车用液压减震器的设计与仿真分析Word格式文档下载.docx

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Itispresentedinthepaperatwo-wayroleoftheshockabsorbertubewhichisusedfortheurbanroadinChina.Theshockabsorbersisanimportantpartoftheautomobilesuspensionsystem.Itcanslowdownthevibrationimpactinducedbytheunsteadyroadsurfacetoensurethecomfortdegreeindriving.

Themathematicalmodeisestablishedbasedontheanalysisofoperatingprincipleofautomotivehydraulicshockabsorbers.Accordingtothestructureofthemotorvehicle,someparametersaredetermined,suchasblowoffpoint.Then,simulationsystemmodelissetupbasedonthemathematicalmodethroughMATLAB/Simulink.AndthenwedesignwholeShockabsorbermodel.Finally,wesimulateandanalyzesomemajorparametersofthedampingsystem.

Keywords:

Shockabsorber,Simulation,Mathematicalmodel,Dampingcharacteristic

II

目录

1绪论 1

1.1本设计的目的及意义 1

1.2减震器国内外发展状况 1

1.3主要研究内容 3

2减震器各个部分模型分析和构建 4

2.1减震器结构及工作原理 4

2.2模型构建的前提条件和要求 5

2.3减震器各个阀系的模型与分析 6

2.4各个阻力模型分析和构建 16

2.5阀片刚度计算的分析 16

2.6若干模型构建过程中的细节（开阀点、限位高度、温度） 19

2.7章内小结 20

3基于Matlab/Simulink的减震器仿真模型建立 21

3.1仿真工具简介 21

3.2减震器仿真流程图 22

3.3减震器各个仿真模型 23

3.4本章小结 30

4摩托车后减震器的仿真结果分析 31

4.1减震器仿真性能 31

4.2减震器各个参数对阻尼特性影响 34

5全文总结及展望 37

参考文献 38

1绪论

1.1本设计的目的及意义

在机动车发展过程中，人对于机动车的认识不断提高，从一项简单的代步工具慢慢演化出各种高品质的要求，如机动车的动力性能、适程度、在陡峭路面的平稳性能、油性能等各种性能。

作为机动车重要配件的减震器，也要紧跟机动车发展的步伐，这就为减震器的更新发展带来了挑战。

汽车在路面上行驶，不可能绝对的平坦，由于路面的不平整必然导致汽车车体振动，这就极大的影响了汽车的舒适性，使乘车人员感到不适，减震器就是为了减小振动带来的影响而产生的，不仅仅如此，减震器还具备了以特点：

衰减振动，提高平顺性；

货物不易损坏和乘车人员不易疲劳，提高舒适性；

低对相关零件冲击载荷减少磨损，提高使用经济性；

改善轮胎接地性抑制行驶跳动，提高安全性；

车辆在急加速、刹车、转弯时，提高操作稳定性。

本文所要研究的减震器是双筒式液压减震器，该减震器类型有成本低、寿命长、质量轻等优点，广泛应用于各种机动车上，而减震器的关键特性就是其阻尼特性，这是判定一个减震器性能好坏的直接条件。

由于科技进步和计算机软件的发展，软件的数学建模仿真在各种领域起到至关重要的作用，它可以使整个设计过程周期变短，成本降低，因此本设计也是通过Matlab/Simulink这一计算机软建立减震器阻尼模型并对这一模型进行仿真模拟和分析。

1.2减震器国内外发展状况

在机动车发展的开始，车速是很慢的，所以对于机动车本身，人对它的要求很简单，仅仅可以驾驶即可，所以机动车起初没有减震器，而只是装有弹簧，在陡峭的路面，弹簧吸收能量变形，之后再化为动能释放，缓解路面带来的抖动，但弹簧只是起到延时动能的作用，如果没有消振的系统，那么机动车会上下运动，这就导致了初期机动车受到路面一次振动后，在之后的行驶中仍然上下抖动不停，使人感到极其不适应。

之后由于汽车没有减震器，人们开始觉得在驾驶过程中很不舒适，于是人们想到了在车体上加装阻尼器，来缓解路面导致的颠簸，于是最初的减震器诞生了。

起初的减震器很简陋，外形也很奇特，主要靠摩擦片和轴销的预紧力来产生阻力以缓冲振动，但是动、静摩擦因数的不同导致这种减震器性能极差，与

此同时这种减震器的耐久性也很差，使用时间很短。

在1908年，世界上第一个液压减震器诞生，制造者是Handoille 。

时至今日，减震器的发展已经经历了一百多年，减震器技术取得了长足进步，根据不同的需求，也发展出各种各样的类型，成为机动车必备的重要部件，总之，减震器已经成为了一个重要的专业行业。

减震器的发展过程中，由于不同的工作要求，减震器发展出了各种各样的

类型，常见类型主要有：

单筒式减震器、双筒式减震器（均有充气和液压两种）、旁路式减震器、阻尼可调式减震器、双重减震器、蓄能式减震器。

下面简单介

绍几种减震器：

（1）单筒式减震器：

单筒式顾名思义，它只有一个缸体，较为常见的单筒式缸体内主要填充氮气，压强约为2.5Mpa。

这种减震器有两个活塞，上活塞产生阻尼力，下活塞分离油液和气体。

减震器优点：

1）质量轻，可降低载重量。

2）因为是单筒，所以散热较一般的减震器较优秀。

减震器缺点：

1）缸体尺寸较长，不适用大多数机动车。

2）缸体内气体压强很高，容易泄漏。

（2）阻尼可调式减震器：

阻尼式的特点是阻尼可以根据路面情况要求来调节阻尼。

由于阻尼可调的方法有很多种，所以阻尼可调减震器又可分为机械调节，电流调节，磁流调节，速度加速度调节等类型。

下面简单介绍这几种调节：

机械调节：

它主要是对整个减震系统的各种零部件结构进行一些可调节的设计，通过这种办法满足路面需求，这种调节有自动式和人工手动两种，它的优点是结构简单，成本低。

而缺点是调节后的效果很不理想。

电流调节、磁流调节：

电流调节和磁流调节的原理是通过改变电场和磁场来改变减震油的粘度等特性来改变阻尼特性，这种调节方式还在国内外的研究中，距离投入实际应用还有一定的距离，优点是精确和调节效果理想，缺点是减震油可靠程度和成本过高。

（3）双通液压式减震器：

双通液压式是现今大部分机动车体上最常用的减震器类型。

它是减震器类型中的典范，它有压缩阀、流通阀、复原阀、补偿阀和上腔下腔储油腔组成。

双筒，顾名思义，它由两个缸体组成，即储油缸和工作压缩缸。

它的优点是：

1）制造简单，结构合理2）尺寸大小相对合适，可安装在大多数车体3）性能稳定，可适用大范围的阻尼要求。

因为以上种种优点，它得到了广泛应用，但是它也有很多不足之处，例如，在较差得路面情况中，

39

它表现的会比较差强人意，舒适性大大降低，产生响声。

为此，减震器缸体中冲入气体成了一个主要的解决此类问题的方法。

（4）旁路减震器、双重减震器、蓄能减震器：

这几种减震器都还在研发过程中，而且大部分此类减震器都是满足特殊的需求，国内没有此类减震器投入生产。

1.3主要研究内容

本文主要使用了SDH125的减震器参数，通过运用液压动力学和材料力学的相关知识，对该车的减震器进行数学建模和仿真分析，并且得到仿真分析示功图。

设计需要满足以下要求：

（1）在投入使用过程中保证其性能的稳定可靠；

（2）可以满足常用路面的性能要求；

（3）有合格的使用时长；

（4）具有一般的舒适性。

减震器系统中，流通阀和补偿阀是一般的单向阀，其预紧力较小。

当阀上的压差足够时，只要很小的油液速度，阀便能开启；

压缩阀和伸张阀是卸载阀，其预紧力较大，只有压差达到一定程度时，阀才能开启。

根据以上要求，本文设计的基本步骤有：

（1）分析车体减震器和各个系统结构的工作原理，为分析和建立数学模型做好充分准备工作。

（2）总结了解减震系统中各个阀系的工作原理和过程，并准确的给出各个阀系的数学模型，之后经过具体数学分析给出Simulink模块模型。

（3）通过对阀片的分析了解，运用材料力学的相关知识，对各个阀系的阀片等工作零件进行开度的分析并建立数学模型，进行分析。

（4）在Simulink中运用相关知识连接相关的模块，建立综合模型，生成示功图。

（5）通过建立的仿真模型，分析各个参数对阻尼特性的影响，分析减震器系统的优化。

2减震器各个部分模型分析和构建

2.1减震器结构及工作原理

本设计要研究的是摩托车后减震器，它采用的减震器类型是双筒式液压减震器，本减震器主要有四阀（压缩阀，补偿阀，流通阀，复原阀）三腔（上腔，下腔，储油腔）和活塞杆等结构组成，如图2.1。

减震器主要通过阻尼小孔和阀片弹性产生的节流作用从而产生的阻尼力来衰减振动从而达到减震作用。

图2.1双筒式液压减震器原理示意图

减震器的工作过程主要有两个：

压缩行程，复原行程。

下面简单介绍两个工作过程：

复原行程：

即减震器活塞相对于油腔往上运动如图2.2，复原行程发生于车体进入凹坑或离开凸起时。

此时油液有两部分，其中一部分，从上腔经活塞上的阀流入下腔，另一部分由储油腔经底阀流入下腔。

因为开始时油液压力不足以打开阀系的阀片，所以分为开阀前和开阀后两个过程。

活塞处开阀前，上腔油液先流过复原孔，然后通过活塞垫片的原缺口流入下腔（压力为Pfy1，Pfy2）；

开阀后，上腔油液从复原孔通过垫片由油压作用产生的缝隙进入下腔（压力为Pfy3，Pfy4）。

底阀阀系处开阀前，储油腔油液从底阀阀系的垫片缺口经过底阀阀系的阻尼孔流进下腔（压力为Pbc1，Pbc2）；

开阀后，储油腔油液从底阀阻尼孔通过底阀垫片由油压作用产生的缝隙进入下腔（压力为Pbc3，Pbc4）。

压缩行程：

即减震器活塞相对于油腔往下运动如图2.3，压缩行程发生于车体离开凹坑或进入凸起时。

此时油液有两部分，其中一部分，从下腔经活塞上的阀流入上腔，另一部分由下腔经底阀流入储油腔。

因为开始时油液压力不足

以打开阀系的阀片，所以分为开阀前和开阀后两个过程。

活塞处开阀前，下腔油液先流过活塞垫片的原缺口复原孔，然后通过复原孔流入上腔（压力为Plt1，Plt2）；

开阀后，下腔油液从复原孔通过垫片由油压作用产生的缝隙进入上腔（压力为Plt3，Plt4）。

底阀阀系处开阀前，下腔油液从底阀阀系的阻尼