車輛底盤懸架減振器的選擇與校核

李斌 王引生

總裝備部工兵軍代局駐西安和蘭州地區(qū)軍代室

減振器是產(chǎn)生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰減汽車振動(dòng)，改善汽車行駛平順性，增強(qiáng)車輪與路面的附著性能，減少汽車因慣性力引起的車身傾角變化，提高汽車操縱穩(wěn)定性。減振器亦能夠降低部分動(dòng)載荷，延長(zhǎng)汽車使用壽命。重型載貨汽車底盤中比較常用的是雙筒式減振器，其阻力容易調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。本文將以雙筒式減振器為對(duì)象，著重介紹懸架減振器的選型與校核并示例分析。

一、減振器基本參數(shù)選擇

1.減振器阻力特性

油液流經(jīng)節(jié)流閥產(chǎn)生的阻力應(yīng)為節(jié)流閥兩側(cè)壓力差與承壓面積的乘積，壓力差p為：

式中：ρ——油液密度，kg/mm3；

Q——通過(guò)閥的流量，mm3/s；

a——節(jié)流孔面積，mm2；

Cd——流量系數(shù)；

α——與節(jié)流孔形狀和油液黏度有關(guān)的系數(shù)。

油液流經(jīng)固定的節(jié)流孔產(chǎn)生阻力與油液流量即活塞運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比，流經(jīng)節(jié)流閥片的阻力與流量近似成線性關(guān)系。減振器阻力特性是由節(jié)流孔特性和節(jié)流閥片特性兩部分組成，如果能夠分別求出節(jié)流孔特性和節(jié)流閥片特性，就可以得到減振器組合的阻力特性。

2.減振器相對(duì)阻尼系數(shù)

通常根據(jù)汽車平順性、操縱性和穩(wěn)定性的要求確定減振器的阻力特性。減振器阻力值能滿足汽車操縱性和穩(wěn)定性要求，但不一定滿足汽車平順性要求；反之亦然。因此減振器阻力特性的選擇應(yīng)按照所設(shè)計(jì)車型對(duì)汽車平順性、操縱性和穩(wěn)定性進(jìn)行綜合考慮。

減振器裝車后的基本參數(shù)，一般用相對(duì)阻尼系數(shù)表示，相對(duì)阻尼系數(shù)ψ為：

圖1 減振器的特性

式中：ψ——相對(duì)阻尼系數(shù)；

γ——減振器阻力系數(shù)（阻力特性的倒數(shù)），N?s/mm；

K——懸架剛度，N/mm；

M——質(zhì)量系數(shù)，kg。

相對(duì)阻尼系數(shù)ψ≥1時(shí)，產(chǎn)生非周期運(yùn)動(dòng)，ψ很大時(shí)雖然能在共振區(qū)域很快衰減振動(dòng)，但在非共振區(qū)域內(nèi)激振增大。當(dāng)ψ≤1時(shí)，產(chǎn)生周期振動(dòng)，ψ很小時(shí)振動(dòng)衰減很慢，共振振幅過(guò)大。一般相對(duì)阻尼系數(shù)ψ值在0.3～0.5范圍內(nèi)，對(duì)于無(wú)阻尼的彈性元件取上限，彈性元件和懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中存在阻尼時(shí)取下限。

為迅速衰減汽車振動(dòng)又不把大的路面沖擊傳遞到車身上，一般把減振器拉伸和壓縮比按8:2～6:4的比例分配。雙筒式減振器由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，壓縮阻力不可能大。

選擇減振器阻力系數(shù)γ時(shí)，應(yīng)考慮懸架導(dǎo)向桿比和減振器安裝角度的影響，減振器阻力系數(shù)γ應(yīng)為：

式中：i——杠桿比，

α——減振器軸線與垂直線的夾角（°）；

ω——簧上質(zhì)量固有振動(dòng)頻率（Hz）。

二、減振器主要尺寸的確定

選擇減振器尺寸時(shí)主要考慮以下兩點(diǎn)：在工作速度范圍內(nèi)油液壓力適當(dāng)，能夠得到穩(wěn)定的阻力值，容易保證油封的可靠性；減振器具有足夠的散熱面積，防止因油溫過(guò)高引起阻力衰減或減振器早期失效。

1.減振器工作缸徑的確定

可根據(jù)減振器最大拉伸阻力和最大允許壓力近似求出工作缸徑。

式中：D——工作缸徑，mm；

p——工作缸最大允許壓力，一般為3～4N/mm2；

Fmax——減振器最大拉伸阻力，N；

λ——減振器桿直徑與工作缸徑之比，雙筒減振器為0.4～0.5。

求出缸徑后，按照標(biāo)準(zhǔn)QC/T491-1999《汽車筒式減振器尺寸系列及技術(shù)條件》，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)工作缸徑。

減振器儲(chǔ)油缸直徑Dc=（1.35～1.57）D，工作缸和儲(chǔ)油缸壁厚一般取1.5～2.0mm。

2. 減振器連接形式與連接尺寸的確定

考慮減振器使用中擺動(dòng)角度和隔振等因素，一般減振器兩端通過(guò)橡膠襯套或橡膠軟墊分別與車架、車橋（或懸架導(dǎo)向桿）連接。減振器端部連接型式和結(jié)構(gòu)尺寸參照標(biāo)準(zhǔn)QC/T491-1999《汽車筒式減振器尺寸系列及技術(shù)條件》。布置減振器安裝位置時(shí)應(yīng)考慮車輪跳動(dòng)到極限位置時(shí),減振器安裝角度變化引起的附加彎曲力矩給減振器帶來(lái)的影響，而且要校核極限行程是否在允許工作長(zhǎng)度范圍內(nèi)。

三、減振器選型示例

某型軍用越野汽車改進(jìn)型是我軍武器裝備配套和保障的重要平臺(tái)。該車型前橋最大設(shè)計(jì)軸荷由6500kg提升到7500kg；整車越野裝載質(zhì)量由7000kg提升到8000kg，需對(duì)前懸架減振器進(jìn)行選型與校核?？紤]到原車型的減振器滿足匹配，擬校核該款減振器是否滿足前橋軸荷增加后的使用要求。

已知：前鋼板彈簧剛度為302.9 N/mm；

前簧載質(zhì)量為5160kg。

減振器阻力特性為生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)自定，在此不作驗(yàn)算。

1.減振器相對(duì)阻尼系數(shù)ψ的選擇

為使振動(dòng)迅速衰減，取ψ=0.4

2.減振器阻尼系數(shù)γ的確定

3.筒式減振器工作缸直徑的選擇

式中：v——卸荷速度，取0.3m/s；

p——工作缸最大允許壓力，取p=3.5Mpa；

λ——連桿直徑與缸筒直徑之比，取0.5。

計(jì)算得：

分析計(jì)算可知，減振器工作缸徑應(yīng)不小于57mm。所選用的減振器的工作缸直徑為65mm，符合使用要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

減振器的選型與匹配，關(guān)乎懸架系統(tǒng)的使用性能和整車行駛平順性。本文重點(diǎn)介紹了減振器基本參數(shù)的選擇和主要尺寸的確定，介紹了減振器使用性能相關(guān)差數(shù)的基本校核方法，為各類變型車設(shè)計(jì)及新車型開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)參考。