汽車減震器的運(yùn)動(dòng)仿真和應(yīng)力分析
汽車減震器的運(yùn)動(dòng)仿真和應(yīng)力分析,汽車,減震器,運(yùn)動(dòng),仿真,以及,應(yīng)力,分析
本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目： 減振器的運(yùn)動(dòng)仿真和應(yīng)力分析學(xué) 院：專 業(yè) 、班 級(jí)：學(xué) 生 姓 名：指導(dǎo)教師（職稱）
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告要求
開題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過；
3. 開題報(bào)告不合格或沒有做開題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報(bào)告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。
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一、選題依據(jù)
1、研究領(lǐng)域
汽車設(shè)計(jì)、仿真分析
2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
理論意義：使用三維建模、仿真運(yùn)動(dòng)分析和 Anasys 應(yīng)力分析優(yōu)化了雙筒液壓汽車減振器結(jié)構(gòu)，對(duì)于提高減振器研發(fā)效率與深入研究減振器的性能有著重要的意義。應(yīng)用價(jià)值：對(duì)于傳統(tǒng)減振器的研發(fā)而言，設(shè)計(jì)者通常需要反復(fù)地進(jìn)行樣件制造以
及試驗(yàn)調(diào)試，以獲得期望減振器特性，這樣不僅效率低而且成本高。通過系統(tǒng)仿真， 能啟發(fā)新的思想或產(chǎn)生新的策略，還能暴露原系統(tǒng)中隱藏問題，以便及時(shí)解決。因此通過計(jì)算機(jī)仿真軟件建立減振器模型，模擬減振器特性，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
3.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
(1) 國外汽車減振器發(fā)展現(xiàn)狀
到目前為止，國外液壓減振器的處于充氣式減振器、可調(diào)減振器及自適應(yīng)減振器發(fā)展階段，如荷載感應(yīng)式和位置依存式等充氣式減振器和可調(diào)減振器、電流變減振器和電磁流變減振器等自適應(yīng)減振器。其中雙筒液壓減振器的發(fā)展時(shí)間較長，市場占有率極高，而可調(diào)減振器等新式減振器也已經(jīng)投入市場，并有商品車輛出現(xiàn)。以上的減振器類型都是對(duì)無級(jí)調(diào)整阻尼力、高頻激振阻尼力以及減振器溫度特性的完善，并且在改善減振器的外特性和減低噪聲等兩個(gè)方面有較大的進(jìn)步。
(2) 我國汽車減振器發(fā)展現(xiàn)狀
汽車減振器在我國的發(fā)展時(shí)間短，而且起點(diǎn)也更低，總體技術(shù)水平僅處于發(fā)達(dá)國家 80 年代的技術(shù)水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。因此，我國許多轎車的減振器使用進(jìn)口減振器，尤其是中高檔轎車。而且許多國產(chǎn)汽車、微型車等眾多車型仍使用普通雙筒液壓減振器。因此，提高我國汽車減振器研發(fā)水平已經(jīng)成為我國汽車懸架系統(tǒng)中亟需解決的問題，也是我國汽車行業(yè)發(fā)展規(guī)劃中需要優(yōu)先解決的問題。雖然我國汽車減振器技術(shù)水平較低，但是經(jīng)過 10 多年的發(fā)展，我國取得極大的進(jìn)步。一是我國減振器及其零部件的標(biāo)準(zhǔn)上有許多突破，國家和企業(yè)都制定了減振器及其零部件制造的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為設(shè)計(jì)和制造汽車減振器提供了標(biāo)準(zhǔn)的參照依據(jù)。二是我國也出現(xiàn)了許多汽車減振器制造各種專用設(shè)備的生產(chǎn)廠家，如旋壓封口機(jī)、注油機(jī)和清洗機(jī)等等；三是汽車減振器配套的零部件生產(chǎn)廠家的水平不斷提高，如封油、橡膠件、減振器油、粉末冶金件等廠家的水平提高。以上三個(gè)方面的發(fā)展都在提高我國汽車減振器的研發(fā)水平上發(fā)揮了重要的作用。到目前為止，我國已經(jīng)可以生產(chǎn)衛(wèi)星面包車獨(dú)立懸掛減振器， 而且我國生產(chǎn)的獨(dú)立懸掛減振器被部分國外汽車生產(chǎn)商所使用。在減振器理論研究上，我國也取得了一些成就，如已經(jīng)研制出主動(dòng)液壓減振器的試驗(yàn)樣機(jī)。
3.2 發(fā)展趨勢
在人們對(duì)汽車減振器要求也來越高的背景下，汽車減振器在未來必然自適應(yīng)可調(diào)減振器、向復(fù)合型減振器以及新型減振器的方向發(fā)展。
(1) 自適應(yīng)可調(diào)減振器
自適應(yīng)可調(diào)減振器的結(jié)構(gòu)由傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)部分組成。減振器產(chǎn)生的阻尼不僅可以實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)節(jié)，還可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，減振器的可調(diào)特性可通過調(diào)節(jié)阻尼特性有電控執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)，或者電控執(zhí)行器調(diào)節(jié)改變節(jié)流閥通流面積實(shí)現(xiàn)。自適應(yīng)可調(diào)減振器的關(guān)鍵在于能否對(duì)阻尼實(shí)現(xiàn)不間斷的調(diào)節(jié)，既振動(dòng)器可依據(jù)汽車振動(dòng)情況連續(xù)的調(diào)節(jié)阻尼，從而達(dá)到最好的減振效果。自適應(yīng)可調(diào)減振器已經(jīng)投入市場應(yīng)用， 但是由于技術(shù)的不完善，該技術(shù)還未被完全推廣應(yīng)用。
(2) 復(fù)合型減振器
復(fù)合型減振器是普通雙筒液壓減振器發(fā)展的必然結(jié)果。復(fù)合型減振器繼承了普通液壓減振器的優(yōu)點(diǎn)，也彌補(bǔ)了普通液壓減振器的缺點(diǎn)，因此復(fù)合型減振器必將成為汽車減振器未來發(fā)展的趨勢。例如充氣式雙筒液壓減振器，它不僅提高了普通液壓減振器的外特性，減振器的臨界速度也得到極大的提高，減振器出現(xiàn)外特性畸變的幾率更低，降噪性能更優(yōu)越，靜摩擦力小，穩(wěn)定性高。
(3) 新型減振器
新型減振器主要指借助電磁原理設(shè)計(jì)而成的減振器，由于電磁流變液體和電磁流變彈性技術(shù)的發(fā)展，電磁流變?cè)诶碚撋弦呀?jīng)可以任意控制阻尼的大小。但是該技術(shù)仍處于理論研究的起步階段，理論也不完善和不成熟，與減振器生產(chǎn)實(shí)踐也存在很大的差距。電磁流變減振器仍需要廣大科研機(jī)構(gòu)和科研人員進(jìn)行深入的開發(fā)和研究，逐漸完善理論，并應(yīng)用于實(shí)踐，促進(jìn)汽車減振器行業(yè)的發(fā)展。
3.3 仿真的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(1)發(fā)展概況
仿真作為一門正在快速發(fā)展的綜合性學(xué)科，其三大研究內(nèi)容，即仿真建模與模型驗(yàn)證方法、仿真支撐系統(tǒng)和仿真應(yīng)用工程構(gòu)成了仿真學(xué)科的三大支撐。隨著科技發(fā)展， 仿真學(xué)科主動(dòng)與計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理、圖形圖像等相關(guān)學(xué)科迅猛發(fā)展的新技術(shù)相結(jié)合， 激發(fā)出仿真技術(shù)的質(zhì)的飛躍。仿真學(xué)科正在向服務(wù)于系統(tǒng)的全壽命、全系統(tǒng)的管理全方位的方向發(fā)展；仿真學(xué)科與應(yīng)用領(lǐng)域的密切結(jié)合，使得仿真正在從實(shí)驗(yàn)室走向國民經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場，成為仿真工程，從仿真學(xué)術(shù)研究發(fā)展到仿真產(chǎn)業(yè)，仿真確實(shí)已經(jīng)成為人類認(rèn)識(shí)和改造世界的重要途徑之一。
(2)發(fā)展趨勢
仿真應(yīng)用發(fā)展方向是網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、協(xié)同化、普適化。研究重點(diǎn)包括基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分布建模與仿真的研究與應(yīng)用、智能系統(tǒng)建模及智能仿真系統(tǒng)的研究與應(yīng)用、綜合自然環(huán)境的建模/仿真研究與應(yīng)用、虛擬樣機(jī)工程技術(shù)研究與應(yīng)用、嵌入式仿真研究與應(yīng)用等。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1. 重點(diǎn)解決的問題
(1) 雙筒液壓汽車減振器的建模
(2) 雙筒液壓汽車減振器運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真
(3) 雙筒液壓汽車減振器應(yīng)力分析
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
(1) 車用雙向筒式液壓減振器結(jié)構(gòu)分析
(2) 車用雙向筒式液壓減振器有限元模型構(gòu)建
(3) 基于 Solid Works Motion Simulation 的減振器的運(yùn)動(dòng)性能分析
(4) 基于 Anasys 的汽車減振器應(yīng)力應(yīng)變分析
(5) 車用雙向筒式液壓減振器結(jié)構(gòu)優(yōu)化
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
(1) 一套完整的雙筒液壓汽車減振器計(jì)算機(jī)三維模型
(2) 一套雙筒液壓汽車減振器優(yōu)化分析說明書
(3) 一篇外文文獻(xiàn)翻譯
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
基于雙向筒式液壓減振器不僅在體積上比較小,更加有著成本低,壽命長的重要特點(diǎn),能有效的產(chǎn)生減振效果，因此本次選擇雙向筒式液壓減振器作為研究對(duì)象。研究的主要內(nèi)容為：對(duì)車用雙向筒式液壓減振器結(jié)構(gòu)分析；對(duì)減振器的運(yùn)動(dòng)性能分析； 對(duì)汽車減振器應(yīng)力應(yīng)變分析；對(duì)車用雙向筒式液壓減振器結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
(1) 實(shí)體建模
在計(jì)算機(jī)上利用以 Solid Works 軟件為工具，進(jìn)行減振器的實(shí)體建模。
(2) 運(yùn)動(dòng)仿真
利用有限元軟件對(duì)減振器模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，目的是分析出雙向筒式液壓減振器里活塞所能承受的最大載荷，所以需要在活塞運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)它進(jìn)行受力分析。在汽車運(yùn)動(dòng)過程中，因?yàn)槁窙r不同，所以減振器的受力也不同，在減振器的復(fù)原和壓縮過程中，其內(nèi)部的彈簧和密封件受力情況復(fù)雜，所以需要簡化模型，將這些零部件不做分析，然后將活塞上下油腔類比成剛性彈簧。
(3) 應(yīng)力分析
利用 Anasys 軟件對(duì)減振器模型進(jìn)行應(yīng)力分析，通過進(jìn)行靜力分析來驗(yàn)證它在運(yùn)動(dòng)過程中是否安全可靠。活塞桿受載荷后的狀態(tài)為壓縮或者伸張，當(dāng)活塞桿伸張時(shí)， 其油液經(jīng)過伸張閥的常通孔隙進(jìn)入下腔，而因?yàn)樵谶@個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生較大的阻尼力， 從而削減振動(dòng)，使得振動(dòng)銳減，所以應(yīng)以伸張工況的強(qiáng)度要求來設(shè)計(jì)活塞桿。
(4) 優(yōu)化設(shè)計(jì)
通過對(duì)減振器運(yùn)動(dòng)過程的模擬分析得到了相關(guān)曲線，表征了減振器的運(yùn)動(dòng)信息， 通過這些曲線可以找到零部件設(shè)計(jì)的缺陷，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 第 1 周：布置論文題目
第 2 周：根據(jù)題目查閱文獻(xiàn)，準(zhǔn)備開題報(bào)告材料
第 3 周：撰寫開題報(bào)告，準(zhǔn)備開題答辯
第 4-5 周：車用雙向筒式液壓減振器結(jié)構(gòu)分析
第 6-9 周：車用雙向筒式液壓減振器有限元模型構(gòu)建
第 10-11 周：基于 Solid Works Motion Simulation 的汽車減振器的運(yùn)動(dòng)性能分析第 12 周：基于 Anasys 的汽車減振器應(yīng)力應(yīng)變分析
第 13 周：車用雙向筒式液壓減振器結(jié)構(gòu)優(yōu)化
第 14 周：打印、裝訂論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
1. 減振器的發(fā)展歷史
世界上第一個(gè)有記載、比較簡單的減振器是 1897 年由兩個(gè)姓吉明的人發(fā)明的。他們把橡膠塊與葉片彈簧的端部相連，當(dāng)懸架被完全壓縮時(shí)，橡膠減振塊就碰到連接在汽車大梁上的一個(gè)螺栓，產(chǎn)生止動(dòng)。這種減振器在很多現(xiàn)代汽車懸架上仍有使用， 但其減振效果很小。
1898 年，第一個(gè)實(shí)用的減振器由一法國人特魯芬特研制成功并被安裝到摩托賽車上。該車的前叉懸置于彈簧上，同時(shí)與一個(gè)摩擦阻尼件相連，以防止摩托車的振顫。空氣彈簧減振器：空氣彈簧不僅兼有彈簧和吸振的作用，而且常常可省去金屬彈
簧。第一個(gè)空氣彈簧減振器是 1909 年由英國考溫汽車工廠研制成功的。它是一個(gè)圓柱形的空氣筒，利用打氣筒可以把空氣經(jīng)外殼上部的氣閥注滿空氣筒，空氣筒的下半部分容納一個(gè)由橡膠和簾布制成的膜片。因?yàn)樗豢諝馑鼑?，所以其工作原理與充氣輪胎相似，它的主要缺點(diǎn)是常常泄漏空氣。
液壓減振器：第一個(gè)實(shí)用的液壓減振器是 1908 年由法國人霍迪立設(shè)計(jì)的。液壓減振器的原理是迫使液流通過小孔產(chǎn)生阻尼作用。通常的筒式減振器是由一個(gè)與汽車底盤固定的帶有節(jié)流小孔的活塞和一個(gè)與懸架或車橋固定的圓柱形貯液筒組成。門羅在 1933 年為赫德森制造的汽車裝用了第一個(gè)采用原始液壓減振器的汽車。到了二十世紀(jì)三十年代末，雙作用減振器在美國生產(chǎn)的汽車上被普遍采用。到了二十世紀(jì)六十年代，歐洲采用的杠桿式液壓減振器占了優(yōu)勢，這種減振器與哈德福特的摩擦式減振原理相似，但使用的是液流而不是摩擦緩沖襯墊。
充氣式減振器：充氣式減振器是二十世紀(jì)六七十年代以來發(fā)展起來的一種新型減振器。充氣式減振器的特殊結(jié)構(gòu)和充氣參數(shù)，可以大大地降低噪音，并有利于保證活塞高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻尼特征，同時(shí)減振器上的減振支柱實(shí)質(zhì)上屬于雙筒結(jié)構(gòu)，它除了阻尼減振還有如下附加功能：它和控制臂一起對(duì)車輪進(jìn)行導(dǎo)向。
2. 優(yōu)化雙筒式減振器的目的和意義
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水平日漸提高，汽車已經(jīng)成為人們的生活中必不可少的交通工具，并且對(duì)乘車的安全性和舒適性也有了更高的要求，對(duì)研究雙筒液壓減振器就是為了滿足這一目的。
車輛是一個(gè)由許多子系統(tǒng)組合而成的復(fù)雜系統(tǒng)，其總體性能與零部件的性能關(guān)系密切。因此，零部件的研發(fā)，不但涉及零部件本身的分析計(jì)算與試驗(yàn)等，而且涉及許多與整車有關(guān)的參數(shù)，是一個(gè)較為復(fù)雜的研發(fā)過程。減振器是車輛懸架系統(tǒng)中的重要部件，其性能的好壞對(duì)車輛的舒適性以及車輛及懸架系統(tǒng)的使用壽命等有較大影響。
3. 雙筒式液壓減振器的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)
主要構(gòu)成有：密封氣室、浮動(dòng)活塞、工作活塞、封圈、壓力閥板、活塞、速度閥板、活塞桿等。
雙向作用筒式減振器工作原理如圖1。在壓縮行程時(shí)，指汽車車輪移近車身減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞3向下移動(dòng)?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室(上腔)。上腔被活塞桿1占去了一部分空間， 因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開壓縮閥6流回貯油缸5。這些閥對(duì)油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。減振器在伸張行程時(shí)，車輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車身，減振器受拉伸。這時(shí)減振器的活塞向上移動(dòng)?；钊锨挥蛪荷撸魍ㄩy8關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開伸張閥4流入下腔。
由于活塞桿的存在， 自上腔流來的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時(shí)貯油缸中的油液推開補(bǔ)償閥7流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流作用對(duì)懸架在伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達(dá)到迅速減振的要求。
圖1雙向作用筒式減振器工作原理
雙筒式減振器具有如下的優(yōu)點(diǎn)：使用廣泛、制造成本低，使結(jié)構(gòu)簡化，重量減輕、性能也較為穩(wěn)定，而且是雙向作用，在壓縮與伸張的狀態(tài)下都有設(shè)計(jì)好的阻尼力，所以在各個(gè)工況均可達(dá)到不錯(cuò)的減振效果。
雙筒式減振器具有如下的缺點(diǎn)：相比充氣式減振器，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不夠輕便， 存在一定噪聲，活塞直徑小，阻尼小，可能發(fā)生油液乳化現(xiàn)象。
4. 雙筒式減振器國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
目前國內(nèi)汽車減振器大部分是筒式液阻減振器，其阻尼力主要通過油液流經(jīng)空隙的節(jié)流作用產(chǎn)生。減振器的設(shè)計(jì)開發(fā)也由基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)加實(shí)驗(yàn)修整的傳統(tǒng)方法向基于CAD/CAE 技術(shù)的現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變。20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來了液壓減振器技術(shù)，在雙筒式減振器內(nèi)充入油液（0.3～0.5MPa）減振器的臨界工作速度相應(yīng)提高， 后來又發(fā)展了雙筒式減振器，它采用活塞閥體與底閥相配合的結(jié)構(gòu)，在浮動(dòng)活塞在缸筒間的一端形成的補(bǔ)償室內(nèi)充入一定量的高壓氣體（2.0～2.5MPa）氮?dú)?。與雙筒式減振器比，單筒充氣式減振器質(zhì)量顯著減輕，安裝角度不受限制，但其制造精度要求和成本較高。
據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)雙筒液阻減振器配套產(chǎn)能有過剩趨勢，生產(chǎn)高檔次減振器的不多。單筒充氣式減振器國內(nèi)生產(chǎn)廠家正在消化吸收設(shè)計(jì)技術(shù)和提高制造工藝技術(shù)階段，產(chǎn)品質(zhì)量還沒很過關(guān)。對(duì)于充氣式減振器的研究也主要集中在單缸充氣式汽車減振器方面。在郭孔輝院士的領(lǐng)導(dǎo)下，長春汽車研究所作了大量的試驗(yàn)工作，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。但由于橡膠的壽命不過關(guān)及設(shè)計(jì)、制造等多方面因素的影響，一直沒有形成比較成熟的技術(shù)。近幾年，由于高速公路的迅速發(fā)展，對(duì)舒適性的要求也越來越高， 國內(nèi)對(duì)充氣式減振器研究及產(chǎn)品開發(fā)工作又重新重視起來。哈爾濱鐵路局減速預(yù)調(diào)速研究中心和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的高起波、曾祥榮兩位老師對(duì)充氣式減振器性能進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)。天津大學(xué)的馬國清、王樹新、卞學(xué)良等對(duì)充氣式減振器建立數(shù)學(xué)模型， 建立計(jì)算機(jī)仿真程序，利用該程序可以得到參數(shù)變化對(duì)減振器性能的影響趨勢，取得一些較好的研究成果。后勤工程學(xué)院的晏華等設(shè)計(jì)的充氣式電流變減振器設(shè)計(jì)比較先
進(jìn)。有些廠家也投入人力物力對(duì)充氣式減振器關(guān)鍵部件進(jìn)行開發(fā)，如浙江瑞安東歐汽車零部件廠、貴州前進(jìn)橡膠有限公司、寧波美亞達(dá)金屬塑料有限公司等，并具有了一定的生產(chǎn)規(guī)模。
國外工程機(jī)械主要配套件大多數(shù)都生產(chǎn)歷史悠久，技術(shù)成熟、供應(yīng)充足、生產(chǎn)集中度高、品牌效應(yīng)突出。目前世界上生產(chǎn)減振器最大的企業(yè)，美國天納克（TA）汽車工業(yè)公司是世界最著名的減振器生產(chǎn)商，也是目前全球最大的專業(yè)生產(chǎn)減振器的廠家，其生產(chǎn)的充氣式減振器符合美國軍用標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)還不斷推出新的減振器，推動(dòng)減振器技術(shù)不斷向更高技術(shù)水平發(fā)展。另外還有幾家較為先進(jìn)的公司如：Ford 和 General Motors 這兩家。這兩家公司生產(chǎn)的減振器能很好的解決汽車的安全性和舒適性這兩方面的要求，例如德國大眾公司的 GTI、甲殼蟲，奔馳-戴姆勒·克萊斯勒汽車有限公司生產(chǎn)的 C200 均采用了雙筒油壓式減振器，在保證安全性的前提下充分提升了汽車的穩(wěn)定和操控性。
5. 雙筒式減振器國內(nèi)外發(fā)展趨勢
由于汽車在不同的行駛工況下對(duì)減振器的特性有不同的要求，可調(diào)阻尼減振器是筒式減振器技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)。目前國外已經(jīng)開發(fā)有機(jī)械控制式的充氣式減振器，電子控制式的充氣式減振器，在個(gè)別高檔車還試用電流變液減振器，但電流變液減振器的工作溫度范圍窄-25～125℃，其強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性較差，影響其工作的可靠性。充氣式減振器相比電流變液減振器，不需要特殊的高壓供電裝置，成本低、使用安全、穩(wěn)定性強(qiáng)。目前最先進(jìn)的充氣式減振器的響應(yīng)時(shí)間約 10ms，需進(jìn)一步提高。充氣式減振器有很好的運(yùn)用前景，是半主動(dòng)或主動(dòng)懸架較好的配置，但是尚需在縮短響應(yīng)時(shí)間上改進(jìn)。德國奧迪推出的 2.7T 越野車，使用了雙充氣式減振器，奔馳-戴姆勒·克萊斯勒汽車有限公司生產(chǎn)的 300C 和 Jeep4700 均采用了充氣式減振器。充氣式減振器是一個(gè)較為新興的技術(shù)，可同時(shí)提高車輛的舒適程度、駕駛性能和安全性能。由于車輪控制得到改善，車輛的安全性和可靠性得到提升。通過控制車身運(yùn)動(dòng)，提高駕駛平順性， 并使操作更精確、反應(yīng)更迅速，在剎車和加速過程中減少乘員前沖和后仰。改善負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性，在車輛高速行駛中突然變向時(shí)，可提供更好的防側(cè)翻控制。由于減小了路面反沖力，使駕駛更為安靜、精確。正是由于這些特點(diǎn)，充氣式減振器首先在中高級(jí)轎車上得到了應(yīng)用。
充氣式減振器的發(fā)展前景，國外對(duì)充氣式減振器的研究已經(jīng)發(fā)展到電子控制式減振器。我國對(duì)減振器的研究主要集中在單筒充氣式減振器方面，而且發(fā)展比較緩慢。我們應(yīng)當(dāng)在前人對(duì)充氣式減振器研究的基礎(chǔ)上更加深入地對(duì)其進(jìn)行分析和研究，努力縮短和發(fā)達(dá)國家的差距。對(duì)充氣式減振器的研究能有效的提高我國汽車工業(yè)的制造水平，降低汽車的制造成本，對(duì)中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展大有益處。
綜上所述，隨著生活水平日益提高，人們對(duì)車輛出行舒適性要求也會(huì)日益提高， 對(duì)車用雙向筒式液壓減振器結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改良刻不容緩。目前國內(nèi)雙筒液阻減振器配套產(chǎn)能有過剩趨勢，但生產(chǎn)高檔次減振器的不多。由于汽車在不同的行駛工況下對(duì)減振器的特性有不同的要求，可調(diào)阻尼減振器是筒式減振器技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)。
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見（對(duì)選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱）
審
核
簽字： 年 月 日
意
見
教研室主任意見
簽字： 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見
簽字： 年 月 日公章：
10
審核意見
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(對(duì)選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是用三維建模、仿真運(yùn)動(dòng)分析和 Anasys 應(yīng)力分析優(yōu)化雙筒液壓汽車減振器結(jié)構(gòu)，符合本專業(yè)培養(yǎng)要求，李濤同學(xué)針對(duì)畢設(shè)任務(wù)進(jìn)行了認(rèn)真全面的文獻(xiàn)查詢和收集工作，開題報(bào)告重點(diǎn)突出，論述清晰，時(shí)間分配合理，格式規(guī)范
。
同意開題。
簽字：何利 日期：2018-01-10
教研室主任意見
同意
簽字：王建維 日期：2018-01-13
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見
同意
簽字：吳蒙華 日期：2018-01-13
公章：機(jī)械工程學(xué)院
汽車減震器的運(yùn)動(dòng)仿真和應(yīng)力分析
摘 要
減震器是汽車懸架系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它起到抑制彈簧產(chǎn)生的沖擊、吸收震后回彈和吸收路面沖擊能量的作用。它能快速衰減車架和車身的振動(dòng)，從而提高汽車的乘坐舒適性。目前，雙向筒式減震器在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。減震器是汽車使用過程中的易損件，其工作質(zhì)量將直接影響汽車行駛的平穩(wěn)性和其他零部件的使用壽命。因此，本課題將重點(diǎn)研究雙缸液壓汽車減震器的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)力學(xué)分析，為減震器的良好工作狀態(tài)提供指導(dǎo)。
本課題的主要研究內(nèi)容如下：
（1）雙向作用筒式減震器的工作原理和典型結(jié)構(gòu)分析；
（2）雙向作用筒式減震器的設(shè)計(jì)，包括主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定，材料、液壓油以及密封元件的選擇；
（3）雙向作用筒式減震器三維模型構(gòu)建及學(xué)運(yùn)動(dòng)仿真，獲得速度、加速度、位移和力分布；
（4）雙向作用筒式減震器應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果改進(jìn)減震器設(shè)計(jì)，從而達(dá)到提高減震器使用壽命的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：減震器；運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真；應(yīng)力分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化
Abstract
The shock absorber is a key component of the vehicle suspension system, which mainly acts as a restraining force on the vibration of the spring and declining
the impact of the road. It can rapidly decline the vibration of the frame and body, to improve the smoothness and comfort of the car. At present, the car is widely used in the bi-directional cylinder shock absorber. Shock absorber is the vulnerable parts in the process of car use, shock absorbers work good or bad, will directly affect the service life of the car moving stationarity and other parts, so this topic will focus on the design of the double tube hydraulic shock absorber, kinematic simulation and dynamic analysis, provide guidance for shock absorber is in good working condition.
The main research of this topic is as follows：
(1) the working principle and typical structure analysis of the bi-directional acting shock absorber;
(2) the two-way role in shock absorber design, including the determination of main structure parameters, the material, the choice of sealing components and hydraulic oil
(3) the three-dimensional model construction and learning simulation of the bi-directional type shock absorber, which is distributed by velocity, acceleration, displacement and force.
(4) the stress analysis and structure optimization of bi-directional cylinder damper. According to the stress analysis results, the design of shock absorber is improved, and the life of shock absorber is improved.
Keywords： Shock absorber; Movement simulation; Stress analysis; The optimization design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒 論 1
1.1選題的目的和意義 1
1.2減震器的發(fā)展歷史 1
1.3雙筒式減震器國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢 1
1.4減震器工作原理 2
1.5研究的主要內(nèi)容及方法 3
第2章 減震器設(shè)計(jì) 4
2.1 雙筒式液壓減震器的設(shè)計(jì)參數(shù) 4
2.2雙筒減震器的外特性與設(shè)計(jì)的原則 4
2.3雙筒液壓式減震器的參數(shù)與尺寸確定 5
2.4 本章小結(jié) 19
第3章雙筒液壓減震器的三維造型 20
3.1 使用SolidWorks繪制主要零件 20
3.2 雙筒液壓減震器的裝配體和爆炸圖 22
3.3 本章小結(jié) 24
第4章 雙筒液壓減震器的運(yùn)動(dòng)仿真 25
4.1 利用SolidWorks運(yùn)動(dòng)模擬減震器的運(yùn)動(dòng) 25
4.2 本章小結(jié) 29
第5章雙筒液壓減震器的應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì) 30
5.1 選取ANSYS作為應(yīng)力分析軟件 30
5.2 運(yùn)用ANSYS進(jìn)行雙筒液壓汽車減震器的應(yīng)力分析 30
5.3 本章小結(jié) 34
第6章結(jié)論與展望 35
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 37
附 錄 1 38
附錄2 外文原文 41
V
汽車減震器的運(yùn)動(dòng)仿真和應(yīng)力分析
第1章 緒 論
1.1選題的目的和意義
隨著我國經(jīng)濟(jì)快速騰飛，人均收入水平日漸提高，汽車逐漸變成了人們出行依賴的交通工具，與此同時(shí)對(duì)乘駕汽車的安全性以及舒適性便有了更高要求，研究汽車減震器就是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)[1]。
運(yùn)用三維建模、仿真運(yùn)動(dòng)分析和Ansys應(yīng)力分析優(yōu)化了雙筒液壓汽車減震器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)于提升減震器研發(fā)效率與深入研究其性能有著重要意義。
對(duì)于傳統(tǒng)減震器的研發(fā)而言，設(shè)計(jì)者通常需要反復(fù)地進(jìn)行樣件制造以及試驗(yàn)調(diào)試，以獲得期望減震器特性，這樣不僅效率低而且成本高。運(yùn)用系統(tǒng)仿真，可以實(shí)現(xiàn)暴露研究對(duì)象中的潛在問題，以便及時(shí)解決。因此，通過計(jì)算機(jī)仿真軟件建立減震器模型，模擬減震器特性，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
1.2減震器的發(fā)展歷史
減震器的發(fā)展經(jīng)歷了下面幾種形式：
（1）加布里埃爾減震器
（2）平衡彈簧式減震器
（3）空氣彈簧減震器
（4）液壓減震器
（5）麥弗遜支柱式減震器
（6）充氣式減震器
1.3雙筒式減震器國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢
1.3.1國內(nèi)外發(fā)展
（1）國外汽車減震器發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)在，國際上減震器處于充氣式、可調(diào)和自適應(yīng)減震器的發(fā)展階段，如荷載感應(yīng)和位置依存式充氣式減震器以及可調(diào)、電流變和磁流變減震器等自適應(yīng)減震器。這當(dāng)中筒式液壓減震器發(fā)展時(shí)間最長，市場占有率最高，而其它新型減震器也已投放市場，并在商品汽車中使用。
（2）我國汽車減震器發(fā)展現(xiàn)狀
相比之下，我國發(fā)展汽車減震器時(shí)間較短，暫時(shí)落后于發(fā)達(dá)國家。所以，在中高端汽車中，多為使用進(jìn)口減震器。不過，還有很大數(shù)量的國產(chǎn)中小型汽車仍然使用筒式液壓減震器。增強(qiáng)減震器研發(fā)水平對(duì)于我們國家極其重要，對(duì)于中國汽車行業(yè)發(fā)展同樣重要。
1.3.2發(fā)展趨勢
（1）自適應(yīng)可調(diào)減震器
自適應(yīng)可調(diào)減震器結(jié)構(gòu)由傳感器、控制器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大要素構(gòu)成。產(chǎn)生的阻尼不但能夠分級(jí)調(diào)節(jié)，而且能連續(xù)調(diào)節(jié)。通過改變節(jié)流閥的通流面積來實(shí)現(xiàn)可調(diào)特性。目前這種類型的減震器已經(jīng)投放市場應(yīng)用，只是還沒有普及使用。
（2）復(fù)合型減震器
復(fù)合型減震器是筒式減震器未來發(fā)展的必經(jīng)之路。它不但有著筒式減震器的全部優(yōu)點(diǎn)，與此同時(shí)填補(bǔ)了其缺點(diǎn)，所以，它是減震器的趨勢所在。舉例來說，充氣式雙筒液壓減震器不但增強(qiáng)了外特性，而且臨界速度大幅度提升，降低了外特性畸變的概率，穩(wěn)定性也得到提高。
（3）新型減震器
新型減震器是借助電磁原理而設(shè)計(jì)的。目前電磁流變能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)阻尼大小，只是這項(xiàng)技術(shù)還不夠成熟，距離實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造并且投入市場使用還有很大一段距離。
1.4減震器工作原理
主要構(gòu)成：環(huán)形吊耳、橡膠支座、活塞桿、密封件、保護(hù)管、活塞閥、底閥、儲(chǔ)油室、活塞、工作缸等如圖1.1。
雙向作用筒式減震器工作原理說明。在壓縮行程時(shí)，指汽車車輪移近車身減震器受壓縮，此時(shí)減震器內(nèi)活塞3向下移動(dòng)?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室(上腔)。由于活塞桿1占了上室一定空間，所以上室增加容積比下室減少容積小，因此少部分液壓油流經(jīng)壓縮閥6流回儲(chǔ)油缸5。在整個(gè)過程中，閥系對(duì)油的節(jié)流作用產(chǎn)生壓縮過程的阻尼力。另一方面，減震器受拉伸，此時(shí)活塞向上運(yùn)動(dòng)。上室油壓升高，由于減震器閥系屬于單向閥，所以流通閥8關(guān)閉，上室液壓油推開伸張閥4進(jìn)入下室。來自上室流入的液壓油容積小于下室增加容積，因此產(chǎn)生了真空度，從而導(dǎo)致儲(chǔ)油缸中液壓油推開補(bǔ)償閥7進(jìn)入下室。正是因?yàn)闇p震器閥系的節(jié)流作用產(chǎn)生伸張過程中的阻尼力。在相同壓力作用下，伸張閥通道載面積總和相比于壓縮閥通道截面積總和更小。因此，伸張過程中的阻尼力大于壓縮過程，從而實(shí)現(xiàn)快速減震的效果。
圖1.1 減震器原理圖
1.5研究的主要內(nèi)容及方法
使用SolidWorks設(shè)計(jì)一種適用于松花江微型汽車，滿足經(jīng)濟(jì)性以及實(shí)用性的筒式雙作用減震器。經(jīng)過社會(huì)調(diào)查以及大量資料查閱，在老師耐心地指導(dǎo)下，按照任務(wù)書要求完成設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)作品滿足理論設(shè)計(jì)要求，技術(shù)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)，并且降低生產(chǎn)成本滿足經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性要求。
第2章 減震器設(shè)計(jì)
2.1 雙筒式液壓減震器的設(shè)計(jì)參數(shù)
設(shè)計(jì)減震器需要的參數(shù)主要有下面幾種[8]：
（1）整車參數(shù)
包括汽車總重量、懸架質(zhì)量、縱慣性力矩、懸架剛度等整車參數(shù)。
（2）幾何布局參數(shù)
包括彈性元件的位置、安裝桿的角度等幾何布局參數(shù)。
（3）結(jié)構(gòu)參數(shù)
包括減震器和活塞直徑、活塞桿直徑、閥孔位置、數(shù)量和直徑、工作筒直徑和長度、儲(chǔ)油筒直徑和長度等結(jié)構(gòu)參數(shù)。
（4）工作參數(shù)
包括減震器工作長度、活塞行程、活塞最大線速度、減震器阻尼系數(shù)等。
設(shè)計(jì)工作主要包括活塞面積、阻尼比系數(shù)以及最大卸荷力等參數(shù)計(jì)算、尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度校核等。減震器上通常有兩處通孔，一個(gè)在活塞上，另一個(gè)在補(bǔ)償閥座上。根據(jù)活塞在壓縮沖程中的最大線速度，即閥打開速度，計(jì)算活塞中的通孔面積。
2.2雙筒減震器的外特性與設(shè)計(jì)的原則
2.2.1 汽車懸架與減震器的匹配與減震器的放置
選用麥弗遜式懸架，結(jié)構(gòu)如圖2.1。
特點(diǎn)：傾斜中心高度高；結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占用空間小，廣泛應(yīng)用于汽車上。
圖2.1 懸架的結(jié)構(gòu)圖
2.2.2雙筒式液壓減震器的外特性
減震器設(shè)計(jì)包含兩個(gè)要求：第一，外部特性一定滿足車輛懸架性能要求；第二，需要有穩(wěn)定持久的工作質(zhì)量。如圖2.2所示。
a) b)
圖2.2減震器特性
a) 阻力—位移特性 b)阻力—速度特性
2.2.3雙筒式減震器的外特性設(shè)計(jì)原則
根據(jù)車身振動(dòng)設(shè)計(jì)，而車體振動(dòng)主要由車軸振動(dòng)決定，車軸振動(dòng)和車輪阻尼相關(guān)。增大相對(duì)阻尼系數(shù)能夠減小車輪動(dòng)載。與此同時(shí)，車身加速度也會(huì)隨之增大。因此，在劇烈工況下，減震器反而增大了車身振動(dòng)，導(dǎo)致舒適性變差。
由此可得，外部特性的設(shè)計(jì)應(yīng)具有兩個(gè)基本含義：第一，外部特性和懸架振動(dòng)特性相匹配；第二，在復(fù)雜的工作狀態(tài)下，這種自適應(yīng)外部特性可以被穩(wěn)定地保持。減震器在復(fù)雜工況下保持外部特性的穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)懸架減震器減振效率和質(zhì)量優(yōu)劣的決定性標(biāo)志。
2.3雙筒液壓式減震器的參數(shù)與尺寸確定
2.3.1 雙筒式減震器相對(duì)阻尼系數(shù)的確定
首先確定其簧上質(zhì)量，本文設(shè)計(jì)對(duì)象是設(shè)計(jì)城市用小型車輛的減震器，參照哈飛民意微型車參數(shù)。如表2.1。
表2.1 哈飛民意技術(shù)參數(shù)
車型
哈飛民意1.0L
長×寬×高（mm）
4481×1746×1526
軸距（mm）
2470
輪距 前/后（mm）
1300/1310
最小離地間隙（mm）
155
最小轉(zhuǎn)彎直徑（m）
4.75
油箱容積（L）
36
整備質(zhì)量（kg）
1000
滿載質(zhì)量（kg）
1560
最大功率（PS(kW)/rpm）
106(78)5750
最大扭矩（N·m/rpm）
142/4000
排量（cm3）
970
壓縮比
10
懸架
前：麥克弗遜式獨(dú)立懸架，帶三角型下橫臂及橫向穩(wěn)定桿
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
齒輪齒條式，可變助力轉(zhuǎn)向
制動(dòng)系統(tǒng)
四輪盤式制動(dòng)（前輪采用通風(fēng)盤）
最高車速（km/h）
100
（1）懸架靜撓度計(jì)算
滿載靜止時(shí)懸架上載荷與這個(gè)瞬間剛度c的比值被稱為懸靜撓度，即
fc=fwc
(2.1)
車體固有頻率(偏移頻率)由下式計(jì)算得：
n=12πcm
(2.2)
式中：
c——汽車前懸架剛度，N/mm；
m——汽車前懸架簧上質(zhì)量，kg；
n——汽車前懸架偏頻，Hz
而汽車懸架的靜撓度可用下式表示：
fc=mgc
(2.3)
由這兩式可得出：
fc=25n2
(2.4)
根據(jù)上式計(jì)算可得： fc=188.6mm
（2）相對(duì)阻尼系數(shù)ψ
當(dāng)汽車懸架存在阻尼后，這時(shí)的振動(dòng)為周期阻尼振動(dòng)，懸架阻尼速度可使用相對(duì)阻尼系數(shù)來衡量。其中表達(dá)式為：
Ψ=δ2cms
(2.5)
式中：
c —為懸架系統(tǒng)的垂直剛度；
—為簧上質(zhì)量；
—為阻尼系數(shù)。
一般來說，壓縮行程相對(duì)阻尼系數(shù)ψy比伸張行程相對(duì)阻尼系數(shù)ψs較小。它們之間關(guān)系為ψy=0.25~0.50ψs.
設(shè)計(jì)過程中，選擇ψy 和ψs 平均值ψ。對(duì)于無摩擦彈性元件懸架, ψs=0.25~0.35 ；而有內(nèi)摩擦彈性元件懸架，ψy 的值會(huì)取得較小。為了防止懸架碰撞車身，取ψy=0.5ψs。
取ψ=0.3，則有： ψs+0.5ψs2=0.3
計(jì)算得：伸張ψs=0.4 壓縮ψy=0.2
2.3.2 雙筒式減震器阻尼系數(shù)的確定
懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率為1.00～1.45，取1.2。
確定減震器安裝角度。經(jīng)過大量試驗(yàn)得出安裝角為30度最佳，如圖2.3所示。
圖2.3 安裝示意圖
根據(jù)下式：
δ=2ψmswcos2α
(2.6)
n=12πcm=2πn
(2.7)
代入數(shù)據(jù)得： w=2πn
得： w=6.19Hz ；取α=30°
根據(jù)滿載時(shí)計(jì)算：ms=12×790-50=370kg
代入數(shù)據(jù)得減震器的阻尼系數(shù)為：
δ=2×0.3×370×6.91×21.732=2042.5NS/m
2.3.3 最大卸荷力的確定
當(dāng)減震器活塞振動(dòng)速度達(dá)到閾值時(shí)，為了減小傳遞到車身的沖擊力，打開卸荷閥。此時(shí)活塞的速度稱為卸荷速度，一般為0.15～0.30m/s,取0.2m/s。
拉伸行程阻尼系數(shù)已知，拉伸行程中最大卸載力為：
F0=δsvx
(2.8)
車體振動(dòng)幅度，取±40 mm；ω為懸架振動(dòng)的固有頻率。
代入求得卸載速度為：
vx=0.04×6.9×0.8×cos30°=0.24m/s
符合在0.15～0.30 之間范圍要求。
根據(jù)拉伸行程最大卸荷力的公式：F0=δsvxc可計(jì)算出最大卸載力。
式中c 為沖擊載荷系數(shù)，取C=1.5；通過替換數(shù)據(jù)獲得最大卸載力F0：
F0=δsvxc
=2042.5×0.24×1.5
=765.3KN
2.3.4 減震器工作缸直徑D的確定
根據(jù)拉伸行程最大卸荷力計(jì)算工作缸的直徑D為：
D=4F0π[p](1-λ2)
(2.9)
式中：
[p]工作缸最大許用壓力，取3～4MPa，
連桿直徑缸筒直徑之比，其值為0.30～0.35，取為0.3。
按式（2.9）計(jì)算：
D=4F0π[p](1-λ2)
=4×765.33.14×3×(1-0.52)
=20.05mm
根據(jù)QC/T491-1999《汽車筒式減震器的尺寸系列及技術(shù)條件》計(jì)算，如表2.2。將工作缸直徑D修圓成直徑30mm；壁厚取2mm，材質(zhì)取20鋼。
表2.2工作缸直徑（mm）
工作缸直徑D
20
30
40
(45)
50
65
已知工作缸直徑D為30mm，根據(jù)表2.3，確定減震器復(fù)原阻力在1000至2800之間，與此同時(shí)壓縮阻力不大于1000，確定復(fù)原阻力、壓縮阻力分別為1800N、700N。
表2.3復(fù)原阻力和壓縮阻力取值（N）
工作缸直徑D（mm）
復(fù)原阻力
壓縮阻力
20
200—1200
不大于600
30
1000—2800
不大于1000
40
1600—4500
400—1800
（45）
2500—5500
600—2000
50
4000—7000
700—2800
65
5000—10000
1000—3600
2.3.5減震器工作行程確定
根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作最大行程確定液壓缸工作行程長度，標(biāo)準(zhǔn)值參照表2.4和表2.5選擇，活塞行程選擇為180㎜。
表2.4減震器的設(shè)計(jì)尺寸標(biāo)準(zhǔn)（㎜）
工作缸
直徑D
基長
貯液筒最大外徑
防塵罩最大外徑
壓縮到底長度
允差
最大拉伸長度
允差
(HH型)
(CG型)
(HG型)
(GH型)
20
90
70
80
34
40
+3
負(fù)值不限
+4
負(fù)值不限
正值不限
-3
正值不限
-4
30
120
86
103
48
56
40
160
120
140
65
75
（45）
70
80
50
190
120
155
80
90
65
210
130
170
90
102
注：1、基長為設(shè)計(jì)尺寸，其值為。
2、為行程。
3、壓縮到底長度。
4、最大拉伸長度。
2.3.6 液壓缸壁厚、缸蓋、活塞桿和最小導(dǎo)向長度計(jì)算
1、液壓缸壁厚計(jì)算
壁厚按材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算。
公式如下：
δ≥PyD2{σ}
(2.10)
式中：
—實(shí)驗(yàn)壓力，為最大工作壓力（1.25～1.5）倍；
—液壓缸壁厚；
—液壓缸內(nèi)徑：
—缸筒材料許用應(yīng)力。鑄鐵許用應(yīng)力：在100MPa和110MPa之間。
得：
δ≥PyD2{σ}=1.5×3×106×302×100×106=0.675
表2.5減震器活塞行程（㎜）
工作缸直徑D
活 塞 行 程 S
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
20
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
30
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
40
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
（45）
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
50
－
－
－
－
－
－
－
－
65
－
－
－
－
－
－
圓筒內(nèi)徑確定后，壁厚由強(qiáng)度條件確定。然后確定缸筒外徑D1。
設(shè)計(jì)中選用的筒體壁厚2㎜，內(nèi)徑D是30㎜。
δD=230=0.066
由于比值小于0.1，所以按材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算薄壁圓筒壁厚：
δ≥pD2[σ]
(2.11)
式中：
p—液壓缸的最大工作壓力；
—缸筒材料的抗拉強(qiáng)度極限；
n—安全系數(shù)，一般取n=5；
—活塞桿材料的許用應(yīng)力， σ=σb/n。
選擇工作壓力為3MPa，已知內(nèi)徑D為30mm。查閱GB699—88選取=376MPa。
==75.2
δ≥pD2σ=3×302σ=0.6
設(shè)計(jì)壁厚是2㎜，符合強(qiáng)度要求。
2、液壓缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算
液壓缸穩(wěn)定條件如下：
F≤FKnK
(2.12)
式中：
—液壓缸最大推力；
—液壓缸的穩(wěn)定臨界力；
—穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取=2～4。
由于當(dāng)時(shí)需要進(jìn)行穩(wěn)定性的校核，根據(jù)長度的折算系數(shù)得
故需要對(duì)液壓缸進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，由式（2.13）與式（2.14）可知：
(2.13)
0.25
(2.14)
得
表2.6穩(wěn)定校核相關(guān)系數(shù)
材 料
a
b
λ1
λ2
鋼（Q235）
3100
11.40
105
61
鋼（Q275）
4600
36.17
100
60
硅 鋼
5890
38.17
100
60
鑄 鐵
7700
120
80
—
由下式計(jì)算：
(2.15)
=
=2.2×N
(2.16)
經(jīng)過校核，液壓缸穩(wěn)定性符合要求。
3、缸蓋厚度的計(jì)算
根據(jù)強(qiáng)度要求，用以下式子計(jì)算有效厚度t。
無孔時(shí)：
(2.17)
有孔時(shí)：
(2.18)
式中：
t—缸蓋有效厚度（m）；
D2—缸蓋止口內(nèi)徑（m）；
d0—缸蓋孔的直徑（m）；
材料許用應(yīng)力；
------實(shí)驗(yàn)壓力
活塞桿直徑D=20 mm，儲(chǔ)液缸最大外徑為48 mm，筒壁厚去除3mm，得
得
4、活塞桿的計(jì)算
活塞桿采用如35、40、45、40Cr等材料，其硬度為HRC 18 ~ HRC 32。設(shè)計(jì)中采用45鋼，HRC 18硬度。
活塞行程S為200 mm，桿長應(yīng)大于行程長度，初步確定活塞桿長度為208.5 mm.
5、活塞桿強(qiáng)度校核
已知復(fù)原阻力、壓縮阻力分別為1800N、700N。
在確定活塞桿直徑之后，必須滿足液壓缸穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求。
液壓缸穩(wěn)定性驗(yàn)算 按照材料力學(xué)的理論，其穩(wěn)定條件為
(2.19)
式中：
—液壓缸最大推力；
—液壓缸的穩(wěn)定臨界力；
—穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取=2～4
當(dāng)l/d比值大于10，需要進(jìn)行穩(wěn)定性的校核，根據(jù)長度的折算系數(shù)得
=0.7×260/r
(2.20)
(2.21)
由歐拉公式計(jì)算
符合要求。
(2.22)
桿材料許用應(yīng)力，材料屈服強(qiáng)度，安全系數(shù)n在1.4和2之間，隨著系數(shù)越高，安全性越好，n取2。
故，符合要求。
6、對(duì)壓桿穩(wěn)定性進(jìn)行校核
桿長徑比，當(dāng)桿兩端承受壓力時(shí)，需對(duì)壓桿穩(wěn)定性校核。
由上式可知：
由于這是中長壓桿，故采用直線公式計(jì)算臨界力。
(2.23)
穩(wěn)定性條件可表示為：
(2.24)
式中：
—工作應(yīng)力；
—穩(wěn)定許用應(yīng)力。
在工程中，穩(wěn)定所需的應(yīng)力通常表示為強(qiáng)度容許應(yīng)力與小于1的系數(shù)的乘積，即
(2.25)
式中：—折減系數(shù)。
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，根據(jù)表2.7可知桿折減系數(shù)。
表2.7 壓桿的折減系數(shù)
柔度
值
Q235鋼
16錳鋼
鑄鐵
木材
0
1.000
1.000
1.00
1.00
10
0.995
0.993
0.97
0.99
20
0.981
0.973
0.91
0.97
30
0.958
0.940
0.81
0.93
40
0.927
0.895
0.69
0.87
得出
(2.26)
壓桿的穩(wěn)定條件為
(2.27)
由式（2.24）和式（2.26）知壓桿符合穩(wěn)定條件。
7、最小導(dǎo)向長度的確定
最小導(dǎo)向長度指桿完全伸張時(shí)，活塞承載面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離。最小導(dǎo)向長度H由公式（2.25）計(jì)算得：
(2.28)
式中：
L—液壓缸的最大行程；
D—缸筒內(nèi)徑。
2.3.7 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、
缸體與缸蓋的連接形式
主要連接形式有法蘭連接、螺紋連接、內(nèi)半環(huán)連接以及外半環(huán)連接。設(shè)計(jì)選用螺紋連接。主要原因如下：易于加工與拆卸；結(jié)構(gòu)簡單，成本低；強(qiáng)度較高且能承受高壓。
2、活塞桿同活塞連接形式
過盈配合，不需要其它特殊連接結(jié)構(gòu)。
3、導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)
導(dǎo)向件結(jié)構(gòu)包括活塞桿、導(dǎo)向套、端蓋以及密封防塵鎖緊裝置等結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中采用上密封蓋實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向。
4、密封圈選用
根據(jù)不同密封部位、溫度、壓力和運(yùn)動(dòng)速度范圍，選擇不同類型的活塞和活塞桿處密封圈。設(shè)計(jì)中采用O形密封圈，具體尺寸按相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇。
5、液壓缸主要部件的材料和技術(shù)要求
( 1 )缸體采用45鋼，調(diào)質(zhì)HRC 28 - 33，與端蓋之間通過螺紋連接，其表面法蘭處理。
( 2 )活塞采用40Cr，調(diào)質(zhì)HRC 28 - 35，淬火上下兩側(cè)HRC 40 - 45，當(dāng)活塞用橡膠密封圈密封時(shí)，配合f7 ~ f9。
( 3 )活塞桿采用40Cr，調(diào)質(zhì)HRC 28 - 33，整個(gè)表面氮化，深度為0.4 ~ 0.75；利用磁探傷防裂紋；活塞桿與活塞采用H7/t6配合。
( 4 )缸蓋采用45鋼；表面陽極氧化處理。
( 5 )浮動(dòng)活塞采用45鋼；熱處理后硬度達(dá)到HRC 28 - 33；法蘭連接。
2.3.8活塞、閥系尺寸計(jì)算
1、活塞尺寸計(jì)算
活塞寬度，取B=19mm。導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度A，D小于80mm，取，D大于80mm時(shí)，取，因此取A=1.0D，A=30mm符合設(shè)計(jì)要求，活塞內(nèi)徑為6mm。
2、閥系計(jì)算
由于活塞上閥系均為單向閥，單向閥的主要性能要求是液體向前流動(dòng)時(shí)壓力損失小。反向切斷時(shí)密封性能好，動(dòng)作靈敏，工作時(shí)無沖擊噪音。本設(shè)計(jì)采用直通式單向閥。
(1) 閥孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
當(dāng)進(jìn)、出油口前后壓差較大，閥口流量過大時(shí)，出油口流場局部壓力可能低于油中溶解空氣的分離壓力，使油中溶解的空氣分離或局部壓力低于油的飽和蒸氣壓，使油汽化。這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致油中出現(xiàn)氣泡，從而使油的質(zhì)量惡化。同時(shí)，當(dāng)液體流向更高的壓力時(shí)，這些氣泡將瞬間破裂，這將產(chǎn)生噪音。這種噪聲稱為空化噪聲。為了改善這種情況，在工藝過程中主要對(duì)閥孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，液壓油的壓力逐漸降低并逐漸衰減。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)、出油口的尺寸略大于閥孔的內(nèi)徑，油孔的直徑與內(nèi)徑相差一定量，形成階梯形，減小各級(jí)工作壓差。
(2) 閥孔尺寸計(jì)算
首先計(jì)算壓力閥孔的尺寸，取6個(gè)壓力閥孔均勻分布。進(jìn)、出油口直徑D應(yīng)符合下列公式：
(2.29)
式中：—閥的公稱流量；
—進(jìn)、出油口的許用流速，一般取=6m/s。
活塞速度一般是0.15 ~ 0.3m / S，取0.3m / S..
由于活塞上的孔均勻分布有6個(gè)孔，每個(gè)孔的直徑為d，孔的總面積應(yīng)等于進(jìn)油孔和出油孔的面積。
πD22=6×π×d22
d=D6
由于故d=D6≥6=2.4mm
將d圓整為2mm。
孔的長度一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（2.28）來確定
(2.30)
取。
單向閥孔尺寸略大于壓力閥，計(jì)算方法相似。結(jié)果表明，單向閥的直徑為3 mm，孔長為3 mm。
閥板在減震器中起到攔截作用，使活塞或底閥兩端的油腔建立高壓疏通油，產(chǎn)生節(jié)流壓差，形成阻尼力。要求閥板平直度為0.02，兩端平行度為0.01 ~ 0.02，維氏硬度HV 486 ~ HV 600，彈性極限較高。閥板材料通常由鋼帶材料制成，例如65mn、60s I2 Mn和5crm NMO，它們通過精密沖壓生產(chǎn)。然后進(jìn)行成型熱定形工藝。一般加熱至380℃±10℃，保溫1小時(shí)即可凝固。過高的溫度和過長的時(shí)間會(huì)導(dǎo)致硬度下降。
2.3.9 密封元件和工作油液的確定
1、密封元件
隨著氣候、車輛行駛狀態(tài)和地理環(huán)境特征的變化，自然界中的泥漿和水不斷接觸減震器的密封部分。一方面，接觸結(jié)果侵蝕和磨損減震器密封部分的外露表面；另一方面，在一定條件下，它會(huì)穿過密封部分進(jìn)入減震器，使減震器的性能變差，降低減震器的使用壽命。當(dāng)油封唇口半徑小于0.2 mm時(shí)，油封失去潤滑油膜，活塞桿與油封之間的摩擦加劇。摩擦過大會(huì)使油封迅速失去抗泥水作用。因此，0.2 mm是油封唇口半徑的最佳值。
表2.8密封元件的尺寸
項(xiàng)目
尺寸（mm）
d1
8
10
12
18
20
22
25
26
d2max
6.6
8.4
10.2
15.8
17.7
19.6
22.5
23.4
2、油液的選取
根據(jù)GB 7631.2 - 87，選用L - HFC型液壓油。該產(chǎn)品通常是含有乙二醇或其它聚合物的水溶液，具有良好的低溫性能、粘度和溫度性能以及對(duì)橡膠的適用性。耐燃性好，常用于低壓、中壓系統(tǒng)，對(duì)溫度適應(yīng)性好，使用溫度為- 20 - 50℃，適用于我國大部分地區(qū)的氣溫。
2.4 本章小結(jié)
列出了在減震器設(shè)計(jì)中需要的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過查閱資料確定外特性設(shè)計(jì)原則，介紹了各種參數(shù)的選擇方法、過程中所需要的公式和重要參數(shù)的確定。重點(diǎn)介紹了缸體、活塞桿、活塞、和、閥體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算。
第3章雙筒液壓減震器的三維造型
3.1 使用SolidWorks繪制主要零件
以下為減震器各主要零件：
3.1.1工作缸的三維造型
使用旋轉(zhuǎn)指令繪制工作缸，繪制草圖，選取旋轉(zhuǎn)軸，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)指令，給定深度，360.0度，如圖3.1所示：
圖3.1 旋轉(zhuǎn)指令
生成工作缸實(shí)體圖3.2。
圖3.2工作缸三維圖
3.1.2活塞的三維造型
使用旋轉(zhuǎn)、拉伸、旋轉(zhuǎn)切除實(shí)現(xiàn)活塞整體建模，建立基準(zhǔn)面打直徑為2.0mm的直徑孔3個(gè)，再倒角命令繪制活塞，如圖3.3所示。
圖3.3 活塞指令表
生成活塞實(shí)體模型如圖3.4。
圖3.4草繪實(shí)體圖
3.1.3活塞桿的三維造型
在基準(zhǔn)面在繪制草圖，然后確定中心軸，使用旋轉(zhuǎn)指令360度旋轉(zhuǎn)繪制活塞桿，如圖3.5。
圖3.5活塞桿草繪
活塞桿實(shí)體如圖3.6。
圖3.6活塞桿
3.1.4活塞閥的三維造型
使用凸臺(tái)拉伸、拉伸切除、打孔、陣列命令繪制活塞閥，如圖3.7。
圖3.7 活塞閥
其中直徑孔陣列屬性為直徑1.60mm，以閥體中心軸為陣列基準(zhǔn)軸，每個(gè)間隔60度，6個(gè)發(fā)布在360度上，如圖3.8。
圖3.8孔陣列
3.2 雙筒液壓減震器的裝配體和爆炸圖
各部件的三維實(shí)體模型完成后，首先根據(jù)裝配圖的要求，設(shè)置各部件之間的約束和配合方式，分別完成閥系總成、活塞桿總成和儲(chǔ)油缸總成的裝配。
裝配過程中使用的主要約束有 "配對(duì) "、 "對(duì)齊 "、 "相切 "、 "中心 "和 "垂直 "等?；钊麠U總成裝配順序?yàn)椋喊鸦钊麠U當(dāng)為中心的基本部件，閥系、環(huán)形吊耳、支座、密封件、工作缸和儲(chǔ)油缸通過"配對(duì)”和"對(duì)準(zhǔn)”約束依次裝配。儲(chǔ)油缸總成始終是壓縮閥和補(bǔ)償閥總成的基本組成部分，環(huán)形吊耳、密封件、支座、工作油缸和儲(chǔ)油缸的總成依次通過"配對(duì)”、"對(duì)齊”和"垂直”約束進(jìn)行。然后，以活塞桿組件為基本部件，依次在 "中心 "和 "切線 "約束下進(jìn)行儲(chǔ)油缸組件、密封裝置裝配。
3.2.1主要部件之間的裝配
液壓閥與活塞桿之間的裝配如圖3.9所示。
活塞桿與工作缸體之間的裝配如圖3.9所示。
圖3.9液壓閥裝配
圖3.10 活塞桿和液壓缸裝配
3.2.2總裝配圖
圖3.11減震器裝配圖
3.2.3爆炸圖
為了更好地了解減震器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使用爆炸圖功能，將各部分零件拆分，爆炸圖呈現(xiàn)如圖3.12。
圖3.12減震器爆炸圖
3.3 本章小結(jié)
SolidWorks是一個(gè)特征化、參數(shù)化、尺寸驅(qū)動(dòng)的三維設(shè)計(jì)軟件，可以繪制所需要的減震器二維草圖和三維立體圖[5]。利用SolidWorks對(duì)減震器進(jìn)行設(shè)計(jì)，過程中不斷改進(jìn)，呈現(xiàn)效果直觀。然后在SolidWorks中，將每個(gè)零件體通過裝配組成一個(gè)完整的減震器裝配體，生成爆炸圖。
第4章 雙筒液壓減震器的運(yùn)動(dòng)仿真
4.1 利用SolidWorks運(yùn)動(dòng)模擬減震器的運(yùn)動(dòng)
4.1.1 SolidWorks Motion介紹
SolidWorks motion使用完整的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模來計(jì)算元件運(yùn)動(dòng)，SolidWorks motion可用于分析模型中的力，包括彈簧、阻尼、電機(jī)和摩擦[4]。
4.1.2研究內(nèi)容
本算例主要是為了得到運(yùn)動(dòng)中活塞桿的受力狀況，為了確定在運(yùn)動(dòng)過程中活塞桿承受的最大載荷，對(duì)活塞桿進(jìn)行應(yīng)力分析。
4.1.3研究思路
減震器由于路面條件突變而受到外力壓縮或恢復(fù)時(shí)，減震器內(nèi)部的過程比較復(fù)雜，因此對(duì)這部分的運(yùn)動(dòng)過程應(yīng)作一系列簡化處理。首先，簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu)；對(duì)于彈簧、密封件等，由于它們的性能是固定的，一旦深入研究是復(fù)雜的，這些部件就簡化而不進(jìn)行分析。其次，改變配合關(guān)系，使活塞體與活塞桿整體相對(duì)固定，其它部分相對(duì)固定。將活塞和工作缸配合關(guān)系設(shè)置為“同心”，在運(yùn)動(dòng)分析過程中選擇底閥上表面作為活塞與工作缸接觸面?；钊?、下腔室內(nèi)的液壓油視為線性彈簧。
所選成分材料為45鋼，μ= 0.05。選擇“運(yùn)動(dòng)分析”，然后添加重力場，設(shè)置地心引力加速度，并將彈簧剛度設(shè)置為35N / mm
通過對(duì)減震器運(yùn)動(dòng)過程的模擬分析，分別得出速度-幅值曲線，力-幅值曲線，位移-幅值曲線，加速度曲線[3]。通過對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的仿真分析，得到了相應(yīng)曲線，并對(duì)運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行了表征。設(shè)計(jì)者往往可以通過這些曲線發(fā)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)的缺陷，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)。
4.1.4仿真步驟
運(yùn)行Motion插件，生成運(yùn)動(dòng)算例，選擇Motion分析。
首先，點(diǎn)擊，添加重力場，設(shè)定重力加速度g=9806.65mm/s^2,方向沿Y方向（即指向液壓缸方向），如圖4.1。
圖4.1添加重力場
將減震器上下油腔類比成剛性彈簧，點(diǎn)擊，選取活塞桿下表面和底閥上表面為彈簧兩端支撐面，在缸體和活塞桿上添加線性彈簧，彈簧剛度設(shè)為 35 N /mm，彈簧長度隨模型更改而更新，默認(rèn)彈簧直徑和圈數(shù)，如圖4.2。
圖4.2添加彈簧
由于減震器需要一個(gè)力使其上下運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于作為它的動(dòng)力源。單擊，在活塞桿頂部表面添加馬達(dá)，設(shè)定為線性馬達(dá)，根據(jù)需要修改其旋轉(zhuǎn)方向和速度等參數(shù)，設(shè)置運(yùn)動(dòng)為振蕩，運(yùn)動(dòng)速度為50 mm / s，頻率選取1Hz，相位為90度，如圖4.3。
圖4.3添加馬達(dá)
圖4.4位移-時(shí)間
點(diǎn)擊播放按鈕，進(jìn)行仿真動(dòng)畫演示，可根據(jù)使用者需求設(shè)定單向循環(huán)或者往復(fù)循環(huán)動(dòng)畫演示。
點(diǎn)擊結(jié)果和圖解，選擇對(duì)應(yīng)的四組參數(shù)，得到分析圖分別如圖4.5-8所示。
圖4.5位移幅值曲線
圖4.6速度幅值曲線
圖4.7加速度幅值曲線
圖4.8力幅值曲線
4.2 本章小結(jié)
從上面的圖中可以看出，減震器的運(yùn)動(dòng)特性是正弦的，并且減震器的模擬速度可以通過改變運(yùn)動(dòng)信號(hào)或振幅來改變。當(dāng)給定幅值時(shí)，改變信號(hào)的頻率可以調(diào)節(jié)仿真的最大速度。因此，通過改變負(fù)載信號(hào)的頻率或幅度，可以在各種速度下模擬減震器。
第5章雙筒液壓減震器的應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)
5.1 選取ANSYS作為應(yīng)力分析軟件
使用ANSYS軟件對(duì)減震器進(jìn)行應(yīng)力分析，主要分析活塞桿受力狀態(tài)，并通過靜態(tài)分析檢驗(yàn)其在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中是否安全可靠?；钊麠U加載后的狀態(tài)為壓縮或膨脹?；钊麠U受拉伸時(shí)，油通過伸張閥的通孔進(jìn)入下腔。然而，在這個(gè)過程中，它將產(chǎn)生較大的阻尼力，從而減少振動(dòng)和減少振動(dòng)。因此，活塞桿應(yīng)根據(jù)伸張條件的強(qiáng)度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
典型的ANSYS有限元分析流程分為如下3個(gè)階段[9]：
（1）建立有限元模型（預(yù)處理器，Preprocessor）
建立幾何模型。
定義單元和設(shè)定材料屬性。
網(wǎng)格劃分。
（2）加載和求解（求解處理器，Solution Processor）
施加載荷和定義其他邊界條件。
求解。
（3）查看和處理結(jié)果（后處理器，Post processor）
查看分析結(jié)果。
導(dǎo)出結(jié)果數(shù)據(jù)。
判斷結(jié)果的合理性。
5.2 運(yùn)用ANSYS進(jìn)行雙筒液壓汽車減震器的應(yīng)力分析
5.2.1創(chuàng)建幾何模型
打開ANSYS17.0 Workbench，建立靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，如圖5.1所示。
圖5.1建立靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析
雙擊打開Geometry，進(jìn)入模型建立。點(diǎn)擊，根據(jù)第三章活塞桿模型尺寸在XY平面繪制草圖，如圖5.2所示。
圖5.2 活塞桿草圖
選取桿件最長邊為旋轉(zhuǎn)軸，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)指令，繪制活塞桿圖5.3。
圖5.3 活塞桿實(shí)體
5.2.2劃分網(wǎng)格
返回工作臺(tái)主單元，雙擊。進(jìn)入活塞桿編輯，點(diǎn)擊，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，根據(jù)ANSYS應(yīng)力分析原理，網(wǎng)格劃分越密集，分析精度越高，與此同時(shí)，分析過程耗時(shí)也越久，這里默認(rèn)系統(tǒng)給定的6級(jí)劃分精度，三角形網(wǎng)格。圖5.4。
圖5.4 網(wǎng)格劃分
5.2.3施加載荷與其他邊界條件
返回工作臺(tái)主單元，雙擊，進(jìn)入活塞桿編輯，按照Load—Force進(jìn)行載荷施加。
由于活塞桿伸張時(shí)，阻尼力作用在伸張閥上表面，且閥體與活塞桿較小圓柱體過盈配合，等效于阻尼力作用在活塞桿較小圓柱曲面上，力的作用方向沿X方向，力的大小為5564N，如圖5.5所示。
圖5.5 施加力
按照Supports-Fix Support,定義邊界條件圖5.6。
圖5.6 定義邊界條件
5.2.4求解
按照Solution-Total Deformation、Direction Deformation 得到應(yīng)力、位移分析圖如圖5.7、5.8。
圖5.6 應(yīng)力分析圖
圖5.7位移分析圖
5.2.5優(yōu)化設(shè)計(jì)
分析圖5.6可知，活塞桿在運(yùn)動(dòng)過程中最大應(yīng)力出現(xiàn)在活塞閥與活塞桿連結(jié)面上，最大應(yīng)力值為4.918MPa,由第三章計(jì)算所得最小許用應(yīng)力值為75.2MPa,即活塞桿應(yīng)力值最大位置的應(yīng)力值遠(yuǎn)小于最小許用應(yīng)力值，應(yīng)力分析符合設(shè)計(jì)要求。
優(yōu)化設(shè)計(jì)可從下面兩個(gè)方面開展：增大活塞桿頂部直徑、減小活塞桿頂部長度圖5.8。
圖5.8 活塞桿頂部
5.3 本章小結(jié)
利用ANSYS工作臺(tái)對(duì)拉伸狀態(tài)下的活塞桿進(jìn)行應(yīng)力分析，直觀地顯示減震器的運(yùn)動(dòng)信息。當(dāng)減震器被拉伸時(shí)，活塞桿被拉伸。應(yīng)力分析圖表明，最大應(yīng)力出現(xiàn)在活塞桿頂部，可以通過增大直徑、減小長度來優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而減小壓力。
第6章結(jié)論與展望
經(jīng)過對(duì)雙向筒式液壓減震器的運(yùn)動(dòng)仿真和應(yīng)力分析，得到以下結(jié)論：
1、 雙向筒式液壓減震器具有成本較低、壽命長、能夠迅速減震的優(yōu)勢；
2、 經(jīng)過運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，獲得了速度分布規(guī)律，其中，最大速度157mm/s；最大加速度988mm/s2；最大位移161mm；
3、 經(jīng)過應(yīng)力分析，減震器活塞桿與活塞閥連結(jié)位置應(yīng)減小最大應(yīng)力，可通過增大直徑和減小長度來優(yōu)化處理，從而實(shí)現(xiàn)提高減震器的使用壽命的目標(biāo)；
展望：
1、希望制定加工工藝、制作減震器并試驗(yàn)，檢驗(yàn)減震效果
2、因軟件和邊界條件設(shè)置不準(zhǔn)確，會(huì)有誤差產(chǎn)生，需要進(jìn)一步細(xì)化。
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致 謝
感謝在我整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我批評(píng)指導(dǎo)與幫助的老師、同學(xué)們，尤其感謝我的指導(dǎo)老師何立女士，在畢業(yè)設(shè)計(jì)剛開題的時(shí)候就不斷的給予我細(xì)心的指導(dǎo)和鼓勵(lì)，在每次設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題時(shí)，何立老師總是給予及時(shí)的解答，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中也教會(huì)了我許多其他的知識(shí)，并教會(huì)我使用了一些新興的軟件與繪圖的技巧，讓我終身受用。
附 錄 1
仿真工具，建模和識(shí)別，適用于車輛動(dòng)力學(xué)背景下的汽車減震器
STEFAAN W.R. DUYM
為了模擬車輛動(dòng)力學(xué)，汽車減震器的物理模型一直用多種軟件開發(fā)和實(shí)施進(jìn)行多體模擬。在本文中，阻尼器模型結(jié)構(gòu)與一些測量和估計(jì)技術(shù)一起被簡要地闡述，以僅可能從測力計(jì)測量中檢索模型參數(shù)。這些技術(shù)通常用在寶馬7系列前懸架上的減震器上。
1.引言
減震器的設(shè)計(jì)包括幾個(gè)階段，諸如強(qiáng)調(diào)幾何形狀，強(qiáng)度，耐用性和功能。功能方面主要用于減震閥調(diào)節(jié)，目前仍在進(jìn)行調(diào)整乘坐工作的手段，在乘坐工作中，幾個(gè)原型由乘坐工程師通過一系列測試軌道駕駛汽車進(jìn)行測試。然后，乘坐工程師給出他們測試的減震器的評(píng)估，并可能調(diào)整這一點(diǎn)，以獲得更好的駕乘感受來處理汽車的屬性。但是，整個(gè)調(diào)整過程顯然是更偏向主觀評(píng)估，這可能在很大程度上因人而異甚至隨時(shí)間變化。減振器調(diào)諧過程中，對(duì)乘坐工程師困難的訓(xùn)練過程是導(dǎo)致主觀因素的第二大原因。
由于這個(gè)原因，業(yè)界開始開發(fā)一個(gè)完整的CAE辦法來處理調(diào)諧問題（圖1）。這種方法可以分解成三個(gè)連續(xù)的步驟。首先，一個(gè)阻尼器模型與一組可調(diào)諧模型參數(shù)將允許獲得力、速度和位移的函數(shù)。其次，通過多體模擬的裝置，車輛行為的特點(diǎn)通過借助于從給定道路獲得的一組力和加速度輸入。最后，這些力和加速度的時(shí)間歷史通過啟發(fā)式的裝置轉(zhuǎn)換成行駛和操控的量度。
啟發(fā)式通常導(dǎo)出的信號(hào)作為量化度量的加權(quán)總和，如RMS值，波峰因素和臨界參數(shù)。該啟發(fā)式計(jì)算表示用于乘坐和/或處理一個(gè)測量值的標(biāo)量值。基于啟發(fā)式，最佳的設(shè)計(jì)可以提出。這些啟發(fā)式理想地從特定的汽車公司的工程師乘坐的代表性基團(tuán)而獲得，并且可以為每個(gè)單獨(dú)的類型的汽車而變化。例如，跑車不應(yīng)該提供與旅行車相似的駕駛行為。
本文介紹了一種阻尼器模型的開發(fā)和確定預(yù)測阻尼力作為阻尼器位移和速度的函數(shù)給定的一組參數(shù)。為了直接涉及該模型的系數(shù)提供給可調(diào)諧阻尼器組件黑盒模型中，如在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或受力狀態(tài)圖的方法中，被放棄有利于所謂的白盒模型提供的在阻尼器物理必要的洞察力。盡管本模型是基于以前的物理模型，但要強(qiáng)調(diào)的是，模型系數(shù)分組到全球系數(shù)以這樣的方式，這些分組的方式為全局系統(tǒng)的識(shí)別提供了有效幫助。這對(duì)于大多數(shù)人來說非常重要，汽車制造商想要執(zhí)行自己的身份識(shí)別，這是受到阻礙的其他物理模型的情況下，更詳細(xì)的組件測試需要但并不總是有效的，例如流量臺(tái)測試。此外，何時(shí)只進(jìn)行測力計(jì)測量，沒有必要采取沖擊分開來達(dá)到獲得時(shí)間與金錢的目的。
這個(gè)建模是依據(jù)INVEC財(cái)團(tuán)（布里特-EURAM程序）的需求來開展的，包括在其他7個(gè)汽車制造商（菲亞特，寶馬，大眾，保時(shí)捷，戴姆勒-奔馳，標(biāo)致和雷諾），建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的阻尼器模型，以及捕獲阻尼行為，并提供最小的模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)的緩解識(shí)別和多體模擬。與INVEC關(guān)聯(lián)，其他三個(gè)供應(yīng)商開發(fā)的其他組件如輪胎（倍耐力），襯套（金倍得）和發(fā)動(dòng)機(jī)支架（科德寶）的標(biāo)準(zhǔn)模型。Monroe支持通過Matlab來實(shí)現(xiàn)模型的建立。在與MDI的關(guān)聯(lián)公司的模式已經(jīng)在ADAMS /汽車包裝過程中得以實(shí)現(xiàn)。
圖1 概述全面CAE方法來調(diào)整汽車減震器
最近也是標(biāo)準(zhǔn)模型的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)編寫CADSI成DADS。
該模型的范圍將包括頻率之內(nèi)的所有的非線性和動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)30Hz。以上為30Hz，即噪聲的頻率范圍內(nèi)，它似乎是非常困難的，以模擬一般的方式阻尼器的行為，由于它可以是各種各樣的具體差異。由Lauwerys等給出的調(diào)查方法通過測量以及模擬裝置來解決汽車減震器相關(guān)的噪聲問題。應(yīng)
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