彭誠(chéng)

摘 要：隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)已經(jīng)成為制約汽車發(fā)展的重大障礙。汽車行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)嚴(yán)重將降低汽車的舒適性、穩(wěn)定性安全性降低人們乘坐汽車時(shí)的享受，汽車零部件的使用壽命也會(huì)大大縮短。因此，在人們對(duì)汽車舒適和安全性要求越來(lái)越高的情況下，汽車減震器的重要性也愈加凸顯，到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)汽車減震器已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，而且研制出許多新產(chǎn)品、新工藝和新材料。雖然各種新型汽車減震器層出不窮，但是由于液壓阻尼減震器具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，仍然擁有大量市場(chǎng)需求。本文介紹了汽車液壓阻尼減震器的發(fā)展現(xiàn)狀即工作原理，并通過(guò)分析計(jì)算，簡(jiǎn)述了汽車阻尼減震器的設(shè)計(jì)方法與關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：減震器；阻尼；舒適度

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，汽車對(duì)于減震器設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高，雖然在科技高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)在，各種新型汽車減震器如雨后春筍一般涌現(xiàn)出來(lái)，但主流產(chǎn)品仍然以汽車液壓阻尼減震方式為主。但是液壓阻尼減震器由于其固有特性，其具備有各種各樣的缺點(diǎn)制約著它的發(fā)展。為了改進(jìn)和推廣液壓減震器發(fā)展技術(shù)，研究和普及汽車阻尼減震器技術(shù)與設(shè)計(jì)十分必要，本文將主要針對(duì)汽車液壓減震器的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和總結(jié)，以便于推廣其相關(guān)技術(shù)。

1 汽車液壓阻尼減震器簡(jiǎn)述

1.1 汽車阻尼減震器發(fā)展歷史

最早的汽車減震系統(tǒng)以彈簧作為主要結(jié)構(gòu)，彈簧減震器的減震性能穩(wěn)定可靠，但是彈簧減震器的缺點(diǎn)是吸收振動(dòng)能量較差，且容易產(chǎn)生共振。其后，研究人員在彈簧減震器中加入橡膠緩沖塊，使減震器具備吸收振動(dòng)能量的功能。但是彈簧和橡膠聯(lián)合制成的減震器只有單向作用。

第一個(gè)使用的液壓減震器出現(xiàn)于20世紀(jì)10年代，其原理為油液流經(jīng)橡膠制成的中空節(jié)流通道產(chǎn)生的阻尼可以讓振動(dòng)衰減。

30年代，搖臂式減震器出現(xiàn)并得到廣泛引用。具有穩(wěn)定可靠，且能夠在工作壓力較高的環(huán)境下穩(wěn)定工作。缺點(diǎn)為活塞磨損和溫度變化會(huì)影響減震效果、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大。由于存在較多的缺點(diǎn)，搖臂式減震器在40年代逐漸被與筒式液壓減震器取代。筒式液壓減震器的工作原理為活塞在缸筒內(nèi)移動(dòng)時(shí)會(huì)將內(nèi)腔中的油液流入另一個(gè)內(nèi)腔，油液與內(nèi)腔產(chǎn)生的摩擦以及油液分組自身的摩擦?xí)a(chǎn)生阻尼力，從而達(dá)到減震的效果。筒式液壓減震器中應(yīng)用較為廣泛的是雙筒式液壓減震器，它具有質(zhì)量輕、適應(yīng)壽命長(zhǎng)且成本低的優(yōu)點(diǎn)；它的缺點(diǎn)是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下易出現(xiàn)補(bǔ)油或回油不及時(shí)問(wèn)題，易造成工作特性畸變，造成沖擊和噪聲。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在發(fā)達(dá)國(guó)家，現(xiàn)已經(jīng)研制出由電子系統(tǒng)操控的自適應(yīng)式液壓減震器，根據(jù)激振頻率與振幅的大小來(lái)調(diào)節(jié)，該種減震器可根據(jù)不同的行駛要求與路面條件來(lái)多級(jí)調(diào)節(jié)與匹配。液壓減震器的生產(chǎn)是建立在廣泛的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化基礎(chǔ)之上的，并且其減震器設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)成熟。減震器無(wú)級(jí)調(diào)整阻尼力機(jī)構(gòu)、高頻激振阻尼力自動(dòng)控制及減震器溫度特性進(jìn)一步發(fā)展。可是在國(guó)內(nèi)外，普通的液壓減震器仍然占主導(dǎo)地位。

我國(guó)汽車行業(yè)起步晚，起點(diǎn)低，技術(shù)落后，在國(guó)產(chǎn)汽車中，大量中高級(jí)轎車采用進(jìn)口減震器。研制開(kāi)發(fā)出自主品牌的汽車減震器已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，懸架減震器已成為我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃中優(yōu)先發(fā)展規(guī)劃中優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目之一。盡管我國(guó)已有較大的減震器生產(chǎn)規(guī)模，借鑒了國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)，已經(jīng)取得了較快的發(fā)展，但與發(fā)達(dá)國(guó)家仍然存在較大的差距。

1.3 汽車減震器的發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技的發(fā)展，對(duì)減震器的要求也越高。阻力可調(diào)式減震器正在成為主流。隨著不斷的研究開(kāi)發(fā)，智能性會(huì)越來(lái)越高，會(huì)朝著自適應(yīng)可調(diào)減震器方向發(fā)展，無(wú)論駕駛者的駕駛技術(shù)如何，懸架系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)與之適應(yīng)的狀態(tài)，使駕駛者感覺(jué)到平順、舒適。其主要是應(yīng)用傳感器檢測(cè)行駛狀態(tài)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算行駛的阻尼力，再自動(dòng)調(diào)整阻尼力調(diào)整機(jī)構(gòu)，通過(guò)改變節(jié)流孔大小來(lái)改變減震器的阻尼力。

汽車減震同時(shí)還可能有復(fù)合型減震器和新型減震器方向發(fā)展，不同的方向發(fā)展，最終只有一個(gè)目的，即改善汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性，并且在操縱性和舒適性之問(wèn)取得最理想的工作點(diǎn)?？傊谖磥?lái)的汽車減震器應(yīng)該有以下特點(diǎn)：高精度、高密封性、更好的使用性能，以使車內(nèi)駕駛者與乘客更加舒適安全。

2 汽車液壓減震器工作原理

汽車液壓減震器主要由汽車彈簧和阻尼器構(gòu)成，減震器安裝示意圖如圖1所示，彈簧的主要作用是支撐車身重量，而阻尼器則起到減少震動(dòng)的作用。彈簧在受到外力沖擊后會(huì)立即收縮，在外力消失后又會(huì)立即恢復(fù)原狀，由于彈簧的快速收縮，車身十分容易發(fā)生劇烈的跳動(dòng)，如果阻尼器沒(méi)有參與減震，車身會(huì)隨著彈簧的起伏而快速擺動(dòng)，嚴(yán)重影響人們駕駛的舒適度，甚至發(fā)生危險(xiǎn)。有了阻尼器，彈簧的壓縮和伸展就會(huì)變得緩慢，瞬間的多次彈跳合并為一次比較平緩的彈跳，一次大的彈跳減弱為一次小的彈跳，從而起到減震的作用。因此在汽車懸架中，減震器總是和彈簧配合使用，當(dāng)我們壓下車身的一角時(shí)，實(shí)際壓縮的是彈簧，同時(shí)相應(yīng)的擺臂擺轉(zhuǎn)。當(dāng)松開(kāi)車身后，在彈簧力下車身要反彈，此時(shí)減震器對(duì)彈簧的反彈起到阻尼作用，即在反彈后趨于穩(wěn)定。如果沒(méi)有減震器，彈簧在反彈后會(huì)再次被壓縮再反彈，表現(xiàn)為車身多次反彈后趨于穩(wěn)定。所以說(shuō)減震器是為汽車懸架的彈簧在反彈時(shí)起到阻尼減震的作用。

如圖2所示汽車用液力減震器內(nèi)部充注了減震器專用油，內(nèi)部分為兩個(gè)缸：儲(chǔ)油缸和工作缸，而活塞將工作缸分為上腔和下腔。在活塞上設(shè)有伸張閥和流通閥，用于控制上腔和下腔之間油液的流動(dòng)；而工作缸下腔與儲(chǔ)油缸之間的壓縮閥和補(bǔ)償閥用于油液在下腔與儲(chǔ)油缸之間的流動(dòng)。

減震器被壓縮時(shí)，活塞下行，上腔容積增大，下腔容積減小，流通閥打開(kāi)，下腔的油液通過(guò)流通閥進(jìn)入上腔；同時(shí)一部分油液打開(kāi)壓縮閥進(jìn)入儲(chǔ)油缸。這兩個(gè)閥對(duì)油液的節(jié)流作用使減震器產(chǎn)生壓縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻尼作用。減震器被伸長(zhǎng)時(shí)，活塞上行，上腔容積減小而下腔容積增大，伸張閥打開(kāi)，上腔的油液通過(guò)伸張閥進(jìn)入下腔；同時(shí)一部分油液打開(kāi)補(bǔ)償，由儲(chǔ)油缸進(jìn)入下腔。這兩個(gè)閥對(duì)油液的節(jié)流作用使減震器產(chǎn)生伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻尼作用。

3 設(shè)計(jì)方法

3.1 分析計(jì)算

在汽車液壓減震其中需要計(jì)算各種參數(shù)以確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，其中包括懸架靜擾度、阻尼系數(shù)、最大卸載力、工作缸直徑、活塞桿長(zhǎng)度以及活塞及閥系尺寸

對(duì)于懸架靜擾度計(jì)算，一般應(yīng)用公式如下：

式中p為工作缸允許的最大壓力值，λ為連桿直徑與缸筒直徑之比。然后依照QC/T491-199標(biāo)準(zhǔn)和減震器實(shí)際工作的最大行程，減震器活塞新城也可求出。

在減震器中，活塞桿用來(lái)承受壓縮和拉伸載荷以及側(cè)向力，并且活塞桿的表面粗糙度對(duì)對(duì)減震器油液的泄漏有著重要的影響。要求其必須滿足一定的強(qiáng)度、剛度以及表面粗糙度?；钊麠U的確定必須經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)求得。

活塞是液壓減震器的重要組成部分，活塞的寬度B=（0.6-1.0 ）d。閥系主要包括伸張閥、壓縮閥、補(bǔ)償閥和流通閥。減震器的閥系均為單向閥，即只允許液壓油一個(gè)方向通過(guò)，而反方向時(shí)截止。單向閥的設(shè)計(jì)要求是正向是流通性較好，反向截止時(shí)密封性較好。單向閥的開(kāi)啟壓力一般為0.03-0.05MPa。進(jìn)出油口的直徑可由公式（7）獲得：

3.2 材料選擇

材料的選擇主要包括油液的選擇和密封圈的選擇。液壓油具有雙重作用，一是左右傳遞能量的介質(zhì)，二是作為潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)零件的工作表面。在選擇液壓油時(shí)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：要求：合適的粘度、粘溫特性好，良好的潤(rùn)滑性，化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性等。密封裝置是用來(lái)防止液壓系統(tǒng)油液的內(nèi)外泄露以及外界灰塵的侵人，保證系統(tǒng)建立的所需的工作壓力。密封裝置的種類很多，按密封部位的運(yùn)動(dòng)情況可分為動(dòng)密封和靜密封兩大類常用的密封裝置有：間隙密封、0形密封圈、唇形密封圈以及組合密封裝置。在該減震器中選用0形密封圈0形密封圈一般用耐油橡膠制成，截面為圓形。0形密封圈隨著壓力的增加能自動(dòng)地提高密封性能，且在磨損后具有自動(dòng)補(bǔ)償能力。此外0形密封圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性好，成本低、高低壓均可使用。

4 總結(jié)

本文主要針對(duì)當(dāng)前主流的汽車液壓減震器進(jìn)行分析與總結(jié)。首先探討了汽車減震器的發(fā)展歷史和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，了解到當(dāng)前汽車減震器雖然涌現(xiàn)出了各種各樣新型技術(shù)，但是由于液壓減震器具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特點(diǎn)，普通的液壓減震器仍然占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。隨后分析了液壓減震器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，以便于后面分析和計(jì)算。最后分析了幾個(gè)關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)并舉出計(jì)算公式與設(shè)計(jì)原則。至此簡(jiǎn)述了普通液壓減震器的設(shè)計(jì)方法。

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