汽车筒式减震器设计

孙飞豹，毋师平

(1.沈阳工学院,辽宁 沈阳 110000；2.辽宁广播电视大学丹东分校,辽宁 丹东 118000)



汽车筒式减震器设计

孙飞豹1，毋师平2

(1.沈阳工学院,辽宁 沈阳 110000；2.辽宁广播电视大学丹东分校,辽宁 丹东 118000)

本文通过对汽悬架减震器特性分析，论述了双作用筒式减震器阻尼系数等参数的选取、对汽车行驶平顺性的重要性，进而明确了相对阻尼系数设置的必要性，并给出了伸张和压缩行程的相对阻尼系数、设计原则及限值。对筒式减震器结构尺寸和不同安装方式的阻尼系数也给出了计算公式。

阻尼系数；相对阻尼系数；固有频率；阻尼力-速度特性；最大卸荷力

1 减振器主要性能参数的选择

减振器的性能一般用阻尼力—位移特性和阻尼力—速度特性来表示。如图1所示为某减振器的这两个特性。

图1 减振器性能曲线

图1(a)中，横坐标为活塞杆的位置，从最大压缩位置到最大伸张位置；纵坐标为阻尼力，向上为伸张行程，向下为压缩行程。此特性在专门试验台上测出，试验时的减振器行程为100mm，每个振动频率与一个封闭的回线相对应。从这个图上可以直接测量出伸张时或压缩时的最大减振器阻力值，也可以测出全行程所消耗的功(封闭曲线内的面积)。因此，此图形也称为减振器的示功图。但是用这一图形还不能充分反映减振器的特性。还需要阻力—速度特性图。据图1(b)中减振器中阻尼力F和速度V之间的关系可表示为

F=δVi

(1)

式中，δ为减振器阻尼系数；i为常数，常用减振器的i值在卸荷阀打开前为1。F与V成线性关系称为线性阻尼特性。在图1(b)中，可以看出阻力—速度特性由四段近似直线段组成，其中压缩行程和伸张行程各占两段；各段特性线的斜率为减振器的阻尼系数。通常认为在卸荷阀打开之前的特性曲线的斜率就是减振器阻尼系数δ，压缩时的阻尼系数小于伸张时。对于汽车减振器，在同样的速度V下，压缩时的阻尼力较小，可以提高悬架的缓冲性能。带线性阻尼减振器的悬架系统作自由衰减振动时，振动衰减速度取决于相对阻尼系数。

(2)

式中，c为悬架刚度；m为簧载质量。ψ值对行驶平顺性有明显的影响。在选择减振器阻尼系数时要考虑到悬架的刚度c和簧载质量m。由此可见，减振器的主要性能参数有两个：阻尼系数δ和相对阻尼系数ψ。

1.1 相对阻尼系数取值

若ψ取值较大，有利于使振动迅速衰减，但会把较大的不平路面冲击传给车身，降低悬架的缓冲性能；若ψ值选得过小，振动衰减慢，共振幅度大。因此ψ取的合理，可获得良好的行驶平顺性。一般常使压缩行程的相对阻尼系数ψ0小于伸张行程时的相对阻尼系数ψc，一般取ψc=(0.25～0.5)ψ0。

1.2 减振器阻尼系数δ的确定

(3)

图2 减振器轴线与垂线成夹角

图3 筒式减振器直径参数

若悬架中减振器的轴线与垂线有夹角时(见图2)，减振器阻尼系数为

(4)

根据平顺性要求确定悬架的相对阻尼系数ψ后，还需考虑悬架的特性和减振器的安装特性。

1.3 最大卸荷力F0的确定

为减少传到车身的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器的卸荷阀便被打开，减振器不再提供阻尼力，以限制减振器所提供的最大阻尼力。此时的活塞速度称为卸荷速度Vx为;

(5)

如果已知伸张行程时的阻尼系数δ0，则最大卸荷力为

F0=δ0Vx

(6)

2 减振器主要尺寸的确定

2.1 筒式减振器工作缸直径D的确定

筒式减振器直径参数如图3所示。可先根据伸张行程的最大卸荷力F0和容许压力[P]来近似地求得工作缸直径。

2.2 贮油筒直径Dc的确定；一般取Dc=(1.35～1.5)D。壁厚通常取2mm。

3 结语

汽车悬架设计中减震器的设计至关重要，它会对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性等瞬态响应指标影响很大、对汽车乘员的舒适性和货物损害程度也会有很大影响。一般筒式减振器可分为双筒式、单筒式和充气筒式等结构，以双筒式应用最多。

[1] 余志生主编.汽车理论(第5版)[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 刘惟信主编.汽车设计[M].北京：清华大学出版杜，2001.

孙飞豹(1959.4-)，男，汉族，辽宁沈阳人，高级工程师(副教授)，本科，沈阳工学院，研究方向：汽车设计、汽车理论教学。 毋师平(1959.12-)，女，汉族，辽宁丹东人，教授，本科，辽宁广播电视大学丹东分校，研究方向：机械结构优化设计。

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1671-1602(2016)22-0044-01