變截面車架牽引車減振器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

司震鵬，趙化剛

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

變截面車架牽引車減振器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

司震鵬，趙化剛

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

本文介紹了變截面車架牽引車減振器系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析過程，從安裝方式分析、最大卸荷力計(jì)算、缸徑計(jì)算、行程計(jì)算、安裝角度及匹配減振器支架設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算分析，并對(duì)其中關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行校核分析。

變截面車架；最大卸荷力；缸徑計(jì)算；安裝角度

CLC NO.:U466Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)03-88-04

前言

牽引車整車懸架系統(tǒng)中，主要包括彈性元件、減振器裝置和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成，彈性元件主要部件鋼板彈簧, 它既有緩沖、減振的功能，又擔(dān)負(fù)起承載和導(dǎo)向的任務(wù)，為減小整車的側(cè)傾角，可以安裝橫向穩(wěn)定桿系統(tǒng)，還需要匹配減振器系統(tǒng)，主要作用是衰減路面激勵(lì)，把路面?zhèn)鬟f給車架的振動(dòng)通過減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時(shí)的摩擦和液體的粘性摩擦形成的振動(dòng)阻力轉(zhuǎn)化為熱能[1]，散發(fā)到周圍空氣中以達(dá)到提高整車舒適性和行駛平穩(wěn)性的目的。

1、減振器系統(tǒng)安裝方式分析

目前重型汽車減振器都是筒式雙向作用式減振器，安裝方式主要有兩種，第一種：使用HH減振

器，該型減振器應(yīng)用最廣泛，技術(shù)比較成熟；第二種：使用GH減振器，該型減振器應(yīng)用相對(duì)較少。

由于牽引車匹配大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，在車架前端需要的安裝空間更大，所以牽引車一般都采用變截面車架，例如：寬度940-850mm，高度300mm的變截面車架，減振器一般都安裝在前軸后方處，安裝位置在車架斜面上，如果使用HH形式減振器在斜面上安裝，則需要把車架斜面用楔板墊平，使得減振器吊環(huán)軸線與整車坐標(biāo)系X軸平行，該方案需要的零部件較多，而且裝配過程復(fù)雜；如果使用GH形式減振器，則不存在以上問題，所以，在變截面車架斜面安裝減振器一般都會(huì)選擇GH形式減振器。

減振器下端安裝方式比較多，目前常用的是使用支架和連接叉安裝在前軸上，既能保證減振器具有繞X軸，繞Y軸旋轉(zhuǎn)自由度，又能滿足車輛運(yùn)動(dòng)要求。

2、減振器系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)減振器時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求：在工作過程中滿足汽車行駛平順性和舒適性，設(shè)計(jì)流程如下流程圖：

2.1 相對(duì)阻尼系數(shù)Ψ的確定

汽車懸架有阻尼以后，簧上質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng)，用相對(duì)阻尼系數(shù)Ψ的大小來評(píng)定振動(dòng)衰減的快慢程度。Ψ的表達(dá)式為：

式中，c為懸架系統(tǒng)垂直剛度；ms為簧上質(zhì)量[2]。

相對(duì)阻尼系數(shù)Ψ的物理意義是：減振器的阻尼作用在與不同剛度c和不同簧上質(zhì)量ms的懸架匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。Ψ值大，振動(dòng)能迅速衰減，同時(shí)又能將較大的路面沖擊力傳到車身；Ψ值小則反之。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)Ψy取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)Ψs取得大些。兩者之間保持Ψy＝(0.25～0.50) Ψs的關(guān)系。

設(shè)計(jì)時(shí)，先選取Ψy與Ψs的平均值Ψ。對(duì)于無內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，取Ψ＝0.25～0.35；對(duì)于有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，Ψ值取小些。對(duì)于行駛路面條件較差的汽車，Ψ值應(yīng)取大些，一般取Ψ＞0.3；為避免懸架碰撞車架，取Ψy＝0.5Ψs。

2.2 減振器阻尼系數(shù)δ的確定

式中，n為雙橫臂懸架的下臂長(zhǎng)；a為減振器在下橫臂上的連接點(diǎn)到下橫臂在車身上的鉸接之間的距離。

減振器如圖3b安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)按下式計(jì)算：

式中，α為減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。

減振器如圖3c安裝時(shí)，減振器的阻尼系數(shù)按下

式計(jì)算

2.3 減振器最大卸荷力計(jì)算

為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開卸荷。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度vχ。在減振器安裝如圖3b所示時(shí)：

2.4 減振器工作缸徑計(jì)算

根據(jù)伸張行程的最大卸荷力F0計(jì)算工作缸直徑D

式中，[p]——工作缸最大允許壓力，取3～4Mpa；

λ——連桿直徑與缸筒直徑之比；

雙筒式減振器取λ＝0.40～0.50

單筒式減振器取λ＝0.30～0.35

減振器的工作缸直徑D有20、30、40、（45）、50、65mm等幾種。選取時(shí)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用。目前懸架減振器45缸徑使用最多[4]。

貯油筒直徑Dc＝（1.35～1.50）D，壁厚取為2mm，材料可選20號(hào)鋼。

2.5 減振器行程計(jì)算

減振器行程必須滿足懸架跳動(dòng)使用要求，在車輪達(dá)到上跳極限位置時(shí)，減振器行程的富裕長(zhǎng)度應(yīng)大于10mm；在復(fù)原（拉伸）方向時(shí)，對(duì)于鋼板彈簧懸架，則從自由狀態(tài)富裕長(zhǎng)度應(yīng)大于40mm，在復(fù)原長(zhǎng)度方向富裕長(zhǎng)度不夠，時(shí)造成減振器早期損壞的原因之一。

減振器上連接點(diǎn)坐標(biāo)S（XZ、YZ、ZZ）

懸架運(yùn)動(dòng)到極限行程時(shí)（鐵碰鐵），減振器下連接點(diǎn)坐標(biāo)M（XS、YS、ZS）

懸架自由狀態(tài)時(shí)，減振器下連接點(diǎn)坐標(biāo)N（XL、YL、ZL）

懸架運(yùn)動(dòng)到極限行程時(shí)（鐵碰鐵），減振器所需長(zhǎng)度：

懸架自由狀態(tài)時(shí)，減振器所需長(zhǎng)度：

考慮到減振器富裕量，減振器的最終行程：

2.6 減振器安裝角度及減振器支架設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)雙轉(zhuǎn)向車輛減振器時(shí)，在轉(zhuǎn)向機(jī)安裝的一側(cè)，需要考慮轉(zhuǎn)向拉桿與減振器支架的間隙問題，單轉(zhuǎn)向車輛則不存在該問題，在設(shè)計(jì)時(shí)，減振器盡量設(shè)計(jì)為豎直安裝形式。所以，在設(shè)計(jì)雙轉(zhuǎn)向車輛減振器系統(tǒng)時(shí)，需要加長(zhǎng)減振器支架的懸臂長(zhǎng)度，但同時(shí)還需注意，車輛滿載時(shí)，減振器軸線與減振器在支架上的安裝面垂直，否則會(huì)導(dǎo)致減振器的儲(chǔ)油筒與防塵筒出現(xiàn)摩擦現(xiàn)象，引起漏油等故障。

減振器α角度主要取決于整車滿載時(shí)的懸架高度及轉(zhuǎn)向拉桿與減振器的位置關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證α≤45°，滿載時(shí)，保證減振器軸線與支架安裝面垂直關(guān)系，減振器支架的設(shè)計(jì)參數(shù)，β角度也可以確定出來，該支架如果應(yīng)用于其他車型時(shí)，減振器支架的設(shè)計(jì)β1角度只要滿足（β-4）°≤β1°≤（β+4）°，這兩個(gè)車型的減振器在β角度方面可以通用，當(dāng)然還要考慮轉(zhuǎn)向拉桿與減振器行程范圍等因素的影響，設(shè)計(jì)減振器支架的時(shí)候還需要保證支架與車架的連接強(qiáng)度及支架本身的強(qiáng)度。

3、結(jié)論

行程、最大卸荷力、減振器安裝角度及減振器支架的設(shè)計(jì)計(jì)算，滿足變截面車架牽引車的使用需求，最大程度發(fā)揮減振器的減振性能，提高減振器的使用壽命及整車行駛穩(wěn)定性和舒適性。

在減振器系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)減振器缸徑、

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2] 張小虞.汽車工程手冊(cè)?設(shè)計(jì)篇[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 趙云.汽車筒式減振器阻尼力測(cè)試機(jī)分析[D].江蘇：江蘇理工大學(xué)，1998.

[4] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

Tapered frame tractor damper system design

Si Zhenpeng, Zhao Huagang
(Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200)

This article describes the tractor frame variable cross-section analysis of the damper system design process, from installation analysis, the maximum unloading force calculation, bore calculations, trip computing, shock absorber bracket mounting angle and match the design and other aspects of the detailed calculations analysis, and one of the key design point check analysis.

Variable cross-section frame; Maximum unloading force; Bore computing; Mounting angle

U466

A

1671-7988(2014)03-88-04

司震鵬，就職于陜西重型汽車有限公司。