基于SolidWorks的减震器三维造型设计

基于SolidWorks的减震器三维造型设计摘要21世纪随着汽车的不断快速发展和人们生活水平不断的提高，人们对汽车的舒适度、平稳性等提出了更高的要求。为了改善汽车行驶的平顺性，在汽车的悬架系统中安装了汽车减震器并且在不断的快速发展、改进和更新。在汽车悬架系统中广泛采用的是筒式减振器。在压缩和伸张行程中均能起减振作用的是双向作用式减振器，还有新式减振器，它包括充气式减振器和阻力可调式减振器。近年来，中国的减震器市场保持着增长的态势。2007年中国汽车销售879.15万辆，增长率在20%以上。2008年汽车产销量达到938万辆，尽管增长率下降到6.7%，但依然是全球难得的保持增长的市场。预计2010年国内汽车销售规模有望达到1150万辆。作为汽车悬架主要的零件，减震器在中国市场需求相应增长，2008年需求规模约为4700万只。预计未来将以10%左右的速度增长，2010年有望达到5700万只。因此本论文主要围绕汽车减震器的设计来进行展开。关键词：减震器的需求、减震器的类型、减震器的设计The3DModelingDesignoftheShockAbsorbersonSolidWorksAbstractAuthor:WangfeiTutor:Asthe21stcentury,thecarcontinuedrapiddevelopmentandcontinuousimprovementofpeople'slivingstandard,peoplecarcomfort,stability,etc.putforwardhigherrequirements.Inordertoimprovevehicleridecomforttravelinginthecar'ssuspensionsysteminstalledinthecarshockabsorbers,andtherapiddevelopmentofcontinuouslyimprovedandupdated.InthecarsuspensionsystemwidelyusedintheShockAbsorber.Doneinthecompressionanddampingtripcanplaytheroleoftwo-wayrole-typeshockabsorber,aswellasnewshockabsorber,whichincludesinflatableadjustableshockabsorbershockabsorberandresistance.Inrecentyears,theshockabsorbermarket,maintainedagrowthtrend.2007Chinacarsales8.7915million,agrowthofover20%.Autoproductionandsalesin2008reached9.38million,althoughthegrowthratedroppedto6.7%,itisstillraretomaintainthegrowthoftheglobalmarket.Expectedin2010thescaleofthedomesticautomobilesalesisexpectedtoreach11.5million.Asamajorautomotivesuspensionparts,shockabsorberscorrespondinggrowthindemandintheChinesemarketin2008,thescaleofdemandisabout47million.Thenextwillbeabout10%oftherateofgrowthin2010isexpectedtoreach57million.Therefore,thispapermainlyfocusonthedesignofautomotiveshockabsorberstobelaunched.Keywords:shockabsorberneeds,thetypeofshockabsorber,shockabsorberdesign目录1、前言2、减震器结构方案分析2.1、减震器的作用2.2、减震器的种类2.3、减震器的结构的确定3、减震器的结构设计3.1、减震器的结构分析及其选择3.2、主要参数选择3.3、强度计算4、SolidWorks的减震器设计4.1、减震器零件的绘制4.2、减震器的装配4.3、爆炸图的生成4.4、工程图的生成结束语致谢参考文献1前言21世纪随着汽车的不断快速发展和人们生活水平不断的提高，人们对汽车的舒适度、平稳性……提出了更高的要求。为了加速汽车车架和车身振动的衰减，改善汽车行驶的平顺性，在汽车的悬架系统中安装了汽车减震器并且在不断的快速发展、改进和更新。并且近年来，中国的减震器市场保持着增长的态势。2007年中国汽车销售879.15万辆，增长率在20%以上。2008年汽车产销量达到938万辆，尽管增长率下降到6.7%，但依然是全球难得的保持增长的市场。预计2010年国内汽车销售规模有望达到1150万辆。作为汽车悬架主要的零件，减震器在中国市场需求相应增长，2008年需求规模约为4700万只。预计未来将以10%左右的速度增长，2010年有望达到5700万只。尽管如此，国产减震器生产远远不能满足市场需求，尤其是中高档汽车减震器更是供不应求，缺口部分仍依赖于进口。究其原因是设计减震器的人员较少和需求旺盛的矛盾。本文主要围绕：1、减震器结构方案分析包括：减震器的作用、减震器的种类、减震器的结构的确定。2、减震器的结构设计包括：标准件的参数确定、主要参数选择、强度计算。3、SolidWorks的减震器设计包括：减震器零件的绘制、减震器的装配、爆炸图的生成、工程图的生成等方面来进行设计和阐述。本论文的写作过程中得到了杨莉导师和同学们的大力帮助和支持，在此表示衷心的感谢。由于本人水平有限，加之时间仓促，论文难免有缺点和错误，诚请导师、老师和同学们给予指正。2、减震器结构方案分析2.1、减震器的作用减震器(VibrationDamper)，减震器主要用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击。在经过不平路面时，虽然吸震弹簧可以过滤路面的震动，但弹簧自身还会有往复运动，而减震器就是用来抑制这种弹簧跳跃的。减震器太软，车身就会上下跳跃，减震器太硬就会带来太大的阻力，妨碍弹簧正常工作。在关于悬挂系统的改装过程中，硬的减震器要与硬的弹簧相搭配，而弹簧的硬度又与车重息息相关，因此较重的车一般采用较硬的减震器。与引震曲轴相接的装置，用来抗衡曲轴的扭转振动(即曲轴受汽缸点火的冲击力而扭动的现象)。为加速车架与车身振动的衰减，以改善汽车的行驶平顺性，在大多数汽车的悬架系统内都装有减振器。减振器和弹性元件是并联安装的。但弹性元件与减振器之间又是矛盾的：减振器的阻尼力愈大，振动消除得愈快，但却使并联的弹性元件的作用不能充分发挥，同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架损坏。为解决弹性元件与减振器之间的这一矛盾，对减振器提出如下要求：（1）、在悬架压缩行程(车桥与车架相互移近的行程)内，减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，以缓和冲击；（2）、在悬架伸张行程(车桥与车架相对远离的行程)内，减振器的阻尼力应大，以求迅速减振；（3）、当车桥(或车轮)与车架的相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定的限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。2.2、减震器的种类按其结构：双筒式减震器和单筒式减震器。减振器按其结构可分为双筒式和单筒式。双筒式是指减振器有内外两个筒，活塞在内筒中运动，由于活塞杆的进入与抽出，内筒中油的体积随之增大与收缩，因此要通过与外筒进行交换来维持内筒中油的平衡。所以双筒减振器中要有四个阀，即除了上面提到的活塞上的两个节流阀外，还有装在内外筒之间的完成交换作用的流通阀和补偿阀。与双筒式相比，单筒式减振器结构简单，减少了一套阀门系统。它在缸筒的下部装有一个浮动活塞，(所谓浮动即指没有活塞杆控制其运动)，在浮动活塞的下面形成一个密闭的气室，充有高压氮气。上面提到的由于活塞杆进出油液而造成的液面高度变化就通过浮动活塞的浮动来自动适应之。除了上面所述两种减振器外，还有阻力可调式减振器。它可通过外部操作来改变节流孔的大小。最近的汽车将电子控制式减振器作为标准装备，通过传感器检测行驶状态，由计算机计算出最佳阻尼力，使减振器上的阻尼力调整机构自动工作。按使用材料：橡皮类减震器和金属类减震器按从产生阻尼的材料这个角度划分：液压类减震器、充气式类减震器和阻力可调式减震器1、双向作用筒式减震器是在压缩和伸张行程中均能起减振作用的减振器。双向作用筒式减震器在压缩行程时，汽车车轮移近车身，减振器受压缩，此时减振器内活塞向下移动。活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞杆占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，一部分油液于是就推开压缩阀，流回贮油缸。这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀关闭，上腔内的油液推开伸张阀流入下腔。由于活塞杆的存在，自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积，主使下腔产生一真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀流进下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力设计的大于压缩阀，在同样压力作用下，伸张阀及相应的常通缝隙的通道载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道截面积总和。这使得减振器的伸张行程产生的阻尼力大于压缩行程的阻尼力，达到迅速减振的要求。2.2-1双向作用筒式减震器的示意图1-活塞杆；2-工作缸筒；3-活塞；4-伸张阀；5-储油缸筒；6-压缩阀；7-补偿阀；8-流通阀；9-导向座；10-防尘罩；11-油封2、液压减震器是以在减震器缸筒内充专用油液为主的一种减震器。汽车悬架系统中广泛采用液力减震器。其原理是，当车架与车桥做往复相对运动儿活塞在减震器的缸筒内往复移动时，减震器壳体内的油液便反复地从内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，液体与内壁的摩擦及液体分子的内摩擦便形成对振动的阻尼力。为了充分的了解减震器的工作原理，我们把防尘罩和弹簧去掉，直接看到阻尼器（见示意图2.2-2）。液压阻尼器利用液体在小孔中流过时所产生的阻力来达到减缓冲击的效果。大圈中是活塞，它把油缸分为了上下两个部分。当弹簧被压缩，活塞向下运行，活塞下部的空间变小，油液被挤压后向上部流动；反之，油液向下部流动。不管油液向上还是向下流动，都要通过活塞上的阀孔。油液通过阀孔时遇到阻力，使活塞运行变缓，冲击的力量有一部分被油液吸收减缓了。图2.2-2下面的是压缩行程示意图，表示减震器受力缩短的过程。示意图2.2-3分别表示了液压减震器中活塞向下运行，流通阀开启，油缸下部的油液受到压力通过流通阀向油缸上部流动。和活塞向下运行，压力达到一定程度时，压缩阀开启，油缸下部的油液通过压缩阀流向油缸外部储存空间。图中大箭头表示活塞运动方向，红色箭头表示油液流动方向。图2.2-3下面是伸张行程示意图，表示减震器在弹簧作用下恢复原状的过程。示意图2.2-4分别表示了液压减震器中活塞向上运行，伸张阀开启，油缸上部的油液受到压力通过伸张阀向油缸下部流动和活塞向上运行，压力达到一定程度时，补偿阀开启，油缸外部储存空间的油液流回到油缸下部。图中大箭头表示活塞运动方向，小箭头表示油液流动方向。图2.2-43、充气式减震器是以在减震器缸筒内充高压氮气为主的一种新型减震器。充气式减震器是60年代以来发展起来的一种新型减震器。其结构特点是在缸筒的下部装有一个浮动活塞，在浮动活塞与缸筒一端形成的一个密闭气室种充有高压氮气。在浮动活塞的上面是减振器油液，在浮动活塞上装有大断面的O型密封圈，它把油和气完全分开。工作活塞上装有随其运动速度大小而改变通道截面积的压缩阀和伸张阀。此二阀均由一组厚度相同，直径不等，由大到小而排列的弹簧钢片组成。充气式减震器的工作原理是当车轮上下跳动时，减振器的工作活塞在油液中作往复运动。使工作活塞的上腔和下腔之间产生油压差，压力油便推开压缩阀或伸张阀而来回流动。由于阀对压力油产生较大的阻尼力，使振动衰减。由于活塞杆的进出而引起的缸筒容积的变化，则由浮动活塞的上下运动来补偿。因此这种减振器不需储液缸筒，所以亦称单筒式减振器。而前述的双向作用筒式减振器又称双筒式减振器。充气式减震器有其显著的特点：（1）、由于采用浮动活塞而减少了一套阀门系统，使结构大为减化，零件数约减少15％。（2）、由于充气式减震器内充有高压气体，能有效地减少车轮受到突然冲击时产生的高频振动，并有助于消除噪声。（3）、在防尘罩直径相同的情况下，充气式减振器的工作缸和活塞直径比双筒式减振器大，所以在每厘米行程中流经阀的流量较双筒式减振器大几倍，故在同样泄流的不利工作条件下，它比双筒式能更可靠地保证产生足够的阻尼力。（4）、充气式减振器由于内部具有高压气体和油气被浮动活塞隔开，消除了油的乳化现象。（5）、缺点是对油封要求高；充气工艺复杂，不能修理；以及当缸筒受到外界物体的冲击而产生变形时，减振器就不能工作。图2.2-5充气式减震器示意图4、阻力可调式减震器是一种可调阻力的新型减震器。阻力可调式减震器主要包括贮油缸总成、工作缸、活塞杆导向座、油封、压缩阀总成、活塞杆、辅助阀体、活塞、活塞螺母、压缩阀阀门、复原阀阀门，其活塞杆为空心结构，下端侧壁上开有侧向油孔，旋转控制杆装配在活塞杆内部，旋转控制杆的上端紧贴活塞杆内壁套有导向套、密封圈和垫圈；旋转控制杆的下端紧贴活塞杆内壁套一个可与旋转控制杆一起转动的阀套，阀套上也开有与侧向油孔同一高度的侧向油孔，旋转控制杆带动阀套转动，阀套上的侧向油孔可与空心活塞杆上的侧向油孔导通或关闭。本实用新型可以在常规的减震器基础上很容易改装成阻力可调式减震器，能根据不同的路况和自身的装载能力改变阻尼力，保证汽车在各种不同路面行驶时，具有良好的平顺性及操纵稳定性。装有阻力可调式减震器的汽车的悬架一般用刚度可变的空气弹簧作为弹性元件。其原理是，空气弹簧若气压升高，则减震器气室内的压力也升高，由于压力的改变而使油液的节流孔径发生改变，从而达到改变阻尼刚度的目的。图2.2-6阻力可调式减震器示意图5、汽车电磁减震器称为ElectromagneticAbsorber，利用电磁反应产生阻尼的一种新型智能化减震系统。电磁减震器的电子控制器ECU根据加速度传感器检测到的路面实际状况和悬架行程传感器检测到的实际运动行程，发出指令控制电磁减震器内的电流。电磁减震器的控制有两种方式：第一种是纯电磁控制，减震器内没有了传统油液减震器的油液，电子减震器活塞外侧有定子线圈，控制定子线圈的电流强度，从而精确控制直线电动机的反方向运动阻尼力和减振力，缓和路面的冲击与振动。输入的电流越大，定子线圈中产生的磁场就越强，直线电动机产生反方向的阻尼力和减振力也就越大。第二种是可是说电液一体控制，和传统油液减震器一样，依靠油液在节流孔的流动实现阻尼效果，只是电磁减震器内的油液是一种新型的电磁液，它是由合成碳氢化合物以及3至10微米大小的磁性粒子组成的。一旦控制单元发出脉冲信号，线圈内便会产生电压，从而形成一个磁场，改变其中粒子的排列方式。这些粒子会按垂直于油流的方向排列，从而起到阻碍油在活塞通道内流动的效果，如此便能改变减震特性。图2.2-7电液一体化电磁减震器图例如奥迪TT跑车上应用的电磁减震器，该减震器活塞上绕有电磁线圈，当电磁线圈中无电流通过时，活塞内4个微型通道中的电磁液未被磁化，不规则排列的磁性颗粒呈均匀分布状态，产生的阻尼力与普通减振油相同；一旦控制单元发出脉冲信号，线圈内便会产生电压，从而形成一个磁场，并改变粒子的排列方式。图2.2-8电磁减震器控制开关图这些粒子马上会按垂直于活塞运动的方向排列，阻碍油在活塞微型通道内流动，提高阻尼效果。活塞线圈中输入的电流强度越大，形成的磁场强度越强，磁性颗粒被磁化的程度越好，产生的阻尼力就越大。由此可见，磁流变液体产生阻尼力的大小随输入电流强度的大小而变化。车载ECU可在1S时间内让减震器的阻力和减振力连续改变1000次，与单独使用弹簧液压减震器相比，既提高响应速度，又可提高舒适性，堪称全球动作最快、最先进的智能悬挂系统。最新研发的“奥迪电磁减震系统”提供“常规”和“运动”两阶段阻尼调整模式，可调的阻尼模式能够适应不同驾驶风格及多种路况要求。相比传统的减震器，奥迪磁性减震器动作要快得多。在基本的舒适模式下，减震器油较黏稠，吸震效果较显著。电磁力减震器的优点（1）、以磁代油，以电磁场瞬时消能减震代替油摩擦滞时消能减震，本质上解决了传统减震器漏油失效的困境。（2）、根据路况，自动调整阻尼，以减少车身晃动和倾斜，满足舒适性和平稳性（3）、以震消震，利用震动能量驱动磁场产生电磁场，形成最优磁阻尼，达到平稳消能吸震的目的。（4）、电磁场工作区间呈悬浮状态，关键部件采用采用耐磨，耐蚀，高强度的特殊材质制造，正常使用寿命是传统油压减震器的3倍以上。（5）、减震效果好，延长了变速箱，车轮，转向器，轮胎等部件及整车的使用寿命。（6）、紧急制动时，瞬时产生的震动能量可通过电磁场的能量转化迅速消耗掉，控制轮胎紧贴路面，明显提高制动效率，急刹时稳定性好，驾乘更安全。2.3、减震器的结构的确定通过对现有减震器的分析和归纳总结，减震器的结构主要包括：弹簧、连接轴、驱动轴、上当环、下档环、限位轴、转动轴等七部分组成。3、减震器的结构设计3.1、减震器的结构分析及其选择减震器的结构包括：弹簧、连接轴、驱动轴、上当环、下档环、限位轴、转动轴等七部分。（1）、弹簧的参数：实验切应力：T2=(8PsD)/(nd3),N/mm2许用切应力：[T]=(8PDK)/nd3,N/mm2工作负荷:P=(Gd4)/(8D2N),N试验负荷下变形量：(Fs=TsnD2n)/(Gd),mm弹簧刚度：P′=P/F=(Gd4)/(8Dn3),N/mm曲度系数：K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C旋绕比：C=D/d自由高度：H。≈Hb+Fs,mm式中Hb=d（n+2），mm表中：最小允许负荷下的变形量：F2取20%Fs，mm最大最小允许负荷下的变形量：F2取80%Fs，mm弹簧材料展开长度：L≈nD（n+2），mm弹簧质量：M≈nD（n+