孫娜　張劍　沈昌等

摘要：針對(duì)汽車(chē)液力減振器安全件產(chǎn)品，提出了設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則，歸納了減振器的整體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，闡述了減振器設(shè)計(jì)與測(cè)試的主要技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，給出了某A級(jí)乘用車(chē)減振器的技術(shù)指標(biāo)實(shí)例，闡明了減振器的各項(xiàng)指標(biāo)與減振器功能之間的關(guān)系。所提出的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)、參數(shù)以及功能分解關(guān)系，能夠指導(dǎo)減振器安全件的設(shè)計(jì)，以提升系統(tǒng)級(jí)的性能。

關(guān)鍵詞：液力減振器；設(shè)計(jì)、測(cè)試；技術(shù)指標(biāo)；功能分解

0引言

減振器屬于汽車(chē)的安全件之一，其性能和使用壽命直接影響到平順性、安全性[1]。汽車(chē)公司從整車(chē)平順性和操穩(wěn)性出發(fā)，根據(jù)簧載/非簧載質(zhì)量、懸架剛度、撓度及在整車(chē)布置中的安裝空間等具體要求[2]，優(yōu)化確定減振器的各項(xiàng)指標(biāo)。零部件供應(yīng)商根據(jù)汽車(chē)公司所要求的減振器的阻尼特性、整體尺寸、安裝方式和試驗(yàn)規(guī)范等產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行減振器的整體結(jié)構(gòu)、閥系選型以及各種零部件的具體設(shè)計(jì)。前者的目的是確定技術(shù)指標(biāo)，后者是為了滿(mǎn)足該指標(biāo)。本文主要闡述減振器設(shè)計(jì)與測(cè)試相關(guān)的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)、減振器各項(xiàng)指標(biāo)與其功能之間的關(guān)系，為減振器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。

1減振器設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則

在滿(mǎn)足基本的外特性要求的前提下，減振器的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下的基本原則：

1.1可靠性高、使用壽命長(zhǎng)

a.增強(qiáng)密封性。通過(guò)合理設(shè)計(jì)油封結(jié)構(gòu)，以及采用較好的材質(zhì)（耐油、耐磨、耐壓、耐高低溫、耐老化等），來(lái)延長(zhǎng)油封的使用壽命。

b.油液應(yīng)具有良好的高低溫特性、抗泡沫化和乳化性，化學(xué)性能穩(wěn)定。

c.散熱性能好。正常工作時(shí)，減振器的發(fā)熱功率與其最大散熱功率相比越小越好。

d.機(jī)械強(qiáng)度和疲勞耐久性高。特別是焊接部位，要確保機(jī)械強(qiáng)度的可靠性。

1.2制造工藝性好、成本低

a.零部件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì),以適應(yīng)大批量生產(chǎn)，同類(lèi)產(chǎn)品互換性強(qiáng)。

b.保證必要的零件設(shè)計(jì)和配合精度，使得阻尼特性分散度小，一致性好。

c.產(chǎn)品輕量化，在確保適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)之下，力求用料少、重量輕。

d.減少切削等機(jī)加工，比如閥體盡量采用粉末冶金件，附件采用沖壓等。

2雙筒液壓減振器的整體外形、尺寸與結(jié)構(gòu)

如圖1、2為雙筒式前后減振器的外形圖，需根據(jù)車(chē)輛性能和懸架布置來(lái)設(shè)定減振器在各種姿態(tài)下的長(zhǎng)度和行程；考慮到承受側(cè)向力以及散熱的需要，減振器長(zhǎng)度及外徑應(yīng)在合理范圍之內(nèi)[3]。

a.基長(zhǎng)L：可制造的減振器的最小長(zhǎng)度，反映結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的緊湊性。

b.最小壓縮長(zhǎng)度Lmin：裝車(chē)時(shí)減振器壓縮到底，基準(zhǔn)與參考點(diǎn)之間的距離。

c.最大拉伸長(zhǎng)度Lmax：裝車(chē)時(shí)減振器拉伸到最長(zhǎng)，基準(zhǔn)與參考點(diǎn)之間的距離。

d.行程S：減振器工作時(shí)，上、下止點(diǎn)之間的距離，S=Lmax-Lmin。

e．參考姿態(tài)下的長(zhǎng)度La及反彈力Fa：裝車(chē)靜載狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度和力值。

f．特定載荷Fb下的拉伸長(zhǎng)度Lb：在特定載荷下，基準(zhǔn)與參考點(diǎn)之間的距離。

g.徑向尺寸：活塞桿直徑、活塞外徑或工作缸筒內(nèi)徑、儲(chǔ)油筒外徑、防塵罩外徑等。

3減振器的測(cè)試項(xiàng)目

按照測(cè)試的方法主要分為臺(tái)架試驗(yàn)和裝車(chē)路試。其中，道路試驗(yàn)主要是對(duì)減振器裝車(chē)的實(shí)際效果進(jìn)行各種工況下的主/客觀(guān)評(píng)價(jià)，以及考察減振器相關(guān)的車(chē)內(nèi)噪音、疲勞壽命等；減振器臺(tái)架試驗(yàn)的主要測(cè)試項(xiàng)目包括：

a.示功特性、抗泡沫化特性試驗(yàn)

b.速度特性、額定阻尼力、極限速度下的阻尼力試驗(yàn)

c.阻力-溫度特性、極限溫度特性試驗(yàn)

d.性能耐久性試驗(yàn)

e.整體摩擦力、充氣反彈力試驗(yàn)

f.強(qiáng)激振下的減振器做功試驗(yàn)

g.噪音、連桿加速度特性試驗(yàn)

h.密封性試驗(yàn)

i.耐腐蝕性試驗(yàn)

j.剛度、抗異常沖擊、結(jié)構(gòu)及焊接部位的強(qiáng)度、疲勞壽命試驗(yàn)

4減振器主要性能的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

4.1減振器的阻尼特性

減振器阻尼特性(外特性)是減振器設(shè)計(jì)所應(yīng)滿(mǎn)足的最基本的性能要求。減振器外特性的相對(duì)穩(wěn)定性，是評(píng)價(jià)其質(zhì)量?jī)?yōu)劣的決定因素。減振器的阻尼性能指標(biāo)主要如下:

a．示功特性與速度特性。減振器示功特性F(s)反映同一速度下力與位移的關(guān)系，一般要求光滑、飽滿(mǎn)、無(wú)空程、無(wú)畸變。阻尼力-速度曲線(xiàn)F(v)反映在不同速度點(diǎn)的活塞平衡位置的阻尼力，通常是由一組離散的關(guān)鍵速度點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的阻尼力來(lái)近似線(xiàn)性構(gòu)造，如圖3所示。

b.額定阻尼力：一般規(guī)定F(V)曲線(xiàn)上，活塞速度為0.52m/s(50mm/3.33Hz)時(shí)的減振器阻尼力。

c.溫度特性。溫度特性是在規(guī)定的速度下，減振器阻尼力隨溫度變化的關(guān)系特性。它反映了減振器在油溫升降時(shí)的工作狀況差異[4]。通常以20°C時(shí)的阻尼力為基準(zhǔn)，考查-30°C以及+80°C時(shí)的衰減率。

d.性能耐久性。它反映了減振器在規(guī)定的使用期內(nèi)正常工作的能力。在減振器殼體上施加側(cè)向力，同時(shí)活塞桿上施加較小的轉(zhuǎn)角(如30°C)，考查振動(dòng)循環(huán)次數(shù)在100萬(wàn)次以上時(shí)的減振器性能變化。

e.極限速度和頻率下的阻尼力。減振器在極限速度(如4m/s)下的壓縮力，以及在高頻(如50Hz/±1mm)下的功率損失，它反映了減振器在極限速度和頻率下的工作情況。

f.抗強(qiáng)激振特性。對(duì)減振器施加周期性的梯形方波位移激振，振幅為±25mm，速度為2m/s。在循環(huán)50次之后，考查減振器的做功偏差及連桿推力損耗。

g.速度特性曲線(xiàn)的滯回性。如圖4所示，在減振器活塞速度為零的上下止點(diǎn)，會(huì)發(fā)生滯回現(xiàn)象；此時(shí)內(nèi)部腔的壓差并不為零，活塞桿上還存在有力。滯后的振幅為F（v）曲線(xiàn)上速度過(guò)0點(diǎn)時(shí)最大、最小曲線(xiàn)的差值。endprint

4.2減振器的整體摩擦力

由于減振器摩擦力的方向總是與活塞運(yùn)動(dòng)方向相反，故起到增大阻尼力的作用。通常在v ≤0.005m/s并施加側(cè)向力的條件下，測(cè)量減振器行程中點(diǎn)的摩擦力。設(shè)復(fù)原和壓縮行程所測(cè)得摩擦力分別為Fmf和Fmy，則減振器的整體摩擦力為Fm=（Fmf-Fmy）/2。

4.3減振器的充氣反彈力

減振器的貯油腔充入低壓氣體之后，在復(fù)原行程將使阻尼力減??；在壓縮行程將增大阻尼力；也即使得減振器的示功曲線(xiàn)整體下移一段。如圖5所示，實(shí)線(xiàn)表示充氣之后的示功圖，虛線(xiàn)表示抽氣之后的示功圖。通常在v ≤0.005m/s，在減振器行程中點(diǎn)的測(cè)量充氣力Fc。設(shè)復(fù)原和壓縮行程所測(cè)得充氣力力分別為Fcf和Fcy，則減振器的充氣力為Fc=（Fcf+Fcy）/2。

4.4 減振器抗泡沫化(畸變)特性

判定時(shí)需繪制減振器F(S)曲線(xiàn)圖，如圖6所示，圖中實(shí)線(xiàn)為假設(shè)理想曲線(xiàn)，虛線(xiàn)為實(shí)測(cè)曲線(xiàn)。將實(shí)測(cè)曲線(xiàn)上折返點(diǎn)與切入點(diǎn)之間的距離與理想曲線(xiàn)進(jìn)行比較，波動(dòng)不能超過(guò)測(cè)試行程的25%。

4.5 減振器的機(jī)械性能

減振器的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)該能夠滿(mǎn)足整車(chē)懸架的要求，其試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)確保質(zhì)量。對(duì)于麥弗遜前減振器來(lái)說(shuō)，應(yīng)保證的功能主要有導(dǎo)向、支撐彈簧、拉伸和壓縮的行程限位以及固定橫向穩(wěn)定桿。

對(duì)于前減振器側(cè)重于以下幾個(gè)部分：減振器本體、懸架彈簧的支撐托盤(pán)、限位塊支撐隔套、與轉(zhuǎn)向節(jié)連接的支座、橫向穩(wěn)定桿的支耳；對(duì)于后減振器而言，主要關(guān)注減振器本體以及下部鉸接。如圖1、2所示。

因此，對(duì)于前后減振器機(jī)械強(qiáng)度方面，所包括的技術(shù)指標(biāo)主要有：

a.剛度。為減振器的彎曲剛度和跳動(dòng)剛度。彎曲剛度取決于側(cè)向力的方向角以及減振器的行程，跳動(dòng)剛度則通過(guò)緩沖塊限制車(chē)輪相對(duì)車(chē)身拉伸的最大跳動(dòng)幅度來(lái)計(jì)算。

b.抗異常沖擊能力。減振器的拉伸限位塊和壓縮緩沖體在最大沖擊力時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生損壞。

c.焊接強(qiáng)度。如圖1、2所示，焊接部位包括：支柱式減振器的彈簧盤(pán)①、橫向穩(wěn)定桿支耳②、轉(zhuǎn)向節(jié)支座③，單純筒式減振器的吊環(huán)④。在一定的拉力下, 焊接部位不應(yīng)有明顯的塑性變形、裂紋及斷裂現(xiàn)象。

d.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。減振器總成、支柱式減振器的轉(zhuǎn)向節(jié)支座、彈簧盤(pán)和橫向穩(wěn)定桿支耳，在一定的靜載之下, 減振器的特定部位不應(yīng)產(chǎn)生塑性變形、裂紋及斷裂等現(xiàn)象。

e.抗疲勞強(qiáng)度。減振器總成、支柱式減振器的轉(zhuǎn)向節(jié)支座、彈簧盤(pán)和橫向穩(wěn)定桿支耳，在指定交變載荷和循環(huán)次數(shù)下，不應(yīng)產(chǎn)生裂紋、斷裂破壞等失效形式。

4.6油液特性

泡沫化是影響減振器的示功特性出現(xiàn)畸變的關(guān)鍵因素，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮油液的如下特性：a．粘度及粘溫性能；b．抗剪切粘度穩(wěn)定性；c.抗泡沫穩(wěn)定性；d.低溫流動(dòng)性能、熱穩(wěn)定性能；e．橡膠相容性和防腐蝕性能。

4.7密封性

減振器的密封特性分為兩種：由內(nèi)到外的油液泄漏情況、由外到內(nèi)的防水性。減振器經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘的高速運(yùn)行之后、以及從- 40°C 運(yùn)行試驗(yàn)至溫升80°C之后 ，活塞桿外露部位應(yīng)該很少甚至沒(méi)有粘附油液；以一定的噴水條件，從所有可能的角度，對(duì)減振器的密封裝置噴水?dāng)?shù)分鐘，減振器內(nèi)部應(yīng)無(wú)水滲入。

4.8噪音特性

減振器在工作時(shí)，可能產(chǎn)生如下的噪聲[5]：a.行程轉(zhuǎn)換時(shí)由于空程間隙而造成活塞對(duì)油液的撞擊、閥片開(kāi)啟與關(guān)閉的沖擊噪音；b.活塞與缸筒以及活塞桿與油封之間等部位的摩擦噪音；c.油液流經(jīng)閥門(mén)阻尼孔以及油液氣穴造成的流體噪音；d.結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳遞至車(chē)身引起的共振噪音等。對(duì)減振器施加一定的側(cè)向力，在所要求的活塞速度下，減振器的產(chǎn)生的整體噪音不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的限值。

5減振器的技術(shù)指標(biāo)實(shí)例（表１）

6減振器的技術(shù)指標(biāo)與主要功能的關(guān)系

用于車(chē)輛麥弗遜式前懸架的液壓筒式減振器，其主要功能可分解如下：

功能A: 緩和車(chē)身與車(chē)輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

功能B：過(guò)濾車(chē)輪傳遞的沖擊；

功能C：限制拉伸與壓縮的行程；

功能D：用于懸架的導(dǎo)向；

功能E：不產(chǎn)生令人討厭的噪音；

功能F：有助于整車(chē)的姿態(tài)和柔韌性；

功能G：協(xié)調(diào)車(chē)輪的正常轉(zhuǎn)向。

以上減振器所應(yīng)實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，與主要技術(shù)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性可歸納為如表２所列。

7結(jié)論

減振器性能的優(yōu)劣與其設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，減振器設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題即是確定并滿(mǎn)足各項(xiàng)性能技術(shù)指標(biāo)要求。本文所提出減振器應(yīng)遵循的基本原則，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)指明了大的方向；所給出的減振器設(shè)計(jì)與測(cè)試的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以及某A級(jí)乘用車(chē)減振器的技術(shù)指標(biāo)實(shí)例，為減振器的具體指標(biāo)確定以及合理性驗(yàn)證提供了重要的指導(dǎo)和參考；所歸納的減振器的各項(xiàng)指標(biāo)與其功能分解之間的關(guān)系，有助于針對(duì)性的解決減振器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

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