5.3减振器设计.doc

5．3 减振器匹配与设计 5.3.1 车辆悬架减振器发展情况 减振器是汽车悬架系统中的阻尼元件，其性能对车辆的乘坐舒适性、操纵性能等有直接的影响，其数学模型的建立一直是国内汽车动力学领域中的重要研究课题，就被动悬架减振器的研究而言，已经建立了三类数学模型： 第一类为复杂非线性模型，该类模型是应用流体力学中的定律，根据减振器内部有也的流动情况建立的。模型中参数较多，如Segel及Lang模型有82个参数。该类模型可用于研究减振器本身的特性，但不能方便的用于汽车动力学系统的仿真。 第二类是线性化模型，如Wallaschek模型，该类模型不能比较准确的描述减振器的特性。 第三类是简单非线性模型。该类墨西哥你是通过试验的方法建立的，模型虽然仅含有较少参数，但能比较准确地描述减振器的性能，又能方便的用于汽车动力学系统仿真。该类模型的代表是剑桥大学Besinger等人的7参数模型。该模型在10Hz以内与试验结果比较吻合，标志减振器数学模型研究的必威体育精装版进展。 本文从研究减振器的阀片入手，首先应用弹性力学理论建立阀片的力学及数学模型，解决圆环薄板的大挠曲近似求解问题，然后，建立内外特性关系的数学模型，最后以桑塔纳前减振器为例，验证理论模型的逼真程度。 5.3.2 车辆悬架液压双筒减振器阀片精确建模 汽车所使用的双筒液压减振器仿真分析建模的最重要工作集中在减振器阀片建模、油液假设、油液流经所有孔隙情况下的流体力学建模及方程的求解等问题上。在所有这些问题上，减振器阀片挠曲计算对仿真结果的影响是最大的。鉴于已经有很多减振器方面的研究，本文仅就减振器阀片挠曲变形的计算进行研究，其它内容的研究借用前人的研究成果。 1目前减振器阀片挠曲变形的情况 目前汽车主要使用双筒液压减振器和单筒充气式减振器两种，双筒液压减振器在轿车上的使用率为100％。对双筒液压减振器而言，其核心元件是环形阀片。因为对圆环形薄板的大挠曲问题还不能求得其精确解，因而迄今为止对阀片的变形仍沿用圆环形小挠度理论求解。单双筒液压减振器内阀片的大变形挠度值远远超过小挠曲问题。当减振器阀体内外环臂???高度差远大于阀片厚度，显然，随着压力增大开阀后的挠度将是片厚的若干倍，而小挠曲问题的挠度值一般限制为阀片厚度的五分之一。对于小挠曲问题，其挠度值与压力成线性关系。因此，若对减振器那的阀片仍然采用小挠度理论求解，其挠度值在高压力段会远大于实际值，使用这种模型来进行分析必然会造成很大的误差。 图5.3.2 环形叠层板示意图 图5.3.1 阀片受力力学模型 首先总结目前所有减振器仿真计算中使用的阀片变形建模方法。液压双筒减振器的仿真计算一直是研究的热点，已经有很多人进行了这方面的研究工作。一般在阀片变形计算中都采用简支梁假设材料力学和板壳理论的等两种方法进行。基于一般简支梁假设的共轭梁法计算，由于假设条件过于简单，计算结果不可避免的会出现较大误差。基于板壳理论的薄板翘曲变形计算稍许复杂，如下对其内容进行归纳总结。 由于阀片的厚度与其直径的比值很小，故应当按照板壳理论进行求解。板壳理论中将翘曲问题又分为小挠度（变形量＜板厚/5）问题和大挠度（板厚/5＜变形量＜5×板厚）问题。这两种情况在减振器阀片变形计算中都会出现，我们将其分开讨论。 双筒液压减振器的阀片元件，可以看作受均布载荷的圆形薄板的挠曲变形，其力学模型见图5.3.1。考虑到工程问题，在一般问题的求解过程中，将作一般的近似圆形薄板的弯曲。 小挠度弯曲问题 （变形量＜板厚/5） 根据弹性力学的经典理论求解圆形薄板的弯曲问题采用极坐标比较方便。使用极坐标r、θ之后，得到方程： (5.3.1) 式中：▽为拉普拉斯算子。 此方程的解可以表示为齐次方程的解w’与一特解w*之和。对于均布载荷，特解可取值为： (5.3.2) 故方程的全解为： (5.3.3) 对于工程中最常用的有中心孔的圆板，对于内径被夹紧，受到均布载荷作用的情况(见图5.3.1)，一般按以下公式计算其应力和挠度： (5.3.4) 其中：、为泊松比时的系数，为外半径。 对于圆环型薄板，利用内外处的四个边界条件，可以确定上式中的四个任意常数。因为薄板所受到的横向载荷为均布载荷，于是得到则任意常量r处的横截面上的弯矩和横向剪切力为： (5.3.5) (5.3.6) 根据边界条件： ，，， (5.3.7) 可以解得四个常数： (5.3.8