主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含6張CAD圖紙和文檔全套】【LB3】

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Therefore, how to develop high-performance hydraulic system, providing protection for the safe driving and to improve vehicle ride comfort is our main problem to be solved.This article briefly analyzes the automotive hydraulic active suspension of the basic structure. On this basis, the proportion of active suspension control system of hydraulic static design, including load analysis, and hydraulic cylinders, hydraulic pumps, valves and the corresponding proportion of the direction of the design and calculation of elastic element and select it to the vehicle suspension height, stiffness and damping ratio to adjust, and by determining the ratio of active suspension system of hydraulic parameters of the model parameters to obtain. The final draw ratio of hydraulic active suspension system components and the overall assembly.Key words: Active Suspension；The ratio of hydraulic；System；Elastic element；Control Valve33目 錄摘要Abstract第1章 緒論11.1 概述11.2 汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究現(xiàn)狀1第2章 主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)42.1 汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的組成42.2 液壓傳動(dòng)工作原理和系統(tǒng)組成及特點(diǎn)52.3 主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)72.4 本章小結(jié)8第3章 主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)基本計(jì)算103.1 系統(tǒng)基本計(jì)算103.2蓄能器的設(shè)計(jì)與計(jì)算103.3 彈簧的設(shè)計(jì)與校核113.4 減振器的結(jié)構(gòu)類型與主要參數(shù)的選擇123.5 本章小結(jié)14第4章 液壓系統(tǒng)工作裝置設(shè)計(jì)154.1 液壓缸154.2 液壓缸的類型154.3 液壓缸的結(jié)構(gòu)154.4 液壓缸的基本參數(shù)確定與設(shè)計(jì)計(jì)算184.5 本章小結(jié)22第5章 液壓系統(tǒng)各元件的選用235.1 液壓控制閥235.1.1 液壓控制閥機(jī)理235.1.2 電液比例控制閥235.2 液壓泵245.2.1 液壓泵的功用245.2.2 容積式液壓泵的基本工作原理245.3 本章小結(jié)25結(jié)論26參考文獻(xiàn)27致謝28附錄29第1章 緒 論1.1 概述車輛的懸架系統(tǒng)，是指連接車身與車軸等所有組合件的總稱。由彈性元件，減震器及導(dǎo)向裝置組成的懸架裝置稱為被動(dòng)懸架，上述元件分別起緩沖，減震和導(dǎo)向的作用。主動(dòng)懸架是近年來(lái)出現(xiàn)的新型懸架系統(tǒng)，它擁有自身的能源，并以一個(gè)力發(fā)生器取代了被動(dòng)懸架中的減震器或是在被動(dòng)懸架彈性元件與阻尼元件的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)主動(dòng)裝置。因此，開(kāi)發(fā)性價(jià)比高的主動(dòng)懸架裝置是當(dāng)前主動(dòng)懸架技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前采用液壓作動(dòng)器的懸架系統(tǒng)中所用控制閥大部分為伺服閥，僅有少部分為高速開(kāi)關(guān)閥。伺服懸架系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性雖好，但造價(jià)昂貴；高速開(kāi)關(guān)閥可降低整套懸架系統(tǒng)的造價(jià)。但其動(dòng)態(tài)特性較差，可控頻率在2Hz以下。鑒于伺服系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)難度較大以及制造成本又高的原因，工業(yè)領(lǐng)域中的許多用戶提出來(lái)要用較為廉價(jià)的比例元件替代電液伺服元件。與此同時(shí)，電液比例技術(shù)的迅速發(fā)展以及比例元件性能的不斷提高也為滿足上述要求提供了可靠的技術(shù)保證。為此，本文采用價(jià)格較為低廉的高性能比例閥作為主動(dòng)懸架裝置的控制閥。1.2 汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究現(xiàn)狀自從汽車發(fā)明以來(lái)，工程師們就一直在研究如何將汽車的懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)得更好。最初的汽車懸架系統(tǒng)是使用馬車的彈性鋼板，效果當(dāng)然不會(huì)很好。1908年螺旋彈簧開(kāi)始用于轎車，當(dāng)時(shí)就曾經(jīng)有兩種截然不同的意見(jiàn)。第一種意見(jiàn)主張安裝剛性較大的螺旋彈簧，以使車輪保持著與路面接觸的傾向，提高輪胎的抓地能力。但是這樣的弊端是乘坐汽車時(shí)有較強(qiáng)烈的顛簸感覺(jué)。另一種意見(jiàn)認(rèn)為應(yīng)該采用較軟的螺旋彈簧，以適應(yīng)崎嶇不平的路面，提高乘坐汽車時(shí)的平穩(wěn)性及舒適性。但是這樣的汽車操縱性較差。到了三四十年代，獨(dú)立懸架開(kāi)始出現(xiàn)，并得到很大發(fā)展。減振器也由早期的摩擦式發(fā)展為液力式。這些改進(jìn)無(wú)疑提高了懸架的性能，但無(wú)論怎樣改良，此時(shí)的懸架仍然屬于被動(dòng)式懸架，仍然在很多方面有很大局限性。 衡量懸架性能好壞的主要指標(biāo)是汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性，但這兩個(gè)方面是相互排斥的性能要求，往往不能同時(shí)滿足。怎樣在二者之間取得合理的平衡以達(dá)到最好的效果，一直是工程師們的研究課題。 平順性一般通過(guò)車體或車身某個(gè)部位(如車底板、駕駛員座椅處)的加速度響應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià)，操縱穩(wěn)定性則可以通過(guò)車輪的動(dòng)載來(lái)度量。例如，若降低彈簧的剛度，則車體加速度減少使平順性變好，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致車體位移的增加。由此產(chǎn)生車體重心的變動(dòng)將引起輪胎負(fù)荷變化的增加，對(duì)操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響；另一方面，增加彈簧剛度會(huì)提高操縱穩(wěn)定性，但硬的彈簧將導(dǎo)致汽車對(duì)路面不平度很敏感，使平順性降低。所以，理想的懸架應(yīng)該在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振器阻尼，既能滿足平順性要求又能滿足操縱穩(wěn)定性要求。 但是普遍使用的被動(dòng)懸架不可能達(dá)到設(shè)計(jì)師們的理想要求。被動(dòng)懸架因?yàn)榫哂泄潭ǖ膽壹軇偠群妥枘嵯禂?shù)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上只能是滿足平順性和操縱穩(wěn)定性之間矛盾的折衷，無(wú)法達(dá)到懸架控制的理想境界。在使用上，為了使被動(dòng)懸架能夠?qū)Σ煌穆访婢哂幸欢ǖ倪m應(yīng)性，通常將懸架的剛度和減振器的阻尼設(shè)計(jì)成具有一定程度的非線性，比如采用變節(jié)距螺旋彈簧和三級(jí)阻力控制的液壓減振器。 由于被動(dòng)懸架設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是在滿足汽車平順性和操縱穩(wěn)定性之間進(jìn)行折衷，對(duì)于不同的使用要求，只能是在滿足主要性能要求的基礎(chǔ)上犧牲次要性能。所以盡管被動(dòng)懸架在設(shè)計(jì)上以不斷改進(jìn)被動(dòng)元件而實(shí)現(xiàn)了低成本、高可靠性的目標(biāo)，但始終無(wú)法解決同時(shí)滿足平順性和操縱穩(wěn)定性之間相矛盾的要求。 為此，自五六十年代起產(chǎn)生了主動(dòng)懸架的概念，它能夠根據(jù)懸架質(zhì)量的加速度，利用電控液壓部件主動(dòng)地控制汽車的振動(dòng)。在這方面的研究，各大汽車制造公司均不遺余力。典型的例子，早期有雪鐵龍公司在1955年發(fā)展的一種液壓-空氣懸架系統(tǒng)，可以使汽車具有較好的行駛性能和舒適性，但是它的制造工序太復(fù)雜，最終難以普及。到90年代，日產(chǎn)公司在無(wú)限Q45轎車上應(yīng)用了新式主動(dòng)懸架，進(jìn)一步提高了轎車適應(yīng)崎嶇路面的能力。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可變特性懸架控制系統(tǒng)。它可根據(jù)運(yùn)行條件與路面狀況，以手動(dòng)控制懸架特性變化。手動(dòng)開(kāi)關(guān)可選擇兩種擋位：1.“SPORT”擋位，剛性高，相當(dāng)于高級(jí)跑車的懸架特性。2.“TOURING”擋位，柔性，相當(dāng)于高級(jí)旅行車的懸架特性。 現(xiàn)時(shí)引人注意的是奔馳公司發(fā)展的ABC(Active Body Control)系統(tǒng)，可算是相對(duì)先進(jìn)的主動(dòng)懸架系統(tǒng)代表。 ABC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員從一開(kāi)始就沒(méi)有將注意力放在傳統(tǒng)的思路上，而是另辟蹊徑，集中研究車身在行駛時(shí)的跳動(dòng)。他們認(rèn)為，從穩(wěn)定性考慮，通過(guò)抑制車身在行駛時(shí)的起伏、傾斜及跳動(dòng)，可以最大限度地提高舒適性，而且更簡(jiǎn)單直接。對(duì)駕駛而言，采用剛性較大的螺旋彈簧，可以使汽車優(yōu)越的操縱駕駛性得到保證。早在多年前，研究人員已經(jīng)進(jìn)行過(guò)這方面的驗(yàn)證。隨著近年來(lái)電子技術(shù)及電腦控制在轎車上大量應(yīng)用，這種新型主動(dòng)懸架變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的條件越來(lái)越成熟。最新面世的系統(tǒng)采用了大量電子控制技術(shù)，奔馳公司稱之為主動(dòng)式車身控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱ABC 。 傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)工作方式主要是通過(guò)厚重的車身跳動(dòng)，推壓液壓油，通過(guò)阻尼減振器抑制車身的振動(dòng)，并由螺旋彈簧將跳動(dòng)能量吸收。這種完全被動(dòng)的方式當(dāng)然有許多不足之處。而ABC系統(tǒng)則通過(guò)感應(yīng)最輕微的車輪及車身動(dòng)作，在任何大的車身振動(dòng)之前及時(shí)對(duì)懸架系統(tǒng)作出調(diào)整，保持車身的平衡。該系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)各種路面情況，即使在異常崎嶇不平的地方，轎車也能保持優(yōu)越的操縱性、舒適性及方向穩(wěn)定性。 為了達(dá)到理想的效果，ABC系統(tǒng)在各條懸架滑柱內(nèi)裝有一套新型的液力調(diào)節(jié)伺服器，可動(dòng)態(tài)調(diào)整的液壓缸根據(jù)不同的路面情況自動(dòng)調(diào)節(jié)螺旋彈簧座的位置，這一點(diǎn)很重要。當(dāng)車輪遇到障礙物時(shí)，ABC系統(tǒng)通過(guò)傳感器感知，自動(dòng)調(diào)節(jié)彈簧座，并在彈簧座上施加壓力，使之能最大限度地抵消傳遞給車身的跳動(dòng)能量。同樣的方法，ABC系統(tǒng)還能夠避免轎車在制動(dòng)、加速及轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的車身傾斜。當(dāng)汽車制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形，懸架傳感器會(huì)檢測(cè)出車身的傾斜度和橫向加速度。微電腦根據(jù)傳感器的信息，與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較計(jì)算，并立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸架上，使車身的傾斜減到最小。幾乎可以說(shuō)，車身在任何狀態(tài)下都能保持水平位置。 ABC系統(tǒng)的控制感應(yīng)裝置由兩個(gè)微型處理器及13個(gè)傳感器組成，每10s對(duì)懸架系統(tǒng)作一次掃描和調(diào)整。各傳感器分別向微處理器傳送車速、車輪制動(dòng)壓力、踏動(dòng)油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較。同時(shí)，電腦能獨(dú)立控制每一個(gè)車輪上的執(zhí)行元件，從而能在任何時(shí)候、任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運(yùn)動(dòng)以適應(yīng)汽車的每一種行駛狀況。 ABC系統(tǒng)使汽車對(duì)側(cè)傾、俯仰、橫擺、跳動(dòng)和車身高度的控制都能更加迅速、精確，即使在路況較差的路面上，汽車的跳動(dòng)也很小。而且汽車高速行駛和轉(zhuǎn)彎的穩(wěn)定性大大提高。車身的側(cè)傾小，車輪外傾角度變化也小，輪胎就能較好地保持與地面垂直接觸，使輪胎對(duì)地面的附著力提高，以充分發(fā)揮輪胎的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)作用。此外汽車的載重量無(wú)論如何變化，汽車始終能保持一定的車身高度，所以懸架的幾何關(guān)系也可以確保不變。 目前，這種主動(dòng)式車身控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在奔馳最新的C系列轎車上，雖然價(jià)格不菲，但也贏得極佳的口碑，被譽(yù)為是動(dòng)力性能和乘坐舒適性改進(jìn)的一個(gè)里程碑。第2章 主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的組成 主動(dòng)懸架中不再有傳統(tǒng)意義上的“彈簧剛度”和“阻尼特性”，懸架中的彈簧盒減震器全部或者至少部分被執(zhí)行元件所取代。系統(tǒng)還包括了各種必要的傳感器、信號(hào)處理器和控制單元?？刂茊卧鶕?jù)檢測(cè)到的各種信號(hào)判斷汽車的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)事先設(shè)定的控制策略決定執(zhí)行元件該輸出多大的力。系統(tǒng)內(nèi)部靠力閉環(huán)控制保證執(zhí)行元件輸出的力滿足指令的要求。圖2.1給出了一種主動(dòng)懸架工作原理的示意圖（單個(gè)車輪），實(shí)際使用時(shí)，還必須包括更多的傳感器以檢測(cè)必要的系統(tǒng)狀態(tài)量，比如與轉(zhuǎn)向時(shí)汽車運(yùn)動(dòng)相關(guān)的橫向加速度、方向盤角速度，還有汽車車速、發(fā)動(dòng)機(jī)油門開(kāi)度、制動(dòng)踏板位置以及汽車車身高度等等。圖2.1 主動(dòng)懸架工作原理圖A執(zhí)行元件；E比較器；F力傳感器；P電位器；V控制閥；1懸架質(zhì)量；2加速度傳感器；3信號(hào)處理器；4控制單元；5進(jìn)油；6出油；7非懸掛質(zhì)量；8路面輸入圖2.2為一種實(shí)車采用的主動(dòng)懸架布置圖。圖2.2 轎車主動(dòng)懸架布置示意圖1懸架位移傳感器；2后懸架執(zhí)行元件；3車門開(kāi)關(guān)傳感器；4隔離閥；5前懸架執(zhí)行元件；6控制閥；7液力泵；8油門位置傳感器；9車速傳感器；10控制踏板位置傳感器；11方向盤傳感器；12中央控制單元主動(dòng)懸架的性能指標(biāo)可以用多個(gè)系統(tǒng)輸出變量的均方根值的加權(quán)和來(lái)表征。這些變量可以包括車身加速度、車輪與地面間的動(dòng)載、車輪相對(duì)于車身的位移以及執(zhí)行元件的作用力等。系統(tǒng)的控制變量也比傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架要多，并且參數(shù)的選擇范圍也更寬。一般多采用隨機(jī)優(yōu)化控制理論來(lái)確定系統(tǒng)的控制策略。研究表明，如果相對(duì)于路面不平度而言有足夠大的懸架工作行程，則在某一特定的穩(wěn)定工況下（載荷、車速以及路面不平度函數(shù)都保持不變），主動(dòng)懸架所達(dá)到性能指標(biāo)與專門為這種特定工況所涉及的被動(dòng)懸架相當(dāng)。當(dāng)工況變化并且相對(duì)路面不平度而言懸架的工作行程受到限制（實(shí)際汽車上都是這種情況）時(shí)，主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架相比，平順性指標(biāo)和車輪接地性能都會(huì)提高，在不良路面上，可提高10%15%。主動(dòng)懸架執(zhí)行元件的響應(yīng)頻率范圍要超過(guò)汽車上車輪剛度所對(duì)應(yīng)的頻率，約為10Hz。目前汽車上采用的大都是電液伺服機(jī)構(gòu)，頻帶越高，則實(shí)現(xiàn)起來(lái)越困難，成本和質(zhì)量都會(huì)增大，系統(tǒng)所消耗的能量也會(huì)增加。如果在系統(tǒng)中并聯(lián)入傳統(tǒng)的彈簧和減震器以承受靜載荷并提供常規(guī)情況下的阻尼，則系統(tǒng)的能量消耗和執(zhí)行元件的尺寸、液壓都會(huì)下降，但這種方式的集成性不佳。主動(dòng)懸架中的關(guān)鍵部件之一是電液伺服器。它根據(jù)中央控制單元給出的電信號(hào)控制流向執(zhí)行元件的油量，為此必須有很高的放大倍率，將幾十毫瓦的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為幾十千瓦的液壓功率，同時(shí)還要有足夠快的反應(yīng)速度，要能在幾毫秒之內(nèi)實(shí)現(xiàn)95%的流量變化，另外還具備高靈敏度，可以5%的步長(zhǎng)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。2.2 液壓傳動(dòng)工作原理和系統(tǒng)組成及特點(diǎn) （1）液壓傳動(dòng)的工作原理 液壓傳動(dòng)是利用密閉系統(tǒng)中的受壓液體來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)方式。液壓缸、油箱以及它們之間的連通油路構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，里面充滿液壓油。放油閥關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)密閉。當(dāng)提起杠桿時(shí)，液壓缸的柱塞上移，其油腔密封容積增大，形成部分真空；此時(shí)單向閥封住通向液壓缸的油路，油箱中的油液在大氣壓的作用下經(jīng)過(guò)吸油管路推開(kāi)單向閥進(jìn)入液壓缸油腔，完成一次吸油。接著，壓下杠桿，液壓缸柱塞下移，其油腔密封容積減小，油液壓力升高，單向閥自動(dòng)關(guān)閉，壓力油推開(kāi)單向閥經(jīng)油路流入液壓缸內(nèi)。由于液壓缸油腔也是一個(gè)密閉的容積。所以進(jìn)入的油液因受擠壓而產(chǎn)生的作用力就推動(dòng)液壓缸的柱塞上升。并將重物(簧載質(zhì)量轎車車身)向上頂起一段距離。這樣反復(fù)提、壓杠桿，就可以使重物不斷上升，達(dá)到起重的目的。將放油閥旋轉(zhuǎn)90度，在重物重力作用下，大油缸的油液排回油箱，柱塞可下降到原位置。從上述例子中可以看出液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳動(dòng)的；它依靠密閉溶劑的變化傳遞運(yùn)動(dòng)，依靠液體內(nèi)部的壓力（由外界負(fù)載所引起）傳遞動(dòng)力。液壓傳動(dòng)裝置本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，隨后又將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而做功。 （2）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成，液壓缸活塞桿與汽車車廂鉸接。當(dāng)液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)，換向閥中的閥芯處于相應(yīng)位置時(shí)，車廂舉傾機(jī)構(gòu)不工作，即液壓泵輸出的壓力油經(jīng)單向閥、換向閥中的油道及回油管返回油箱。由于液壓缸活塞上、下腔均與油箱連通，此時(shí)，液壓缸處于不工作狀態(tài)。 在外力作用下，推動(dòng)換向閥芯右移，換向閥的油道與液壓泵供油路關(guān)閉。從液壓泵輸出的壓力油經(jīng)換向閥的油道進(jìn)入液壓缸活塞下腔，推動(dòng)液壓缸活塞上移，通過(guò)活塞桿實(shí)現(xiàn)車廂的舉升。 為了防止液壓系統(tǒng)過(guò)載，在液壓缸進(jìn)油路上裝有限壓閥.當(dāng)系統(tǒng)油壓超過(guò)一定值時(shí)，限壓閥開(kāi)啟，一部分壓力油通過(guò)限壓閥返回油箱，系統(tǒng)油壓則不再升高。當(dāng)外力去除后，在換向閥芯左側(cè)彈簧力的作用下，換向閥芯返回到原來(lái)位置。此時(shí)，液壓缸活塞下腔通過(guò)換向閥與回油路連通。液壓缸活塞下腔壓力油返回油箱，車廂在自重作用下下降。 綜上所述，通常可以將液壓系統(tǒng)分成以下四個(gè)組成部分。1. 動(dòng)力元件液壓泵。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體液壓能的裝置。2. 執(zhí)行元件液壓缸、液壓馬達(dá)。把液體的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。3. 控制元件對(duì)系統(tǒng)中液體的壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。4. 輔助元件除上述三個(gè)部分以外的其他裝置。例如油箱、濾油器、油管、管接頭及密封件等。5. 工作介質(zhì)利用它進(jìn)行能量和信號(hào)傳遞。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)就是按機(jī)械的工作要求，選擇上述不同液壓元件，用管路將它們組合在一起，使之完成一定工作循環(huán)的整體。換向閥和限壓閥在制造時(shí)做成了一體結(jié)構(gòu)，可節(jié)省材料和空間，減少閥間連接油管，又稱組合閥。液壓系統(tǒng)圖是用各液壓元件和管路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖表示的一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它直觀性強(qiáng)，容易理解，但繪制起來(lái)比較麻煩。用反映各液壓元件功能的符號(hào)表示，并用通路連接起來(lái)組成的同一個(gè)液壓系統(tǒng)工作原理圖，使用這些圖形符號(hào)可使液壓系統(tǒng)圖簡(jiǎn)單明了，便于繪制。 (3) 液壓傳動(dòng)的特點(diǎn) 液壓傳動(dòng)與其他傳動(dòng)形式相比較，有以下特點(diǎn)。 1.功率密度（即單位體積所具有的功率）大，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕。 2.傳動(dòng)平穩(wěn)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍大。 3.液壓元件質(zhì)量輕、慣性矩小，變速性能好?？蓪?shí)現(xiàn)高頻率的換向，因而，在汽車電控系統(tǒng)中經(jīng)常用到與微電子技術(shù)結(jié)合組成的性能好、自動(dòng)化程度高的傳動(dòng)及控制系統(tǒng)，如汽車電控液力自動(dòng)變速器、汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)、汽車制動(dòng)力分配系統(tǒng)等。且控制、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，省力，操作方便。 4.傳動(dòng)介質(zhì)為油液，液壓元件具有自潤(rùn)滑作用，有利于延長(zhǎng)液壓元件的使用壽命。同時(shí)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)也易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)載保護(hù)。5.液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，有利于組織生產(chǎn)和設(shè)計(jì)。 但液壓傳動(dòng)也有不足，如液壓傳動(dòng)效率低，速比不如機(jī)械傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)受溫度影響較大，不宜在很高或很低的溫度條件下工作，液壓元件的制造精度要求較高，造價(jià)較高，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因等。2.3 主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)比例懸架設(shè)計(jì)，就是在被動(dòng)懸架系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)可以產(chǎn)生作用力的動(dòng)力裝置，其二自由度模型如圖2.1所示。動(dòng)力裝置由液壓油源、液壓缸和電液比例閥組成。最終構(gòu)成主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)。其系統(tǒng)作用過(guò)程為：路面有不平度輸入經(jīng)輪胎傳遞到非簧載質(zhì)量，然后再由經(jīng)懸架剛度與懸架阻尼傳遞到簧載質(zhì)量，使簧載質(zhì)量產(chǎn)生加速度；此時(shí)，液壓主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)通過(guò)加速度傳感器測(cè)得其加速度信號(hào)，再經(jīng)電荷放大器將所得電信號(hào)放大以使其與控制器的輸入電信號(hào)幅值（電壓或電流）相匹配；最后，由控制器對(duì)所測(cè)得的電信號(hào)按照事先設(shè)計(jì)好的控制規(guī)律進(jìn)行處理，得到的對(duì)應(yīng)輸出控制量傳給比例閥，比例閥輸出相應(yīng)的流量來(lái)控制液壓缸，使其作出相應(yīng)的動(dòng)作以改變簧載質(zhì)量的加速度，從而讓加速度在期望的范圍內(nèi)波動(dòng)。理論上，這一動(dòng)力裝置產(chǎn)生的作用力可根據(jù)需要在極短的時(shí)間內(nèi)由零變化到無(wú)窮大。但作用力越大、速度變化越快，需要液壓系統(tǒng)的工作壓力就越高，系統(tǒng)消耗的能量也就越大。之后控制器調(diào)節(jié)比例方向閥并產(chǎn)生信號(hào)調(diào)節(jié)液壓缸，控制其伸縮，以此來(lái)調(diào)節(jié)簧載質(zhì)量(汽車車身部分)主動(dòng)改變車身高度。而對(duì)于阻尼系數(shù)的調(diào)節(jié)，在此系統(tǒng)里加裝阻尼控制執(zhí)行器，通過(guò)接受液壓缸伸縮傳遞的信號(hào)，對(duì)阻尼進(jìn)行相應(yīng)的控制與調(diào)節(jié)。最后，關(guān)于車身剛度的調(diào)節(jié)在這里加裝蓄能器、直動(dòng)式電磁閥、氣壓泵等相關(guān)組件，其中蓄能器一端接液壓缸一端接直動(dòng)式電磁閥，氣壓泵用來(lái)壓縮空氣進(jìn)入，直動(dòng)式電磁閥調(diào)節(jié)空氣流量，也就是控制蓄能器中的空氣量與相應(yīng)壓力由此實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)節(jié)懸掛剛度的目的。圖2.1 汽車主動(dòng)懸架比例系統(tǒng)模型非簧載質(zhì)量；簧載質(zhì)量；輪胎剛度；懸架彈簧剛度；懸架阻尼系數(shù)；作用力發(fā)生器(液壓缸)；路面激勵(lì)位移；非簧載質(zhì)量位移；簧載質(zhì)量位移；阻尼控制執(zhí)行器；氣囊式蓄能器；直動(dòng)式蓄能器；氣壓泵2.4 本章小結(jié)本章主要是對(duì)主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括主動(dòng)懸架的組成與選取、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理概述以及相關(guān)部件組成的確定與選取。由此章可實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)的控制，從而達(dá)到控制車身高度、阻尼以及剛度的目的。第3章 主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)基本計(jì)算3.1 系統(tǒng)基本計(jì)算 假設(shè)基于車輛模型的某轎車主動(dòng)懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：，。 設(shè)計(jì)懸架液壓系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)工程實(shí)際提出的技術(shù)要求為：執(zhí)行器頻寬為1520Hz，行程；活塞桿最大隨動(dòng)速度V0.4m/s。設(shè)定雙活塞桿液壓缸輸出的最大作用力為6000N、液壓缸的最大伸出速度為V0.5m/s、液壓缸有效行程為、液壓缸內(nèi)徑為63mm，活塞桿直徑為40mm、液壓缸內(nèi)泄漏系數(shù)C0、有效體積彈性系數(shù)，則可計(jì)算出液壓缸工作面積： 負(fù)載工作壓力： 系統(tǒng)所需流量： 考慮系統(tǒng)流量損耗，設(shè)定系統(tǒng)流量為20L/min，則液壓缸工作容積： 液壓缸負(fù)載固有頻率： 工程設(shè)計(jì)實(shí)踐證明，f4Hz時(shí)，動(dòng)態(tài)特性較好，由此可見(jiàn)液壓缸尺寸選擇是合適的。3.2 蓄能器的設(shè)計(jì)與計(jì)算本系統(tǒng)選擇折合型蓄能器，功用是吸收沖擊(波紋型)，傳送異性液體，最高工作壓力2MPa，其特點(diǎn)是空氣與油隔離，油不易氧化，尺寸小，重量輕，反應(yīng)靈敏，充氣方便。系統(tǒng)壓力，效率，氣缸力。則空氣氣缸內(nèi)徑為：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取標(biāo)準(zhǔn)缸徑。驗(yàn)算氣缸力的大?。?.3 彈簧的設(shè)計(jì)與校核 在考慮安裝空間的限制和性能要求的條件下，對(duì)懸架系統(tǒng)的螺旋彈簧進(jìn)行尺寸上的具體分析，首先，螺旋彈簧材料選用(60硅鉻釩鋼)，屬第一類彈簧，許用切應(yīng)力為。 根據(jù)安裝空間，取螺旋彈簧中徑為，螺旋彈簧的直徑為，則有： 旋繞比為(一般取值為610之間) 彈簧的曲度系數(shù)為 彈簧圈數(shù)為圈 彈簧靜撓度 路面譜幅值取最大值即時(shí)，彈簧所承受載荷最大，其值為。 根據(jù)公式對(duì)彈簧進(jìn)行校核計(jì)算為：，經(jīng)校核證明彈簧是符合要求的。 彈簧的最大壓縮變形量 間距為 彈簧高度為:為保證彈簧的穩(wěn)定，彈簧的高徑比不應(yīng)超過(guò)許用值，故需進(jìn)行驗(yàn)證:，所以滿足要求。 圖3.1螺旋彈簧模型 圖3.2 螺旋彈簧的端部結(jié)構(gòu)3.4 減振器的結(jié)構(gòu)類型與主要參數(shù)的選擇 減振器的功能是吸收懸架垂直振動(dòng)的能量，并轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，使振動(dòng)迅速衰減。以前曾經(jīng)使用過(guò)的名稱“避震器”容易引起誤會(huì)，以為減振器可以緩和沖擊，實(shí)際上緩和沖擊靠的是懸架彈性原件及輪胎的彈性變形。 減振器大體上可以分為兩大類，即摩擦式減振器和液力減振器。摩擦式減振器利用兩個(gè)緊壓在一起的盤片之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力提供阻尼。由于庫(kù)倫摩擦力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的提高而減小，并且很容易受油、水等的影響，無(wú)法滿足平順性的要求，因此雖然具有質(zhì)量小、造價(jià)低、易調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)代汽車上已不再采用這類減振器。液力減振器首次出現(xiàn)于1901年，其兩種主要的結(jié)構(gòu)形式分別為搖臂式和筒式。與筒式液力減振器相比，搖臂式減振器的活塞行程要短得多，因此其工作油壓可高達(dá)1530MPa，而筒式減振器只有2.55MPa。筒式減振器的質(zhì)量?jī)H為搖臂式的約1/2，并且制造方便，工作壽命長(zhǎng)，因而現(xiàn)代汽車幾乎都采用筒式減振器。 筒式減振器最常用的三種結(jié)構(gòu)型式包括：雙筒式、單筒充氣式和雙筒充氣式，本文采用雙筒式液力減振器。 雙筒式液力減振器：圖3.3雙筒式減振器工作原理圖1活塞；2工作缸筒；3貯油缸筒；4底閥座；5導(dǎo)向座；6回流孔活塞桿；7油封；8防塵罩；9活塞雙筒式液力減振器的工作原理如圖3.3所示。其中A為工作腔，C為補(bǔ)償腔，兩腔之間通過(guò)閥系連通，當(dāng)汽車車輪上下跳動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)活塞1在工作腔A中上下移動(dòng)，迫使減振器液流過(guò)相應(yīng)閥體上的阻尼孔，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌?。車輪向上跳?dòng)即懸架壓縮時(shí)，活塞1向下運(yùn)動(dòng)，油液通過(guò)閥進(jìn)入工作腔上腔，但是由于活塞桿9占據(jù)了一部分體積，必須有部分油液流經(jīng)閥進(jìn)入補(bǔ)償腔C；當(dāng)車輪向下跳動(dòng)即懸架伸張時(shí)，活塞1向上運(yùn)動(dòng)，工作腔A中的壓力升高，油液經(jīng)閥流入下腔，提供大部分伸張阻尼力，還有一部分油液經(jīng)過(guò)活塞桿與導(dǎo)向座間的縫隙由回流孔6進(jìn)入補(bǔ)償腔，同樣由于活塞桿所占據(jù)的體積，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，必定有部分油液經(jīng)閥流入工作腔下腔。減振器工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量靠貯油缸筒3散發(fā)。減振器的工作溫度可高達(dá)120，有時(shí)甚至可達(dá)200。為了提供溫度升高后油液膨脹的空間，減振器的油液不能加得太滿，但一般在補(bǔ)償腔中油液高度應(yīng)達(dá)到缸筒長(zhǎng)度的一半，以防止低溫或減振器傾斜的情況下，在極限伸張位置時(shí)空氣經(jīng)油封7進(jìn)入補(bǔ)償腔甚至經(jīng)閥吸入工作腔，造成油液乳化，影響減振器的工作性能。減振器的特性可用圖所示的示功圖和阻尼力-速度曲線描述。減振器特性曲線的形狀取決于閥系的具體結(jié)構(gòu)和各閥開(kāi)啟力的選擇。一般而言，當(dāng)油液流經(jīng)某一給定的通道時(shí)，其壓力損失由兩部分構(gòu)成。其一為粘性沿程阻力損失，對(duì)一般的湍流而言，其數(shù)值近似地正比于流速。其二為進(jìn)入和離開(kāi)通道時(shí)的動(dòng)能損失，其數(shù)值也與流速近似成正比，但主要受油液密度而不是粘性的影響由于油液粘性隨溫度的變化遠(yuǎn)比密度隨溫度的變化顯著。因而在設(shè)計(jì)閥系時(shí)若能盡量利用前述的第二種壓力損失，則其特性將不易受油液粘性變化的影響，也即不易受油液溫度變化的影響。不論是哪種情形，其阻力都大致與速度的平方成正比，如圖所示。圖3.3減振器的特性示功圖圖中曲線A所示為在某一給定的A通道下阻尼力F與液流速度v的關(guān)系，若與通道A并聯(lián)一個(gè)直徑更大的通道B，則總的特性將如圖中曲線A+B所示，如果B為一個(gè)閥門，則當(dāng)其逐漸打開(kāi)時(shí)，可獲得曲線A與曲線A+B間的過(guò)渡特性。恰當(dāng)選擇A、B的孔徑和閥的逐漸開(kāi)啟量，可以獲得任何給定的特性曲線。閥打開(kāi)的過(guò)程可用三個(gè)階段來(lái)描述，第一階段為閥完全關(guān)閉，第二階段為閥部分開(kāi)啟，第三階段為閥完全打開(kāi)。通常情況下，當(dāng)減振器活塞相對(duì)于缸筒的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到0.1m/s時(shí)閥就開(kāi)始打開(kāi)，完全打開(kāi)則需要運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到數(shù)米每秒。3.5 本章小結(jié) 本章節(jié)主要是對(duì)主動(dòng)懸架比例液壓系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，以確定液壓缸工作面積、負(fù)載工作壓力及系統(tǒng)所需流量等數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)元件彈簧、減振器等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算以及選取。第4章 液壓系統(tǒng)工作裝置設(shè)計(jì)4.1液壓缸 液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，他是把液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。液壓缸的輸入量是液體的流量和壓力，輸出量是直線速度和力。4.2 液壓缸的類型 為滿足各種主機(jī)的不同用途，液壓缸有多種類型。 按照結(jié)構(gòu)形式分有活塞缸、柱塞缸、擺動(dòng)缸三大類，活塞缸和柱塞缸實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，輸出速度和推力，擺動(dòng)缸則實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)，輸出角速度（轉(zhuǎn)速）和轉(zhuǎn)矩。 按照作用方式不同又可以分為單作用缸和雙作用缸。 另外，按缸的特殊用途分，可分為串聯(lián)缸、增壓缸、增速缸、步進(jìn)缸等。4.3 液壓缸的結(jié)構(gòu) 缸體組件 缸體組件與活塞組件構(gòu)成密封的容腔，承受油壓。因此缸體組件要有足夠的強(qiáng)度、較高的表面精度和可靠的密封性。缸體組件指的是缸筒與缸蓋，其使用材料、連接方式與工作壓力有關(guān)，當(dāng)工作壓力10MPa時(shí)使用鑄鐵缸筒，當(dāng)工作壓力10MPa0.2m/s)時(shí)，由于慣性力較大，具有很大的動(dòng)量。在這種情況下，活塞運(yùn)動(dòng)到缸筒的終端時(shí)，會(huì)與端蓋發(fā)生機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊和噪聲，嚴(yán)重影響運(yùn)動(dòng)精度，甚至?xí)鹗鹿?，所以在大型、高速或高精度的液壓設(shè)備中，常設(shè)有緩沖裝置。 緩沖裝置的工作原理：利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)，在活塞和缸蓋之間封住一部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或縫隙中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。(1) 固定節(jié)流緩沖 如圖是縫隙節(jié)流，當(dāng)活塞移動(dòng)到其端部時(shí)，其上的凸臺(tái)進(jìn)入缸蓋的凹腔，將封閉在回油腔中的油液從凸臺(tái)和凹腔之間的環(huán)狀縫隙中擠壓出去，從而造成背壓，迫使運(yùn)動(dòng)活塞降速制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緩沖。這種緩沖裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緩沖效果好，但沖擊壓力較大。 (2) 可變節(jié)流緩沖 可變節(jié)流緩沖油缸有多種形式，有在緩沖柱塞上開(kāi)三角槽的，有多油孔的，還有其他一些可變節(jié)流緩沖油缸。其特點(diǎn)是在緩沖過(guò)程中，節(jié)流口面積隨著緩沖行程的增大而逐漸減小，緩沖腔中的壓力幾乎保持不變。圖在活塞上開(kāi)有橫截面為三角形的軸向斜槽，當(dāng)活塞移近液壓缸缸蓋時(shí)，活塞與缸蓋間的油液需經(jīng)三角槽流出，從而在回油腔中形成背壓，達(dá)到緩沖的目的。(3) 可調(diào)節(jié)流緩沖在缸蓋中裝有針形節(jié)流閥1和單向閥2。當(dāng)活塞移近缸蓋時(shí)，凸臺(tái)進(jìn)入凹腔，由于它們之間間隙較小，所以回油腔中的油液只能經(jīng)節(jié)流閥流出，從而在回油腔中形成背壓，達(dá)到緩沖的目的。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)口大小，就能調(diào)節(jié)制動(dòng)速度。排氣裝置一般利用空氣密度較油輕的特點(diǎn)，在液壓缸內(nèi)腔的最高部位設(shè)置排氣孔或?qū)ｉT的排氣裝置。采用排氣塞和排氣閥：當(dāng)松開(kāi)排氣閥螺釘時(shí)，帶著空氣的油液便通過(guò)錐面間隙經(jīng)小孔溢出，待系統(tǒng)內(nèi)氣體排完后，便擰緊螺釘，將錐面密封；也可在缸蓋的最高部位處開(kāi)排氣孔，用長(zhǎng)管道向遠(yuǎn)處排氣閥排氣。所有的排氣裝置都是按此基本原理工作。4.4 液壓缸的基本參數(shù)確定與設(shè)計(jì)計(jì)算 1.工作負(fù)載與液壓缸推力 液壓缸的工作負(fù)載是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)載荷情況下，以一定速度起動(dòng)時(shí)對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即 式中工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載、自重等對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力，取； 工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)載下起動(dòng)時(shí)的靜摩擦力(水平)，其中G為運(yùn)動(dòng)部件重力，F(xiàn)為工作負(fù)載在導(dǎo)軌上的垂直分力，通常=0.10.2,取=0.15； F工作機(jī)構(gòu)滿負(fù)載起動(dòng)時(shí)的慣性力，F(xiàn)=ma=10kg0.5m/s=5N，其中m為運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量(kg)；a為運(yùn)動(dòng)部件的加速度(m/s)；求得 2.缸筒內(nèi)徑及活塞桿直徑 缸筒內(nèi)徑即活塞外徑，為液壓缸的主要參數(shù)，可根據(jù)以下原則確定。 按推力F計(jì)算缸筒內(nèi)徑D 在液壓系統(tǒng)給定的工作壓力p后(設(shè)回油背壓為零)，應(yīng)滿足以下關(guān)系式 式中 A液壓缸的有效工作面積； p液壓缸的工作壓力，由液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)給定(設(shè)回油壓力為零)，取p=7Mpa； 液壓缸機(jī)械效率，一般取=0.95；求得 A=2036.65mm表4.1 活塞桿直徑的選取活塞桿受力情況工作壓力p/MPa活塞桿直徑d受 拉-d=(0.30.5)D受壓及拉d=(0.50.55)D受壓及拉d=(0.60.7)D受壓及拉d=0.7D因?yàn)閜=7MPa，取d=0.62D由有活塞桿腔A=(D-d)/4求得=64.92mm 液壓缸的缸筒內(nèi)徑D及活塞桿直徑d是根據(jù)負(fù)載大小F和預(yù)選定的工作壓力p，按有關(guān)計(jì)算公式計(jì)算之后，再?gòu)臉?biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993(見(jiàn)表)中規(guī)定的系列，選取合適的標(biāo)準(zhǔn)值圓整而得到表4.2 缸筒內(nèi)徑D的系列(GB/T2348-1993)810121620253240506380100125160200250320400500-表4.3 活塞桿直徑d系列(GB/T2348-1993)456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400-油表確定 3.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H(圖)。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度(間隙引起的撓度)增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求+式中 L液壓缸的最大行程，取L=200mm； D缸筒內(nèi)徑；求得+=+=41.5mm,取 活塞的寬度，一般取(0.61.0)，在這里?。粚?dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在時(shí)取(0.61.0)，在時(shí)取(0.61.0),在這里取。為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，過(guò)分增大A和B都是不適宜的。必要時(shí)可在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套(圖中零件K)，隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即求得4.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算與穩(wěn)定校核 (1)缸筒外徑 缸筒內(nèi)徑確定后，由強(qiáng)度條件計(jì)算壁厚；然后求出缸筒外徑D。 當(dāng)缸筒壁厚與內(nèi)徑D的比值小于0.1時(shí)，稱為薄壁缸筒，壁厚按材料力學(xué)薄壁圓筒公式計(jì)算式中 液壓缸的最大工作壓力； 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度極限，取=300MPa； 安全系數(shù)，一般取5； 活塞桿材料的許用應(yīng)力，=。求得=3.68mm,取=4.5mm缸筒壁厚確定之后，即可求出液壓缸的外徑求得 6. 液壓缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算 按速比要求初步確定活塞桿直徑后，還必需滿足液壓缸的穩(wěn)定性及其強(qiáng)度要求。 (1)液壓缸的穩(wěn)定性驗(yàn)算 按材料力學(xué)的理論，一根受壓的直桿，在其軸向負(fù)載F超過(guò)穩(wěn)定臨界力F時(shí)，即失去原有直線狀態(tài)下的平衡，稱為失穩(wěn)。對(duì)液壓缸，其穩(wěn)定條件為式中 液壓缸的最大推力，； 液壓缸的穩(wěn)定臨界力； 穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取=24。 液壓缸的穩(wěn)定臨界力F值與活塞桿和缸體的材料、長(zhǎng)度、剛度及其兩端支承狀況等因素有關(guān)。當(dāng)大于10時(shí)要進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 當(dāng)=時(shí)由歐拉公式計(jì)算式中 活塞桿的柔性系數(shù)； 長(zhǎng)度折算系數(shù)，取決于液壓缸的支承狀況，見(jiàn)表； 活塞桿材料的縱向彈性模量，對(duì)鋼材，E=2.110Pa； 活塞桿斷面的最小慣性矩，=3.925；柔性系數(shù)，由表選??； 活塞桿橫斷面的回轉(zhuǎn)半徑，其中A為斷面面積。 當(dāng)時(shí)，屬于中柔度桿，按雅辛斯基公式驗(yàn)算式中 、與活塞桿材料有關(guān)的系數(shù)，見(jiàn)表； 柔性系數(shù)，由表選取； 活塞桿斷面面積。 (2)當(dāng)時(shí)，活塞桿的強(qiáng)度驗(yàn)算 本文所討論的液壓缸，故滿足此穩(wěn)定性驗(yàn)算條件 當(dāng)活塞桿受純壓縮或純拉伸時(shí)式中 空心活塞桿內(nèi)徑，對(duì)實(shí)心桿，； 活塞桿材料的許用應(yīng)力，為材料的屈服點(diǎn)，安全系數(shù)。求得 4.5 本章小結(jié)液壓缸是液壓系統(tǒng)的核心部分，本章節(jié)是對(duì)液壓系統(tǒng)工作裝置液壓缸進(jìn)行的全方位的設(shè)計(jì)，主要包括：液壓缸類型的選取、結(jié)構(gòu)的確定以及基本參數(shù)的確定和系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算，從而確定最適合本液壓系統(tǒng)的液壓缸。第5章 液壓系統(tǒng)各元件的選用5.1 液壓控制閥5.1.1液壓控制閥機(jī)理 在液壓系統(tǒng)中，為了保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)能按設(shè)計(jì)要求安全可靠地工作，必須對(duì)液壓系統(tǒng)中的油液在方向、流量和壓力上進(jìn)行控制，這些實(shí)施控制的元件稱為液壓控制閥。按其用途不同分為方向控制閥、流量控制閥和壓力控制閥三大類。 一個(gè)液壓系統(tǒng)，不論其復(fù)雜程度如何，總是由一些完成一定功能的基本液壓回路組成。而液壓回路主要是由各種液壓控制閥按一定需要組合而成。由于選擇的液壓控制閥不同或組合方式不同，回路的性能也不盡相同。5.1.2 電液比例控制閥 壓力控制閥和流量控制閥，其壓力和流量都是手動(dòng)調(diào)節(jié)的。隨著自動(dòng)化的發(fā)展，近十幾年研制出一種新型的液壓控制閥電液比例控制閥。電液比例控制閥是一種按輸入的電氣信號(hào)連續(xù)地、按比例地對(duì)液壓油的壓力、流量或方向進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的閥，比例閥一般都具有壓力補(bǔ)償性能，所以它的輸出壓力和流量可以不受負(fù)載變化的影響。與手動(dòng)調(diào)節(jié)的普通液壓閥相比，電液比例控制閥能夠提高液壓系統(tǒng)參數(shù)的控制水平。電液比例控制閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，所以它廣泛應(yīng)用于要求對(duì)液壓參數(shù)進(jìn)行連續(xù)控制，但對(duì)控制精度和動(dòng)態(tài)特性要求不太高的液壓系統(tǒng)中。 電液比例控制閥的構(gòu)成，從原理上講相當(dāng)于在普通液壓閥上，裝上一個(gè)比例電磁鐵以代替原有的控制（驅(qū)動(dòng)）部分。根據(jù)用途和工作特點(diǎn)的不同，電液比例控制閥可以分為電液比例壓力閥、電液比例流量閥和電液比例方向閥三大類?；谒囊陨蟽?yōu)點(diǎn)，并考慮到其用途，我們故采用電液比例方向閥對(duì)主動(dòng)懸架的剛度和阻尼進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)車身高度的調(diào)節(jié)。 用比例電磁鐵取代電磁換向閥中的普通電磁鐵，便構(gòu)成直動(dòng)型比例方向閥。由于電液比例換向閥不僅能控制方向，還有控制流量的功能，故又稱其為比例方向節(jié)流閥。如圖6所示為帶位移傳感器的直動(dòng)性比例方向節(jié)流閥。由于使用了比例電磁鐵，閥芯不僅可以換位，而且換位的行程可以連續(xù)地或按比例地變化，因而連通油口間的流通面積也可以連續(xù)地或按比例地變化，所以比例方向節(jié)流閥不僅能控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向，而且能控制其速度。 本系統(tǒng)不僅要求控制方向，而且要求控制流量，并且動(dòng)態(tài)性能要求較高，所以選用了博世型號(hào)為0811404036的高性能比例方向控制閥。該閥額定流量Q =40L/min、最大輸入電流Imax=2.7A、配套放大器輸入信號(hào)U=010V、滯環(huán)0.2%、重復(fù)誤差0.1%、溫漂1%。 從產(chǎn)品樣本的控制特性曲線中，計(jì)算流量增益K時(shí)，K通常已包含比例放大器增益K，這時(shí)對(duì)應(yīng)的量綱為m /sV。由于電液比例系統(tǒng)中的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放大系數(shù)，可利用電子放大器的增益來(lái)調(diào)整，對(duì)比例閥流量的增益要求也就不太嚴(yán)格了。為此，這里的取值情況如下；K=6.6710m/sV；比例方向閥的阻尼比取值范圍為0.50.7，取為0.7；比例方向閥的相頻寬=260Hz=23.1460=376.8rad/s；比例方向閥的流量-壓力系數(shù)K=1.310m/Ns。5.2 液壓泵5.2.1 液壓泵的功用 液壓泵是液壓系統(tǒng)的能源裝置，其功用是將原動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī))產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能，并輸出具有一定壓力的油液。5.2.2 容積式液壓泵的基本工作原理1凸輪；2柱塞；3缸體；4彈簧；5密封工作腔；6吸油閥；7壓油閥；8油箱；圖5.1液壓泵的基本工作原理簡(jiǎn)圖 液壓系統(tǒng)中使用的液壓泵都是容積式的。圖5.1所示為容積式液壓泵的基本工作原理簡(jiǎn)圖。帶有偏心的凸輪1(轉(zhuǎn)子)由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2(擠子)因受凸輪