汽车悬架减震器活塞阀系分析

汽车悬架减振器活塞阀系分析

一、概述

汽车悬架减振器是非常重要的悬架部件。随着客户对汽车性能要求的提高，特别是乘坐舒适性的要求，而减振器对舒适性的影响是比较大的方面。对舒适性要求的提高也是对减振器性能要求的提高。所以，减振器除需要提供稳定准确的阻尼力值，还要有足够的寿命做保证，同时也要避免异常噪音的产生。只有这几个主要方面达到要求，才能实现与悬架的合理匹配与满足舒适性的要求。当前以充气式液压减振器作为市场的主流，本文所述也是充气式液压减振器的最常用的结构。

影响减振器性能的因素是多方面的，这里主要分析常用的三种活塞阀系结构的一些特点，并提出制造过程中的一些问题和解决办法。

活塞阀系是在悬架弹簧复原时的减振器产生阻尼力的最主要部件。根据不同的簧载质量，弹簧复原时必须给予不同的、但必须合适的阻尼匹配，才能达到乘坐舒适性和操作稳定性。减振器的拉伸（复原）阻力与弹簧的复原力是反向的。而减振器压缩阻力与弹簧压力是同向的，有抵抗压缩变形的作用。实际计算阻力值首先是确定活塞的拉伸（复原）阻力。

减振器是大批量生产的产品，装配一次性合格率是生产效率和阻力值稳定的重要指标，特别是大批量生产方式的制造工艺。活塞阀系结构的设计是否合理也是保证高装配合格率的重要保证。所以对结构的分析研究，并明确每种结构的特点和组成零部件的作用，对减振器与汽车悬架的良好匹配性能和制造装配工艺是非常有意义的。只有保证减振器准确的内特性，才能实现减振器所需要的理想的外特性。

减振器活塞阀系的种类较多，每种结构都有其优缺点，随着使用和制造中发现的优缺点，有些结构经过改进，已成为市场选择的主流，得到大批量的使用，有些结构已逐步淘汰。

二、三种常用的活塞阀系结构分析

（一）纯阀片式

图一是常用的一种纯阀片结构活塞装配图。a为活塞部件装配图，b图为拉伸阀局部放大图。

流通阀垫圈节流片

流通阀片

活塞

活塞环

垫圈

螺母调节片

a b

图一

减振器的活塞由两个阀系组成，一是下部的拉伸阀，是形成拉伸阻力的；二是上部的流通阀，是压缩方向减振器油经活塞过油的阀门，即压缩时阀门打开，打开的方式是流通阀片端面靠油压的作用，随着流通阀垫圈的锥形面的形状产生变形。活塞向上拉伸时流通阀关闭。拉伸阀是形成拉伸（复原）阻力最主要的结构。拉伸时这种结构形成阻力的过程是：

1、低速时，油经过节流片和活塞阀线及调节片包围形成的常通孔节流，形成一级速度

特性曲线；

流量与压力关系：Q1=εA

式中：Q1–流经常通孔的流量

ε–流量系数可取0.82

A –常通孔流通总面积

p –常通孔的节流压力

ρ–减振器油密度

2、当拉伸力增大，活塞速度再提高时，节流片和调节片弯曲变形，即阀门打开。形成

二级速度特性曲线。

流量与压力关系：Q2=

式中：Q2–环形缝隙流量

–阀片开度

–阀片节流压力差

–油液动力粘度

r b–节流片半径

r k–节流片弯曲半径

3、活塞速度继续加大，阀片开口至最大，活塞上的节流孔产生“高速”阻力，形成三

级速度特性曲线。

流量与压力关系：Q3=

式中：Q3–流经活塞孔的流量

n –拉伸方向过油活塞孔数

d –拉伸方向过油活塞孔径

p –活塞两端压力差

–油液动力粘度

L –活塞孔等效长度

三级速度分别对应不同的节流方式，按流体力学的原理，节流方式不同，形成阻力的计算方法也是不同的。图三分别单独画出三种节流方式速度与阻力值的关系曲线，分别用①②③标出。用粗实线表示了实际工作时的三种节流方式的合成曲线。

阻

力

值

速度

图二

这种阀系优点是结构简单，能满足大多数车型的减振阻尼匹配要求，材料成本、制造成本是比较低的。特别是上端的流通阀结构，用一个垫圈和一个阀片与活塞上端面共同组成，没有装配的复杂性，没有装错的情况。而图三所示结构的流通阀片，在线装配时就有被压到杆台阶端面与活塞端面之间的错误现象，必须采取防呆措施才能保证装配的正确性。

现阶段的阀片材料质量也比较稳定，只要材料选择合理，热处理工艺、冲压和后续处理工艺稳定就能保证材料的物理性能和尺寸的精度。材料的物理性能稳定，可以保证阀片变形时提供基本一致的节流阻力值，能保证装配合格率。同时能保证阀片的预期工作寿命及产品总成的寿命。

（二）阀片与弹簧复合式

这种结构针对不同公司的产品都有一些差别，但基本工作原理是一样的。图三为常用的阀片与弹簧复合结构的一种。

杆

节流片

流通阀弹簧

流通阀片调节片

活塞

垫片

拉伸阀弹簧

螺母

a b

图三

这种结构应用已经很久了，八十年代的代号为S30190的汽车减振器，曾经是很多车型的选择。活塞阀系就是这种复合式的，是比较成熟的结构。只要几个关键的零件符合要求，特别是弹簧的耐久性能够达到预期，减振器的疲劳寿命期限也是容易实现的。

这种结构也是节流片和活塞阀线及调节片包围形成的常通孔节流，形成的一级速度。当拉力增大，速度增高阀片弯曲变形，阀门打开，弹簧座移动，弹簧受压，发生变形。从这里可以看出，比较图一b所示，阀片变形是在开到最大时，只受垫圈的锥面限制，初始变形是不受限制的。而图三结构，阀片从开始变形即受到弹簧的压力限制，所以除了阀片的刚度影响阻尼力值外，弹簧的刚度也影响阻尼力值。所以这种结构适合较大阻力的减振器匹配要求。减振器的力值可以由更改阀片厚度、数量和弹簧刚度等多个方面实现与汽车匹配要求的阻尼

力值。

阀片（节流片、调节片）下端的垫片，通过改变外径大小，可以起限制阀片弯曲变形、控制开阀大小的作用。由于阀片材质、热处理、尺寸厚度的选择等因素，发生过阀片被垫片剪断的现象，导致无法产生拉伸力值，减振器早期失效。

（三）框架式

杆

导套

弹簧

阀罩

阀体

活塞

调节片节流片

螺母

a b

图四

这种结构其实也算纯阀片的结构，只是设计上将拉伸阀与流通阀作为一体了，由活塞的运动方向的改变而变成两个阀系。活塞向上运动是拉伸（复原）阀，向下运动时是流通阀。也是三级速度控制。与上述两种结构一样，第一级是阀片上的节流孔。第二级也是阀片变形打开阀门，不同的是阀片的内圈变形。而上述的纯阀片和阀片弹簧符合两种结构都是外圈变形弯曲。第三极速度主要是阀体的圆孔形成节流阻力。

此结构是德国很早以前就使用的，并有公开发表的阻尼力值计算方法的文章。该结构将拉伸阀与流通阀设置在一起，只是运动方向不同，分别实现两种功能。开始发明这种方式的节流方式确实是很简单、独特、实用的。但是，经过多年的应用发现，由于阀体有一定的质量，运动时，伴随惯性的冲击，特别是高频状况，缺陷很明显。减振器某些时候出现的异响与阀体是有关系的。近几年逐步淘汰了这种结构，一些减振器专业厂都已不在使用。

三、结论

1、三种活塞总成各有特点，内特性与外特性都有差别。分别适合不同的车型对减震器阻尼特性的匹配要求。

2、在满足阻尼特性要求的前提下，从成本方面应优先选择纯阀片式结构。

3、通过油液压力使阀片变形的节流过程，是产生阻尼力值的主要方式。所以阀片材质、加工和热处理工艺是保证阀片性能稳定和预期寿命的关键。

4、以上阻尼力值公式计算分析只是主要的三个方面，忽略了其他影响阻力的因素。

是可以满足初步的匹配计算要求。如果需要更准确的计算，可以将配合面的泄露、摩擦力、充气力值以及某些节流损失等因素考虑其中。