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[车辆工程] 车用减振器的发展情况及其常用结构和工作原理

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发表于 2018-4-16 10:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  减振器发展
  1. 减振器作用概述
  汽车行驶的路面不可能绝对平坦,必然会产生振动,这种持续的振动易使司乘人员感到不舒适和疲劳,而减振器正式为了迅速衰减振动而设计的。但减振器的功能决不仅仅是衰减振动,其对整车综合特性的影响如下:
    · 迅速衰减由路面传递给车体的振动,提高行驶平顺性。
    · 使司乘人员不易疲劳货物不易损坏,提高乘座舒适性。
    · 降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高速行驶跳动,提高行驶安全性。
    · 车辆在急加速、急刹车、急转弯时,提高操作稳定性。

  2. 减振器的发展
  1885年德国工程师卡尔·奔驰(Karl Benz)设计制造了一个单缸四冲程内燃机和一辆三轮汽车,在1886年1月29日申请并获得了专利,这一天被后人称为现代汽车诞生日。这个专利证明了卡尔·奔驰(Karl Benz)是汽车的发明者。1886年德国工程师哥特里布.戴姆勒(Gottlieb Daimler) 将自制单缸四冲程内燃机装在一辆改装的马车上,也制成了汽车。奔驰和戴姆勒二人创办了自己的公司,开始小批量生产内燃机和汽车。他们二人首先把汽车与工业生产联系在一起,并把汽车推上了历史舞台,这是具有划时代意义的功绩。
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  卡尔·奔驰(Karl Benz)设计制造的全球第一辆三轮汽车
  汽车诞生后,最初的车速很慢,人们对它的也没有什么特殊的要求,在上世纪初,汽车没有安装减振器,只是安装有弹簧,当路面对轮子的冲击力传到螺旋弹簧时,螺旋弹簧产生变形,吸收轮子的动能,转换为螺旋弹簧的位能(势能),从而缓和了地面的冲击对车身的影响。但是,螺旋弹簧本身不消耗能量,储存了位能的弹簧将恢复原来的形状,把位能重新变为动能。如果单独使用弹簧而没有消振元件,一些轻型汽车就会像杂技演员跳“蹦蹦床”一样,受到一次冲击后连续不断地上下运动,会使乘员感到不舒适。
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  初期的汽车显然很不舒服,后来人们觉的应该加个阻尼器,以消除这种反复不停的振动。于是,减振器诞生了。
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  上图是上世纪初的一款车型,右图是这个车上安装的减振器,形状非常奇怪,这种减振器不是我们现在的液压减振器,有两个臂,臂上带有摩擦片,靠销轴将两臂连接起来,靠拧紧或者放松销轴来产生所需要的摩擦阻力。这种减振器的缺点相当大,这是由于动摩擦系数和静摩擦系数的不同,导致减振器在最不需要的时候,它却处于静止状态,而此时的摩擦力又恰恰最大,这种减振器耐久性也很差,容易损坏。

  1908年,Handoille设计出了第一个实用的液压减振器,经过一百年的发展,减振器无论从理论上还是从制造上都已经非常成熟,已经发展成为一个非常专业的行业,根据需要形成了各种各样的专门的结构,液压结构的减振器取得了长足的发展,减振器成为汽车中重要的零部件之一,也由此诞生了众多的减振器制造厂商,下面是一种减振器安装图。
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  减振器分类
  1. 概述
  在减振器的发展过程中,为满足不同的需要,人们设计了各式各样结构的减振器,比较常见的主要有以下几种结构:
    · 单筒减振器
    · 旁路减振器
    · 蓄能减振器
    · 双重减振器
    · 阻尼可调式减振器
    · 双筒减振器(包括双筒充气式减振器)

  当然,减振器的类型不止这几种。目前我们中意减振器公司主要生产双筒减振器和双筒充气式减振器,下面先简单介绍一下其它结构形式的减振器。然后再着重对双筒减振器进行介绍。

  2. 减振器类型介绍:

  (1) 单筒减振器
  这种减振器只有一个缸,一般要充有高压氮气(2.5Mpa左右)。缸内有两个活塞,安装在连杆上的活塞用于产生阻尼力,下面的活塞为浮动活塞,用于分离减振液和高压气体。
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  其优点是:减振器可以颠倒安装,而不会影响其性能,由于其质量轻,所以可以降低非簧载质量。另外,由于减振器也和外界只隔着一层缸体,所以,散热性能比较好。

  其缺点是:需要较长的尺寸,很难在一般车辆中采用;内部的高压气体容易损坏零件,密封性要求高。

  (2) 旁路、蓄能、双重减振器
  这几种减振器是国外厂家生产的,以适应特殊的需要,在国内,还没有看到哪个厂家生产。
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  双重减振器
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  旁路减振器
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  蓄能减振器

  (3) 阻尼可调减振器
  前面我们介绍主动、半主动悬架时,曾经提到过阻尼力的调整,其中用到的减振器则是阻尼可调式减振器。

  我们知道,汽车的舒适性和可操作性永远是相互矛盾的。而传统的液压减振器只能满足一方面的需要,而对另一方面的需要却要牺牲一些。可调式减振器的性能可以根据路况的需要进行调节,这类减振器代表着减振器的发展方向,目前国内外进行这方面研究的也特别多。
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  根据调节原理不同,阻尼可调式减振器的类别比较多,有机械结构式、速度型、加速度型、磁流变、电流变等,由于调节其原理不同,产生的效果也大不相同。

  机械式结构主要是通过在减振器的工作缸、复原阀系或压缩阀系等零部件上进行一些特殊设计,以满足调节阻尼力的要求。可自动进行调节,也可靠人工干预进行调节;但调节效果不十分理想,由于结构相对简单、成本相对也比较低,目前已经有一些车型在使用这种调节方式的减振器。

  电流变和磁流变是在液体介质上施加一定强度的电流场或磁流场,改变介质的粘度,以达到改变阻尼力的目的。目前,这类研究在国内外都比较热门,但离实用还有一定的距离,面临的困难是介质的可靠性以及批量使用的经济性。

  阻尼可调式减振器中,有的是根据速度的变化作为触发信号产生阻尼力,根据触发信号的不同,可分为速度型及加速度型。

  (4) 双筒液压减振器(双筒充气式液压减振器)
  这是目前最常见、最典型的减振器,一般有复原阻力和压缩阻力,又称为双向作用的减振器,由于其制造相对简单、结构紧凑、性能稳定、能满足大范围内的阻尼力要求,所以得到最为广泛的应用,目前大多数车辆上都装有这种形式的减振器。
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  所谓的双筒,是指工作缸和储油缸,活塞在工作缸内运动,储油缸用于储存减振器油,大多数情况下具有复原阀和压缩阀,在要求不高的情况下,也有不需要压缩阀的结构,称为单向减振器,这种结构不再单独讨论。

  双筒减振器也有缺点,在比较差的路面上,若复原过程中减振器油补充不充分,会造成压缩过程缺油,产生异响、舒适性降低等缺陷。为了解决这个这个问题,便产生了双筒充气式减振器,在减振器内充入氮气(0.5~1Mpa左右),使得在复原过程中减振器油得到充分补充,以解决上述缺陷。以下若不作特殊说明,所说的减振器均是该结构形式的减振器。

  减振器结构
  1. 世界典型双筒式减振器总体结构
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  2. 世界典型双筒式减振器封口结构
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  3. 世界典型双筒式减振器设计主参数
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  4. 世界典型双筒式减振器阀系结构
  (1) 活塞组件结构
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  (2) 活塞组件展开图
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  (3) 底阀组件结构
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  (4) 底阀组件爆炸图
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  本文摘录自吉林大学汽车工程学院陈鑫教授的《汽车减振器结构和工作原理》讲义

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