基于Visual Basic與Access的減震器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 蘋

(福州大學(xué)陽光學(xué)院，福建福州 350001)

基于Visual Basic與Access的減震器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 蘋

(福州大學(xué)陽光學(xué)院，福建福州 350001)

本文搭建了減震器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺，用于對其生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)籌化管理，采用Visual Basic軟件與Access 軟件聯(lián)合開發(fā)的方式搭建數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崿F(xiàn)對于信息的添加、刪除、修改、查找等功能，在此基礎(chǔ)上還添加了輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

減震器；數(shù)據(jù)庫；輔助設(shè)計(jì)

減震器作為汽車懸架系統(tǒng)的一部分，對汽車的平順性起到了決定性的作用。它削弱了振動對于駕駛員以及汽車零部件的負(fù)面影響，延長了設(shè)備的使用壽命，保證了駕駛員的駕駛狀態(tài)。結(jié)合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員可以及時(shí)調(diào)用各種減震器信息，簡化產(chǎn)品及零部件選型環(huán)節(jié)，有利于縮短開發(fā)周期、提高設(shè)計(jì)效率。

1 減震數(shù)據(jù)庫的開發(fā)

建立數(shù)據(jù)庫就是為了針對大量數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)籌化、高效化管理。單就功能而言，可以簡明概括為“添、刪、改、查”四個(gè)字。同時(shí)，對于數(shù)據(jù)庫的使用者應(yīng)當(dāng)根據(jù)他們的身份設(shè)置不同的使用權(quán)限，一方面保護(hù)了數(shù)據(jù)庫信息的安全性，另一方面方便了數(shù)據(jù)庫的后期維護(hù)。另外，指導(dǎo)性的幫助文件也是必不可少的。上述三方面構(gòu)成數(shù)據(jù)庫的幾個(gè)重要功能模塊。本數(shù)據(jù)庫采用Microsoft公司的Visual Basic 6.0與Access2003兩款軟件，以Access搭建數(shù)據(jù)庫核心，利用Visual Basic制作用戶操作界面，聯(lián)合開發(fā)而成。主要包含系統(tǒng)管理(新用戶注冊功能暫放入其中)、查詢系統(tǒng)、系統(tǒng)維護(hù)、幫助文件四大模塊，如圖 1所示。

圖1 減震器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊構(gòu)成圖

“系統(tǒng)管理”模塊負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)庫使用者的信息，包含用戶名和登錄密碼。由于本數(shù)據(jù)庫面向一般使用者，同時(shí)也面向系統(tǒng)工程師，因此以“客戶”及“管理員”的方式劃分權(quán)限?！翱蛻簟笨梢岳孟到y(tǒng)注冊自己的ID，但是只能實(shí)現(xiàn)瀏覽、查找數(shù)據(jù)庫中信息的功能，而“管理者”擁有統(tǒng)一的已知密鑰，可以修改、更新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的日常維護(hù)。

“查詢系統(tǒng)”顧名思義就是用于查找數(shù)據(jù)庫中相關(guān)信息的功能模塊。根據(jù)天德減震器廠提供的關(guān)于該廠生產(chǎn)的減震器數(shù)據(jù)資料，將其進(jìn)行分類整理后，決定查詢系統(tǒng)采用“總——分”的方式。所謂“總”就是在一頁面上可以根據(jù)車型查找到該車型減震器的所有信息，包括各部分零件尺寸及該減震器部分外特性參數(shù)。所謂“分”就是將減震器劃分為各個(gè)零部件，根據(jù)零部件的尺寸信息進(jìn)行查找。

“系統(tǒng)維護(hù)”模塊是針對于“管理員”權(quán)限而言，以“客戶”權(quán)限進(jìn)入數(shù)據(jù)庫的用戶是無法看到該模塊的?！跋到y(tǒng)維護(hù)”的目的在于能夠讓管理員更改、添加、刪除數(shù)據(jù)庫中的信息。其分類方式與“查詢系統(tǒng)”相對應(yīng)，都采用“總——分”式。考慮到系統(tǒng)管理員對于該廠生產(chǎn)的減震器產(chǎn)品較為熟知，所以進(jìn)入“系統(tǒng)維護(hù)”后減震器都是以所適用車型的名單羅列的。

“幫助文件”能夠鏈接到幫助文件，方便用戶更快地適應(yīng)該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

2 減震器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)的基本框架和軟件環(huán)境

雙筒式液壓減震器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于閥片系統(tǒng)尺寸參數(shù)的確定，因?yàn)樽枘崃Φ漠a(chǎn)生來源于各閥片的開度，閥片的尺寸參數(shù)直接決定了減震器的外特性。但是閥片系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不是孤立、盲目的設(shè)計(jì)，而是應(yīng)當(dāng)與已知條件相結(jié)合，與計(jì)算出的減震器各主要部分的尺寸參數(shù)(包括活塞桿、活塞缸直徑等)相結(jié)合。基于上述理論，決定將該數(shù)據(jù)庫的輔助設(shè)計(jì)部分分為3項(xiàng)：外特性參數(shù)計(jì)算、主要部分尺寸參數(shù)的計(jì)算、閥系設(shè)計(jì)。圖2為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)部分基本結(jié)構(gòu)圖。輔助設(shè)計(jì)使用Visual Basic與Matlab混合編程，充分發(fā)揮Matlab在繪制圖像和計(jì)算上的優(yōu)勢，有效彌補(bǔ)Visual Basic在這些方面的不足。在實(shí)現(xiàn)過程中，首先需要將實(shí)現(xiàn)這一過程調(diào)用的函數(shù)在Matlab中編輯出來；然后在Matlab命令窗口輸入“deploytool”進(jìn)入COM組件生成器，經(jīng)過相應(yīng)操作，在“distrib”文件夾下就可以找到生成的動態(tài)數(shù)據(jù)鏈。接下來只需要在Visual Basic中編寫程序來調(diào)用就可以了[1]。

圖2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)部分基本結(jié)構(gòu)圖

3 減震器外特性參數(shù)計(jì)算

減震器的外特性設(shè)計(jì)是減震器的基本問題，其依據(jù)就來源于懸架可行設(shè)計(jì)區(qū)的理論和工程實(shí)踐，是減震器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的基礎(chǔ)。從嚴(yán)格意義上講，雙筒式液壓減震器的外特性是非線性的，在進(jìn)行主動設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行非線性計(jì)算相當(dāng)繁瑣，目前工程設(shè)計(jì)通常采用分段線性的近似方法，利用開閥點(diǎn)Ck及最大開閥點(diǎn)Ckm將外特性分為3段(圖3)，每段近似為線性，這樣就在更近似的條件下簡化了計(jì)算。

在進(jìn)行減震器外特性參數(shù)計(jì)算時(shí)，首先要確定車身阻尼比s(通常在0.2～0.4之間)。由雙質(zhì)量線性系統(tǒng)動力學(xué)模型導(dǎo)出的3個(gè)無量綱均方根值表達(dá)式中，Thompson·A·G 以輪胎變形的均方值最小作為條件，推出了懸架最優(yōu)阻尼比的計(jì)算公式：

(1)

該最優(yōu)阻尼比對設(shè)計(jì)人員最終確定車身阻尼比起到了一定的指導(dǎo)作用，但最終車身阻尼比的確定還是要根據(jù)繪制出的減震器可行設(shè)計(jì)區(qū)圖像，使得該阻尼比下車身垂向加速度均方根值的變化盡量平緩[2]。在本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員可以實(shí)時(shí)查看特定質(zhì)量比和剛度比下的車輛懸架可行設(shè)計(jì)區(qū)。

4 減震器主要部分尺寸參數(shù)計(jì)算

本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)部分主要是對減震器的活塞桿、活塞缸、貯液缸的徑向、軸向尺寸進(jìn)行計(jì)算，具體來講，主要是針對這幾個(gè)部件的徑向尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)中主要部分尺寸的參數(shù)計(jì)算主要是針對徑向尺寸的計(jì)算，而軸向尺寸則更多的是由設(shè)計(jì)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)及桿件的穩(wěn)定性條件來決定。

活塞缸直徑、活塞桿直徑以及貯液缸直徑三者之間依靠活塞缸直徑為紐帶緊密聯(lián)系在一起。若設(shè)λ為活塞桿直徑與活塞缸直徑之比，對于雙筒式減震器來說，一般地，λ在0.40～0.50范圍內(nèi)，設(shè)λ′為貯液缸直徑與活塞缸直徑之比，則一般取λ′在1.35～1.50范圍內(nèi)。因此，只要求出活塞缸直徑就可以根據(jù)它們之間的比例關(guān)系求出活塞桿直徑和貯液缸直徑。在已知復(fù)原行程最大阻尼力、工作缸最大許用壓力的條件下，根據(jù)式(2)可以求得活塞缸的直徑。

(2)

其中，D為活塞缸直徑(mm)；Ffmax為復(fù)原行程最大阻尼力(N)；[p]為活塞缸最大允許壓力(MPa)，取值在3～4MPa，與Fmax相對應(yīng)；λ為活塞桿直徑與活塞缸直徑之比。

在得到活塞缸直徑之后，根據(jù)三者之間的比例關(guān)系求出活塞桿和貯液缸的直徑、活塞缸截面面積、活塞桿截面面積以及活塞桿與活塞缸之間的環(huán)形截面的面積，為隨后的計(jì)算做準(zhǔn)備。

5 減震器閥系系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行閥系系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，先對活塞、底閥上節(jié)流孔的尺寸參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過確定節(jié)流孔的尺寸，進(jìn)而得到節(jié)流壓差及流量，為后面確定活塞、底閥節(jié)流片的結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)。綜合活塞節(jié)流孔的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及工作環(huán)境最終確定活塞節(jié)流孔的節(jié)流壓差的計(jì)算公式為：

(3)

其中，μ為液體的動力粘度；ρ為液體的密度；Lhk為活塞節(jié)流孔的實(shí)際長度；Qhk為活塞節(jié)流孔的流量，V為活塞的運(yùn)動速度，Sh為活塞缸與活塞桿之間的環(huán)形面積，ns為節(jié)流孔個(gè)數(shù)；dh為活塞節(jié)流孔的直徑；ξ1為入口局部阻力損失系數(shù)，ξ1=0.505+0.303cosθ+0.226cos2θ，θ為液體入口速度與活塞缸內(nèi)壁之間的夾角，ξ2為出口局部阻力損失系數(shù)，對于層流ξ2=2；Vk為流道內(nèi)的平均流速。

在紊流狀態(tài)下，節(jié)流壓差依舊由沿程損失產(chǎn)生的節(jié)流壓差Δp1′與局部損失產(chǎn)生的節(jié)流壓差Δp2′構(gòu)成，它們分別按照式(4)、式(5)計(jì)算：

(4)

(5)

這里值得指出的是沿程阻力損失系數(shù)的選取。在紊流狀態(tài)下，λ不僅與Re有關(guān)，也與管道的相對粗糙度有關(guān)，其中Δ為管道的絕對粗糙度。計(jì)算紊流下沿程阻力損失，柯羅布魯克公式在Re的很大范圍內(nèi)都具有普適性(不僅在尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線2320≤Re≤4000的過渡區(qū)有效， 在4000≤Re≤1000000都適用)，所以，一般情況下選擇柯羅布魯克公式計(jì)算沿程阻力損失系數(shù)，具體如式(6)所示。

(6)

雖然對于紊流狀態(tài)下，不同的雷諾數(shù)沿程阻力損失系數(shù)的求解也不同。不過，總的節(jié)流壓差依舊是：

(7)

不難看出，節(jié)流壓差的大小與節(jié)流孔的直徑、孔的長度、孔的個(gè)數(shù)以及角度這幾個(gè)參量有直接的關(guān)系，改變它們的大小就可以得到滿意的節(jié)流壓差。同時(shí)，公式中包含活塞桿與活塞缸之間的環(huán)形面積的參量以及活塞運(yùn)動速度的參量，先前計(jì)算的減震器的外特性以及主要部分的尺寸參數(shù)對于節(jié)流壓差也有一定程度的限制作用[3]。

由于底閥上節(jié)流孔的結(jié)構(gòu)較活塞節(jié)流孔長度較短，因此在計(jì)算節(jié)流壓差時(shí)采用另一種較為準(zhǔn)確的方式進(jìn)行計(jì)算，即化為薄壁孔口淹沒出流問題。根據(jù)流體力學(xué)知識可知，薄壁孔口淹沒出流模型適合計(jì)算工程技術(shù)中常用的節(jié)流器或者阻尼器的流量與壓力，其節(jié)流壓差按照式(8)進(jìn)行計(jì)算[4]：

(8)

其中，Qdk為單個(gè)底閥節(jié)流孔流過的流量(m3/s)；ddk為底閥節(jié)流孔的直徑(m)；Cq為流量系數(shù)。

為了使底閥節(jié)流孔的設(shè)計(jì)界面更加直觀，可以分三步進(jìn)行。首先，輸入節(jié)流孔設(shè)計(jì)參數(shù)和已知參數(shù)，計(jì)算雷諾數(shù)并判斷孔內(nèi)液體的流動狀態(tài)；然后，根據(jù)層流或者紊流狀態(tài)進(jìn)行節(jié)流壓差及工作阻力的計(jì)算。最后，點(diǎn)擊“記錄”能夠?qū)?dāng)前輸入?yún)?shù)下的結(jié)果顯示在旁邊的文本框中。通過“瀏覽現(xiàn)有所有底閥信息”和“進(jìn)入添加新底閥信息界面”實(shí)現(xiàn)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系，方便設(shè)計(jì)人員及時(shí)將設(shè)計(jì)結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中。對明細(xì)表進(jìn)行操作，能夠使得計(jì)算結(jié)果更加具有條理性，更加直觀。

在確定了節(jié)流孔的尺寸參數(shù)后，就可以根據(jù)獲得的在不同速度下的節(jié)流壓差，結(jié)合活塞缸等零件尺寸參數(shù)計(jì)算活塞閥系節(jié)流片的厚度、閥片預(yù)變形量及最大限位間隙。而這3個(gè)參數(shù)也是影響減震器阻尼特性的重要參量?；钊?jié)流片的設(shè)計(jì)厚度數(shù)學(xué)模型由式(9)確定。

K9δ9+K0=0.

(9)

pf為閥片所受節(jié)流壓強(qiáng)，pk1為節(jié)流閥片在開閥點(diǎn)Vk1節(jié)流壓差，Grk為閥片在閥口位置半徑rk處的變形系數(shù)，μt為油液動力粘度，rb為閥片外半徑，rk為閥片閥口位置半徑，A0為活塞節(jié)流孔面積，Sh為活塞缸與活塞桿之間的環(huán)形面積，QH為油液流經(jīng)活塞縫隙的流量，ε為常通節(jié)流孔的流量系數(shù)[5]。利用初次開閥后某速度點(diǎn)V及對應(yīng)的節(jié)流壓差，代入式(10)可確定節(jié)流閥片的設(shè)計(jì)厚度δ。將閥片厚度確定后，可根據(jù)開閥點(diǎn)速度Vk1及節(jié)流壓差pk1計(jì)算節(jié)流閥片的預(yù)變形量frk0。

(10)

根據(jù)最大開閥點(diǎn)速度Vk2及節(jié)流壓差pk2，通過(11)計(jì)算閥片的最大限位間隙hmax。

(11)

上述計(jì)算閥片厚度為單片設(shè)計(jì)厚度。當(dāng)閥片所受的應(yīng)力超過許用應(yīng)力，則應(yīng)將單片設(shè)計(jì)厚度閥片拆分為多片疊加形式。對于疊加閥片，通過式(12)計(jì)算當(dāng)量厚度δd，保證當(dāng)量厚度與單片設(shè)計(jì)厚度大致相同即滿足疊加閥片設(shè)計(jì)要求。

(12)

6 總結(jié)與展望

考慮到數(shù)據(jù)庫的實(shí)用性及項(xiàng)目的進(jìn)程，采用Visual Basic與Access聯(lián)合開發(fā)的方式搭建數(shù)據(jù)庫。運(yùn)用Access搭建數(shù)據(jù)庫主體，運(yùn)用Visual Basic制作用戶操作界面。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還能夠幫助減震器設(shè)計(jì)人員進(jìn)行零部件的輔助設(shè)計(jì)工作，所以引入了輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，工程師不僅能夠及時(shí)地調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的信息作為參考，更能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)好的零部件隨時(shí)放入數(shù)據(jù)庫中保存?？紤]到Visual Basic軟件在科學(xué)計(jì)算及圖像處理方面的不足，所以引入Matlab軟件進(jìn)行混合編程來彌補(bǔ)。采用動態(tài)鏈接庫的混合編程方式，能夠脫離Matlab軟件本體，即本地計(jì)算機(jī)無需安裝軟件就可調(diào)用Matlab中編譯函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，提高了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身的可移植性。在未來的工作中還可以繼續(xù)豐富數(shù)據(jù)庫信息的查詢方式，并試圖在巨大的數(shù)據(jù)量之上建立完整的減震器參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，爭取將一種雙筒式減震器的零部件都實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。

[1]張德喜,周予生.MATLAB 語言程序設(shè)計(jì)教程[M].北京:中國鐵道出版社,2006.

[2]陳辛波,王斌,朱琳,等.麥弗遜式螺旋彈簧懸架的剛度與阻尼特性分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011, 39(2):266-270.

[3]S Katsuaki,S Morishita S Takahashi,et al.Development and testing of hybrid magnetic responsive fluid for vibration damper[J].American Society of Mechanical Engineers,2009(3):243-248.

[4]姚杰.減振器防空程畸變設(shè)計(jì)驗(yàn)算及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J].北京汽車,2010(4):38-40.

[5]周長城,任傳波.最佳阻尼匹配減振器閥片厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)與特性試驗(yàn)[J].振動工程學(xué)報(bào),2009,22(1):54-59.

The Design and Implementation of Database System of Shock Absorber Based on Visual Basic and Access

WANG Ping

(Sunshine College,Fuzhou University, Fuzhou Fujian 350001，China)

This paper provides a database system of shock absorber, which aims for helping to manage their products comprehensively. This database is built through an union way using Visual Basic and Access together. The database built up primarily, realizing the functions, such as addition,deletion, amendment and search, etc. Besides, the database system has the assistant designing system.

shock absorber; database; assistant designing

2015-09-08

王 蘋(1984- )，女，福建福州人，福州大學(xué)陽光學(xué)院講師，碩士，從事計(jì)算機(jī)技術(shù)研究。

TP311

A

2095-7602(2015)12-0035-05