汽車減振器安全件設(shè)計(jì)與測試的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1、 汽車減振器安全件設(shè)計(jì)與測試的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo) 孫娜張劍沈昌等Summary：針對(duì)汽車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)與測試的主要技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，給出了某A級(jí)乘用車減振器的技術(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。Key：液力減振器；設(shè)計(jì)、測試；技術(shù)指標(biāo)；功能分解0引言減振器屬于汽車的安全件之一，其性能和使用壽命直接影響到平順性、安全性1。汽車公司從整車平順性和操穩(wěn)性出發(fā)，根據(jù)簧載/非簧載質(zhì)量、懸架剛度、撓度及在整車布置中的安

2、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)，后者是為了滿足該指標(biāo)。本文主要闡述減振器設(shè)計(jì)與測試相關(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a.增強(qiáng)密封性。通過合理設(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），來延長油封的使用壽命。b.油液應(yīng)

3、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)車輛性能和懸架布置來設(shè)定減振器在各種

4、姿態(tài)下的長度和行程；考慮到承受側(cè)向力以及散熱的需要，減振器長度及外徑應(yīng)在合理范圍之內(nèi)3。a.基長L：可制造的減振器的最小長度，反映結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的緊湊性。b.最小壓縮長度Lmin：裝車時(shí)減振器壓縮到底，基準(zhǔn)與參考點(diǎn)之間的距離。c.最大拉伸長度Lmax：裝車時(shí)減振器拉伸到最長，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)下的長度La及反彈力Fa：裝車靜載狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的長度和力值。f特定載荷Fb下的拉伸長度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減振器的測試項(xiàng)目按

5、照測試的方法主要分為臺(tái)架試驗(yàn)和裝車路試。其中，道路試驗(yàn)主要是對(duì)減振器裝車的實(shí)際效果進(jìn)行各種工況下的主/客觀評(píng)價(jià)，以及考察減振器相關(guān)的車內(nèi)噪音、疲勞壽命等；減振器臺(tái)架試驗(yàn)的主要測試項(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)滿足的最基本的性

6、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)量優(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、無空程、無畸變。阻尼力-速度曲線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)的阻尼力來近似線性構(gòu)造，如圖3所示。b.額定阻尼力：一般規(guī)定F(V)曲線上，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20C時(shí)的阻尼力為基準(zhǔn)，考查-3

7、0C以及+80C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30C)，考查振動(dòng)循環(huán)次數(shù)在100萬次以上時(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

8、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）曲線上速度過0點(diǎn)時(shí)最大、最小曲線的差值。endprint4.2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小；在壓縮行程將增大阻尼力；也即使得減振器的示功曲線整體下移一段。如圖5所示，實(shí)線表示充氣之后的示功圖，虛線表示抽氣之后的示功圖。

9、通常在v 0.005m/s，在減振器行程中點(diǎn)的測量充氣力Fc。設(shè)復(fù)原和壓縮行程所測得充氣力力分別為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)曲線圖，如圖6所示，圖中實(shí)線為假設(shè)理想曲線，虛線為實(shí)測曲線。將實(shí)測曲線上折返點(diǎn)與切入點(diǎn)之間的距離與理想曲線進(jìn)行比較，波動(dòng)不能超過測試行程的25%。4.5 減振器的機(jī)械性能減振器的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)該能夠滿足整車懸架的要求，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說，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、

10、懸架彈簧的支撐托盤、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)剛度則通過緩沖塊限制車輪相對(duì)車身拉伸的最大跳動(dòng)幅度來計(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、橫向穩(wěn)定桿支耳、轉(zhuǎn)向節(jié)支座，單純筒式減振器的吊環(huán)。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)

11、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)過數(shù)分鐘的高速運(yùn)

12、行之后、以及從- 40C 運(yùn)行試驗(yàn)至溫升80C之后 ，活塞桿外露部位應(yīng)該很少甚至沒有粘附油液；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)超過規(guī)定的限值。5減振器的技術(shù)指標(biāo)實(shí)例（表）6減振器的技術(shù)指標(biāo)與主要功能的

13、關(guān)系用于車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: 緩和車身與車輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；功能B：過濾車輪傳遞的沖擊；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：有助于整車的姿態(tài)和柔韌性；功能G：協(xié)調(diào)車輪的正常轉(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)的核心問題即是確定并滿足各項(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)與測試的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以及某A級(jí)乘用車減振器的技術(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)問題。Reference：1Dixon J.C. The shock absorber handbook(Second Edition) M. CS.L.J:Professional Engineering Publishing Ltd an