车辆悬挂减震器设计(论文 CAD图纸全套).doc

南昌航空大学科技学院学士学位论文 毕业设计（论文）院 系：XX学院姓 名：专 业：机械设计学 号：4200209320XXX指导教师：XX老师XX大学X学院2016年9月毕业设计（论文）任务书（应由学生本人按指导教师下达的任务认真誊写）姓名 专业 机械设计 指导教师 XXX 学号 4200209320194 入学时间 2014.09 网站（院系） 机械学院 一、课题名称二、课题内容三、课题任务要求四、同组设计者五、主要参考文献1 陈绍龙，刘怀平.从选粉浓度解读高效转子选粉机技术：文献，盐城：科行建材环保公司，20042 许林发.建筑材料机械设计（一）.武汉：武汉工业大学出版社，19903 潘孝良.硅酸盐工业机械过程及设备.武汉：武汉工业大学出版社，1993 4 叶达森.粉碎与制成.北京：中国建筑工业出版社，19925 汪谰.水泥工程师手册.北京：中国建筑工业出版社，1997.126 朱昆泉，许林发.建材机械工程手册.武汉：武汉工业大学出版社，2000.77 楮瑞卿.建材通用机械与设备.武汉：武汉工业大学出版社，1996.9 8 方景光.粉磨工艺及设备.武汉：武汉理工大学出版社，2002.8 9 刘景洲.水泥机械设备安装、修理及典型实例分析.武汉：武汉工业大学出版社，2002.1010 刘铁忠.TLS系列组合式选粉机的开发.水泥技术，1999（1）：1911 徐灏.机械设计手册.3.第2版.北京：机械工业出版社，2002.612 胡宗午，徐履冰，石来德.非标准机械设备设计手册.北京：机械工业出版社，2002.913 成大先.机械设计手册.2.第4版.北京：化学工业出版社，2002.114 成大先.机械设计手册.3.第4版.北京：化学工业出版社，2002.115 成大先.机械设计手册.4.第4版.北京：化学工业出版社，2002.116 数字化手册编委会.机械设计手册(软件版)R2.0.机械工业出版社，2003.117 陈秀宁、施高义.机械设计课程设计.浙江：浙江大学出版社，200218 武汉建筑材料工业学院等学校.建筑材料机械及设备.北京：中国建筑工业出版社，198019 徐锦康.机械设计.第2版.北京：机械工业出版社，200220 吴一善主编.粉碎学概论.武汉：武汉工业大学出版社，199321 沈世德.机械原理.北京：机械工业出版社，2002指导教师签字 教研室主任签字 年 月 日（此任务书装订时放在毕业设计报告第一页）1 绪论世界上第一个有记载、比较简单的减震器是1897年由两个姓吉明的人发明的。他们把橡胶块与叶片弹簧的端部相连，当悬架被完全压缩时，橡胶减震块就碰到连接在汽车大梁上的一个螺栓，产生止动。这种减震器在很多现代汽车悬架上仍有使用，但其减震效果很小。机动脚踏两用车实际上是内燃机技术与自行车技术相结合的产物，它开辟了摩托车的实用时代。随着摩托车的快速和适应野外行驶的需要，必须提高车辆对路面的缓冲能力。早在1899年，贝劳摩托车上开始用了弹性后悬挂装置，后来比利时型摩托车采用了前轮弹性悬挂，以及英吉安C摩托车采用的前、后轮弹性悬挂均可算作早期摩托车悬挂装置的杰出代表。特别是二轮摩托车在操作性、稳定性、舒适性方面，与悬挂装置有着重要的关系。1990年就开始在前轮采用金属弹簧张力的双向、平行连接装置，30年代便发明了利用管内粘性机油的液压减震器。1995年后前轮悬挂装置就采用了伸缩管式和底部杠杆式两类前叉。在伸缩筒式前叉、望远镜式的二个筒内由于有螺旋弹簧和油缸，加工精度要求高，生产效率很低，阻碍了发展和应用。1960年二轮摩托车的大批量生产，底部杠杆式前叉处于全盛时期，该系统具有结构简单、价格低廉等优点。后来伸缩筒式前叉又重新上市，用于当时盛行一时的两轮赛车上，伸缩筒式前叉优秀的行驶性能方被充分证明。因此，大批量生产的摩托车也竞相采用伸缩筒式前叉，而且由于加工技术的提高，伸缩筒式生产精度也得到了保证。所以，至今为止，各种型式的两轮摩托车都采用伸缩筒式前叉。1910年开始对后轮悬挂装置的要求也迫切了，由于全链条传递驱动力，后轮必须采用长距离的固定方式。所以车体的缓冲仅只在坐垫下面安装有一金属弹簧。1950年才开始有正式的后悬挂装置。最初称为滑栓式，并尝试采用摇臂式。50年代后半期才确立了摇臂式后悬挂装置，即是现代两轮摩托车的后悬挂装置的基础。同样，为了提高行驶稳定性、乘坐舒适性，后轮行程逐年增大，减震器组件行程在结构上受到了限制。因此前倾后减震器、后减震器组件安装位置前移等，用以增大杠杆比的方法增大后抡幸臣。进入70年代又开发了装有单减震器的单减震系统，特别是1973年开始用与越野车之后，公路赛车，大型运动车均很快地采用了这种单减震器后悬挂系统。 两轮摩托车，其发动机排量从50的家用车到1500的大型旅游车。对悬挂装置，根据不同排量、不同用途的车辆的要求，其设计的方法各有不同，但又存在有共同之处，即最近的悬挂装置将行驶稳定性、操终性、舒适性都放在主要位置上。大部分两轮车还是采用液压式伸缩式前叉，除了要求完全吸收较大的冲击，提高结构刚度外，最后采用经四氟乙烯（teflon）处理的金属套筒用作滑动表面，大大的减小了伸缩筒运动时产生的摩擦。两轮车增大车轮行程就具有良好的舒适性，最近前叉行程增大为140180mm，越野车可达300mm左右，且具有降低弹簧刚度、阻尼力的倾向，向提高稳定性的方向发展。当然在不断增大车轮运动行程，两轮车在一人或二人乘坐的不同载荷条件下，车体下沉量是不同的。特别是制动时由于重心前移，车体姿势变化更大。采用空气调节式的油气悬挂装置或抗“点头”装置的悬挂装置，可以有效地防止紧急制动时的车体前倾变化。自从20世纪60年代开始，几乎每年都有几十项减震器专利出现，表1是汽车文摘摘录的汽车悬架减震器专利技术的统计，其中在美国申请的专利技术尤为多，且专利申请人大多是日本的公司和个人。国内外减震器产品在许多方面存在着较大的差距：（1）产品的结构与性能方面（减震器的可拆性与速度特性间的差距）；（2）制造技术与工艺设备方面（原材料、减震油、橡胶制品、连杆制造工艺、冲压工艺、粉末冶金制造工艺、贮油筒制造工艺等方面的差距）；（3）测试手段方面；（4）总成装配方面，此外，由于轿车减震器是作为一个不可拆元件整体出厂销售的，一旦其中某个小零件发生失效，整个减震器也就报废了，因而减震器技术的发展和研究应该成为我国汽车行业发展和水平提高的一个重要课题。我国自1957年7月洪都机械厂成功地仿制M72型边三轮摩托车，揭开了我国生产摩托车的历史以来，到1978年摩托车生产量为1.2万辆。改革开放以来，我国摩托车生产量得到了飞速增长，品种不断增多。目前在我国已形成了自己摩托车工业生产体系，到1995年的生产量超过700万辆，已成为世界上第一摩托车生产国。与摩托车生产相适应的减震器产量已达1500万支，能生产9大系列50余种型号，基本满足了我国摩托车生产的发展需要，部分产品已达到了国际同类产品水平，为我国摩托车工业的技术水平提高和发展打下了基础。2 总体方案设计2.1研究内容及实验方案研究内容： （1）减震器整体方案分析与设计（2) 摩托车减震器系统的弹簧特性摩托车悬挂装置的挠度 摩托车悬挂装置的理想弹簧特性 摩托车悬挂装特性置的实际弹簧（3) 弹簧的材料及工艺弹簧材料的选用弹簧的制造工艺（4) 减震器的速度特性及阻尼力节流阀的压力特性减震器的速度特性减震器阻尼力产生原理实验方案：前减震器有很多种，常见的有弹簧空气阻尼式前叉、弹簧液力阻尼式减震器、油气伸缩式减震器等。其中弹簧空气阻尼式前叉虽然结构简单、造价低，但是它是以活塞管之间的间隙为空气阻尼的双向用途减震器，所以起减震效果不及其他结构的理想。然而油气伸缩式减震器的减震效果都很佳，甚至达到理想的减震效果，增加了舒适性和安全性。但其结构复杂，造价昂贵，大都用在大型或高级二轮车上，如雅马哈XJ750型、XJ750E，铃木GS750型赛车等。而弹簧液力阻尼式减震器不但结构简单，造价低，而且减震效果好，所以我将采用弹簧液力阻尼式前减震器作为我的实验方案。 2.2工作原理弹簧液力阻尼式减震器是摩托车目前使用最为普遍的减震器。其工作原理简要介绍如下。液压阻尼式减震器的结构与吸入式泵基本相似，不同之处只是液压减震器的缸体上端是封闭的，且在阀门上留有小孔(如图2-1所示) 图2-1液力阻尼式减震器工作原理 当摩托车前轮遇到凸起的路面而受到冲击时，贮油筒被压缩，减震弹簧也被压缩，固定在贮油筒内部的减震杆组合也随之上移，而工作缸不动，于是工作缸下方的容积缩小，油压升高，油液便进入缓冲弹簧所在的空腔，同时油液也从减震杆下端的两个小孔进入减震杆内部，这时油液流动阻力较小，减震弹簧起主要减震作用。如果当前轮受到较严重冲击时，减震弹簧被迅速压缩，为了增加弹簧的刚度，我采用了变节距的设计方案，其弹簧是由两断不同节距的圆柱弹簧组合而成，所以其弹簧特性为两段直线组成，随着小节距弹簧依次被压并圈，使弹簧的刚度迅速增大，这样不仅减小了悬挂装置在动绕度终点的冲击，而且减小摩托车高度随载荷的变化。当前轮遇到凹下的路面时，由于减震弹簧和车轮等重量作用，贮油筒向下移动，工作缸下方的容积增大，压力减小，缓冲弹簧所在的空腔容积缩小，压力升高，油液从减震杆中部的小孔进入减震杆内部，同时油液从减震杆下端的两个小孔进入工作缸下方的空腔这时油液流动受到很大的阻力，这样对减震弹簧回弹起了阻尼作用，从而起了减震作用。 3 摩托车减震器的功能和结构形式3.1减震器的功能减震器又称缓冲器。它的功能是缓和由于路面不平引起的冲击，衰减摩托车的振动；提高乘坐舒适性，保护货载；减低车体各部分的动应力，增加零件的寿命；加强轮胎的附着性，有助于摩托车的操纵性、稳定性。减震器的机能是利用流体通过孔、隙产生的粘性阻力。采用的工作流体有气体、液体，由于气体粘度太小故很少采用。通常用液体，其粘度虽随温度变化较大，但如果使液体在紊流下工作，作为运动速度的函数的阻尼力可以保持稳定。和固体摩擦减震器相比，利用液体紊流阻力的减震器，在一定阻尼力和吸收能量的条件下，质量小，尺寸小，并在相当的范围内具有能任意规定阻尼力对工作速度的关系等优点。现在液力式减震器是摩托车唯一的实用型的减震器。3.2摩托车前减震器的结构形式3.2.1.弹簧空气式上部外筒和下联板焊接或直接弯成叉形与转向立柱焊接（图3-1），其内部安装有弹簧及前叉筒。前叉筒通常采用树脂衬套（封有润滑脂）在外部内部滑动，筒壁间的摩擦产生阻尼力。当弹簧压缩到极限时，其中间的限位橡胶块也被压缩，减缓了弹簧进一步被压缩时的冲击。该结构简单，轻、价廉、被轻便车广泛采用。 图3-1弹簧空气式前减震器 1-前叉筒；2-弹簧；3-限位块；4-转向立柱；5-外筒3.2.2.单筒伸缩式如图3-2所示：无缝钢管的外筒用以固定前轴；内筒被上、下联板所夹紧，在其下端设计有铸造或烧结合金的活塞，活塞上部设计有阀片。当活塞在外筒内滑动时，油液通过活塞及内管上的阻尼孔产生阻尼力。弹簧安装在内筒外侧。当内筒向下运动接近外筒底部时，其底部的内孔被油孔挡销插入，对减震油产生很大的节流作用。正是这个节流阻尼力相当于组合式弹簧特性曲线中上升段，吸收了最后的冲击，防止了内筒与外筒底部的刚性碰撞。由于价格比较便宜，一般为二轮车所用。 图3-2单筒伸缩式前减震器1-弹簧；2-内筒；3-外筒； 图3-3双筒伸缩式前减震器4-活塞；5-档销 1-活塞杆（芯管）；2-衬套；3-外筒；4-活塞；5-内管3.2.3. 双筒伸缩式如图3-3所示： 刚制内筒在外筒中滑动，内筒下端的内侧装有衬套，在衬套内侧装有固定于外筒底部的活塞杆和活塞，在活塞杆管壁上设计有阻尼孔和活塞一起产生的阻尼力。一般外筒采用铝合金。由于弹簧安装在内侧（下端以活塞为支承），外观就显得轻便，因此大多用于大型二轮车。3.2.4. 油汽伸缩式其结构（图3-4）与双筒伸缩式前减震器相同，在内部上部设计有密封的气室，采用了具有不同耐压形式的油封。由非常柔软的金属弹簧和空气压力形成的组合弹簧，使减震器具有非常优良的弹簧特性。左、右前叉内筒的气室是连通的，使左右空气压力相等，以达到调节左、右叉阻尼力的目的。转动外筒下侧的手柄油缸内设计有旋转阀杆转动，即改变油缸的阻尼孔径，以达到调整阻尼力。另外在内筒上端设有弹簧调节装置，即可根据弹簧的初期负荷进行调整其预压缩量。因此，此前减震器具有多种调节功能，可得到更完美的性能。但由于价格昂贵，常用于大型或高级二轮车。 图3-4 油汽伸缩式前减震器1- 气室；2-内筒；3-外筒；4-制动器；5-旋转阀杆；6-释放阀3.2.5. 防下沉伸缩式前减震器最近采用柔软弹簧的二轮车，随着制动能力的提高，在紧急制动或转弯制动时，车体前部会严重下降产生前减震器下沉现象。防下沉式前减震器即在外筒下部装有师释放阀，在机械或电磁操纵下，释放阀可改变回油路径，按照制动力的增大比例来增大前减震器压缩时的阻尼力，即能有效的防止下沉现象。图3-4是防下沉伸缩式前减震器的一例。4 摩托车减震器的主要特性4.1摩托车减震器的弹簧特性4.1.1摩托车悬挂装置的挠度（1）静挠度: (mm) (4-1) 图4-1悬挂及减震系统称为在质量G（簧上载荷）作用下弹性元件的静挠度，如图4-1各种不同用途的摩托车，对其静挠度要求也各不相同（表4-1），其中越野车要求最大。公路车次之，通用车较小。 表4-1前、后悬挂装置的静挠度匹配，对摩托车行驶舒适性关系极大，一般要求前悬挂静挠度大于后悬挂静挠度，以减少纵向角振动。（2）动挠度：悬挂装置的动挠度是指摩托车在不平路面上行驶时，悬挂装置在其动载荷作用下的变形量。 动挠度通常按其响应的静挠度值的一定比例来选取： 通用车：=（0.50.7） (4-2a) 公路车：=（0.50.7） (4-2b) 越野车：=（0.50.7） (4-2c)4.1.2摩托车悬挂装置的理想弹簧特性摩托车的弹性元件几乎只采用刚质螺旋弹簧最简单的螺旋弹簧是截面圆柱形的具有“线形”（刚度不变）的螺旋弹簧，如图4-2所示。 P（N） 图4-2弹性元件的特性 f（mm）然而，摩托车在行驶过程中则要求弹性元件是变刚度的，而且刚度随负荷增加是递增的，以便在不同的负荷下，使摩托车的车身的固有频率接近恒定。因此，为了获得摩托车的最佳舒适性，摩托车减震器缓冲弹簧应具有的理想弹性特性是（如图4-3所示）：（1）弹簧刚度不应是常数，弹性元件应是变刚度的。在压缩时刚度逐渐增大，复原时刚度也应逐渐增大，具有渐进式弹性特性。这样不仅可减少在动挠度终点时的冲击，而且还可减少摩托车车身高度随载荷的变化；（2）从设计位置（静挠度）起，在相当于60%的动挠度的压缩和伸张的变形范围内，其刚度应为常数，或者变化不大于20%，以保证摩托车在平坦路面上行驶的舒适性；（3）当超过60%的动挠度范围后，由于弹簧刚度是递增的，即当载荷增加时，弹簧的附加静态压缩是尽量小，以适应摩托车载荷变化较大的特点，一般最大动挠度处的容许载荷可达静载荷的34倍；（4）在静载荷为半载的情况下，要求静挠度保持不变。因此，应合理地选择好静挠度附近的悬挂刚度，以保证摩托车经常在静挠度附近工作时的小幅度振动。图4-3理想的弹簧特性各种车辆根据其使用目的则要求的弹性特性各有不同。以乘坐舒适性为目的的车辆，弹簧应调节得柔软一些，以满足反映快，即使是在不平路面上也应具有良好的舒适性。以行驶安全性为目的的车辆（公路赛车）弹簧刚度大，其刚度应随载荷而递增，以至于在受到很大冲击时，可避免因弹簧伸缩量过大，导致车轮离地，影响其加速性和附着性能（特别是倾向附着性能），以保证行驶的安全性和稳定性。即使是高级赛车，一般将弹簧刚度调得很“硬“，当其在不平路面上行驶时，甚至在制动力缓慢增加的情况下，前轮也会出现短时间的抱死现象，必须装备“防抱”装置。4.2摩托车减震弹簧的材料及工艺4.2.1弹簧材料的种类 （1）碳素弹簧钢：碳素弹簧钢是制造弹簧的主要钢种。根据GB4357-84标准碳素弹簧钢有65、70、75和85等，其优点是价格便宜。钢的纯度和热扎表面质量不比合金弹簧钢差，由于淬透性差所以适用于中小型摩托车。本次设计也将采用此类钢种。（2）合金弹簧钢：在合金弹簧钢中常加入合金元素锰、硅、铬、钒等，主要用于提高淬透性，强化固溶体，细化晶体，改善其机械性能，提高屈强比（）。 按GB5218-85标准，合金弹簧钢有50CrVA、65Mn、55Si2Mn、60Si2MnA等。硅锰弹簧钢，将硅、锰同时加入钢中，不仅能明显地提高钢的淬透性，而且经调质处理后，屈强比可提高85%以上，弹性极限也大大提高。同时，硅能增加弹簧钢的低温回火稳定性，还提高钢的抗氧化性。4.2.2弹簧制造工艺（1）冷卷成形工艺： 有芯轴卷簧工艺，在弹簧的卷制过程中，若卷制力越大，卷绕后反向转动的速度越高，转数越多，则回弹量就越大。在实际生产中，确定回弹量的实质就是确定卷簧芯轴的直径。（2）自动卷簧工艺： 图（4-4）是自动卷簧机工作原理示意图。金属丝从材料架上引出后，首先经校直机构1、辊轮2，再经导向板3进入卷绕机构。卷绕机构由卷绕杆4、芯轴5和节距爪6组成。金属丝进入卷绕机构后，被卷绕杆4顶住，然后沿两个一般互成60角的卷绕杆围绕芯轴5做螺旋圆周运转，弯曲卷绕成螺旋形弹簧圈。弹簧节距的大小是由节距爪6控制的，它可以沿轴向运动，按照所设计的弹簧节距的尺寸调整位置。控制凸轮轴，每转动一圈卷制一跟弹簧，卷制后的弹簧端部须磨平，磨平部分不少于圆周长的3/4，端头厚度不小于簧丝直径的1/4，并保证两端面有良好的平面度和与轴线的垂直度。 图4-4 自动卷簧机工作原理1- 校直机构；2-送料辊轮；3-导向板；4-卷绕杆；5-芯轴；6-节距爪；7-切刀4.3摩托车减震器的阻尼特性 摩托车减震器的阻尼特性包括摩托车减震器的阻力速度特性和阻力位移特性。4.3.1阻力速度特性减震器阻尼力随活塞速度的变化规律称为减震器的阻力速度特性，用下式表示： （N） (4-3)式中：阻尼系数； 减震活塞的速度，m/s； 活塞上阻尼空的特性指数。值的大小是随阻尼孔的大小、形状及单向阀的形状、刚度不同而变化的。当阻尼孔足够大时，可取=2；要使减震器的阻力随所受外力成正比例的变化，则取=0.61.0。摩托车减震器的阻力速度特性常见的有三种形式（图4-5），分别为二次方型（=2）、比例型（=1）、饱和型（=2/3）。其中二次方型，在活塞速度低时的阻力小，速度高时的阻力大，而且结构简单，广泛用于后减震器，舒适性比较好。对于高速高性能车辆常采用的比例型和饱和型，在较宽的振动频率范围内，减震器都具有足够的阻力来抑制车轮产生的大的跳动，能保持轮胎和地面见的良好接触，因而有利于摩托车行驶稳定性。 图4-5三种阻尼特性一般设计中常用比例型进行计算。为了使摩托车获得较好的稳定性，行程中基本相等，或复原行程略大于压缩行程；后减震器的阻力复原行程却比压缩行程大得多，见表4-2。而且不同用途的车辆也互相不相同，一般越野车、赛车要求大，通用车要求小。表4-2前减震器后减震器通用车公路车越野车通用车公路车越野车（N）复原50100120300101603006004008005001000压缩35708523070120205060120100150表中为=0.3m/s时的阻力。单向作用式液力减震器在受压缩时，活塞上的单向阀完全打开，其优夜流动通道很大，因此没有压缩阻力。4.3.2阻力位移特性减震器作正弦相对运动时，阻力随其活塞位移的变化规律，称为减震器的阻力位移特性。图4-6表示速度特性饱和型的活塞，其阻力在压缩行程和复原行程中的变化曲线。封闭曲线所围成的面积表示减震器吸收外来振动所做的功，所以此图形也称为减震器的示功图。当减震器行程一定时，其振动频率增大，最大的阻力随之增大，则示功图面积也增大，说明减震器衰减振动的能力增大。图4-4所示的示功图中，频率为85Hz的示功图面积较大，即说明衰减振动的能力较大；频率为60Hz示功图面积较小，则衰减振动的能力也相对较小。 图4-6示功图和速度特性具有不同速度特性减震器的示功图的形状也各不相同，如图4-7所示。若在减震器行程、振动频率相同的情况下，饱和型十公土面积最大，比例型次之，二次方型最小。图4-7不同速度特性的示功图a)二次方型 b)比例型 c)饱和型 当振动频率一定时，减震器行程增大，其最大衰减力也随之增大如图4-8所示 ，同时示功图面积也增大。图4-8定频率变行程示功图4.4 摩托车减震器的阻尼力4.4.1复原行程阻尼力计算（1）活塞杆上小孔的流量 (4-4) 式中：减震器油密度，； 流量系数，0.600.75（常取0.7） A、B油腔压力差， （2）活塞与缸壁之间缝隙h的流量 (4-5)式中：活塞公称尺寸，m； 活塞长度，m ;活塞与缸壁之间平均间隙，m；活塞与缸壁之间相对速度，m/s；动力黏度，变压器油=0.082N/（ms）相对偏心度（设=0）活塞与缸壁之间的偏心量。（3）流入B腔的油与A腔的容积减少相等，则 阻尼力计算简图 (4-6) 将上式整理得： (4-7)式中：解方程(4-5)得：作用在活塞上的阻尼力 在复原行程中，所以 则： （N） （4-8）4.4.2压缩行程阻尼力计算（1）活塞阻尼孔和缝隙的流量 (4-9)式中：n活塞阻尼孔数； 阀片与活塞端面间隙，m。 阻尼孔的长度，m。 阻尼孔中心到阀片边缘的距离，m。（2）活塞杆小孔的流量 (4-10)（3）活塞与缸壁缝隙h的流量 (4-11)（4）B腔流入A腔的流量等于A腔内增加的容积，所以 (4-12)将上式代入（4-10）式，得压缩阻力 (4-13) 式中： 其它符号同前。4.4.3减震器额定阻力额定阻力系指减震器在规定的试验速度时所产生的阻力值，通常规定试验速度为0.3m/s和0.5m/s。减震器的额定阻力分为复原阻力和压缩阻力，它是减震器最重要的性能指标，其大小范围见下表压缩阻力可取复原阻力的0.10.4倍，其最大值不超过表4-3中的值。 表4-3 减震器额定阻力（N）工作缸径D复原阻力p压缩阻力工作行程s168548025100437020364590801206485224806801001507293257001200130250901004.4.4示功图QC/T6393摩托车减震器试验方法规定采用正弦（或余弦）激振方式，进行减震器示功试验，则活塞与缸筒之间的相对位移也按正弦规律变化： (4-14) 式中：活塞最大位移，m；活塞振动的角频率，rad/s, r试验台激振频率，r/min。活塞与缸壁之间的相对速度为： 所以： （m/s） (4-15)联立： (4-16) 取不同的t值，得出一系列的s和p值，在位移阻力坐标系中即可绘出理论示功图，图4-9所示为CY80前减震器示功图 图4-9 CY80前减震器示功图 1理论示功图；2实测示功图 5 摩托车减震器结构设计5.1摩托车减震器的主要零件结构参数 航空航天工业标准HBm82-89（简称航标，后同）摩托车筒式液压减震器对摩托车减震器的主要参数，技术要求作了明确的规定。5.1.1工作缸径D的确定根据减震器的最大卸荷力和缸筒内最大压力强度来计算工作缸筒的直径： D= (mm) (5-1)式中：p复原行程最大阻力，N； p工作缸筒内最大允许压力，Mpa，一般取p=（0.30.6）Mpa； 活塞杆直径与工作缸筒内径之比； 双筒式，=0.40.5; 单筒式, =0.300.35. 在根据工作缸筒直径系列（表5-1）进行圆整。标准规定了摩托车减震器工作缸筒直径系列为16、20、22、25mm，一般根据摩托车的排量大小来选定（表5-1）。 表5-1 摩托车减震器的主要结构参数（mm）公称尺寸工作缸直径D贮油筒外径D基准长度L1616241602020321702222361802525401955.1.2贮油筒直径D的确定 贮油筒直径D=（1.381.45）D，壁厚4.07.0mm，贮油筒最大外径D=（1.51.6）D，贮油筒外径系列为24、32、36、40mm，当然也有可能小于或大于系列值。贮油筒作用主要是贮存介质油，除补偿由于缸内容积变化产生的外渗漏油外，还容纳因温升而保证产品主要指标的前提下，贮油筒外径应稍大一些，对减震器贮油、散热、改善吸震能力都是有益的。5.1.3减震器基长L的确定减震器的基长较长，给摩托车设计总布置带来一定程度的不便，但是基长太短，必然会使部件过分简化而影响减震器的性能。减震器基长为设计尺寸，它是减震器在压缩到底时，二端吊环的中心距L与行程s的差值，即： L = L - S (mm) (5-2)则减震器拉伸到最大长度为： L = L + s (mm) (5-3) 还规定压缩到底长度L的允差为+3 mm，最大拉伸长度L允差也为正值。5.1.4工作行程S摩托车减震器和弹簧组合为一体，行程为40110mm，由于还有悬挂装置杠杆比的因素，减震器行程甚至更小些。 表5-2 工作缸筒径系及行程选定（mm）前减震器发动机排量（cm）通用车越野车工作行程缸 径工作缸径缸 径5090709022200230261001259010026230250302505001001203039250280436007501001202702908001000120140280300根据给定的已知条件工作行程S=501mm和发动机排量为125cm，以及上面所描述的选择方法，在通过对照以上表5-1和表5-2确定：取工作缸径D=22mm，则取贮油筒外径D=40mm，取壁厚7mm，则D=26 mm，基长L=195mm。5.2摩托车减震器主要零件的结构设计5.2.1弹簧的结构尺寸设计计算在根据普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列（摘自GB/T13851993）（部分） 表5-3弹簧丝直径d/mm第一系列 0.45 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.6 2 2.5 3 3.5 4 4.5 第二系列0.32 0.55 0.65 1.4 1.8 2.22.8 3.2 5.5 6.5 7 9 弹簧中径D/mm 8 8.5 9 9.5 10 12 14 16 18 20 22 25 28 30 32 35 38 40 42 45 48 50 52 55 58有效圈数n/圈压缩弹簧6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 10 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15 16 18 20 22 25 28 30自由高度H/mm压缩弹簧150 160 170 180 190 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 450 480 500 520 550 580 600 由于弹簧内径D=弹簧中径D-簧丝直径d，通过参考同类摩托车型和实地考察 ，及参照上表5-1和表5-5，确定了以下弹簧结构参数，如表5-4所示 表5-4弹簧直径d(mm)有效圈数n弹簧中径（密圈）D(mm)3.57618其中有效圈数76圈包括：密圈n=40圈、节距t=5mm；稀圈n=36圈、节距t=8mm。（1）弹簧自由长度的计算：参照摩托车技术第2004/05期中弹簧的计算及根据机械设计手册单行本弹簧（简称手册，后同）的第19页表7-2-14中介绍的计算公式：当压缩弹簧两端圈磨平并紧，且支承圈为1圈时：总圈数n= n+2=76+2=78自由高度 H= n t+ n t+1.5d (5-4) =405+368+1.53.5493mm 压并高度H=（n+1.5）d=（76+1.5）3.5271mm （2）螺旋伸角：=arctan(t/D) （5-5）=arctan(5/3.1418)=5.06=arctan(8/3.1418)=8.06（3）簧丝长度L： 圆柱螺旋弹簧L=Dn/(cos) (5-6) L=L+LL=3.141840/（cos5.05）2521.8mmL=3.142036/ (cos8.06)2283.4mm所以L= L+ L4805.2mm（4）计算弹簧刚度：k=Gd/(8nD) (5-7)式中：k为锥圈刚度（N/mm）、d为簧丝直径(mm)、n为工作圈数、D为弹簧中径(mm)、G为弹簧材料的剪切弹性模数，取78400MPa。 k=784003.5/(84018)=6.3040N/mm1/ k=0.1586k=784003.5/(83620)=7.0045N/mm1/ k=0.1428弹簧的总刚度（合成刚度）1/k1 = 1/ k+1/ k=0.3014 (5-8) k1 3.3 N/mm密圈压并后，余下的刚度就是稀圈的刚度 K2= k7 N/mm密圈压并时的最大变形量 f m。max=（t-d）n=(5-3.5)40=60mm (5-9)按照弹簧受力变形公式: F=kf (5-10) 则： F3= k f m。max=6.304060=378.24 N此力使稀圈被压缩长度= F3/ k54 mm (5-11)拐点变形长度： f3 = 密圈最大变形量+稀圈在该力的变形量 = 60+54=114mm 工作图见图5-1，其绘制过程如下：1.预压长度H460 mm，如果没有实物参照，通常取某一规定范围值或由自己设计的预压长来决定。F=k (H-H)=3.3(493-460)109 N (5-12) 2.弹簧在拐点处的压缩高度： H= H- f=493-114=379mm，F3378 N (5-13)3.弹簧压缩到极限的长度 H=340mm；F=F+ K2（H3- H5） (5-14) F=378+7（379-340）=651N弹簧的极限长度是弹簧的预压长度减去活塞杆最大行程值，根据活塞长度、阻尼筒长度及减震垫计算得出。4.F、F的力值及弹簧压缩长度分别取FF和FF及其相应长度的中间值。 图 5-1弹簧工作特性图5.校核压并长 减震弹簧全压并长度：Hb=dn+1.5d271 mm；它距离弹簧压缩极限长度(340mm)还有69mm，应该没问题。6校核扭应力（） =8 FKC/（d2） MPa (5-15)式中： C为旋绕比，C=Dd=183.5 =5.1； (5-16)K为曲度因子，K=(4C一1)(4C一4)+0615C (5-17)=1.16+0.111.2968=86511.29685.1(3143.52 )=890 MPa许用扭应力通常在800 MPa左右（=0.5b），它随材料、簧丝直径和弹簧中径的不同而异。此处虽然超出，但因减震器不常在极限状态下工作，故可以使用。5.2.2减震弹簧按实际工作状态绘图的优点1)可对该支弹簧工作状态一目了然。如预压力多大、行程多长、最大压缩力膨大(影响扭应力和永久变形)、刚度k，、 多大及离拐点位置和离压并长还有多远等。2)可对配套厂的信息(如弹簧硬了、软了、承载力不足等)迅速改进，以满足用户要求。3)绘图多了，可对踏板、弯梁或骑式车的上述各值有一个由小到大变动的概念，各系列车有一定范围，不管是测绘还是设计都能做到心中有数。5.2.3减震器减震杆（活塞+活塞杆） 前减震器减震杆一般将活塞和杆分成两个零件加工然后在经铆接成为一个整体，目前要求活塞和杆制成整体。如图5-2所示： 图5-2 前减震器减震杆其中活塞杆主要承受来至活塞和接头的压缩和拉伸载荷，必须具有足够的强度。减震器活塞杆直径d=（0.400.55）D，常用612mm。直径过小抗压（拉）强度较低，则影响减震器的横向刚度。活塞杆采用35、40、45、40Cr等冷拉圆钢制成，硬度为HRC1835表面镀铬，镀铬层硬度为HRC3055。前叉可用45钢，调质及表面处理。图中，前减震器活塞杆设计成空心管，在管壁上在接近底部处开用两个补偿孔，在活塞附近处开有两阻尼小孔。两阻尼小孔离活塞越远，在复原行程中上腔形成的被压区愈大，减震器的行程则愈短。两阻尼小孔之间设计有一定的距离，是为了使油液和排出与补偿量能随载荷的变化而变化，使减震器性能趋于平缓、柔和。两阻尼小孔位置应设计在活塞经常工作的附近。在压缩到底时，底部补偿孔被活塞关闭，阻尼力突增。活塞杆采用双重流程加工工序，即为落料、车端面倒角、校直、磨外圆、高频淬火、回火、校直、多道磨外分别车削两端面（活塞端、吊环端或螺杆端）、切入磨、精密镀铬超精密等。活塞杆国外推荐采用精拔、辊轧、无导精磨削及震动锤加工，镀铬后抛光或超精磨；国内则多采用无心磨，电镀后抛光或超精磨，也有少数采用无心磨、辊轧、电镀后抛光或超精磨等工艺。活塞杆表面粗糙度应为Ra0.05Ra0.10，目前国产件为Ra0.2。活塞杆表面粗糙度对减震器漏油影响很大，表面尖锐的波峰越深，运动时，活塞杆穿过油封向外带出的油量也越多，漏油越严重。如从横断面看，油封在工作中其刃口紧紧地抱住活塞杆外表面，其作用面积为： S= (mm) (5-18) 式中：R活塞杆公称尺寸，mm； Ra活塞表面粗糙度，mm。若将两种不同的粗糙度活塞杆的作用面积进行比较可知，若活塞杆表面粗糙度增大一级，则与油封的有交叉磨损面积增大4倍还要多。试验表明，活塞杆表面粗糙度增加一级，减震器耐久试验次数减少30万次。活塞杆的直度一般为0.02mm，且对于减震器漏油也影响很大，从坯料校直到淬火，回火后校直都是磨前不可缺少的工序。校直点一般为24点，可采用意大利GALDABINICA5型系列多点（68点）12t校直机，其校直公差控制在0.02mm以内（具有0.03mm的TIR报警公差系统），无论工件呈“S”形或扭曲状都能达到校直要求，前叉的芯管活塞杆磨前的校直公差应在0.05mm左右。活塞应具有良好的导向性能，其高度为1012mm，过小导向性能边差，过大又增大减震器的总长度。活塞的外径D常用1640mm，其外圆柱面应具有良好的密封性，而活塞的高度过小会影响其密封性，外圆柱面与中心孔的同轴度也会影响密封性能，活塞外圆柱面的粗糙度是密封性能的保证，一般要求不低于Ra0.2m。一方面要求活塞在缸筒内能自由运动，另一方面要求油液不能在其间隙之间流动，可靠的密封才有一定的阻尼力，因此其配合间隙则是影响减震器工作性能地重要因素，一般其配合间隙应在0.050.10mm，国产减震器配合间隙为0.180.30mm。以前叉为例，其活塞杆上两阻尼小孔面积为2.815，若在上述间隙时，其活塞边隙泄漏面积为2.7854.63，后者远远超过了阻尼孔的面积，导致大量的油液直接泄漏，通过阻尼孔的油液明显减少，使减震器衰减震动的能力大大减弱。减震器活塞一般采用粉末冶金，如粉末冶金FZ1365(GB2688-81)。5.2.4活塞环活塞环主要起密封作用，防止油液从高压腔泄漏到低压腔（内泄），保证活塞的阻尼效果。由于活塞环靠自身弹力贴紧缸壁密封，所以可使工作缸筒和活塞的加工及配合精度适当降低，有利于实现大批量生产，降低成本；塑料活塞环线膨胀系数较大，可微量补偿阻尼的温度衰减率。活塞环密封原理是：首先靠自身弹力贴紧在缸筒壁内形成第一密封面，密封建立后，油压增大将环压向环岸形成第二密封面，如图5-3所示，完全形成高压腔与低压腔。此时高压油经过环的侧隙进入活塞环的背间隙向外挤压活塞环，背压则使活塞环与缸壁贴合更紧，形成更加可靠的密封。 图5-3 活塞环密封原理图活塞环的结构参数设计：1.活塞环径向厚度b b=(0.250.4) （mm） (5-19)式中：D工作缸筒内直径，mm 公差一般取0.10.2mm。因为工作缸筒内直径D=22mm，所以b=(0.250.4)=1.171.88mm取b为1.17 mm2.活塞环的轴向高度hh=(1.52.5)b =1.7552.925 (mm) (5-20)则取h为2.0 mm公差一般取0.100.15mm。3.活塞环开口设计活塞环开口形式一般采用斜开口（图5-4a），其斜角一般为45；对于轴向高度较小的活塞环开口形式采用直开口（图5-4b），而对于轴向高度较大的活塞环开口形式采用阶梯切口（图5-4c）a)斜切口； b)直切口； c)阶梯切口图5-4 活塞环开口形式环开口宽度为：c=(a+)sinr (mm) (5-21)式中：a环圆周长线胀量，mm； a=(t-t)s， () (5-22) t为连接工作最高使用温度，取80； t为常温，取20； 为线胀系数，1/； S为环中径处的周长，mm； s=（D-b）， (mm) (5-23) 环在开口前的外径比缸径的增大量，缸径为16mm，一般取0.2 mm为基础，缸径每增大1 mm，增加0.050.06mm。此设计缸内径为22mm，所以取0.50.56mm。表5-5 聚四氟乙烯性能名称单位指标线膨胀系数*（垂直于压力方向）1/2060 10.310-520100 10.510-520150 11.410-520200 12.810-5注：为HG2-234-76聚四氟乙烯树脂技术标准所规定的指标值。 按“塑料试验”（国标）测定所得的实测值来源于网址：http:/www.sh-通过上表5-5可知，这里我们取为10.5/根据上面公式计算：（取斜角为45时计算）s=（D-b）=3.14（26-1.17）=77.97mm； a=(t-t)s=(80-20) 10.577.970.491mm；c=(a+)sinr=（0.491+0.5）sin45=0.70mm4.活塞环侧间隙 =H-ha (mm) (5-24) 式中：H活塞上环槽高度，mm； a活塞环轴向高度的线胀量，mma=(t-t)h (mm) (5-25) a=(t-t)h =(80-20)10.52.0=0.0126mm5.活塞患背间隙