对当代的减震技术进一步研究——节能减震一体式回能车轮

彭志鼎　丁志俊　郭建成　赵成俊　陈蜀乔

（昆明理工大学交通工程学院，云南昆明 650500）

对当代的减震技术进一步研究
——节能减震一体式回能车轮

彭志鼎丁志俊郭建成赵成俊陈蜀乔

（昆明理工大学交通工程学院，云南昆明 650500）

悬架式减震作为一种先进的减震形式，已经被广泛的使用，但在长期的使用中也发现了不少的问题，为了善改传统汽车悬架在减震方面的不足之处，减轻减震器和螺旋弹簧的压力，研究了通过辐条旋转改变轮子的大小的方式来实现减震的工艺，把震动的压力分担一部分到汽车轮子上。通过这类工艺实现汽车横向和纵向的减震，而且在减震过程中把一部分震动能量回收用于推动车辆行驶，从而大大降低了行车中因振动等因素导致驾驶员和乘坐人员疲劳而存在的行车风险，提高了舒适度和能源利用率。

悬架式减震 辐条旋转 舒适度 能量回收

随着世界经济的发展，人们生活水平日益提高，交通运输的迅速发展，人们的出行日益频繁，因而舒适的交通工具显得尤为重要，因此汽车减震得到了很好的发展。那么当代汽车主要是通过什么来实现减震的呢？汽车在行驶过程中为了保证行驶时的舒适性和安全性，通常采用安装悬架的方式来过滤行驶中路面传递到车身上的振动，通过悬架来减轻振动。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，为衰减振动，汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器，其工作原理是当车架（或车身）和车桥间受振动出现相对运动时，减振器内的活塞上下移动，减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对振动形成阻尼力，使汽车振动能量转化为油液热能，再由减振器吸收散发到大气中。然而，汽车是非常容易在它的固有频率处振动的，这个频率实际上大约为1至2Hz；为了控制振动，必须加入阻尼。但当存在运动时，阻尼能耗散掉能量。

1　节能减震一体式回能车轮

1.1车轮结构

该工艺是改进的车轮，属于运载工具技术领域。该减震车轮是在车轮外套空腔中置入一系列橡胶垫，各摆动辐条的一端对应连接各橡胶垫，摆动辐条另一端铰接一轴心环，摆动辐条的中部与车轮内环以滑移-转动副连接，轴心环位于车轮内环中间且二者之间连接有一系列弹簧，增加了纵向和垂直向的减震效果。通过震动时轮子大小的改变制造助动效果，达到回能的效果。该车轮中的机械构件就相当于内置的减振器，能产生相当一部分的阻尼，进而简化车身的机构，减低成本，给汽车的组装和维修带来极大的便利。

1.2原理

轮胎受到冲击时，沿转动方向有一个切向力和垂直向上的力，这会造成轮胎沿转动方向加速转动一个角度，并使得整个轮胎向上运动；冲击消失的瞬间，向上跳动的轮胎落地，造成向下的一个冲击。车轮外套中的减振弹簧的伸缩可实现垂直方向的减振。而水平纵向的减振原理如图1所示:轮胎的线速度决定了车辆的运动速度，例如转动n圈的轮胎速度V=2πRn /t，受到冲击后，如果要保持轴心的位置不变，那么转动n圈的轮胎速度为V′=2πrn /t，r＜R，所以有V＞V′，因而受冲击后，需沿转动方向加速转动一个角度，提高轮胎线速度才能化解轮胎钢圈受到冲击。对于垂直振动，车轮受到冲击后，如果能保持轴心的位置不变，那么就可以消除垂直方向的振动，为了达到这个目标，就必须减小车轮的外径。本外套式回能减振车轮在受到冲击后，能同时满足上述两点要求。会自动根据冲击力的大小调节转动角度及车轮外径大小，受到冲击后，保持轴心水平位置不变，化解了瞬态冲击。冲击消失后，在减振弹簧的作用下，轮胎外径扩张，避免了轮胎落地，造成向下的一个冲击。由于本外套式回能减振车轮所具有的优良特性，使得轮胎的减振效果大为提高，这样在减少了动能消耗的同时，提高了汽车的舒适性。

2　未来发展展望

由于悬架的设计及安装等因素导致悬架只能过滤车身垂直方向上的振动而无法涉及到水平方向的减震效应，而且其用料要求高，结构较复杂，成本较高，重量较重，在车辆组装和维修时会带来较大的麻烦。据统计，车辆在行驶过程中振动等因素是导致驾驶员和乘坐人员疲劳的主要原因，同时也加大了行车风险。本工艺的设计工艺在由于加入了辐条来实现减震的目的，独特的增加了纵向和垂直向的减振效果，能够有效的减轻驾驶员和乘坐人员的疲劳程序，降低行车的风险；另一方面在减震的过程中还能把一部分能量回收转换为推动车子前进的动能，也可以有效的达到节能的效果。而且本作品结构简单，成本低，重量轻，相对的售价也会比一般车轮要低，具有很好的市场。

本工艺由于具有上述的优势，可以广泛运用于各个领域，主要面向汽车的领域，还有可能扩展到火车、飞机以及吊车等领域。自行车、轮椅等小型车上面也能加以应用。也可以运用本工艺与现如今广泛使用的减震技术相结合，可更有效的达到减震的目的。

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