机械毕业设计(论文)-可控并联双筒式减震器设计(全套图纸) .doc

机械毕业设计（论文）-可控并联双筒式减震器设计（全套图纸） .doc

郑州轻工业学院

本科毕业设计（论文）

题目可控并联双筒式减震器学生姓名

专业班级机制08-4班

学号

院（系）机电工程学院

指导教师(职称)

完成时间 2012年 5月28日

郑州轻工业学院

毕业设计（论文）任务书

题目可控并联双筒式减振器设计

专业机械设计制造及其自动化学号 200802010431姓名

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

要求及原始数据：

伸张行程最大阻力为2156～2646N，压缩行程最大阻力为392～588N

主要内容：

减震器总体设计，机械控制机构设计，

（1）设计说明书一份

（2）总装配图一张

（3）组件图一张

（4）零件图两张

主要参考资料

余志生，汽车理论，机械工业出版社，2009出版

屠卫星，汽车底盘构造，人民交通出版社，2001出版

王国权，汽车设计课程设计指导书，机械工业出版社，2010出版

双向作用筒式减振器，https://www.360docs.net/doc/7e18015393.html,/v_show/id_XMjA2MzkzMDA=.html

完成期限：2012-03——2012-06

指导教师签名：

专业负责人签名：

2011年 12 月 8 日

目录

中文摘要.......................................................................................... I

英文摘要

......................................................................................................... I

I 1 绪论 (1)

1.1 设计的目的和意义 (1)

1.2 减振器的发展历史 (2)

1.3 国内外发展现状 (3)

1.4 研究的重点及目的 (4)

2 减振器的分类 (5)

2.1 按材料角度划分 (5)

2.2 按结构角度划分 (5)

3 汽车悬架系统及减震器工作原理的分析 (6)

3.1 汽车悬架与减振器的配合结构及其选择 (6)

3.2 弹性元件的分类 (7)

3.3 汽车悬架系统的分类 (8)

3.4 双筒式减震器的工作原理 (8)

3.5 优点分析 (10)

4 双筒式液压减振器的设计

(1)

4.1 双筒式液压减振器的设计参数

10

4.2 双筒式减振器的外特性与设计的原则

11

4.2.1双筒式减震器的外特性

12

4.2.2双筒式液压减振器的外特性设计原则

12

4.3 双筒式减振器参数和尺寸的确定

13

4.3.1 悬架静挠度f的计算

14

4.3.2 相对阻尼系数Ψ的确定

14

4.3.3 确定减振器的安装角度

15

4.3.4 减振器的卸荷速度的确定

16

4.3.5 最大卸荷力的确定

17

4.3.6 减震器工作缸直径D的确定

17

4.3.7 双筒式减振器活塞行程的确定

18

4.3.8 液压缸的壁厚计算

19

4.3.9 液压缸的稳定性验算

21

4.3.10 缸盖厚度计算

22

4.3.11 活塞杆的计算

23

4.3.12 最小导向长度的确定

26

4.4 液压缸的结构设计 ..........................................................................

26 4.5 活塞尺寸计算 (28)

4.6 阀系的计算 (28)

4.6.1 阀孔的结构设计 (29)

4.6.2 阀孔的尺寸计算 (29)

4.7 密封元件的确定 (31)

4.7.1 密封尺寸 (32)

4.8 油液的选取 (33)

4.9 本章小结 (34)

5 双筒式液压减震器的结构优化.....................................................

34

5.1 双筒液压减振器连接件的优化..............................................

34

5.2 双筒液压减振器焊接方法的优化

(3)

4

5.3 本章小结

(3)

5

6 运用proe4.0对双筒液压的主要零件进行绘制.............................

33 6.1 部分零件的三维造型 (35)

6.1.1 活塞杆的三维造型 (35)

6.1.2 活塞的三维造型 (36)

6.1.3 活塞杆的三维造型 (37)

6.1.4 底阀的三维造型 (38)

6.1.5 防尘罩的三维造型 (39)

6.2 双筒液压减振器的装配图 (39)

结束语

(4)

1

致谢

(4)

2

参考文献

(4)

3

可控并联双筒式减震器设计

摘要

为改善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减振器，为衰减振动，汽车悬架系统中釆用减振器多是液力减振器，其工作原理是内车架和车桥间受振动出现相对运动时，减振器内的活塞上下移动，减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间的摩檫和油液分子间的内摩擦对振动形成阻尼力，使汽车振动能量转化为油液热能，再由减振器吸收散发到大气中。在油液通道截面和等因素不变时，阻尼力随车架与车桥之间的相对运动速度增减，并与油液粘度有关。

发展到今天减振器的结构有了很大的改变，性能也有了极大的提高。通过对减振器的发展历史和发展趋势的深入了解，明确了设计该型减振器的重要性和意义，并设计了一种应用于微型汽车悬架的双筒油压减振器。本文研究的主要问题如下：对双筒式油压减震器的结构设计，结构设计主要是确定减振器的类型、布置形式、安装角度和选用数量，这是进行尺寸设计的基础。

对双筒式油压减震器的尺寸设计，尺寸设计的过程主要包括相对阻尼系数以及敁大卸荷力的确定，减振器工作缸、活塞、活塞杆、阀系以及相关零部件的尺寸计算。

完成结构设计与尺寸设计后应对减振器的强度和稳定性进行校核，校核的结果应符合国家相关技术标准。

本文的研究成果对减振器的进一步研究有重要的理论和实际应用意义，本文提出的优化方案为实际的生产制造提供一定的理论依据。

关键词油压式/减振器/优化/阻尼系数/工作缸。

Controllable Shunt binoculars shock absorber

ABSTRACT

The shock absorber is an important constituent of automobile suspension; it has a big change in the structure of the shock absorber until now. The performance also had big enhancement. Through the deep understanding of the history and tendency of the shock absorber, we make clear the importance and significance of the designing of the shock absorber, and design a kind of shock absorber which is applied to the suspension of the compact car. The main problems discussed in this paper are as follows:

The design to the structure of the gasification type shock absorber. It mainly determines the types of the shock absorber, layouts, the angle of installing and the quantity of selecting, these are the foundation of the designing of the sizes.

The design to the size of the gasification type shock absorber. It includes relative damping coefficient, the determination of the biggest discharge strength, and the computing of the sizes of work cylinder, piston, connecting rod, valve and related spare parts.

After completing the structural design and the designing of the sizes, the shock absorber intensity and the stability should be checked, the results should conform to the country related technical standards.

In this paper, the results of research has important theoretical and practical significance on the shock absorber’s further study, the optimal scheme which put forward in this paper has provided the certain theoretical basis for the manufacturing of the reality production.

Key words Type, Shock Absorber,Optimization,Damping Factor, Work Cylinde

1 绪论

1.1 设计的目的和意义

随着我国经济的迅速发展，人民生活水平日渐提髙，汽车已经成为人们的生活中必不可少的交通工具，同时，随着汽车工业的发展，人们对汽车的行驶平顺性和乘坐舒适性提出了越来越高的要求。汽车悬架是车身和车轮之间弹性连接的部件，作用是缓和、抑制由不平路面引起的振动和冲击，保证乘员乘坐舒适和所运货物完好；除传递汽车垂直力外，还传递其他各方向的力和力矩，保证车轮和车身之问有确定的运动关系，使汽车具有良好的驾驶性能。减振器作为汽车悬架中重要的组成元件，其作用是迅速衰减汽车振动，改善汽车行使平顺性，增强车轮与地面附着性能，减少汽车因惯性力引起的车身倾角变化，提高汽车操纵性和稳定性。另外，减振器能够降低车身部分动载荷，延长汽车使用寿命。

车辆是一个由许多子系统组合而成的复杂系统，其总体性能与零部件的性能关系密切。因此，零部件的研发，不但涉及零部件本身的分析计算与试验等，而且涉及许多与整车有关的参数，是一个较为复杂的研发过程。减振器是车辆悬架系统中的重要部件，其性能的好坏对车辆的舒适性以及车辆及悬架系统的使用寿命等有较大影响。

Inventor美国AutoDesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件

Autodesk® Inventor?Professional (AIP)，R前已推出最新版本AIP2010。Autodesk Inventor Professional 包括Autodesk Inventor®三维设计软件；基于AutoCAD®平台开发的二维机械制图和详图软件AutoCAD® Mechanical；还加入了用于缆线和束线设计、管道设计及PCBIDF文件输入的专业功能模块，并加入了由业界领先的ANSYS®技术支持的FEA功能，可以直接在Autodesk Inventor软件中进行应力分析。在此基础上，集成的数据管理软件Autodesk® Vault-用于安全地管理进展中的设计数据。由于Autodesk Inventor Professional集所有这些产品于一体，因此提供了一个无风险的二维到三维转换路径。Autodesk® Inventor?软件是一蜜全面的设计工具，用于创建和验证完整的数字样机；帮助制造商减少物理样机投入，以更快的速度将更多的创新产品推向市场[8]。

Autodesk Inventor产品系列正在改变传统的CAD工作流程：大大简化了复杂

三维模型的创建，工程师即可专注于设计的功能实现。通过快速创建数字样机，并利用数字样机来验证设计的功能，工程师即可在投产前更容易发现设计中的错误。Inventor能够加速概念设计到产品制造的整个流程，并凭借着这一创新方法，连续7年销量居同类产品之首。

通过运lnventor的主要功能与双筒液压减震器的具体设计相结合，学会减震器的计算设计与力学校核的同时，学会怎样与设计软件的综合运用，将设计思路清晰化，将设计过程更加科学、更加准确。

1.2 减振器的发展历史

汽车悬架减振器技术发展历史大致经历了三个阶段。2O世纪6O年代以前是定阻尼参数减振器阶段，尔后随着汽车技术的迅猛发展，人们对可调减振器性能认识的进一步深入，各种各样减振器技术不断涌现，不过其主要焦点集中在控制节流孔流量的变化方面：

(1) 用各种各样的流量阀人工调节节流孔流量，以便司机根据路况实现舒适工况、中等工况、运动工况三级调节，后来又发展到将阻尼分为更多级，这样可以扩大选择的范围，但这无疑给操纵安全性带来负影响。

(2) 利用一些辅助零件调节节流孔的数量，如在空心活塞杆上做出一系列径向节流孔，然后在活塞杆外或内增加辅助套筒或转动套杆，以便在减振器行程中，使起节流阻尼作用的节流孔数目发生变化，从而自动调节阻尼力的大小．目前性能较好的减振器速度特性都有三级控制：第一级速度在0.1m／s以下，相应于汽车在好路上行使，由阀片缺口或小孔产生节流控制阻力；第二级的速度在0.1～1m／s范围内，相应于汽车承受中等强度振动，这是减振器工作主要的一级，由阀片或弹簧的弹性产生节流间隙来控制阻力，性能受温度影响较小；第三级速度大于1m／s，相应于车轮高频震动和悬架剧烈振动，由活塞通孔的节流来控制，这一级与轮胎接地情况密切相关。

（3）2O世纪8O年代以来，计算机技术在汽车工程领域得到了广泛应用，特别是高级轿车的智能化发展，光电传感器及超声波传感器在汽车技术发展方面发挥了巨大作用，从而实现减振器特性智能化可调和实时可调，有力地解决了汽车乘坐舒适性与操纵安全性的矛盾[1]。

1.3 国内外发展现状

到目前为止，可调阻尼减振器形式有很多种，如涡流式减振器、应变感应式减振器、频率感应式减振器、压电阻TEM式减振器、磁流变体可调阻尼减振器、电流变体可调阻尼减振器、节流口可调阻尼减振器等．我国学者主要致力于后三种阻尼可调减振器的研究，特别聚焦在减振液粘度的可调性方面．根据日本Bridgistone公司的研究材料介绍，电流变液体的粘度在几毫秒内即可随高磁场电压变化即迅速改变或恢复．正是电流变流体这样一种在电解液(如硅酮)中高极化微质点的悬浮体，使得可调减振器阻尼特性随工况智能变化成为一种可能．德国巴依尔公司在1995年对采用能改变减振度的电流变流体减振器进行了首次试验，由于采用了相应的传感器，便能直接分析路基情况，并在随后的0.0015s内调节减振器的特性，以满足路况要求．近年来我国学者曾利用磁流体作为减振液通过控制磁场强度也达到调整减振器特性的要求，研究表明，以磁流体为减振液的阻尼调节性能较电流变流体的调节性能为好．但目前这两种方式都没能做出经济实用的、令人接受的产品模，仍都处于研制阶段。据调查，目前国内双筒液阻减振器配套产能有过剩趋势，生产高档次减振器的不多。单筒充气式减振器国内生产厂家正在消化吸收设计技术和提高制造工艺技术阶段，产品质量还没很过关。对于充气式减振器的研究也主要集中在单缸充气式汽车减振器方面。在郭孔辉院士的领导下，长春汽车研究所作了大量的试验工作，积累了一些经验。但由于橡胶的寿命不过关及设计、制造等多方面因素的影响，一直没有形成比较成熟的技术。

国外工程机械主要配套件大多数都生产历史悠久，技术成熟、供应充足、生产集中度高、品牌效应突出。

我国生产同时液阻减振器已经有几十年的历史，并具有较大的研发、设计、生产规模。目前满足国内汽车市场的各种减振器大部分是由国内厂商生产的。但我国的筒式液阻减振器技术水平在总体上与国外还存在较大差距。主要缺点是产品结构单一，具有自主产权的先进减振器产品很少，制造工艺水平也参差不齐，产品工作稳定性较差。漏油、噪声等问题还普遍存在，亟待解决，通过查阅有关减振器的一些有关资料，使我感慨良多！

传统的被动式减振器的发展主要在于结构的局部改进和新材料，新工艺的应用，以不断改进其使用性能。机械可调阻尼减振器具有较高的性价比，已经在一些旅行

轿车，厢式车和普通轿车上得到应用，今后会进一步发展。而更多的中级轿车，高级轿车上会使用阻尼连续可调的电控式减振器。电流变液和磁流变液减振器具有很好的应用前景，但其工作介质的性能上不能满足实用要求。但随着对这两种减振器的不断深人研经济一体化的浪潮以及中国汽车行业对世界完全开放，二者必定会在汽车行业中大放异彩。

减振器都是在不断的创新中发展的，专家门和设计师本着“使用方便，安全第一”的原则不断对减振器进行完善创新，使减振器的功能和安全性不断提高。

国内减振器制造水平已有很大提高，主机厂配套占很大比例，在中低档轿车领域，基本是国产减振器的天下。另外，减振器的技术水平也逐步提高，与国际先进水平的差距正在缩小，高端产品也有研发。减振器其中的主要问题有：（1）液压元件制造精度要求高，必须保证减振器油液的密封性，技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格。

（2）油液中混入空气易影响工作性能油液中混入空气后，容易引起液压油变质，使系统的工作性能受到影响、会影响系统工作的可靠性。

（3）减振器未来的发展是向着结构设计更合理，操作更简单，使用安全，采用新型材料，造价便宜的方向。在结构方面可以采用可调阻尼减振器，以实现减振器在不同的道路条件下，起到自动调节阻尼系数的作用。

故中国国内的汽车零部件工业面临前所未有的挑战和机遇。筒式减振器作为汽车上大量使用的重要部件，应予以充分的重视。大力提高国内厂商的设计制造水平和制造技术水平，提高制造工艺水平和产品质量。提高减振器产品的自护设计和开发能力。同时，也应加强基础理论的研究，提高筒式减振器的高技术含量，促进筒式液阻减振器的现代设计方法的发展。相信其会有很好的市场空间和发展前景[15]。

1.4 研究重点以及目的

通过ProE软件的辅助，设计一种用于商务车型并且符合技术要求，具有良好经济性与实用性的双筒液压式减振器。通过大量的社会实际调查研究和图书馆查阅资料，设计计算以及老师的指导下，按照任务书的要求最终完成设计工作。在设计的过程中参考国内外相关的文献资料以及借鉴相关企业的产品，预期的设计产品能够

符合理论设计要求，各项技术指标符合要求，并且将生产成本降到最低。

2 减震器的分类

2.1 按材料角度划分

从产生阻尼材料的角度划分，减震器主要有液压和充气两种，还有一种可变阻尼的减震器。

（1）液压式，汽车悬架系统中广泛采用液力减震器。其原理是，当车架与车桥做往复相对运动儿活塞在减震器的缸筒内往复移动时，减震器壳体内的油液便反复地从内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，液体与内壁的摩擦及液体分子的内摩擦便形成对振动的阻尼力。

（2）充气式，充气式减震器是60年代以来发展起来的一种新型减震器。其结构特点是在缸筒的下部装有一个浮动活塞，在浮动活塞与缸筒一端形成的一个密闭气室种充有高压氮气。在浮动活塞上装有大断面的O型密封圈，它把油和气完全分开。工作活塞上装有随其运动速度大小而改变通道截面积的压缩阀和伸张阀。当车轮上下跳动时，减震器的工作活塞在油液种做往复运动，使工作活塞的上腔和下腔之间产生油压差，压力油便推开压缩阀和伸张阀而来回流动。由于阀对压力油产生较大的阻尼力，使振动衰减[7]。

2.2 按结构角度划分

减震器按其结构，则分为单筒和双筒两种。可以进一步分为：单筒气压减震器；双筒油压减震器；以及双筒油气减震器。

双筒式指减震器有内外两个筒，活塞在内筒中运动，由于活塞杆的进入与抽出，内筒中油的体积随之增大与收缩，因此要通过与外筒进行交换来维持内筒中油的平衡。所以双筒减震器中要有四个阀，即除了上面提到的活塞上的两个节流阀外，还有装在内外筒之间的完成交换作用的流通阀和补偿阀。

单筒式与双筒式相比，单筒式减震器结构简单，减少了一套阀门系统。它在缸筒的下部装有一个浮动活塞，(所谓浮动即指没有活塞杆控制其运动)，在浮动活塞的下面形成一个密闭的气室，充有高压氮气。上面提到的由于活塞杆进出油液而造成的液面高度变化就通过浮动活塞的浮动来自动适应之。除了上面所述两种减震器外，

还有阻力可调式减震器。它可通过外部操作来改变节流孔的大小。最近的汽车将电子控制式减震器作为标准装备，通过传感器检测行驶状态，由计算机计算出最佳阻尼力，使减震器上的阻尼力调整机构自动工作。

3 汽车悬架系统及减震器工作原理的分析

3.1 汽车悬架与减振器的配合结构及其选择

汽车悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减振器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。汽车悬架又可分为非独立悬架和独立悬架。非独立悬架的结构特点是两侧车轮由一根整体式车桥相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架与车架（或车身）连接。当一侧车轮因道路不平而发生跳动时，必然引起另一侧车轮在汽车横向平面内发生摆动，故称为非独立悬架。独立悬架的结构特点是车桥做成断开的，每一侧的车轮可以单独的通过弹性悬架与车架（或车身）连接，两侧车轮可以单独跳动，互不影响，故称为独立悬架。

悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，轿车悬轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相反方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。

图3.1

悬架是车架与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称。它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支撑力）、纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架上以保证汽车的正常行驶。现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但一般都由弹性元件、减振器、和导向机构三部分组成。由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，特别是在坏路面上高速行驶时，这种冲击将达到很大的数值。冲击力传到车架和车身时，可能引起汽车上机件的早期损坏，传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受到损伤为了缓和冲击，在汽车行驶系统中，除了采用弹性的充气轮胎之外在悬架中还必须装有弹性元件，使车架与车桥之间作弹性联系。但在弹性系统受到冲击后，将产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳故悬架还应当具有减振作用，使振动迅速衰减。为此许多结构形式的汽车悬架中都设有专门的减振器悬架一般由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成[14]。

3.2 弹性元件的分类

弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧等。

(1)钢板弹簧：由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。安装好后两端自然向上弯曲。钢板弹簧除具有缓冲作用外，还有一定的减震作用，纵向布置时还具有导向传力的作用，非独立悬挂大多采用钢板弹簧做弹性元件，可省去导向装置和减