震器的特性 图3-3阀的开启程度对减震器特性影响示意图伸张阀开阀力压缩阀开阀力。速度确定阀系各参数,使压缩阻尼力与伸张阻尼力的比值符合。3.3 相对阻尼系数y的选择卸荷阀未打开时,阻力F与阻尼系数和震动速度v之间均成正比关系,可用公式(2-2)表示。 (2-2)减震器阻尼系数用公式计算,压缩行程在一象限的开始端,阻尼系数:,中间为过度冲程,伸张行程在三象限末尾段。阻尼系数:。相对阻尼系数y可用公式(2-3)计算: (2-3)式中: 垂直刚度;簧上质量。y值大,减震器震动衰减的越快,y值越小,减震器震动衰减的越慢,从而通过减震器传达到路面的冲击力将会减少。压缩行程中,阻尼力应选小一些,能很好的缓和冲击,此时阻尼系数取得小些;伸张行程中,反之,从而能迅速减震,此时阻尼系数取得大些,通常情况下:。取根据所涉及车型主要适用于路况较好的城市道路,取,则有:,计算得:,。3.4减震器阻尼系数的确定通过公式转换的:阻尼系数。阻尼系数可用公式表示: (2-4)式中:减振器轴线与铅垂线之间的夹角,取30;相对阻尼系数;下横臂n长度为0.2088m;a-安装点到悬架左端点的距离;0.1488m;单轮簧上质量,取300kg则:伸张时的阻尼系数: 3.5 最大卸荷力F0减震器安装采用(2-4 b)所示安装时,可用公式(2-5)表示: (2-5)式中: 卸荷速度,车身振幅,取 悬架振动固有频率,为9.2rad将数据带入公式(2-5)可得: 根据设计要求,因此卸荷速度符合要求。最大卸荷力公式为: (2-6) 第四章减震器主要零部件的设计4.1 缸筒的设计4.1.1工作缸的设计减震器工作与伸张行程最大卸荷力的公式: (4-1)式中:-工作缸最大允许压力,取3.5PMa连杆直径和缸筒直径之比,取0.45将数据带入公式(4-1)得:按照国家标准,选用工作缸直径为 壁厚2mm.图4-1工作缸三维图4.1.2外缸筒的设计外缸筒也叫储油缸,其主要作用是保持内缸筒下油腔的压力平衡。其下端与悬架连接,上端与导向器油封筒连接。贮油筒直径 ,壁厚3mm,材料钢。选取贮油筒直径为:。为了起到缓冲减震效果,下部吊环和吊环内的附件与弹簧端盖连接。 图4-2外缸筒的三维图4.2 活塞杆的设计减震器活塞杆在运动中,作为传力件,它将承受拉伸和压缩负荷以及外部世界的侧向力,因此材料要有一定的强度和刚性。这一设计既考虑到机械性能,又考虑到经济性能,因此选择一种具有HRC18硬度的45钢,一种市场上常用的材料。选择S活塞赛跑200毫米,活塞杆的长度(连接长度除外)一定要大于活塞跑动,活塞杆的长度最初确定为220毫米,由于活塞杆两端会活塞和车身(或车桥)连接,因此考虑连接长度,取整个活塞杆长度为262.5mm。经验情况下,工作缸直径与活塞杆直径可按公式(4-2)表示: (4-2)工作缸直径则取 图4-3活塞杆的三维图4.3 活塞杆的强度计算与校核活塞杆为受力件,因此选择强度和刚度均较好的45#钢,其许用应力为,密度为,弹性模量为活塞杆的应力可以用公式(4-3)表示: (4-3)式中: 取;Max,最大压力,计算得2826N;单个减震器承受的汽车的簧上质量,;,;,。4.4 活塞杆稳定性的计算与校核汽车行驶时,减震器处于反复压缩和拉伸的状态,所以减震器的性能也和活塞杆的稳定性有一定关系,转换模型其等效长度系数,由公式(4-4)计算比容值: (4-4),所以满足欧拉公式的使用条件再根据欧拉公式可得: 而最大的压力: 这里取极限情况,得:4.5活塞行程的确定 减振器活塞座圈是液压缸的工作座圈。根据表和表来选取液压缸的工作行程,从而选择活塞过程为表4-1 减震器设计尺寸()工作缸直径D基长贮液筒最大外径D1防尘罩最大外径D2压缩到底长度Lmin允差最大拉伸长度Lmax允差L1(HH 型)L2(CG 型)L3(HG 型)(GH 型)209070803440+3负值不限+4负值不限正值不限-3正值不限-430120861034856401601201406575(45)70805019012015580906021013017090102表4-2减震器活塞行程()工作缸直径D活塞行程 S10011012013014015016017018019020021022023024020-30-40-45-50-65-表4-3复原阻力和压缩阻力取值(N)工作缸直径D(mm)复原阻力压缩阻力202001200不大于6003010002800不大于10004016004500400180045250055006002000504000700070028006550001000010003600通过,大题可以知道复原阻力和压缩阻力的值。选取减震器为HH型,得:减震器压缩到底长度;减震器最大拉伸长度;4.6 导向座长度和活塞高度的设计如果导向体长度过小,工作缸管与储油缸管之间的偏差会因偏差而增大,减振器的稳定性也会降低。导向体的最小长度过小,工作缸筒和储油缸筒因偏差而发生偏斜,降低了阻尼器的稳定性。而且活塞运动时,其与导向体是相对滑动的,因此导向体内会安装一个衬套。其最小导向长度大体可用公式(4-5)表示: (4-5)式中:-液压缸的最大行程; -工作缸内径。活塞的高度,导向座长度;活塞高度;活塞上孔是均布的个小孔,每个孔的直径为d,小孔的总面积应等于进、出油孔的面积。由于 ,故。取孔的长度一般根据经验公式(4-6)计算 (4-6)取。 图4-4活塞体三维图第五章液压缸和其他部件的结构设计5.1缸体与缸体端盖的连接形式“本次设计选用螺纹来进行连接。采用螺纹连接主要有一下好处:结构简单、成本低,稳定;容易加工、便于安装和拆卸;连接可靠、能承受高压。”65.2 活塞杆与活塞的连接形式活塞杆与活塞需要承受一定的轴向力,因此需要连接可靠,选择螺纹连接,即活塞杆端部攻螺纹,匹配螺栓。5.3 活塞与活塞杆处密封圈的选用活塞和活塞杆处的密封圈应能承受一定的压力和温度,本次设计时选用O型密封圈,其具体尺寸可参照行业标准选择。5.4液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构应考虑安装形式和油液进出口的连接形式。液压缸盖的安装和连接形式是通过法兰来连接的。5.5 活塞环活塞环用来防止油液从高压室向低压室泄露,以保证阻尼效果。活塞环材料常用:尼龙1010、聚四氟乙烯、酚醛树脂、填充聚四氟乙烯及三层复合材料。两端面平行度不大于0. 03、表面粗糙度Ra0.8。外观不应有裂纹、毛刺、缩孔及折皱。根据活塞环的密封原理,在设计上应考虑活塞环径向厚度、开口形状、侧间隙、背间隙以及因材料不同时的活塞环圆周线涨量。活塞环装入工作缸要进行光检验,其贴合面不小于85%。5.6液压缸主要零件的材料和技术要求(1)缸体采用45钢;调质HRC2833;表面法兰处理;缸体和端盖采用螺纹连接;(2)活塞采用40Cr;调质HRC2835;上下面高频淬火HRC4045;(3)活塞杆采用40Cr;调质HRC2833;使用磁力探伤避免有裂纹;(4)缸盖采用45钢;表面阳极氧化处理。5.7减震器的密封和油液的选取(1) 减震垫提到液压油的密封性,即油腔与外界隔绝,以确保液压油不泄漏,并且不会有灰尘进入油气缸。适用的媒包括油、水和低腐蚀液体,使用寿命请参阅机械材料设计手册。选择密封材料是腈橡胶,使用粘结形状,并且金属骨架和橡胶部分分别处理,然后与乳胶卡车粘合。这种使用方式便宜,容易制造,易于维修和可靠密封。型密封圈有如下特点,能压缩,且自封能力强。得到了广泛的应用。而且,胶密封圈的结构比较简单、使用维护起来比其他的更加方便、成本也比其他的低廉,密封也不受到运动方向的影响,是比较合适的密封件。本次设计选用材料为丁青橡胶的型密封圈。(2) 在选择液压油时,您必须首先考虑液压缸的工作环境,例如液压缸中的湿度、温度和空气清洁度。选择油液的粘度一定要适中,温度变化不能过大。假如油的粘度过大,将会损失较大系统的压力,因此传输效率降低。此外,油必须具有良好的温度适应性,并且不会因温度变化而导致粘度和性能的过度变化。此外,液压油要有良好的润滑效果,以减少摩擦并保证零件的寿命。,体积弹性。5.8弹簧的选择弹性元件普遍的是螺旋式弹簧。通常情况下,弹簧钢棒材料轧制行成螺旋式弹簧.定螺距刚度不变,变螺距刚度可变。因为结构简单,成本低,不用润滑 质量轻,安装时所占距离小,选择为簧丝材料。表4-1 弹簧材料特性许用切应力许用剪应力剪切模量G弹性模量E强度范围481000800020000MP45-50HRC5.9弹簧片的选择弹簧片和减震器液压油作为减震器的内部元件,其原则合适与否对减震器的减震效果比较重要。(1)弹簧片的材料减震器中的弹簧片被分成流动阀弹簧片和补偿阀弹簧片。当减震器工作时,弹簧刀片将承受一定的压力,因此弹簧刀片必须具有一定的弹性强度和耐磨性能。本次选择的弹簧材料为合金弹簧钢,钢号为:,以提高煤油浸渍处理的刚性,以提高强度和韧性,需要浸渍处理。(3) 弹簧片的尺寸标准弹簧片分为流通阀蝶形弹簧片和补偿阀蝶形弹簧片,查手册,尺寸确定如下:流通阀选择A型: ,补偿阀蝶形弹簧片选择A型,尺寸如下:,。图4-3 蝶形弹簧片结构简图两个阀都要在弹簧片上打孔,来保证液压油的。第六章 减震器阀系的设计6.1 减震器各阀系流体力学计算活塞和阀体将工作缸和储油缸分成了三个密封区域,假设没有摩擦力及瞬态液动力,各封闭区域也是连续的,相关参数不会突变。6.1.1 压缩行程流体力学的计算减振器活塞向下移动,工作缸下油室到储油缸油室的流量可用式(6-1)表示: (6-1)活塞向下运动,一部份油液会从工作缸流到储油缸,一部分油液会从下油腔流进上油腔,从工作缸下油腔流进上油腔的流量可用公式(6-2)表示: (6-2)通过流通阀的流量可用公式(6-3)表示: (6-3)式中:流通阀的节流面积活塞常通孔流量表示: (6-4)压缩阀开启前和开启后,底阀的油液流量不同。(1)压缩阀开阀前,流经底阀的油液流量可用表示: (6-5)式中: 底阀上常通孔节流面积(2)压缩阀开阀后,流经底阀的油液流量可用公式(6-6)表示: (6-6)式中: 压缩阀的节流面积根流量连续性定理可由公式(6-7)表示: (6-7)压缩阀开阀前,工作缸下油腔的压力可由公式(6-2)、(6-5)、(6-7)求得: (6-8) 开阀后由公式(6-2)、(6-5)、(6-7)求得: (6-9)减震器压缩行程时,阻尼力可用公式(6-10)表示: (6-10)压缩阀开阀前,压缩行程阻尼力可由(6-4)、(6-8)、(6-10)计算得: (6-11)开阀后,由公式(6-4)、(6-9)、(6-10)计算得: (6-12)从以上数学模型可以看出,此时压缩阀在减震器中其主要作用,而流通阀对上下油室的压差变化其主要作用。6.1.2伸张行程流体力学计算假设以速度运动,则上油腔排出的流量可用(6-13)表示: (6-13)式中: 活塞的横截面积 活塞杆的横截面积 活塞运动速度 而活塞和活塞杆的横截面积可用以下公式求得:, ,式中:活塞外径活塞杆外径减震器位于时,流通阀呈现状态,活塞杆向上运动,外界压强大于活塞内部压强,活塞杆因此呈受拉伸状态。活塞处于受拉伸状态,伸张阀的开启和关闭对流体力学的影响也不相同。(1)伸张阀关闭时,表示: (6-14)式中:流量系数活塞上的常通孔节流面积上油腔油压下油腔压储油腔油压(2)伸张阀开启时,工作缸的上油腔流入下油腔的流量可用公式(5-3)表示: (6-15)在压力状态下,通过可用公式: (6-16)式中:补偿阀的节流面积根据流量连续性定理: (6-17)设,由得下油腔的压力: (6-18)由得上油腔的压力:补偿阀开阀前: (6-19)补偿阀开阀后: (6-20)表示: (6-21)补偿阀开阀前,阻尼力由求得: (6-22)补偿阀开阀后由求得: (6-23)从以上数学模型可以看出,在该工况下,此时伸张阀主要作用,补充阀紧起到补充油液的作用,为减震器提供的阻尼力影响不大。6.2压缩阀的设计(1)压缩阀的结构和工作原理 图6-1底阀总成压缩阀片组和阀座组成压缩阀,其安装在底阀的下端部,如图所示。其和活塞上安装的伸张阀原理差不多,即:当储油缸和工作缸下油腔的压差比较小时,压缩阀呈现关闭状态,压缩阀片常通孔的节流作用产生了阻尼力;当压差增加到一定值时,下油腔的压力大于储油缸的压力,压缩阀呈现开启状态,通过常通孔和压缩阀开启时环形间隙的节流作用来产生阻尼力。(2)压缩阀流体力学模型的建立 图6-2 压缩阀阀片流体力学模型油液在压缩阀的环形间隙流动时,其流体力学如图5-5所示:其端面受到的均布载荷,式中: 工作缸下油腔压力 -储油腔油液压力压缩阀孔常通孔, 图6-3压缩阀三维模型6.3伸张阀的设计(1)伸张阀的结构和工作原理如图5-1所示,膨胀阀主要由一组膨胀阀、一个阀座和安装在活塞下端的其它部件组成。当工作缸上下油箱压差较低时,伸缩阀关闭,上下腔室中的机油流过活塞的正常通孔。当工作缸上下油室压差较大时,放大器的阀瓣会产生环形空间。当膨胀机打开时,上腔和下腔之间的压差变化缓慢,以确保舒适的减震。阻尼力包括通过活塞孔和放大器环形空间的压灭效应。 图6-4 活塞总成(2)伸张阀的流体力学模型油液在伸张阀的环形间隙流动时,其流体力学如图6-1所示:其端面受到的均布载荷式中: 工作缸上油腔压力 工作缸下油腔压力经过计算 图6-5 伸张阀阀片的流体力学模型 图6-6伸张阀片三维图6.4 流通阀的设计(1)流通阀的结构和工作原理流通阀阀片和弹簧压片组成安装在活塞上端部,如图5-1所示。流通阀是单向阀,油液在压差作用下,只能有下油腔流向上油腔。(2)流通阀的流体力学模型流通阀开阀时的通流面积可由公式(6-24)表示: (6-24)式中:X-弹簧压缩量流通阀的流体力学模型如图5-3所示,其油液压力可由公式(6-25)表示: (6-25)式中:弹簧压紧力-油液压力 图6-7流通阀的受力模型图中的阀片质量,阀座支撑力,正常流通情况下两者相等,即: 。,。 图6-8流通阀三维图6.5 补偿阀的设计(1)补偿阀的结构和工作原理补偿阀片和弹簧压片组成了补偿阀,其安装位置在底阀的上端部,如图所示。补偿阀和流通阀相同,是单向阀,当储油缸的油液压力大于工作缸下油腔的油液压力,补偿阀就会打开,从而产生节流作用。 图6-9补偿阀阀片的流体力学模型(2)补偿阀的力学模型如图5-6所示,补偿阀开阀时的通流面积可用公式(6-26)表示: (6-26)式中: X-补偿阀阀片上弹簧压片的压缩量其油液压力可由公式(6-27)表示: (6-27)式中: 补偿阀弹簧力 弹簧压片的压缩量弹簧压片的刚度图5-6中,二者相等,即:计算得:,。 图6-10补偿阀三维图 参考文献1 冯雪梅, 刘佐民. 汽车液力减震器技术的发展与现状J. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2003, 27(3):340-343.2 吴念, 李人宪, 邢亚琼,等. 液压减震器结构参数对其动态性能的影响J. 煤矿机械, 2016(5):77-79.3 贾传明, 杨合利. 减震器液压阀的设计与分析J. 河北农机, 2016(9):60-61.4 邢亚琼. 汽车液压减震器结构参数对性能的影响D.重庆: 西南交通大学, 2016.5 陈倩倩, 胡肖琬玥. 汽车液压减震器的设计J. 硅谷, 2013(13):18-18.6 柳文键. 车用液压减震器性能仿真及设计机理的研究D. 重庆:西南交通大学, 2014.7 陈耀钧. 轿车液压减震器阻力特性模拟计算及分析J. 汽车技术, 1995(10):7-13.8 成大先,王德夫,姬奎生,韩学铨,姜勇,李长顺. 机械设计手册M. 工业出版社,2002.(3):20-26.9 孙雪梅,可调阻尼器减震器优化设计研究J,吉林大学,2016(1):13.致谢本次的毕业设计要感谢在整个过程中给予我指导,帮助的老师和同学们,特别要感谢我的指导老师吕小勇先生,在毕业设计中不断的给予我细心的指导和鼓励,在每次设计出现问题时,吕小勇老师总是给予及时的解答,让我的设计能够顺利的完成。在整个设计过程中也教会了我许多其他的知识,让我终身受益。32烟台大学文经学院毕业设计评审表(指导教师用)题 目车辆液压减震器设计学生姓名朱向伟学号201604501152专业机械设计制造及其自动化指导教师姓 名吕小勇职称副教授所学专业流体传动及控制是否同意参加答辩:同意答辩得分75评语:本文选题符合机械类毕业设计的要求。针对设计任务,该生查阅了一定量的文献,分析论证合理,设计图纸比较规范,设计过程比较完整,设计结果合理可行,具有一定的参考价值。论文格式比较规范,逻辑层次合理,表述通顺。该生专业知识熟练,具备分析问题、解决问题的能力,完成了设计任务。 同意该同学参加毕业设计答辩。指导教师(签字): 2020年 5月28 日 烟台大学文经学院毕业设计评审表(评阅人用)题 目车辆液压减震器设计学生姓名朱向伟学号201604501152专业机械设计制造及其自动化指导教师姓 名吕小勇职称副教授所学专业流体传动及控制是否同意参加答辩:同意答辩得分78评语:该生论文选题难度适中,完全符合专业培养目标,工作量较大,选题具有一定的应用研究和推广价值,该生具有一定的查阅文献能力,能够较好分析文献信息,综合运用知识解决问题能力一般。论文内容完整,前后逻辑得当,层次结构安排较为合理。该生论文语言表达流畅,格式符合要求;完全符合本科生毕业答辩条件,同意答辩。评阅人(签字): 2020年 5月29 日 烟台大学文经学院毕业设计评审表(评阅人用)题 目车辆液压减震器设计学生姓名朱向伟学号201604501152专业机械设计制造及其自动化指导教师姓 名吕小勇职称副教授所学专业流体传动及控制是否同意参加答辩:同意答辩得分76评语:论文选题源于生产实际,符合专业培养目标,具有一定的实际意义。该生查阅参考文献能力一般,能运用专业基础知识完成相关设计计算,设计思路基本合理,专业软件应用能力一般,图纸基本正确,论文书写规范,工作量适中,达到毕业设计的要求, 同意该同学参加毕业设计答辩。评阅人(签字): 2020 年 5月 29日 烟台大学文经学院毕业设计评审表(答辩小组用)题 目车辆液压减震器设计学生姓名朱向伟学号201604501152指导教师姓 名吕小勇职称副教授得分74评语:自述表达一般,表达正确,能够回答大部分问题。答辩时,能够简明的阐述设计的主要内容,对主要问题的回答基本正确,或经教师启发后正确地回答。图纸视图表达基本合理,结构表达基本完整,尺寸标注个别不规范标准;论文思路基本清晰条理,格式基本规范。答辩委员会(小组)(全体成员签字): 2020年 5 月 30 日烟台大学文经学院毕业设计综合评定成绩表指导教师评分75评阅人评分77答辩评分74综合评定成绩(按4:2:4)75答辩委员会负责人(签字): 2020年 5 月 30 日机电工程系2020届本科毕业论文(设计)中期检查情况统计表(学生用表)专业: 机械设计制造及其自动化 检查时间: 2020年 5 月 5 日论文题目车辆液压减震器设计指导教师吕小勇 学生姓名朱向伟班级机1601-1学号201604501152目前已完成的任务涉及相关文献的搜索;减震器主要零部件的选择;减震器参数的计算;液压缸的结构设计。是否符合任务书要求的进度 是 否尚需完成的任务设计的编排;主要零部件的校核验算;零件图及装配图的绘制;能否按期完成任务 能 不能存在的问题及拟采取的办法存在的问题设计书内容的排版问题和零部件校核计算困难的问题。拟采取的办法向老师同学请教和搜索相关资料查看。对指导教师的建议希望老师能够劳逸结合。学生(签名):朱向伟 2020年 5 月 5 日烟台大学文经学院机电工程系2020届本科毕业论文(设计)教师指导过程记录表论文(设计)名称车辆液压减震器设计专业机械设计制造及其自动化指导教师吕小勇学生姓名朱向伟学号201604501152班级机1601-1进程一论文选题指导方式网络2019年12月15日,通过和老师的交流选择确认了将车辆液压减震器设计作为论文题目,并且讲解了减震器的结构,原理等,是我对本次设计有了初步认识。进程二论文开题指导方式面授 2020年2月3日,老师介绍了毕业设计的有关工作,并和老师交流了论文的初步想法。老师建议要先弄清工作原理,制定好总体方案,在进行详细设计。进程三中期检查指导方式面授2020年4月老师对毕业设计的进程进行了检查,并指导了设计中阻尼系数等主要参数的计算和零件材料的选择问题。进程四论文初稿指导方式面授2020年5月老师对论文初稿进行讲评,主要存在的问题有减震器的工作原理不全面,论文的排版问题。老师指出要把减震器压缩行程,伸张行程的工作过程介绍清楚,并把摘要和绪论写的条理清晰,简洁。进程五论文终稿指导方式面授2020年5月25日,老师对论文终稿进行了检验,指出摘要要进一步简化,论文格式按照要求完善。
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