1、I本科毕业论文（20 届）汽车双向液压减震器设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期II汽车双向液压减震器设计摘要为改善汽车行驶的平顺性，悬架中与弹性元件的并联安装减振器，为衰减汽车振动，汽车悬架系统中采用的减振器大多是液力减振器，其工作的原理是当车架(车身)和车桥间受振动出现相对的运动时，减振器内活塞上下移动，减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同孔隙流入另一个的腔内。此时孔壁与油液间摩擦和油液分子间内摩擦对振动形一种阻尼力，使汽车振动的能量转化为油液的热能，再由减振器吸收掉散发到大气中。在油液通道截面等因素不变时，阻尼力随车架与车桥(车轮)间的相对运动速度增减
2、，并与油液的粘度有关。发展到今天,减振器的结构有了很大的改变，性能也有了很大的提高。通过对减振器的发展历史和发展趋势深入了解，明确了设计这种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向作用双筒液压减振器。本文研究的主要问题如下：（1）对双筒式液压减震器的结构设计，结构的设计主要是确定减振器的类型、安装角度、布置形式和选用数量，这是进行尺寸设计的基础。（2）对双筒式液压减震器的尺寸设计，尺寸设计过程主要包括相对阻尼系数及最大卸荷力的确定，减振器工作缸、活塞、活塞杆、阀系及相关零部件的尺寸计算。（3）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
3、术标准。（4）对双筒液压减震器的结构进行优化设计，这主要是连接件的比较以及焊接工艺的优化。（5）对双筒液压减振器的三维模型建立，包括工作缸、活塞杆、活塞以及相关零件的模型建立，和装配方法。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：液压式 , 减振器 , 优化 , 阻尼系数 IIITwo-way hydraulic shock absorberABSTRACTThe shock absorber is an important constituent of automobile suspension; it has
4、 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
5、 absorber which is applied to the suspension of the compact car. The main problems discussed in this paper are as follows:（1）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
6、 selecting, these are the foundation of the designing of the sizes.（2）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
7、, valve and related spare parts.（3）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.（4）The optimization design to the structure of the gasific
8、ation type shock absorber, which mainly concludes the comparison of connected pieces and optimization of the welding process. （5）The building of the three-dimensional model of the gasification type shock absorber. It includes the building of the work-cylinder, piston, rod and the relevant parts of t
9、he model, and assembly methods.In this paper, the results of research has important theoretical and practical significance on the shock absorbers further study, the optimal scheme which put forward in this paper has provided the certain theoretical basis for the manufacturing of the reality producti
10、on.Key words: Type，Shock Absorber ，Optimization，Damping FactorIV目 录汽车双向液压减震器设计 ITwo-way hydraulic shock absorber II第 1 章 绪论 11.1 选题的目的和意义 11.2 减振器的发展历史 11.3 双筒式减振器国内外发展状况和发展趋势 21.4 研究的主要内容及方法 4第 2 章 减振器的类型和工作原理 52.1 减振器类型 52.2 减振器工作原理 62.3 双筒式液压减振器的工作原理及优点 72.4 本章小结 8第 3 章 双向作用双筒式液压减振器的设计 93.1 双向作用双
11、筒式液压减振器的设计参数 93.2 双向作用双筒液压减振器的外特性与设计的原则 103.2.1 汽车悬架与减震器的匹配与减震器的放置 103.2.2 双向作用双筒式液压减振器的外特性 103.2.3 双向作用双筒式液压减振器的外特性设计原则 123.3 双向作用双筒式液压减振器参数和尺寸的确定 123.3.1 双向作用双筒式液压减振器相对阻尼系数的确定 123.3.2 双向作用双筒式液压减振器阻尼系数的确定 153.3.3 最大卸荷力的确定 163.3.4 减振器工作缸直径 D 的确定 173.3.5 双向作用双筒式液压减振器活塞行程的确定 173.3.6 液压缸壁厚、缸盖、活塞杆和最小导向长
12、度的计算 183.3.7 液压缸的结构设计 263.3.8 活塞及阀系的尺寸计算 273.3.9 密封元件和工作油液的确定 303.4 本章小结 33第 4 章 双筒液压减振器的结构优化 344.1 双筒液压减振器连接件的优化 344.2 双筒液压振器焊接方法的优化 374.3 本章小结 37第 5 章 运用 proe4.0 对双向作用双筒液压的主要零件进行绘制 38V5.1 部分零件的三维造型 385.1.1 工作缸三维造型 385.1.2 活塞三维造型 395.1.3 活塞杆三维造型 405.1.4 底阀三维造型 415.1.5 防尘罩三维造型 415.2 双向作用双筒式液压减震器装配图
13、42结束语 44参考文献 45致 谢 461第 1 章 绪论1.1 选题的目的和意义本课题研究的是汽车双向液压减震器，通过调研和查阅相关资料文献，掌握汽车双向液压减震器主要用途和工作原理。应用所学相关基础知识和专业知识，分析双向液压减震器结构、载荷，对主要受力件强度进行计算分析，应用 CAD 三维造型或二维设计技术完成课题总成和关键零件结构设计和计算说明书，按照学校要求编写毕业设计论文减震器(Vibration Damper) ，减震器主要用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击。在经过不平路面时，虽然吸震弹簧可以过滤路面的震动，但弹簧自身还会有往复运动，而减震器就是用来抑制这种弹簧跳跃
14、的。减震器太软，车身就会上下跳跃，减震器太硬就会带来太大的阻力，妨碍弹簧正常工作。在关于悬挂系统的改装过程中，硬的减震器要与硬的弹簧相搭配，而弹簧的硬度又与车重息息相关，因此较重的车一般采用较硬的减震器。与引震曲轴相接的装置，用来抗衡曲轴的扭转振动(即曲轴受汽缸点火的冲击力而扭动的现象)为加速车架与车身振动的衰减，以改善汽车的行驶平顺性（舒适性）,在大多数汽车的悬架系统内部装有减震器。汽车的减震器是悬挂系统的总程，是由弹簧和减震器共同组成的。减震器并不是用来支持车身的重量，而是用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡和吸收路面冲击的能量。弹簧起缓和冲击的作用，将“大能量一次冲击”变为“小能量多次冲击”
15、，而减震器就是逐步将“小能量多次冲击”减少。如果你开过减振器已坏掉的车，你就可以体会汽车通过每一坑洞、起伏后余波荡漾的弹跳，而减振器正是用来抑制这种弹跳的。没有减振器将无法控制弹簧的反弹，汽车遇到崎岖的路面时将会产生严重的弹跳，过弯时也会因为弹簧上下的震荡而造成轮胎抓地力和循迹性的丧失。通过此次设计可以使我掌握双向液压减震器的结构及工作原理，了解零部件材料及制造、热处理工艺和双向液压减震器的失效模式，总结设计取到的效果与体会1.2 减振器的发展历史2世界上第一个有记载的、比较简单的减振器是在 1897 由两个姓吉明的人发明的。他们把橡胶减震块和叶片弹簧的端部相连，当悬架杯完全压缩的时候，橡胶减
16、振块碰到连接在汽车的大梁上的一个螺栓,产生止动。这种减振器在很多现代汽车的悬架上仍有使用，但其减振效果很小。1898 年第一个适用型的减振器由一个法国人特鲁芬研制出来并安装到摩托赛车上。该车的前叉悬置于弹簧上，同时与一个摩擦阻尼件相连，以防止摩托车的震颤。1899 年，美国汽车哈特福特意识到这种阻尼件跨越应用到汽车上。第二年他制成了特鲁芬摩托阻尼件的变形结构，并把它装到哈德福特的乌兹莫别汽车上。它是一副用铰链连接在一起的杠杆，该汽车上的第一个减振器再铰链轴处装有橡胶垫，一个杠杆臂与车架连接，而另一个用螺栓与叶片弹簧连接。螺栓安装再铰链结点，能够通过调节通过对减振器的结构进行改变摩擦阻力的大小，
17、从而得到所需要的缓冲程度。因此它们的设计的部件不仅仅是第一个汽车缓冲器，而且也是第一个“可调”减振器。哈特福特把装有这种减振器的汽车弄回到美国后不久，在新泽西城州的泽西城开办了一个哈特福特悬架公司。随后该减振器与前轮螺旋弹簧一起被安装到 1906 年生产的布鲁舒小型轻便汽车上。从此以后，减振器的结构发生了几种新的发展。加布里埃尔减震器它是由固定在汽车大梁上的罩壳和装再其里面的涡旋形钢带组成，钢带通过一个弹簧保持其张力，钢带的外端与车桥轴端连接，以限制由振动引起的弹跳量。弹簧式减振器这是加到叶片弹簧上的一种辅助螺旋弹簧。由于每一个弹簧都有相同的谐振频率，它们趋向于抵消各自的震颤，但同时也增大了悬
18、架的刚性，所以很快就停止了使用。以及后来的空气弹簧和液力弹簧。1.3 双筒式减振器国内外发展状况和发展趋势减振器壳体内的油液便反复的从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身与车架的振动能转化为热能，被油液和减振器壳体所吸收，然后散到大气中。减振器的阻尼力的大小随车架和车桥相对速度的增减而增减，并且与油液的粘度有关。要求减振器所用油液的粘度受温度变化的影响尽可能小，且具有抗汽化、抗氧化以及对各种金属和非金属零件不起腐蚀作用等性能。 由于减振器的阻尼力越大，振动消除得越快，但却使并联的弹性元件的作用不能充分发挥；同时过大的阻尼力
19、还可能导致减3振器连接零件及车架损坏。为解决上述问题对减振器提出以下几种要求： 1.在悬架压缩行程（车桥和车架相互移近的行程）内，减振器的阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性老缓和冲击。 2.在悬架伸张行程（车桥与车架相互远离的行程）内，减振器的阻尼力应较大，以求迅速减振。 3.当车桥（或车轮）与车架的相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。双向筒式减振器一般都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。所以其具有 4 个阀，其中流通阀
20、和补偿阀是一般的单向阀，其弹簧很若。当阀上的油压作用力与弹簧力反向时，只要有很小的油压，阀便开启。而压缩阀和伸张阀则是卸载阀，弹性较强，预紧力较大，而只有当油压升高到一定程度时，阀才能开启；而当油压降低到一定程度时，阀即自行关闭。双向作用筒式液力减振器在悬挂的压缩和伸张两个行程内均能起到减振的作用。 充气式减振器也是运用较多的减振器。充气式减振器又称为单筒式减振器，其缸筒下部装有浮动活塞，工作原理与双筒式液力减振器类似。其优点是减少了一套阀门系统，仅有压缩阀和伸张阀，结构得到简化，浮动活塞下方构成的密闭气室内充有高压气体，可减少高频震动。其缺点是对油封密闭性要求搞，充气工艺复杂，在缸体变形时，
21、减振器即失效，不能修理，只能更换。现代汽车大部分都装有减振器，且减振器和弹性元件是并联安装的。现今汽车大部分采用的是液力减振器。液力减振器的作用原理是当车架与车桥作往复相对运动时，减振器中的活塞在钢筒内也做往复运动，于是正在成为主流减振器的是阻力可调式减振器，特别是电子控制式减振器，其可通过传感器检测行驶状态，由计算机计算出最佳阻尼力，使减振器上的阻尼力调整机构自动工作，通过改变节流孔的大小等方式来调节减振器的阻尼力。 汽车行驶的平顺舒适性和操纵稳定性是衡量悬挂以及减振性能好坏的主要指标，但这两个方面是相互排斥的性能要求，因此要在操纵性和舒适性之间取得理想的最佳点是比较困难的。特别是在车辆进弯
22、和出弯时，车身重量转移的速度会影响操控的平衡，这种影响会持续到重量转移完成，而车身重量转移的速度是由减振器所控制的，改变减振器在压缩和拉伸行程的软硬度可改变车身重量转移速度。减振器越硬，重量转移速度越快，重量转移越快，则汽车的转向反应越好，但随之也降低舒适性。因此，未来理想的减振阻尼既能满足平4顺性要求又能满足操纵稳定性要求。大多数汽车会采用阻尼较软且价格相对便宜的减振器，以降低成本并获得普通驾驶状态下的柔软舒适的感觉，但在剧烈驾驶状态下，这类减振器就无法胜任。要想获得高速驾驶的操控感觉，就需要采用阻尼较硬、品质较好且能与弹簧充分配合的减振器。 总之，未来优秀的减振器应该具有以下特点：有高精密
23、度的柱栓，密闭性良好的油封，高品质的阻尼油（优质的阻尼油是阻尼衰退及气泡现象的治本之道） ，填充高压气体的气室设计，当然，最好是可调式的。1.4 研究的主要内容及方法1）掌握双向液压减震器的结构及工作原理。绘制结构简图和原理简图；2）了解零部件材料及制造、热处理工艺；3）了解双向液压减震器的失效模式；4）制作双向液压减震器的装配总图；5）对双向液压减震器及关键零件结构进行计算分析，重点是对失效件的分析；6）编写毕业设计论文，总结设计取到的效果与体会，提出自己的论点和改进建议等。设计一种用于微型汽车并且符合技术要求，具有很好经济性与实用性的双向作用双筒液压式减振器。通过大量的社会实际调查研究和图
24、书馆资料的查阅，设计计算以及雷老师的指导下，一一按照任务书上的要求最终完成设计工作。在设计过程中参考国内外有关的文献资料以及借鉴相关企业产品，预期设计的产品能够符合理论设计要求，各项技术的指标符合要求，并且将生产的成本降到最低。5第 2 章 减振器的类型和工作原理2.1 减振器类型悬架中最常用的减振器类型是内部充有液体的液力减振器。当汽车车身和车轮振动时液力减振器内的液体在流过阻尼孔时的摩擦与粘性液体的摩擦共同形成了振动阻尼，将振动能量转化成热能，并散发到空气中去，以达到迅速衰减振动的目的。如果能量消耗仅仅只是在压缩的行程或者只是在伸张的行程中进行，则把这种减振器称为单向作用的减振器；反之称为
25、双向作用的减振器。双向作用减震器因为减振作用比单向作用减震器好而得到广泛应用。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。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。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
26、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。按结构角度划分，减震器的结构是带有活塞的活塞杆插入筒内，在筒中充满油。活塞上有节流孔，使得被活塞分隔出来的两部分空间中的油可以互相补充。阻尼就是在具有粘性的油通过节流孔时产生的，节流孔越小，阻尼力越大，油的黏度越大，阻尼力越大。如果节流孔大小不变，当减震器工作速度快时，阻尼过大会影响对冲击的吸收。因此，在节流孔的出口处设置一个圆盘状的板簧阀门，当压力变大时，阀门被顶开，节流孔开度变大，阻尼变小。由于活塞是双向运动的，所以在活塞的
