越野車減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究畢業(yè)論文-資料下載頁

　　

【正文】 283436可選取1/2閥片組橫截面來建立幾何模型，閥片之間定義為有摩擦的接觸對。當(dāng)均布載荷p=，從圖中可得出此時(shí)復(fù)原閥片組的變形量，邊緣處的變形量最大：。 復(fù)原閥片組的有限元模型 復(fù)原閥片組變形量云圖同理，變換均布載荷，、。 復(fù)原閥端面壓差與閥片變形量壓差p(MPa)變形量(mm)對上表所得到的離散數(shù)據(jù)用最小二乘法進(jìn)行擬合，可得到復(fù)原閥片兩端的壓差與閥片變形量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （461）。 復(fù)原閥片組變形量與端面載荷的關(guān)系曲線（2）壓縮閥片組變形有限元分析、直徑為20mm的環(huán)形彈性閥片疊加而成，依據(jù)閥片的材料參數(shù)以及結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)就可對壓縮閥片組進(jìn)行ANSYS有限元建模分析，分析過程類同于復(fù)原閥片組。當(dāng)均布載荷p=。、。 壓縮閥端面壓差與閥片變形量壓差p(MPa)變形量(mm)對上表所得到的離散數(shù)據(jù)用最小二乘法進(jìn)行擬合，可得到壓縮閥片兩端的壓差與閥片變形量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （462）壓縮閥片組后有一個(gè)限位擋圈，由上式可求得當(dāng)p≥，壓縮閥達(dá)到最大。 壓縮閥片組變形量云圖 壓縮閥片組變形量與端面載荷的關(guān)系曲線 越野車用減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 減振器工作缸筒設(shè)計(jì)減振器的工作缸筒直徑對減振器的工作特性有重要的影響，而減振器缸筒內(nèi)徑的大小，依據(jù)減振器最大復(fù)原阻尼力和缸筒的容許壓力[p]進(jìn)行設(shè)計(jì)，其計(jì)算公式如下： （463）式中， —減振器所要求的最大復(fù)原阻尼力；[p]—缸筒的容許壓力，一般取3～4Mpa；—減振器活塞桿直徑與缸筒內(nèi)徑的比值，即，～。減振器的缸筒內(nèi)徑大都是系列化的，有標(biāo)準(zhǔn)可查，故經(jīng)計(jì)算得到缸筒內(nèi)徑的參考值后，應(yīng)參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)選用合適的內(nèi)徑值和長度。而本次設(shè)計(jì)的參照標(biāo)準(zhǔn)是由國家發(fā)展和改革委員會(huì)最新發(fā)布的《汽車減振器技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》（征求意見稿），此標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行后將取代原有的標(biāo)準(zhǔn)QC/T4911999和標(biāo)準(zhǔn)QC/T5451999。依據(jù)前文中的分析和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算得到所設(shè)計(jì)的減振器工作缸筒的內(nèi)徑為46mm，減振器缸筒一般屬于薄壁筒，即≤，材料用20鋼的無縫鋼管，此時(shí)可根據(jù)材料力學(xué)中薄壁圓筒的計(jì)算方法計(jì)算缸筒厚度： （464）式中，—缸筒內(nèi)的最高工作壓力；—缸筒材料的許用應(yīng)力，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》[25]可得20鋼管，＝84MPa。故本次設(shè)計(jì)中減振器的工作缸筒壁厚要滿足條件： （465）再參照標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合制造工藝考慮，工作主缸筒的長度取355mm，工作副缸筒的長度取205mm。缸筒內(nèi)圓表面精磨加工，外圓表面鍍鋅處理。 減振器主缸筒 減振器副缸筒 減振器副缸筒總成設(shè)計(jì)結(jié)合前文的理論計(jì)算和仿真分析結(jié)果，其主要由缸筒上封頭組件、浮動(dòng)活塞組件、副缸筒和下封頭組件構(gòu)成。缸筒的上下封頭均裝有大截面的O形密封圈來保證其密封性，還要考慮抗油腐蝕性，故其端蓋材料采用5A02防銹鋁。浮動(dòng)活塞要把上方充氣室的高壓氣體與下方的液壓油分隔開，也要能容易地沿著副缸筒上下滑動(dòng)，故活塞上裝有大截面的O形密封圈和活塞環(huán)，活塞環(huán)要求摩擦系數(shù)小、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好和熱導(dǎo)性好等，故選用PTFE（聚四氟乙烯）為制造材料。上封頭組件中安置有一個(gè)的充氣嘴，以方便往充氣室填充高壓氣體。主缸筒中由于減振器活塞桿的進(jìn)出而會(huì)引起主缸筒容積的變化，充氣室中的高壓氣體此時(shí)便通過推動(dòng)浮動(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)來補(bǔ)償主缸筒的容積變化值。 減振器副缸筒總成1—上封頭組件；2—浮動(dòng)活塞組件；3—副缸筒；4—下封頭組件 減振器副缸筒總成1—上封頭組件；2—浮動(dòng)活塞組件；3—副缸筒；4—下封頭組件 減振器副缸筒總成爆炸圖 減振器活塞總成設(shè)計(jì)（1）活塞桿設(shè)計(jì)減振器活塞總成是減振器的主要構(gòu)件，主要由活塞桿，活塞體、壓縮閥和復(fù)原閥組成，其對減振器的工作特性起決定性的作用。而活塞桿的直徑在缸筒內(nèi)徑確定后，可依據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算，并參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用合適的值。活塞桿由于與減振器的導(dǎo)向套以及密封圈有相對運(yùn)動(dòng)，其加工精度要求較高。一般活塞桿要進(jìn)行精磨加工、淬火處理，以提高其表面的硬度。為了提高活塞桿抗腐蝕能力，通常要對其外表面進(jìn)行鍍鉻處理。 減振器活塞桿（2）活塞體設(shè)計(jì)活塞體的設(shè)計(jì)主要為活塞阻尼孔的設(shè)計(jì)，活塞阻尼孔是減振器產(chǎn)生工作阻尼力的主要途徑，依據(jù)阻尼孔的作用可分為常通節(jié)流孔、復(fù)原閥孔以及壓縮閥孔。常通節(jié)流孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)減振器復(fù)原閥和壓縮閥開閥前的速度特性曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。 而復(fù)原閥孔應(yīng)依據(jù)減振器開閥后的速度特性曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，減振器復(fù)原閥孔的個(gè)數(shù)以及復(fù)原閥孔的面積（當(dāng)選用圓孔時(shí)考慮的參數(shù)則為孔徑）對減振器復(fù)原行程的工作特性有重要影響，特別是開閥后的速度特性。當(dāng)設(shè)計(jì)要求減振器開閥后的速度特性較硬（的值較大）時(shí)，應(yīng)為活塞體設(shè)計(jì)孔徑較小且個(gè)數(shù)較少的復(fù)原閥孔；當(dāng)設(shè)計(jì)要求減振器開閥后的速度特性較軟（的值較小）時(shí)，應(yīng)為活塞體設(shè)計(jì)孔徑較大且個(gè)數(shù)較多的復(fù)原閥孔。壓縮閥孔的設(shè)計(jì)原理類似于復(fù)原閥孔的設(shè)計(jì)。根據(jù)前文所述，減振器復(fù)原閥和壓縮閥均采用多片環(huán)形彈性閥片疊加組成。為了防止在減振器運(yùn)動(dòng)速度過高時(shí)，閥片的變形過大，要在復(fù)原閥和壓縮閥的之后裝配有限位擋圈。為了減少摩擦，活塞上同樣裝配有以PTFE為制造材料的活塞環(huán)。 活塞體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)值活塞體直徑(mm)活塞體厚度(mm)12常通孔個(gè)數(shù)4常通孔直徑(mm)復(fù)原閥孔個(gè)數(shù)4復(fù)原閥孔直徑(mm)壓縮閥孔個(gè)數(shù)4壓縮閥孔面積(mm2) 減振器活塞體 減振器活塞總成1—活塞桿；2—壓縮閥限位擋圈；3—壓縮閥片組；4—活塞體；5—復(fù)原閥片組；6—復(fù)原閥限位擋圈；7—鎖緊螺母 減振器活塞總成爆炸圖 減振器的導(dǎo)向器設(shè)計(jì)減振器的導(dǎo)向器主要起減振器活塞桿的導(dǎo)向作用和油液的密封作用，主要由導(dǎo)向器體、壓緊螺母、導(dǎo)向襯套、緩沖墊圈、多個(gè)橡膠密封套和密封圈組成。導(dǎo)向器要裝配在減振器的工作缸筒上，為防止減振器漏油，采用多個(gè)橡膠密封套和密封圈的組合使用的方式來提高其油封性。活塞桿在工作中與導(dǎo)向器有相對的滑動(dòng)，為了防止活塞桿與導(dǎo)向器之間的因摩擦磨損而導(dǎo)致漏油，在導(dǎo)向器上設(shè)有導(dǎo)向襯套，襯套材料為具有耐磨性的銅合金。為了防止當(dāng)減振器速度過大時(shí)出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象，在導(dǎo)向器與活塞有接觸的一端設(shè)置有緩沖墊圈。 減振器的導(dǎo)向器總成1—上端橡膠密封套；2—下端橡膠密封套；3—防松螺釘；4—鎖緊圓螺母；5—內(nèi)密封圈；6—導(dǎo)向襯套；7—外密封圈；8—緩沖墊圈；9—導(dǎo)向器體 減振器的導(dǎo)向器總成爆炸圖 減振器導(dǎo)向器總成爆炸圖 減振器的虛擬裝配完成減振器零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)后，利用PROE軟件對所設(shè)計(jì)的越野車用減振器的各零部件進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行虛擬裝配。，從三維模型中可以檢查各零部件間裝配效果是否良好、是否存在干涉現(xiàn)象。利用PROE對所設(shè)計(jì)的減振器裝配模型進(jìn)行分析，可看出減振器活塞的運(yùn)動(dòng)連貫，各零部件間也不存在干涉現(xiàn)象，證明減振器的參數(shù)選擇正確，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。 減振器的PROE整體裝配 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的校核 缸筒壁厚的校核對最終采用的缸筒壁厚要進(jìn)行以下四方面的校核，以確保缸筒有足夠的強(qiáng)度和剛度。（1）額定壓力應(yīng)于一定極限值，以保證工作安全。 （466）式中，—缸筒材料屈服點(diǎn)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可得20鋼管，＝250MPa； D—缸筒內(nèi)徑，m；—缸筒外徑，m。把前文的缸筒參數(shù)代入上式，取減振器缸筒最大的許用壓力4MPa，可得：＞4 MPa（2）額定壓力與完全塑性變形壓力要滿足一定的比例關(guān)系，以避免塑性變形的發(fā)生。 （467）式中，—缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力，MPa，可通過下式計(jì)算： （468）則有：＞4 MPa（3）還需驗(yàn)算缸筒徑向變形應(yīng)在缸筒密封圈的允許變形范圍內(nèi)： （469）式中，—缸筒耐壓試驗(yàn)壓力，MPa；E—缸筒材料的彈性模量，鋼材E＝105MPa；—缸筒材料的泊松比，鋼材＝。則有：而缸筒密封圈的規(guī)格為：，安裝槽的內(nèi)徑為φ41mm，可易得缸筒徑向變形遠(yuǎn)小于密封圈的允許變形范圍。（4）最后還應(yīng)驗(yàn)算缸筒的爆裂應(yīng)力，值應(yīng)遠(yuǎn)大于耐壓試驗(yàn)值。＞＞ （470）式中，—缸筒抗拉強(qiáng)度，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可得，＝420MPa。則有：＞＞4＝6 MPa綜合上述的4項(xiàng)校核結(jié)果，可得出減振器設(shè)計(jì)所選用的缸筒壁厚合理，能確保缸筒的剛度和強(qiáng)度滿足使用要求。 活塞桿的校核（1）活塞桿強(qiáng)度校核由前文的分析，可得出在減振器的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)中，軸向推力和拉力，故可近似地用直桿承受拉壓載荷的強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)算：≤ （471）式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力，N；d—活塞桿的直徑，m；—活塞桿材料的許用應(yīng)力，MPa。設(shè)計(jì)中活塞桿材料選用45調(diào)質(zhì)鋼，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可得＝120 MPa，活塞桿的受力取最大復(fù)原阻尼力，再將其結(jié)構(gòu)參數(shù)代入式（471），則有：＜120 MPa活塞桿的末端為M12的螺紋段，對其截面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，得：＜120 MPa（2）活塞桿的彎曲穩(wěn)定性校核當(dāng)活塞桿直徑與工作主缸筒的長度之比時(shí)，必須要校核活塞桿的彎曲穩(wěn)定性。因?yàn)榛钊麠U只受軸向的拉壓力，故可按下式進(jìn)行驗(yàn)算： （472） （473）式中，—活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力，N；—安全系數(shù)，通常＝~6；I—活塞桿的橫截面慣性矩，；K—減振器的安裝及導(dǎo)向系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可得K＝；—缸筒對活塞的支承長度；—實(shí)際的彈性模量，MPa，按下式計(jì)算： （474）式中，a—材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取a≈1/12；b—活塞桿截面不均勻系數(shù)，鋼材一般取b≈1/13。則可得：結(jié)合減振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，取減振器最大復(fù)原阻尼力，可得：＞2000N綜合上述的比較結(jié)果，可得出：所設(shè)計(jì)減振器活塞桿能滿足使用要求。 設(shè)計(jì)結(jié)果的特性仿真把上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所得的參數(shù)，特別是活塞的結(jié)構(gòu)參數(shù)、可求得所設(shè)計(jì)的減振器的阻尼力和活塞運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系，即減振器速度特性曲線。從圖中可以看出，兩條曲線的軌跡比較接近。 減振器速度特性曲線比較實(shí)線“”—設(shè)計(jì)要求的速度特性曲線；點(diǎn)畫線“.”—設(shè)計(jì)仿真的速度特性曲線 本章小結(jié)本文依據(jù)前文所述的越野車用減振器設(shè)計(jì)的相關(guān)理論，特別是流體力學(xué)理論和彈性力學(xué)理論，建立了減振器的工作特性模型和油液流通模型，對減振器的工作特性進(jìn)行了仿真分析。減振器活塞上的阻尼閥片對其工作特性有決定性影響，能否對減振器的阻尼閥片的變形進(jìn)行準(zhǔn)確的解析計(jì)算，是制約減振器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題。文中利用ANSYS有限元法對不同直徑的閥片疊加變形進(jìn)行了仿真分析，從而得到了較為理想的閥片變形解析值。依據(jù)所得到的分析求解結(jié)果，完成了越野車減振器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并在PROE軟件中進(jìn)行了減振器的三維建模以及虛擬裝配，并對所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了校核。5 減振器的性能試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康募胺桨?越野車用減振器的樣機(jī)實(shí)物在完成減振器樣機(jī)試制后，為了對所設(shè)計(jì)的減振器性能質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，以確定其性能好壞，就有必要對減振器進(jìn)行性能試驗(yàn)，通常包括：阻力特性試驗(yàn)、示功特性試驗(yàn)、速度特性試驗(yàn)、溫度特性試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)、摩擦力特性試驗(yàn)以及抗泡沫性試驗(yàn)。本課題所設(shè)計(jì)的越野車減器的試驗(yàn)技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法是以國家發(fā)展和改革委員會(huì)最新發(fā)布的《汽車減振器技術(shù)條件與臺(tái)架試驗(yàn)方法》（征求意見稿）為依據(jù)，進(jìn)行了以下的5個(gè)試驗(yàn)。（1）阻力特性測試①試驗(yàn)?zāi)康模海瑴y取減振器的復(fù)原阻尼力和壓縮阻尼力。 ②試驗(yàn)條件：：20177。3℃，測試前需將減振器在20177。3℃下至少存放6個(gè)小時(shí)。：鉛垂方向。：減振器行程的中間區(qū)域。③試驗(yàn)步驟：，試驗(yàn)行程為100mm，(試驗(yàn)速度V=)。，(V=)，開始阻力測試。，保存試驗(yàn)結(jié)果的圖表數(shù)據(jù)。（2）示功特性試驗(yàn)①試驗(yàn)?zāi)康模簻p振器在規(guī)定的行程和試驗(yàn)頻率下，兩端作相對簡諧運(yùn)動(dòng)，測取減振器的阻尼力F隨活塞位移S的變化關(guān)系曲線，即示功圖。②試驗(yàn)條件：同（1）。③試驗(yàn)步驟：。，開始示功試驗(yàn)。，保存試驗(yàn)結(jié)果的圖表數(shù)據(jù)。 試驗(yàn)設(shè)定參數(shù)行程(mm)試驗(yàn)頻率f(Hz)速度V(m/s)100（3）速度特性試驗(yàn)①試驗(yàn)?zāi)康模簻p振器在規(guī)定的行程和試驗(yàn)頻率下，兩端作相對簡諧運(yùn)動(dòng)，測取減振器的阻尼力F隨活塞運(yùn)動(dòng)速度v的變化關(guān)系曲線，即速度特性曲線圖。②試驗(yàn)條件：同（1）。③試驗(yàn)步驟：。，開始速度特性試驗(yàn)。，保存試驗(yàn)結(jié)果的圖表數(shù)據(jù)。（4）抗泡沫性試驗(yàn)①試驗(yàn)?zāi)康模簻p振器在規(guī)定條件下，重復(fù)運(yùn)動(dòng)后，測取減振器示功特性抗泡沫影響能力的試驗(yàn)。②試驗(yàn)條件：同（1）。③試驗(yàn)步驟：。，行程為100mm，(v=)。= Hz，v=，測量一個(gè)振動(dòng)循環(huán)。（注意：溫度不得超過110℃），保存試驗(yàn)結(jié)果的圖表數(shù)據(jù)。（5）溫度特性試驗(yàn)①試驗(yàn)?zāi)康模簻p振器在規(guī)定的速度和多種溫度下運(yùn)動(dòng)，測