汽車阻尼減震器的設計

彭誠

摘 要：隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車行駛過程中產(chǎn)生的振動已經(jīng)成為制約汽車發(fā)展的重大障礙。汽車行駛過程中產(chǎn)生的振動嚴重將降低汽車的舒適性、穩(wěn)定性安全性降低人們乘坐汽車時的享受，汽車零部件的使用壽命也會大大縮短。因此，在人們對汽車舒適和安全性要求越來越高的情況下，汽車減震器的重要性也愈加凸顯，到目前為止，國內(nèi)外對汽車減震器已經(jīng)進行了大量的研究，而且研制出許多新產(chǎn)品、新工藝和新材料。雖然各種新型汽車減震器層出不窮，但是由于液壓阻尼減震器具有經(jīng)濟、實用、結(jié)構(gòu)簡單等特點，仍然擁有大量市場需求。本文介紹了汽車液壓阻尼減震器的發(fā)展現(xiàn)狀即工作原理，并通過分析計算，簡述了汽車阻尼減震器的設計方法與關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：減震器；阻尼；舒適度

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，汽車對于減震器設計的要求也越來越高，雖然在科技高度發(fā)達的現(xiàn)在，各種新型汽車減震器如雨后春筍一般涌現(xiàn)出來，但主流產(chǎn)品仍然以汽車液壓阻尼減震方式為主。但是液壓阻尼減震器由于其固有特性，其具備有各種各樣的缺點制約著它的發(fā)展。為了改進和推廣液壓減震器發(fā)展技術(shù)，研究和普及汽車阻尼減震器技術(shù)與設計十分必要，本文將主要針對汽車液壓減震器的設計進行分析和總結(jié)，以便于推廣其相關(guān)技術(shù)。

1 汽車液壓阻尼減震器簡述

1.1 汽車阻尼減震器發(fā)展歷史

最早的汽車減震系統(tǒng)以彈簧作為主要結(jié)構(gòu)，彈簧減震器的減震性能穩(wěn)定可靠，但是彈簧減震器的缺點是吸收振動能量較差，且容易產(chǎn)生共振。其后，研究人員在彈簧減震器中加入橡膠緩沖塊，使減震器具備吸收振動能量的功能。但是彈簧和橡膠聯(lián)合制成的減震器只有單向作用。

第一個使用的液壓減震器出現(xiàn)于20世紀10年代，其原理為油液流經(jīng)橡膠制成的中空節(jié)流通道產(chǎn)生的阻尼可以讓振動衰減。

30年代，搖臂式減震器出現(xiàn)并得到廣泛引用。具有穩(wěn)定可靠，且能夠在工作壓力較高的環(huán)境下穩(wěn)定工作。缺點為活塞磨損和溫度變化會影響減震效果、結(jié)構(gòu)復雜、體積大。由于存在較多的缺點，搖臂式減震器在40年代逐漸被與筒式液壓減震器取代。筒式液壓減震器的工作原理為活塞在缸筒內(nèi)移動時會將內(nèi)腔中的油液流入另一個內(nèi)腔，油液與內(nèi)腔產(chǎn)生的摩擦以及油液分組自身的摩擦會產(chǎn)生阻尼力，從而達到減震的效果。筒式液壓減震器中應用較為廣泛的是雙筒式液壓減震器，它具有質(zhì)量輕、適應壽命長且成本低的優(yōu)點；它的缺點是在高速運轉(zhuǎn)情況下易出現(xiàn)補油或回油不及時問題，易造成工作特性畸變，造成沖擊和噪聲。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在發(fā)達國家，現(xiàn)已經(jīng)研制出由電子系統(tǒng)操控的自適應式液壓減震器，根據(jù)激振頻率與振幅的大小來調(diào)節(jié)，該種減震器可根據(jù)不同的行駛要求與路面條件來多級調(diào)節(jié)與匹配。液壓減震器的生產(chǎn)是建立在廣泛的標準化和系列化基礎之上的，并且其減震器設計制造技術(shù)已經(jīng)成熟。減震器無級調(diào)整阻尼力機構(gòu)、高頻激振阻尼力自動控制及減震器溫度特性進一步發(fā)展?？墒窃趪鴥?nèi)外，普通的液壓減震器仍然占主導地位。

我國汽車行業(yè)起步晚，起點低，技術(shù)落后，在國產(chǎn)汽車中，大量中高級轎車采用進口減震器。研制開發(fā)出自主品牌的汽車減震器已經(jīng)成為一個亟待解決的問題，懸架減震器已成為我國汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃中優(yōu)先發(fā)展規(guī)劃中優(yōu)先發(fā)展項目之一。盡管我國已有較大的減震器生產(chǎn)規(guī)模，借鑒了國外先進設計，已經(jīng)取得了較快的發(fā)展，但與發(fā)達國家仍然存在較大的差距。

1.3 汽車減震器的發(fā)展趨勢

隨著科技的發(fā)展，對減震器的要求也越高。阻力可調(diào)式減震器正在成為主流。隨著不斷的研究開發(fā)，智能性會越來越高，會朝著自適應可調(diào)減震器方向發(fā)展，無論駕駛者的駕駛技術(shù)如何，懸架系統(tǒng)都會自動調(diào)節(jié)與之適應的狀態(tài)，使駕駛者感覺到平順、舒適。其主要是應用傳感器檢測行駛狀態(tài)，再通過計算機計算行駛的阻尼力，再自動調(diào)整阻尼力調(diào)整機構(gòu)，通過改變節(jié)流孔大小來改變減震器的阻尼力。

汽車減震同時還可能有復合型減震器和新型減震器方向發(fā)展，不同的方向發(fā)展，最終只有一個目的，即改善汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性，并且在操縱性和舒適性之問取得最理想的工作點。總之，在未來的汽車減震器應該有以下特點：高精度、高密封性、更好的使用性能，以使車內(nèi)駕駛者與乘客更加舒適安全。

2 汽車液壓減震器工作原理

汽車液壓減震器主要由汽車彈簧和阻尼器構(gòu)成，減震器安裝示意圖如圖1所示，彈簧的主要作用是支撐車身重量，而阻尼器則起到減少震動的作用。彈簧在受到外力沖擊后會立即收縮，在外力消失后又會立即恢復原狀，由于彈簧的快速收縮，車身十分容易發(fā)生劇烈的跳動，如果阻尼器沒有參與減震，車身會隨著彈簧的起伏而快速擺動，嚴重影響人們駕駛的舒適度，甚至發(fā)生危險。有了阻尼器，彈簧的壓縮和伸展就會變得緩慢，瞬間的多次彈跳合并為一次比較平緩的彈跳，一次大的彈跳減弱為一次小的彈跳，從而起到減震的作用。因此在汽車懸架中，減震器總是和彈簧配合使用，當我們壓下車身的一角時，實際壓縮的是彈簧，同時相應的擺臂擺轉(zhuǎn)。當松開車身后，在彈簧力下車身要反彈，此時減震器對彈簧的反彈起到阻尼作用，即在反彈后趨于穩(wěn)定。如果沒有減震器，彈簧在反彈后會再次被壓縮再反彈，表現(xiàn)為車身多次反彈后趨于穩(wěn)定。所以說減震器是為汽車懸架的彈簧在反彈時起到阻尼減震的作用。

如圖2所示汽車用液力減震器內(nèi)部充注了減震器專用油，內(nèi)部分為兩個缸：儲油缸和工作缸，而活塞將工作缸分為上腔和下腔。在活塞上設有伸張閥和流通閥，用于控制上腔和下腔之間油液的流動；而工作缸下腔與儲油缸之間的壓縮閥和補償閥用于油液在下腔與儲油缸之間的流動。

減震器被壓縮時，活塞下行，上腔容積增大，下腔容積減小，流通閥打開，下腔的油液通過流通閥進入上腔；同時一部分油液打開壓縮閥進入儲油缸。這兩個閥對油液的節(jié)流作用使減震器產(chǎn)生壓縮運動時的阻尼作用。減震器被伸長時，活塞上行，上腔容積減小而下腔容積增大，伸張閥打開，上腔的油液通過伸張閥進入下腔；同時一部分油液打開補償，由儲油缸進入下腔。這兩個閥對油液的節(jié)流作用使減震器產(chǎn)生伸張運動時的阻尼作用。

3 設計方法

3.1 分析計算

在汽車液壓減震其中需要計算各種參數(shù)以確定相關(guān)設計參數(shù)，其中包括懸架靜擾度、阻尼系數(shù)、最大卸載力、工作缸直徑、活塞桿長度以及活塞及閥系尺寸

對于懸架靜擾度計算，一般應用公式如下：

式中p為工作缸允許的最大壓力值，λ為連桿直徑與缸筒直徑之比。然后依照QC/T491-199標準和減震器實際工作的最大行程，減震器活塞新城也可求出。

在減震器中，活塞桿用來承受壓縮和拉伸載荷以及側(cè)向力，并且活塞桿的表面粗糙度對對減震器油液的泄漏有著重要的影響。要求其必須滿足一定的強度、剛度以及表面粗糙度?；钊麠U的確定必須經(jīng)過反復試驗求得。

活塞是液壓減震器的重要組成部分，活塞的寬度B=（0.6-1.0 ）d。閥系主要包括伸張閥、壓縮閥、補償閥和流通閥。減震器的閥系均為單向閥，即只允許液壓油一個方向通過，而反方向時截止。單向閥的設計要求是正向是流通性較好，反向截止時密封性較好。單向閥的開啟壓力一般為0.03-0.05MPa。進出油口的直徑可由公式（7）獲得：

3.2 材料選擇

材料的選擇主要包括油液的選擇和密封圈的選擇。液壓油具有雙重作用，一是左右傳遞能量的介質(zhì)，二是作為潤滑劑潤滑運動零件的工作表面。在選擇液壓油時應滿足以下幾點：要求：合適的粘度、粘溫特性好，良好的潤滑性，化學穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性等。密封裝置是用來防止液壓系統(tǒng)油液的內(nèi)外泄露以及外界灰塵的侵人，保證系統(tǒng)建立的所需的工作壓力。密封裝置的種類很多，按密封部位的運動情況可分為動密封和靜密封兩大類常用的密封裝置有：間隙密封、0形密封圈、唇形密封圈以及組合密封裝置。在該減震器中選用0形密封圈0形密封圈一般用耐油橡膠制成，截面為圓形。0形密封圈隨著壓力的增加能自動地提高密封性能，且在磨損后具有自動補償能力。此外0形密封圈結(jié)構(gòu)簡單、密封性好，成本低、高低壓均可使用。

4 總結(jié)

本文主要針對當前主流的汽車液壓減震器進行分析與總結(jié)。首先探討了汽車減震器的發(fā)展歷史和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，了解到當前汽車減震器雖然涌現(xiàn)出了各種各樣新型技術(shù)，但是由于液壓減震器具有經(jīng)濟、實用的特點，普通的液壓減震器仍然占據(jù)市場的主導地位。隨后分析了液壓減震器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，以便于后面分析和計算。最后分析了幾個關(guān)鍵部位的設計并舉出計算公式與設計原則。至此簡述了普通液壓減震器的設計方法。

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