可调阻尼式汽车减振器设计与试验研究

（１Ｓｃｈｏｏｌ
；
—Ｈ噜＿＾●＾‘‘“ＮＬ一＿●～—㈣州４‘－Ｈ嶂—＾－Ｈｑ—＾＿”ｑ。‘●Ｈｑ—●州＾＾・＂嶂—十～＿’１噜州一・＋‘ｐＨ－—、－Ｈ岍’、
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ ｏｆ ｙａｎｌ，ＦＡＮＧ
ＹａＩ，ＣＨＥＮ
活
由以上分析可得：并联口当量面积为各孔口面积之和，并联 口总流量等于各孔口流量之和。
４－２拉伸行程分析
根据并联口流量分析，可将拉伸过程的流量关系，如图３所 示。可调节流口与拉伸阀、常通口、补偿阀、旁通阀为并联关系。在 可调节流口关闭时，流量关系满足：
ｆ△Ｑ下腔４Ｑ上腔＋△Ｑ｝憷
｛△ＱＬ幢＝口拉伸嘲＋Ｑ常面口
当各节流口结构相似时，在工程计算中可以近似地认为：
（７）
力下降，而压缩阀和旁通阀的通流阻力不变，则ｄＱ上睦Ｌ＝ｊ△Ｑ撇
的流量比例关系发生变化．且△Ｑｔ＆增加，△口ＩＨ择减少。因而，与节 流口全闭状态时相比，下腔的油液以更快的速度流向上腔，由于
万方数据
Ｎｏ．５
机械设计与制造
活塞杆的存在，上腔空缺体积无法容纳下腔流入的油液，因此当 上腔油液无法及时从活塞杆与导向座的缝隙中流出时．上腔压力 增加，当活塞继续往下运动时，油液无法进一步进入上腔，造成压 缩运动困难。因此，节调口打开后压缩行程的阻尼力主要由压缩 阀以及活塞杆与导向座的缝隙产生，此时的压缩阻尼力较被动状 态下的压缩阻尼力大大增加。压缩行程流量关系图。如图４所示。
在减振器工作过程中，孔口的节流作用是多个孔口共同作用 的结果。孔口之间的相互关系是复杂的，有串联、并联和多孔口混连 等节流方式。从图２分析可得，所研究的可调阻尼减振器的节流口 与活塞上的伸张阀、流通阀属于并联关系。根据并联孔口流量分析 可得，当总流量为９的液体通过并联孔口时，由流量连续定理有： Ｑ＝弛＋Ｑ２＋．．‘＋Ｑ （４）
（１０）
Ｉ△佛｝尝审＝Ｑ朴尝孵＋１０名遏一 在可调节流口打开后，要使流量关系满足式（１０），则有两种
情况：（１丝口上腔与△Ｑ｝憾的流量比例关系不变；（２）ＡＱｔ膛与△Ｑ
＊龄的流量比例关系变化。若是情况（１），则可调节流１２１的作用得
不到体现；若是情况（２），可调节流口打开，相当于增加了活塞常
图Ｉ可调阻尼减振器结构
ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ
ｄａｍｐｉｎｇ
ＬＩＵ Ｓｈａｏ－－ｈｕａＩ，ＬＩ
ＬＤｎ９２
ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｅｈａｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ）
（ＺＳｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ａｎｄ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
通口的通流面积，造成活塞整体通流阻力下降，而补偿阀和旁通 阀的通流阻力不变，则△Ｑ上腔与△Ｑ＋Ｈ缒的流量比例关系发生变 化，且△Ｑ｝旺增加，而△Ｑ朴偿审减少。因而，与节流口全闭状态相比， 上腔的油液以更快的速度流向下腔，由于活塞杆的存在，上腔油液 无法满足下腔空缺体积，下腔快速形成局部低压，进一步造成补偿 阀开度增加。因此节调口打开后拉伸行程的阻尼力主要由补偿阀产 生，而并不是主要由拉伸阀产生，此时的拉伸阻尼力较被动状态下 的拉伸阻尼力大大减小。拉伸行程流量关系图，如图３所示。
在可调节流Ｅｌ打开后，要使流量关系满足式（１１），同样有两 种情况：
旧＝Ｇ。Ａ。、／２却，和 ｛Ｑ：＝％Ａ：、／２却：和 【Ｑ＝气Ａ。、／２却。，ｐ Ｑ＝ｑＡ。、／２卸，ｐ
（５）
（１）ａＱｔ腔与△口撇的流量比例关系不变；（２）△Ｑ上腔与△口
（６）
式中：△＝ｐ—多孔口并联产生的总压差；＾。—并联口的当量节流面
ｌ
ａｎｄ￡ｈｅ￡ｈｒｏｔｔｌｅ∞ｗｅｌｌ ａｓ ｃａｌｅｕｌａｔｉｏｎ ｏｆｆｏｒｃＰ ａｎｄ ｓｐ卯ｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
Ｉ ｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓａｍｐｌｅ矿ｔｈｅｆｉｒｓｔ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｄａｌｌｌｐｅｒ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ ｓｕｃｈ璐ｄｅｓ劬ｏｆｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ讹ｏ ｏｆａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｉ ｝ｏｒｉｆｉｃｅ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ｎ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｄａｍｐｉｎｇ ｓｈｏｃｋ ａｂ一｛ ｝ｓｏｒｂｅｒ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓａｍｐｌｅ ｏｆＡＤＳＡ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ Ｏｎ ｔｈｅ ｂｅｎｃｈ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓ概ｔｈａｔ，ｔｈｅ ａｎ，ｎｐｉｎｇ｛ ｌ ｆｏｒｃｅ ｃｕｒｖｅ ｉｓ ｓｍｏｏｔｈ ｗｉｔｈｏｕｔ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ．７‰ｄａｍｐｉｎｇｆｏｒｃｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｃ如７妒ｓ ｏｆｔｈｅ ｉ ｝ｏｒｉｆｉｃｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅ册幽ｏｆｓｔｅｐｍｏｔｏｒ．ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄＡＤＳＡｂａｓｉｃａｌｌｙｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕ打ｅｍｅｎｔ： ｛ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ；Ｄａｍｐｉｎｇ ａｄｊｕｓｔａｂｆｌｉｔｙ；Ｃａｒ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ；Ｄｅｓｉｇｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｌ ；
式中：ｍ架系统阻尼比；ｃ—减振器的等效阻尼系数；确架
刚度；”—簧载质量。 式（１）为工程中常用匹配公式，悬架阻尼比，ｆ是由减振器的 等效阻尼系数和悬架刚度ｘ与簧载质量综合确定的．ｆ值较大 时，能迅速减振，但不适当地增大ｆ值会传递较大的路面冲击，甚 至使车轮不能迅速向地面回弹而失去附着力和对振动的缓冲能 力；ｆ值较小时，振动持续时间变长．不利于改善舒适性。 对于悬架系统而言，阻尼系数主要靠减振器产生的阻尼力 来体现，其阻尼力可用下式计算：Ｆ－－Ｇ～＇ （２）
朴髓的流量比例关系变化。若是情况（１），因为△Ｑ补髓保持不变， 则可调节流口的作用得不到体现；若是情况（２）。可调节流口打 开，相当于增加了活塞常通口的通流面积，造成活塞整体通流阻
积；却．，却：…卸。—孔口Ｉ，２…—各孔口的 流量系数；＾。，Ａ：・～。—各孔口的面积。 联立以上三式可得：ＧＡ。。＝ｑ．Ａ，＋％Ａ２＋．．‘＋ＣＩＡ．
； ｝ ｉ
关键词：机械设计；阻尼可调；汽车减振器；设计计算
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】‰ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｓｓｉｖｅ
ｔｉｏｎｓ。ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，口ｔｈｒｏｔｔｌｅ－－ｔｙｐｅ
６ｅ拗ｅｅｎ ｓｔｅｐ
ｍｏｔｏｒｓ
ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ娜ｅｒ
ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ
ｃａｎ
ｎｏｔ
ｃｈ棚－ｔｇｅ ｔｈｅ ｄａｍｐｉｎｇ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｒｏａｄ
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ 文章编号：１００１－３９９７（２０１２）０５－０２２０－０３ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第５期 ２０１２年５月
可调阻尼式汽车减振器设计与试验研究
刘勺华１李彦１房亚，陈龙２
（，常州机电职业技术学院汽车工程系，常州２１３１６４）（２江苏大学汽车与交通工程学院，镇江２１２０１３）
万方数据
第５期
刘勺华等：可调阻尼式汽车减振器设计与试验研究 ％＝％＝…＝气＝ｑ
由式（７）可得：Ａ。－．Ａ．“２＋．．・“。
２２１ （８） （９）
３设计方案
为了方便实现节流口的改变，将节流口设计成如图Ｉ所示形 式．活塞杆设计成空心，通过直径较大的空心连接套与活塞组件连 接．连接套内安装楔形阀芯。阀芯懊形面与连接套上的小孔配合形 成一种可调节流口。当步进电机带动转轴前端的阀芯转动时，楔形 面与连接套上小孔的相对位置会发生变化，以此调节节流口过流面 积。而油液通过不同的节流口会产生不同的阻尼力，当节流口通流 面积增大时，减振器阻尼力将相应减小，当节流口通流面积减小时， 减振器阻尼力将相应增大，据此实现了阻尼力的可调控常胛。
ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ
｛ ｃｏｎｄｉ—ｌ ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｅｉｐｌｅ ｉｓ ｄｅ—ｉ
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ｛
ｃｕｅ
｝ｓｃｒｉｂｅｄ
ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｐｒｏｇｒａｍ ｏｆａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｄａｍｐｉｎｇｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ ｉｓ ｅｌａｂｏｒａｔｅｃＭｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｈｅ
式中：ｐ—减振器阻尼力；Ｃ—诚振器阻尼系数；卜诚振器的阻尼
特性指数；矿—减振器的工作速度。 根据工程经验。实际上减振器要受牯性阻尼的影响．ｆ值并 不那么严格，一般在近似线性计算时，ｉ取ｌ。在车用减振器中，为 了充分发挥弹性元件对冲击的缓和作用．同时保证良好的振动衰 减作用，一般取拉伸阻尼系数为压缩阻尼系数的（２０）倍。故有：
口亚卜 臣堕卜 口堕卜 厂磊丽卜
Ｉ里塑羔堕里卜—一
图３拉伸行程流量关系图
下腔
４．３压缩行程分析
根据并联Ｅｌ流量分析，可将压缩过程表示为图４，可调节流 口与流通阀、常通口、压缩阀、旁通阀为并联关系。在可调节流Ｅｌ 关闭时，流量关系满足：
｛ａＱ下腔以Ｑ雌必Ｑ惜
｛△Ｑ上腔＝Ｑ黼田＋Ｑ膏通口
ｌ△Ｑ｝皑增！＝：口匪螬一＋Ｑ劳运一
可调阻尼减振器工作原理，如图２所示。图中：ｐ—速度。由 图ｌ和图２可知，改进前后的减振器的主要区别是：在原活塞上 增加了可调节流口，用于对活塞的通流面积进行控制；将原活塞 杆做成空心，放置阀芯和连接步进电机的转轴；对一些密封和连 接部件进行了相应的调整。
图２司调阻尼减振器工作原理
４理论分析
４．１节流口关系分析
中图分类号：ＴＨｌ６，Ｕ４６３．３３文献标识码：Ａ
ａｎａｌｙｚｅｄＡｃ＿｛
１引言
行驶平顺性是车辆重要性能指标之一，悬架系统性能的优劣 直接影响车辆的行驶平顺性。可调阻尼减振器的研究主要集中在破 振器内部可调阻尼阀的设计、计算及其控制方面。目前在高档轿车 和改装车辆领域出现了—些技术工艺较成熟的可调阻尼减振器，但 价格较常用被动减振器昂贵许多，导致可调阻尼减振器未能得到大 规模应用。减振器与弹簧还有其他导向机构共同组成悬架总成，其 主要功能为吸收弹簧的弹性势能，衰减弹簧的振动，使车身能尽快 恢复平稳．而并不起支撑车身的作用。因悬架的弹簧冈ｑ度不易ｉ霹节， —般采用改变减振器阻尼的方式来实现悬架的半主动特性。改变减 振器阻尼方式有多种．性能也各有不同，对于液力减振器来说，可通 过改变油液的粘度系数和节流口面积来调节阻尼系数。目前改变油 液牯度系数的有电流变液减振器和磁流变液减振器：改变节流口面 积的有机械阻尼可调减振器、气体控制阻尼可调减振器、电磁阀控 制阻尼可调减振器和电机控制阻尼可调减振器争一。