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。
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。
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)。
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。
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。
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)。
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。
為使振動(dòng)迅速衰減,取ψ=0.4
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。
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。