悬架用减振器设计指南

1、悬架用减振器设计指南、功用、结构：1、功用 减振器是产生阻尼力的主要元件 ,其作用是迅速衰减汽车的振动 , 改善汽 车的行驶平顺性 ,增强车轮和地面的附着力 .另外, 减振器能够降低车身部分 的动载荷 ,延长汽车的使用寿命 . 目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式 液力减振器 , 其结构可分为双筒式 , 单筒充气式和双筒充气式三种 . 导向机构 的作用是传递力和力矩 ,同时兼起导向作用 . 在汽车的行驶过程当中 , 能够控 制车轮的运动轨迹。汽车悬架系统中弹性元件的作用是使车辆在行驶时由于不平路面产生的 振动得到缓冲，减少车身的加速度从而减少有关零件的动负荷和动应力。如 果只有弹性元件，则汽

2、车在受到一次冲击后振动会持续下去。但汽车是在连 续不平的路面上行驶的， 由于连续不平产生的连续冲击必然使汽车振动加剧， 甚至发生共振，反而使车身的动负荷增加。所以悬架中的阻尼必须与弹性元 件特性相匹配。2、产品结构定义 减振器总成一般由：防尘罩、油封、导向座、阀系、储油缸筒、工作缸筒、 活塞杆构成 奇瑞现有的减振器总成形式：二、设计目的及要求：1、相关术语*减振器利用液体在流经阻尼孔时孔壁与油液间的摩擦和液体分子间的摩擦形成对 振动的阻尼力 , 将振动能量转化为热能 , 进而达到衰减汽车振动 , 改善汽车行驶平 顺性，提高汽车的操纵性和稳定性的一种装置。*阻尼特性减振器在规定的行程和试验频率下

3、，作相对简谐运动，其阻力（ F）与位移 （ S）的关系为阻尼特性。在多种速度下所构成的曲线（ F-S）称示功图。 *速度特性减振器在规定的行程和试验频率下，作相对简谐运动，其阻力（ F）与速度 （ V）的关系为速度特性。在多种速度下所构成的曲线（ F-V）称速度特性图。 *温度特性减振器在规定速度下，并在多种温度的条件下，所测得的阻力（ F）随温度 （t ）的变化关系为温度特性。其所构成的曲线（ F-t ）称温度特性图。* 耐久特性减振器在规定的工况下， 在规定的运转次数后， 其特性的变化称为耐久特性。* 气体反弹力对于充气减振器， 活塞杆从最大极限长度位置下压到减振器行程中心时， 气 体作用

4、于活塞杆上的力为气体反弹力。摩擦力减振器以 0.005m/s 的速度运行时存在的阻力，定义为摩擦力。*空程由于减振器油里面有较大的汽泡导致的， 在减振器运动中出现的阻尼力偏小 或没有阻尼力的某段行程。*减振器行程减振器最大长度与最小长度之差称为减振器行程。2、系统要求在悬架压缩行程内，减振器阻尼应较小；在悬架伸张行程内，减振器阻尼应较大； 当车桥（或车轮）与车架（或车身）的相对速度过大时，减振器阻尼力应保持在一定的限度之内；三、设计注意事项：a、通过计算只能得到减振器的大致阻力范围。 如何使减振器与弹性元件得到 一个准确的最佳匹配值， 则是一个很复杂的问题， 要考虑到汽车使用条件、 整车 参数

5、、悬架形式、各件之间的摩擦，减振器的速度特性等因素，在计算后，进行 实验修正。b、如果减振器示功试验时阻力相差 15，有经验的评分员已可在道路试验 时感觉出来。一般人员也能分辨出阻力相差 30。由于目前一般整车中的减振 器阻力是不能在行驶时调整的， 所以减振器是不可能同时满足各种路况及载重要 求的。例如满足汽车重载要求时， 空载时就显得太硬； 在沥青路面行驶时觉得合 适，在坏路行驶时必然摇晃不停。 因此选择减振器时只能采用折衷办法， 满足一 种主要的工况而略为 “照顾 ”一下其它工况。 例如：吉普车减振器阻力应选规则得 比满载坏路行驶时的最佳值略小一些，在好路上行驶时只得让减振器显得硬一 些。

6、相反， 小客车减振器阻力应选择得比好路高速行驶时最佳值略大一些， 而在 坏路行驶时只能让车身略有摇晃。c、选择的阻力是示功试验时的阻力， 而减振器在整车中的实际工作阻力要大 于其 510 倍。四、设计流程：1、正向设计：2、逆向设计：五、计算和验证：5.1、正向设计：5.1.1 、减振器阻尼力特性的确定 油液经过节流阀产生的阻尼力为节流阀两侧压力差与承压面积的乘积， 压力P为：Q2P 2 2 Q 22 Cd aN / mm 2式中：油液密度， kg/ mm3；Q 通过阀的流量， mm3 / s ；2a 节流孔面积， mm2 ；C d 流量系数；节流孔形状和油液粘度有关的系数；5.1.2 、振器

7、相对阻尼系数的确定减振器装车后的基本参数，一般用相对阻尼系数表示，相对阻尼系数 为：2 KM式中：相对阻尼系数；减振器阻尼系数 （阻尼特性的导数 ） ；K 悬架刚度， N / mm；M - 簧上质量， kg ；当相对阻尼系数1 时，产生非周期域运动， 很大时虽然能在共振区很快衰减振动，但在非共振区内激振增大。当1 时，产生周期运动， 很小时振动衰减很慢，共振振幅过大。一般相对阻尼系数值在 0.3 0.5 范围内，对于无阻尼的弹性元件去上限，弹性元件和悬架导向机构中存在阻尼时取下限。为迅速衰减汽车振动又不把大的路面冲击传递到车身上，一般把减振器拉 伸和压缩阻力按 8：26：4 的比例分配。选择减

8、振器阻尼力系数 时，应考虑悬架导向杆的杠杆比和减振器的安装 角度的影响，下图所示减震器阻尼力系数 应为：2mcos2N s/mmn i 式中： i 杠杆比， a减振器轴线与垂直线的夹角； 簧上质量固有频率。5.1.3 、减振器主要尺寸的确定 选择减振器尺寸时主要考虑一下两点：在工作速度范围内油液压力适当， 能够得到稳定的阻力值，容易保证油封的可靠性；减振器具有足够的散热面积， 防止因温度过高引起阻力衰减或减振器早期失效。作缸径的确定： 可根据减振器最大拉伸阻力和最大允许压力近似求出工作缸径。式中：D 作缸径， mm ；2p 工作缸允许最大压力，一般为 34N /mm2；F max 减振器最大拉

9、伸阻力， N ;2p14Fmaxmm减振器杆直径与工作缸之比，双筒减振器为 0.4 0.5 ，单筒减振器为 0.3 0.35 。求出缸径后，参照 JB1459标准，选择合适的标准工作缸径减振器储油缸直径Dc1.35 1.57 D ，工作缸与储油缸壁厚一般取1.52.0 mm 。5.1.4 、减振器行程的选择减振器总行程 S 由上行程 S1，下行程 S2两部分组成，即：S= S1+ S2a、上行程： S1=L-LminL 为汽车满载时减振器两吊耳处中心距。 S1 应略大于悬架系统满载上行程 （假设缓冲块脱落）。b、下行程： S2 Lmax-L由于减振器可承受一部分反跳拉力，所以 S2 只要略大于

10、弹簧的静挠度。S1、 S2 选择不当必然使减振器工作不正常，因而产生拉脱压毁、撞坏或安 装支架断裂等现象。5.2 、有参考车的设计（逆向设计）5.2.1输入项： 基准车与开发车的车辆状态量：a、Design Load时的前轮 Sprung Weigh（单侧轮） Wfb、Design Load 时的后轮 Sprung Weigh（单侧轮） Wrc、前轮端的 Spring Rate（单侧轮） Kfd、后轮端的 Spring Rate（单侧轮） Kre、前 S/ABS 的 Lever Ratio- rff、后 S/ABS 的 Lever Ratio- rr5.2.2、检测基准车前后 S/ABS 的单

11、件零件阻尼力特性： 按 0.05、0.1、0.3、0.6、1.0m/s 五组速度测减振器拉伸、压缩时的阻尼力特性。5.2.3、计算出基准车以及新开发车的前后轮临界阻尼力系数Ccf、Ccr ：WCc 2 Kc 9.8W :Design Load 时的单侧轮的 Sprung WeighK : 轮端的 Spring Rate5.2.4、计算基准车前后轮端的阻尼力系数 Cf、Cr ：C单个零件阻尼力单个零件速度5.2.5、计算 HA 车轮端的阻尼力系数比 C/CC 由于设计思想为 H13 前后轮轮端的阻尼力特性和参考车 HA 车相同，因此， 两车的 C/CC一致，则得出 H13 车轮端阻尼力系数为：C

12、H 13CCACCH13CCACH 135.2.6、计算新开发车的 S/ABS 单个零件的阻尼力特性： 单个减振器速度轮端速度× r 综上得：H13车S/ ABS单个零件的阻尼力CH13 单个零件速度2 r这样我们就得到一组阻尼力速度特性值，可以大致做出阻力速度特性曲线：六、主要试验项目和方法：6.1 阻力特性试验 试验零件总数量： 2 支。a、程序或标准：(1) 、减振器要垂直放在试验台上；(2) 、试验温度是 20 ± 2 °C,试验前试件在恒温箱中保存至少 6h 以上；(3) 、试验的开始位置在减振器行程的中点；(4) 、试验行程 100mm，试验行程中点与

13、减震器的行程中点一致；(5) 、速度分别为： 0.05、0.10、0.30、 0.60、1.00m/s。b、接受标准：0.05m/s 速度时的特性仅做参考， 其余速度下的压缩和伸张力要满足设计要求 (阻尼值按图纸要求或等匹配完成后确定) 。c、目标要求： 在各种速度下的压缩和伸张力满足设计要求(阻尼值见批量生产图纸) 。6.2、示功试验试验样件数量： 2 支a、程序或标准：(1) 、减振器要垂直放在试验台上；(2) 、试验温度是 20 ± 2 ° C，试验前试件在恒温箱中保存至少 6h 以上(3) 、试验的开始位置在减振器行程的中点；(4) 、试验行程 100mm，试验行程

14、中点与减震器的行程中点一致；(5) 、速度分别为： 0.05、0.10、0.30、 0.60、1.00m/s；(6) 、做示功图。b、接受标准：(1) 、示功图应丰满，圆滑，不得有空程，畸形等，阻力随速度的变化曲线应该是连续无畸变的；(2) 、示功试验中，不得有漏油现象，不得有明显的噪声。c、目标要求：(1) 、示功图应丰满，圆滑，不得有空程，畸形等，阻力随速度的变化曲线应该是连续无畸变的；(2) 、示功试验中，不得有漏油现象，不得有明显的噪声。6.3、耐久性试验试验样件数量： 2 支a、程序或标准：(1) 、双动耐久性试验台；(2) 、强制风冷或水冷，温度为 6080°C；(3)

15、、振动方式：上下两端同时沿垂直方向振动；(4) 、上端振动频率： 1Hz；(5) 、下端振动频率： 12Hz；(6) 、试验次数： 100 万次(上端)；(7) 、记录速度为 0.3m/s 时的阻力变化；(8) 、试验时，应模拟实车受力，在活塞杆导向座处施加适当的侧向力。b、接受标准：耐久试验后阻力变化最大为± 15，漏油不应干扰减振器运行。c、目标要求：耐久试验后阻力变化最大为± 15；在试验开始和结束时称重， 测量漏油量， 质量损失 10%；6.4、高低温试验试验样件数量： 2 支验证减振器的高低温特性，做出温度特性 P-t 曲线并计算热衰减率。a、程序或标准：(1)

16、、每种温度条件下的试件都要放到恒温箱当中在该温度下至少存放6h 以上；(2) 、测量基准温度为 -30± 3和 80± 3，试验温度依次为：20、-30 、 80、 20；温差均为± 3。(3) 、各温度下的测量方法类似于在环境温度下进行测量。正式试验前，应先 做 2 次预行程， 预行程要求与试验行程相同， 根据不同的试验设备， 选用活塞运 行速度 V=(0.3 0.6 )m/s。b、接受标准：减振器在试验全过程中不得损坏，相对于20± 3时，减振器性能的变化量(%)(拉伸和压缩)：在-20±3时，阻尼力增加 200%；在+80± 3

17、时， 阻尼力损失 30%，且第一次 20°C 测试的阻尼力与最后一次 20°C 的测试的 阻尼力相差不得大于 60N。( 0.30/0.60m/s)。c、目标要求：减振器在试验全过程中不得损坏。试验前后，在 20下的测量结果，各速度 下减振器性能的变化量应小 60N 或 7%；在-30 ±3时，阻尼力增加 200%； 在 80± 3 时，阻尼力损失 25%。6.5、漆层性能试验 试验样件数量： 2 支验证减振器漆层的耐腐蚀性能。a、程序或标准：(1)、盐雾试验 :油漆层表面切割划线(长 50mm，宽 0.5mm)； 对于承受侧向力的麦弗逊式悬架所使用的减

18、振器总成本体耐盐雾试验要求 480h；不承受侧向力滑柱式减振器盐雾试验要求 360h； 弹簧与减振器分开安装类型的减振器试验要求 240h；b、接受标准：试验后漆层无起泡、无母体金属腐蚀，划线周围腐蚀宽r 2.5mm。c、目标要求：(1)、盐雾试验：试验后漆层无起泡，无母体金属腐蚀，划线周围腐蚀单边宽 r2.5mm(2)、试验后在室内放置 30 分钟漆层无起泡，母体无金属腐蚀6.6、摩擦力试验检测总成相对运动件之间的摩擦力值。试验样件数量： 2 支a、程序或标准： 减振器垂直向上安装，试验开始位置在减振器行程的中点，在试验以前要进 行减振器磨合试验，(1)、温度：试件在 20°C 恒温箱放置 6h 以上；(2)、振幅： ± 5mm；(3) 、频率： 0.05HZ；(4) 、激振位置：外筒底部；激振形式：正弦波；激振方向：垂直向上；施加 激振时，保证减振器活塞运行速度为 0.005m/s。(5) 、在活塞杆导向座中间外壳上施加侧向力， 前减振器按顺序 0300600 900N(± 0.5%N)施加；后减振器按顺序 05010015