摩托车用液压阻尼减震器设计及建模Word格式.docx
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确定液压阻尼减振器设计总体原则。
3.4月16日〜4月27日:
液压阻尼减振器结构设计。
4.4月28FI~5月20H:
丄作缸、活塞、活塞杆、阀系以及相关零部件的设计计算。
5.5月21日〜5月28日:
三维建模,撰写毕业设计论文。
6.5月30日〜5月31日:
答辩
四、主要参考资料(包括书刊名称、出版年月等):
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系(教研室)主任:
(签章)
年月曰
学院主管领导:
摘要
作为车辆悬架结构当中的重要阻尼部件之一,减震器为人们在驾乘摩托车的过程当中,吸收道路不平度产生的震动能量,对保障安全、舒适性起了重大作用。
它是有别于采用充气式轮胎来减缓行车颠簸的另一种装置。
能否合理设计其结构参数,使之能够得到预想的性能将会直接影响到车辆行驶的平稳性以及驾乘人员的舒适性与安全性。
随着汽车产业的兴起与高速公路的迅猛发展,人们对行车的安稳性也提出了更高的要求,各国对减震器质量与种类的研制开发工作投入了更大的力量和资金。
发展到今天,减震器结构复杂,形式多样。
根据其工作介质可以分成如下几类:
弹簧式减震器、气簧式减震器、气液组合式减震器、充气式减震器以及液压阻尼式减震器等。
由于液压阻尼式减震器结构简单,加工制造成本低廉,被广泛运用于汽车摩托车以及其他机械产品的生产制造当中。
本文还要运用软件对设计的减震器进行三维建模,模拟其装配过程。
现如今,被广泛运用的三维软件有很多,比如3DMAX,RHINO,MAYA,CATIA,UG,CAD等。
其中,3DMAX可用于平面设计及动画;
而MAYA则比较高级,常用来制作电影特效和动画制作;
UG则被广泛应用于汽车制造行业。
此次项目将采用Pro/E对减震器进行三维建模并仿真装配。
关键词:
摩托车;
减震器;
液压阻尼;
设计参数;
三维建模
Abstract
Vibrationenergyasoneamongtheimportantvehiclesuspensionstructuredampingcomponents,shockabsorbersforpeopletorideamotorcycleintheprocess,absorbroadroughnessgenerated,andtoensurethesafety,comfortplaysamajorrole・Itisdifferentfromtheuseofinflatabletirestoslowdownthebumpyroadofanotherdevice・Canrationaldesignofitsstrueturalparameters,sothatitcanachievetheanticipatedperformancewilldirectlyaffectthecomfortandsecurityaswellasstabilityofthevehicle'
soccupants・
Withtherapiddevelopmentoftheautomotiveindustryandtheriseofthehighway,drivingpeopletothecalmisalsoputforwardhigherrequirements,thequalityandtypeofshockabsorberStatesresearchanddevelopmentworkintoagreaterpowerandmoney.Developmenttoday,shockabsorberscomplexforms・Accordingtoitsworkingmediumcanbedividedintothefollowingcategories:
springshockabsorbers,gasspringsshockabsorbers,gas-liquidmodularshockabsorbers,gas-filledshockabsorbersandhydraulicdampingshockabsorbersandsoon.Becauseofthesimplestructureofthehydraulicshockabsorberdamping,lowmanufacturingcosts,iswidelyusedincarandmotorcyclemanufacturing,andothermechanicalproductswhich・
Inthispaper,butalsotousesoftwaredesignedshockabsorbersforthree-dimensionalmodelingtoSimulatetheassemblyprocess・Now,arewidelyusedthree-dimensionalsoftwaretherearemany,suchas3DMAX,RHINO,MAYA,CATIA,UG,CADandsoon.Which,3DMAXcanbeusedforgraphicdesignandanimation;
whileMAYAismoreadvanced,usedtomakeamoviespecialeffectsandanimation;
UGwerewidelyusedintheautomobilemanufacturingindustry・TheprojectwillusePro/Eforthree-dimensionalmodelingandsimulationoftheshockabsorberassembly.
Keywords:
motorcycle;
shockabsorber;
hydraulicdamping;
designparameters;
dimensionalmodeling
第一章绪论1
1.1选题的目的和意义1
1.2国内外研究现状1
1.3减震器设计的未来发展趋势展望2
1.4研究的主要内容及方法3
第二章减震器数学模型的建立5
2.1摩托车减震器的工作原理5
2.2减震器的振动模型6
2.3减震器示功图分析8
2.4实测示功图分析8
第三章液压减震器的结构设计11
3.1减震器的主要零件结构参数11
3.1.1工作缸径D11
3.1.2贮油筒直径回11
3.1.3减震器基长L12
3.1.4工作行程S12
3.2摩托车减震器主要零件的结构设计13
3.2.1弹簧的结构尺寸设计计算13
3.2.2减震弹簧按实际工作状态绘图的优点17
3.2.3减震器减震杆17
3.2.4活塞环18
3.2.5贮油筒设计22
3.2.6导向套设计23
3.2.7油封23
第四章减震器的三维建模与装配仿真26
4.1减震器各零件的三维图绘制26
4.2摩托车减震器的装配模拟32
总结36
致谢37
参考文献38
第一章绪论
1.1选题的目的和意义
作为车辆悬架结构当中的重要阻尼部件之一,减震器为人们在驾乘摩托车的过程当中,吸收道路不平度产生的震动能量,对保障安全、舒适性起了重大作用。
它是有别于采用充气式轮胎来减缓行车颠簸的另一种装置⑷。
根据减震器安置地点的差别可以分成两大类别一一前减震器和后减震器。
前•减震器,对车轮、摩托车体之间的所有设备的通用术语。
它的主要功能是降低前轮途经障碍遭受冲击之后传递到车架的冲击载荷与震荡。
按照它的结构组成,能够分成两大类——下拉杆式和套筒式⑵。
经由对各类摩托车前减震器的研究与开发,时至今日,摩托车前置减震器普遍采用套筒式。
按照减震器的结构,后液力减震器可以分为单筒式和双筒式,但是相比于单筒减震器,双筒减震器的结构更佳合理,能够保证其工作的持久性和稳定性,所以当前后减震器是以双筒减震器为主。
近年来,伴随路况的逐渐改善,车辆速度的增大,在车辆的乘骑舒适性和行驶平顺性方面,人们也提出了更加苛刻的要求。
以往设计时,参数的制定多依赖于设计者的经验。
之后反复进行测试实验,不断地修改参数值,直至达到预计要求为止。
一般使用的方式是把不同结构参数的减震器安设在原本想要装备的机车之上,经过专业试车员不断进行实车驾驶测试检验并评价。
依靠这种方式,一方面设计耗资大、耗时长,另外一方面结果也很难获得最为优化的减震器特性。
自19世纪末页,世界上第一台摩托车,经山德国工程师戴姆勒发明(虽然由于技术的不成熟,行车速度只有12km/h,并没有使用价值)战,摩托车产业在世界兴起。
上世纪20年代初,世界上出现了在现实意义上具有使用价值的简易减震器,使用金属弹簧装置连接摩托车的车身愿意前轮。
此后,经过20年的发展,于30年代出现了现今意义上的液压减震器。
之后,随着技术的进步,涌现出各式各样的减震器。
上世纪五十年代洪都机械厂仿制M72型摩托车的成功,拉开了我国摩托车生产的序幕。
改革开放后,国内摩托车产量飞速增长,各类品种层出不穷。
时至今日,在我国摩托车产业属于自己的生产体系早已形成,发展至1995年,年产量已经大于700万,在当时已然是世界上第一摩托车生产国。
发展至今日,我国已经可以自主生产多种减震器,大体上实现了国内摩托车制造的自给,其中有部分产品也达到了国际上同类产品的相同水准,为国内摩托车产业的技术提高和进步做好了良好的铺垫。
通过半个多世纪的发展,摩托车已然成为我国最普遍使用的交通工具之一。
伴随迅猛发展的屈速公路,人们对行车平稳性要求的逐步越高,国家对减震器质量与种类的研制与开发工作投入了更大的力量和资金。
许多国内大学的老师与研究院的教授对减震器的设计也投入了更多的眼光,在充气式减震器和电子控制技术等领域取得了许多骄人的成果⑸。
国外对减震器的研发历时长久,货源充足、技术老练、高集中度的生产,具有更具影响的品牌效应。
比如日本的KYB、韩国的万都以及德国的路太在世界各国都很瘦欢迎。
此外,海外国家还不停研发出更多的新式减振器和电子控制的技术,不断将减振器技术发展提升到更高层次。
当前国际对充气式减振器的开发进程已然到了电子控制式减振器。
但国内的研发集中方面还依旧在单筒充气式减振器,并且进程相对迟缓。
需要我们基于前人在充气减振器研究成果之上,更进一步地剖析和研发,尽快减小同发达国家之间的距离。
通过对充气式减振器不断开发,对我国汽车产业生产水准的提高具有重要推进作用,使得汽车的制造成本能得到有效的降低,对我国的经济发展具有强而有力的推动最用。
1.3减震器设计的未来发展趋势展望
时代在发展,技术在进步,人们对行车舒适性的要求只会越来越严格,越来越苛刻,这也就要求人们必须加快减震器的设计与研发的脚步,不断提高减震器的性能。
由于审美观的作用,甚至在外观上的需求也会在设计时列入考虑范畴。
此外,为了响应全世界环保生活的提倡,在设计材料上也会有很大的改变,比如塑料等合成材料或许会被广泛应用于减震器的制造生产当中。
随着计算机性能的不断提升,计算机与生产生活的联系将会愈加紧密。
在设计过程中,计算机的仿真与计算功能应用将会占据更加重要的地位,“先仿真后设计”的设计模式将会成为主流,这会大大缩短产品的设汁周期以及设讣成本,并且提高产品的设计性能。
需要分外说明的是,传感器以及电子控制器技术的运用在未来的减震器设计当中也会占据一席之地。
基本上未来减震器的发展趋势是美化,智能化,可控制,高精度,高效能。
而我国的减震器行业应该会加大研发力度,更多引进国外技术,努力减小与海外各国的差距,加大出口量,与国际市场进一步接轨。
1.4研究的主要内容及方法
研究内容:
1、减震器整体方案分析与设计;
2、减震器的速度特性及阻尼力;
1减震弹簧的弹力特性;
2减震器的速度特性;
3减震器阻尼力产生原理;
3、液压减震器的结构设计;
1减震器贮油筒的设计;
2减震器工作缸的设计;
3减震器密封装置、导向套以及端盖等的设计;
4、应用三维软件对减震器进行三维实体建模并模拟装配过程;
5、应用CAD等平面软件绘制零件图以及装配图。
研究方法:
以减震器的运动学和动力学的基础理论为依据,建立其减震器运动的数学模型和动力学模型,对减震器的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析计算,得到减震器的使用参数,从而进行详细的构造设计,并进行了结构强度以及刚度的校核。
再次,应用CAD软件绘制工应力分布情况,确定减震器的危险工况和薄弱环节。
其次对减震器绘制工程图纸。
具体的步骤和措施如下:
1、调研收集分析有关资料,总结优缺点特点,构建课题研究的整体思路。
2、熟练掌握本次设计中要用到的各种软件的操作。
3、应用理论力学知识,建立减震器的运动学模型和动力学模型。
4、减震器的结构设计。
5、相关零部件的稳定性校核。
6、减震器的三维建模。
图2-1125型摩托车伸缩管式前
第二章减震器数学模型的建立
数学模型是为了研究现实生活中一些具体现象,从而对其简化抽象后得到的一种简单合理的结构。
在他的建立过程中,会忽略许多与研究LI的关联不大的要素,只考虑对研究对象具有不可忽视的影响的作用⑹。
因此,他不是现实生活的具体反映,只是一种理想的模型结构。
建立数学模型是构造真实生活和科学研究之间的桥梁,是一个对生活中一些现象的认知原理的研究方法。
它是科研中进行仿真的依据,也是研究过程中的重要参考资料。
2.1摩托车减震器的工作原理
图2-1是125型摩托车伸缩管式前叉液力减震器结构图。
其布局是内置弹簧式,在前义管中放置活塞杆,活塞杆的内孔和导流孔连通前义管内腔被活塞分开的上下两部分。
使用螺钉将减震杆与贮液筒固定相接,减震杆设阻尼孔。
山于前义管与摩托车机身固定连接,当外筒(即贮液筒)受到压力作用时,相对于车身向上运动,使得与之固定连接的活塞杆也随之向上运动,弹簧1被按紧,弹簧弹力供应缓冲阻力,空腔A体积缩减,内部液体遭受压缩,经过导流孔流进活塞杆的内部空腔。
同时空腔B体积加大,构成部分真空,经由阻尼孔吸油,形成压缩阻力;
还原时,由于弹簧1的恢复力,空腔B容积不断减小,模腔的压力增加,只有通过阻尼孔以及安装时形成的配合间隙流入空腔A,从而有复原阻力产生。
阻尼力把震荡能量转化为热能,减缓轮胎振动传递到车架的震荡幅度和机械能,促进了驾车时的安稳性与舒适性
叉液力减震器结构图
2-2减震器的振动模型
如图2-2所示,整辆摩托车的振动可以简化抽象为三个相同模型之间吊并联,山于同时考虑三个模型会很复杂,并且与此次课题项目不符合,是以只抽取一个独立的振动模型进行研究,系统如图2-3所示。
图2-3摩托车振动系统
假设路面颠簸按正弦曲线的方式转变,而且仅仅讣算竖直方向上的运动,如此就能够简化模型,动力学模型能够简化为一二阶单自山度强迫振动,即:
mX+cX+kX=Fosincot(2T)
图2-4路况简化图
式中On质量,Dk弹性系数,De阻尼系数叭
因为示功图检验的主要是被减震器的液压阻尼吸取的能量,对(2-1)式再次简化。
试验没有安装缓冲弹簧,即公式中的k二1,得:
mX+cX+X=sincot(2-2)
公式中,[]是跟随减震器一起运动的质量,于示功图检测内,因为传感器安装于横梁,滑块与外筒运动形成的惯性力没有对检测用的传感器形成影响。
传感器得到的只有部分油液运动引起的的惯性力。
因此忽略惯性力,然后有:
cX=F()sincot(2-3)
检测模型和示功图简化纯阻尼模型,如图2所示因为复原行程与压缩行程的阻尼系数有差别,那么有:
(2-4)
cyX=F}sincot=Pf
c2X=F2sincot=P、
示功图实验台使用曲柄滑块机构供应类似的简谐运动,曲柄滑块机构的运动学方程为:
s=X=rcoscot+r2cos2^/4/
(2-5)
<
Vx=X=一esincot一cor2sin2cot!
21
a=X=-iy2r-arr1cosIcot//
式中,r为曲柄半径,1为连杆长度,叵]为曲柄旋转的角速度。
2.3减震器示功图分析
通过(2-4)公式表达的线性阻尼模型,测试所得的示功图如下图所示。
它与中国汽车行业标准所列出的示功图图形相似。
图中弧线包含的面积也就是阻尼汲取的能量。
可以看出,在简谐力下的减振器示功图,就图中的y轴对称。
在图中,不但能够显示减震器紧缩阻力、还原阻力的巨细以及二者的比值,更重要的是经过示功图弧线的外形,将减震器的整体工作机能绘制出来。
曲线应该饱满,没有畸变和突变⑨。
2・4实测示功图分析
根据汽车行业标准,压缩性和复原性必须符合规定的具体模式,偏差±
25%(后减震器)和30%(土前减震器)。
速度特性曲线图反映阻尼力与减震器速度变化的关系,线性阻尼与速度之间关系表现为线性,而现实阻尼系数不是线性的,从而形成正反
向速率的阻力变化弧线没有重合与非线性。
事实上阻尼系数不是线性的,它受减震器的加速度、速度,加上油液粘度、温度还有减震器内的油液流动情况的影响,以及摩擦力、惯性等要素的作用形成迟滞偏差。
山于相对运动之间的摩擦。
此外因为体积阻尼器的变化,油气共存。
滑柱与外筒的滑动和油封的作用,大体上能封闭腔内的气体,相对的空气阻力就会产生。
所以模型应涵括空气阻力和摩擦力的影响。
也就是:
cX+koX+/=Fsincot(2-6)
上述公式内,囤为空气弹簧刚度,国表示摩擦力,当成是常量傳实上它与速度的变化有关)。
图2-5(A)说明复原阻尼力太小,会有该现象的缘山兴许是复原节流孔太大;
阻尼器内泄漏厉害;
流通阀没有封闭严实;
复原阀打开不及时或没有关闭严实;
实验速度偏低和油液不够浓稠而至。
图2-5(B)代表压缩阻力太小,造成这种现象的原因可能是压缩阻尼孔太大,泄露严重;
补偿阀没有封闭严;
压缩阀打开太早或没有关闭严实;
底阀掉落等其他缘故。
图2-5(0表示无液压阻尼,唯一存在机械类磨擦,这种弊端一般发生在前阻尼器上,它的阻力事实上是内外套筒间的摩擦和油封而不是液压阻尼。
摩擦阻力通常要不超过技术需求值,倘若达到与技术要求幕近,那么阐明该阻尼器磨擦阻力太大,无法适应摩托车的需求。
产生这类问题的缘山或许是阻尼器中油液太少;
阻尼孔太大;
密封过于严实;
乂或者套筒配合、导向不良。
图2-5(D)回复过程有空白阶段,这种图表示为回复过程早期没有阻力,移动相当间隔后才创建阻力。
造成这重现象的直接原因是压缩室不充油,要等到其腔中的空气排光后,才能创建液压阻力,这种缺陷可能是由于底座,圧缩阀,补偿阀的泄漏过大(例如,密封面,阀板翘曲垫之间成细屑,阀座的不平等);
也可能是山于活塞阀封闭循环不良所引起的。
图2-5(E)是压缩行程空行程,压缩行程特性不是原来的抗压性能,运行一定距离后,才能创建压缩阻力。
造成这种缺陷的原因兴许是压缩早期补偿阀封闭不严密;
也许是复原行程时补偿阀打开不到位所致。
阻尼器内缺乏油液通常也是导致这
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