畢業(yè)設計（論文）-基于SolidWorks的減震器三維造型設計.doc

基于SolidWorks的減震器三維造型設計摘 要21世紀隨著汽車的不斷快速發(fā)展和人們生活水平不斷的提高，人們對汽車的舒適度、平穩(wěn)性等提出了更高的要求。為了改善汽車行駛的平順性，在汽車的懸架系統(tǒng)中安裝了汽車減震器并且在不斷的快速發(fā)展、改進和更新。在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用的是筒式減振器。在壓縮和伸張行程中均能起減振作用的是雙向作用式減振器，還有新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器。近年來，中國的減震器市場保持著增長的態(tài)勢。2007年中國汽車銷售879.15萬輛，增長率在20%以上。2008年汽車產(chǎn)銷量達到938萬輛，盡管增長率下降到6.7%，但依然是全球難得的保持增長的市場。預計2010年國內(nèi)汽車銷售規(guī)模有望達到1150萬輛。作為汽車懸架主要的零件，減震器在中國市場需求相應增長，2008年需求規(guī)模約為4700萬只。預計未來將以10%左右的速度增長，2010年有望達到5700萬只。因此本論文主要圍繞汽車減震器的設計來進行展開。關鍵詞：減震器的需求、減震器的類型、減震器的設計The 3D Modeling Design of the Shock Absorbers on SolidWorks AbstractAuthor:Wangfei Tutor: As the 21st century, the car continued rapid development and continuous improvement of peoples living standard, people car comfort, stability, etc. put forward higher requirements. In order to improve vehicle ride comfort traveling in the cars suspension system installed in the car shock absorbers, and the rapid development of continuously improved and updated.In the car suspension system widely used in the Shock Absorber. Done in the compression and damping trip can play the role of two-way role-type shock absorber, as well as new shock absorber, which includes inflatable adjustable shock absorber shock absorber and resistance.In recent years, the shock absorber market, maintained a growth trend. 2007 China car sales 8.7915 million, a growth of over 20%. Auto production and sales in 2008 reached 9.38 million, although the growth rate dropped to 6.7%, it is still rare to maintain the growth of the global market. Expected in 2010 the scale of the domestic automobile sales is expected to reach 11.5 million. As a major automotive suspension parts, shock absorbers corresponding growth in demand in the Chinese market in 2008, the scale of demand is about 47 million. The next will be about 10% of the rate of growth in 2010 is expected to reach 57 million.Therefore, this paper mainly focus on the design of automotive shock absorbers to be launched.Keywords: shock absorber needs, the type of shock absorber, shock absorber design目錄1、前言2、減震器結構方案分析2.1、減震器的作用2.2、減震器的種類2.3、減震器的結構的確定3、減震器的結構設計3.1、減震器的結構分析及其選擇3.2、主要參數(shù)選擇3.3、強度計算4、SolidWorks的減震器設計4.1、減震器零件的繪制4.2、減震器的裝配4.3、爆炸圖的生成4.4、工程圖的生成結束語致謝參考文獻1 前 言21世紀隨著汽車的不斷快速發(fā)展和人們生活水平不斷的提高，人們對汽車的舒適度、平穩(wěn)性提出了更高的要求。為了加速汽車車架和車身振動的衰減，改善汽車行駛的平順性，在汽車的懸架系統(tǒng)中安裝了汽車減震器并且在不斷的快速發(fā)展、改進和更新。并且近年來，中國的減震器市場保持著增長的態(tài)勢。2007年中國汽車銷售879.15萬輛，增長率在20%以上。2008年汽車產(chǎn)銷量達到938萬輛，盡管增長率下降到6.7%，但依然是全球難得的保持增長的市場。預計2010年國內(nèi)汽車銷售規(guī)模有望達到1150萬輛。作為汽車懸架主要的零件，減震器在中國市場需求相應增長，2008年需求規(guī)模約為4700萬只。預計未來將以10%左右的速度增長，2010年有望達到5700萬只。盡管如此，國產(chǎn)減震器生產(chǎn)遠遠不能滿足市場需求，尤其是中高檔汽車減震器更是供不應求，缺口部分仍依賴于進口。究其原因是設計減震器的人員較少和需求旺盛的矛盾。本文主要圍繞：1、減震器結構方案分析包括：減震器的作用、減震器的種類、減震器的結構的確定。2、減震器的結構設計包括：標準件的參數(shù)確定、主要參數(shù)選擇、強度計算。3、SolidWorks的減震器設計包括：減震器零件的繪制、減震器的裝配、爆炸圖的生成、工程圖的生成等方面來進行設計和闡述。本論文的寫作過程中得到了楊莉?qū)熀屯瑢W們的大力幫助和支持，在此表示衷心的感謝。由于本人水平有限，加之時間倉促，論文難免有缺點和錯誤，誠請導師、老師和同學們給予指正。 2、減震器結構方案分析2.1、減震器的作用減震器(Vibration Damper) ，減震器主要用來抑制彈簧吸震后反彈時的震蕩及來自路面的沖擊。在經(jīng)過不平路面時，雖然吸震彈簧可以過濾路面的震動，但彈簧自身還會有往復運動，而減震器就是用來抑制這種彈簧跳躍的。減震器太軟，車身就會上下跳躍，減震器太硬就會帶來太大的阻力，妨礙彈簧正常工作。在關于懸掛系統(tǒng)的改裝過程中，硬的減震器要與硬的彈簧相搭配，而彈簧的硬度又與車重息息相關，因此較重的車一般采用較硬的減震器。與引震曲軸相接的裝置，用來抗衡曲軸的扭轉振動(即曲軸受汽缸點火的沖擊力而扭動的現(xiàn)象)。為加速車架與車身振動的衰減，以改善汽車的行駛平順性，在大多數(shù)汽車的懸架系統(tǒng)內(nèi)都裝有減振器。減振器和彈性元件是并聯(lián)安裝的。但彈性元件與減振器之間又是矛盾的：減振器的阻尼力愈大，振動消除得愈快，但卻使并聯(lián)的彈性元件的作用不能充分發(fā)揮，同時，過大的阻尼力還可能導致減振器連接零件及車架損壞。為解決彈性元件與減振器之間的這一矛盾，對減振器提出如下要求：（1）、在懸架壓縮行程(車橋與車架相互移近的行程)內(nèi)，減振器阻尼力應較小，以便充分利用彈性元件的彈性，以緩和沖擊；（2）、在懸架伸張行程(車橋與車架相對遠離的行程)內(nèi)，減振器的阻尼力應大，以求迅速減振；（3）、當車橋(或車輪)與車架的相對速度過大時，減振器應當能自動加大液流通道截面積，使阻尼力始終保持在一定的限度之內(nèi)，以避免承受過大的沖擊載荷。2.2、減震器的種類按其結構：雙筒式減震器和單筒式減震器。減振器按其結構可分為雙筒式和單筒式。雙筒式是指減振器有內(nèi)外兩個筒，活塞在內(nèi)筒中運動，由于活塞桿的進入與抽出，內(nèi)筒中油的體積隨之增大與收縮，因此要通過與外筒進行交換來維持內(nèi)筒中油的平衡。所以雙筒減振器中要有四個閥，即除了上面提到的活塞上的兩個節(jié)流閥外，還有裝在內(nèi)外筒之間的完成交換作用的流通閥和補償閥。與雙筒式相比，單筒式減振器結構簡單，減少了一套閥門系統(tǒng)。它在缸筒的下部裝有一個浮動活塞，(所謂浮動即指沒有活塞桿控制其運動)，在浮動活塞的下面形成一個密閉的氣室，充有高壓氮氣。上面提到的由于活塞桿進出油液而造成的液面高度變化就通過浮動活塞的浮動來自動適應之。除了上面所述兩種減振器外，還有阻力可調(diào)式減振器。它可通過外部操作來改變節(jié)流孔的大小。最近的汽車將電子控制式減振器作為標準裝備，通過傳感器檢測行駛狀態(tài)，由計算機計算出最佳阻尼力，使減振器上的阻尼力調(diào)整機構自動工作。按使用材料：橡皮類減震器和金屬類減震器按從產(chǎn)生阻尼的材料這個角度劃分：液壓類減震器、充氣式類減震器和阻力可調(diào)式減震器1、雙向作用筒式減震器是在壓縮和伸張行程中均能起減振作用的減振器。雙向作用筒式減震器在壓縮行程時，汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時減振器內(nèi)活塞向下移動?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開壓縮閥，流回貯油缸。這些閥對油的節(jié)約形成懸架受壓縮運動的阻尼力。減振器在伸張行程時，車輪相當于遠離車身，減振器受拉伸。這時減振器的活塞向上移動?；钊锨挥蛪荷?，流通閥關閉，上腔內(nèi)的油液推開伸張閥流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時儲油缸中的油液推開補償閥流進下腔進行補充。由于這些閥的節(jié)流作用對懸架在伸張運動時起到阻尼作用。 由于伸張閥彈簧的剛度和預緊力設計的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達到迅速減振的要求。2.2-1雙向作用筒式減震器的示意圖1-活塞桿；2-工作缸筒；3-活塞；4-伸張閥；5-儲油缸筒； 6-壓縮閥；7-補償閥；8-流通閥；9-導向座；10-防塵罩；11-油封2、液壓減震器是以在減震器缸筒內(nèi)充專用油液為主的一種減震器。汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減震器。其原理是，當車架與車橋做往復相對運動兒活塞在減震器的缸筒內(nèi)往復移動時，減震器殼體內(nèi)的油液便反復地從內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時，液體與內(nèi)壁的摩擦及液體分子的內(nèi)摩擦便形成對振動的阻尼力。為了充分的了解減震器的工作原理，我們把防塵罩和彈簧去掉，直接看到阻尼器（見示意圖2.2-2）。液壓阻尼器利用液體在小孔中流過時所產(chǎn)生的阻力來達到減緩沖擊的效果。大圈中是活塞，它把油缸分為了上下兩個部分。當彈簧被壓縮，活塞向下運行，活塞下部的空間變小，油液被擠壓后向上部流動；反之，油液向下部流動。不管油液向上還是向下流動，都要通過活塞上的閥孔。油液通過閥孔時遇到阻力，使活塞運行變緩，沖擊的力量有一部分被油液吸收減緩了。圖2.2-2下面的是壓縮行程示意圖，表示減震器受力縮短的過程。示意圖2.2-3分別表示了液壓減震器中活塞向下運行，流通閥開啟，油缸下部的油液受到壓力通過流通閥向油缸上部流動。和活塞向下運行，壓力達到一定程度時，壓縮閥開啟，油缸下部的油液通過壓縮閥流向油缸外部儲存空間。圖中大箭頭表示活塞運動方向，紅色箭頭表示油液流動方向。圖2.2-3下面是伸張行程示意圖，表示減震器在彈簧作用下恢復原狀的過程。示意圖2.2-4分別表示了液壓減震器中活塞向上運行，伸張閥開啟，油缸上部的油液受到壓力通過伸張閥向油缸下部流動和活塞向上運行，壓力達到一定程度時，補償閥開啟，油缸外部儲存空間的油液流回到油缸下部。圖中大箭頭表示活塞運動方向，小箭頭表示油液流動方向。圖2.2-43、充氣式減震器是以在減震器缸筒內(nèi)充高壓氮氣為主的一種新型減震器。充氣式減震器是60年代以來發(fā)展起來的一種新型減震器。其結構特點是在缸筒的下部裝有一個浮動活塞，在浮動活塞與缸筒一端形成的一個密閉氣室種充有高壓氮氣。在浮動活塞的上面是減振器油液，在浮動活塞上裝有大斷面的O型密封圈，它把油和氣完全分開。工作活塞上裝有隨其運動速度大小而改變通道截面積的壓縮閥和伸張閥。此二閥均由一組厚度相同，直徑不等，由大到小而排列的彈簧鋼片組成。 充氣式減震器的工作原理是當車輪上下跳動時，減振器的工作活塞在油液中作往復運動。使工作活塞的上腔和下腔之間產(chǎn)生油壓差，壓力油便推開壓縮閥或伸張閥而來回流動。由于閥對壓力油產(chǎn)生較大的阻尼力，使振動衰減。由于活塞桿的進出而引起的缸筒容積的變化，則由浮動活塞的上下運動來補償。因此這種減振器不需儲液缸筒，所以亦稱單筒式減振器。而前述的雙向作用筒式減振器又稱雙筒式減振器。充氣式減震器有其顯著的特點：（1）、由于采用浮動活塞而減少了一套閥門系統(tǒng)，使結構大為減化，零件數(shù)約減少15。（2）、由于充氣式減震器內(nèi)充有高壓氣體，能有效地減少車輪受到突然沖擊時產(chǎn)生的高頻振動，并有助于消除噪聲。（3）、在防塵罩直徑相同的情況下，充氣式減振器的工作缸和活塞直徑比雙筒式減振器大，所以在每厘米行程中流經(jīng)閥的流量較雙筒式減振器大幾倍，故在同樣泄流的不利工作條件下，它比雙筒式能更可靠地保證產(chǎn)生足夠的阻尼力。（4）、充氣式減振器由于內(nèi)部具有高壓氣體和油氣被浮動活塞隔開，消除了油的乳化現(xiàn)象。（5）、缺點是對油封要求高；充氣工藝復雜，不能修理；以及當缸筒受到外界物體的沖擊而產(chǎn)生變形時，減振器就不能工作。圖2.2-5充氣式減震器示意圖4、阻力可調(diào)式減震器是一種可調(diào)阻力的新型減震器。阻力可調(diào)式減震器主要包括貯油缸總成、工作缸、活塞桿導向座、油封、壓縮閥總成、活塞桿、輔助閥體、活塞、活塞螺母、壓縮閥閥門、復原閥閥門，其活塞桿為空心結構，下端側壁上開有側向油孔，旋轉控制桿裝配在活塞桿內(nèi)部，旋轉控制桿的上端緊貼活塞桿內(nèi)壁套有導向套、密封圈和墊圈；旋轉控制桿的下端緊貼活塞桿內(nèi)壁套一個可與旋轉控制桿一起轉動的閥套，閥套上也開有與側向油孔同一高度的側向油孔，旋轉控制桿帶動閥套轉動，閥套上的側向油孔可與空心活塞桿上的側向油孔導通或關閉。本實用新型可以在常規(guī)的減震器基礎上很容易改裝成阻力可調(diào)式減震器，能根據(jù)不同的路況和自身的裝載能力改變阻尼力，保證汽車在各種不同路面行駛時，具有良好的平順性及操縱穩(wěn)定性。裝有阻力可調(diào)式減震器的汽車的懸架一般用剛度可變的空氣彈簧作為彈性元件。其原理是，空氣彈簧若氣壓升高，則減震器氣室內(nèi)的壓力也升高，由于壓力的改變而使油液的節(jié)流孔徑發(fā)生改變，從而達到改變阻尼剛度的目的。圖2.2-6阻力可調(diào)式減震器示意圖5、汽車電磁減震器稱為Electromagnetic Absorber，利用電磁反應產(chǎn)生阻尼的一種新型智能化減震系統(tǒng)。電磁減震器的電子控制器ECU根據(jù)加速度傳感器檢測到的路面實際狀況和懸架行程傳感器檢測到的實際運動行程，發(fā)出指令控制電磁減震器內(nèi)的電流。電磁減震器的控制有兩種方式：第一種是純電磁控制，減震器內(nèi)沒有了傳統(tǒng)油液減震器的油液，電子減震器活塞外側有定子線圈，控制定子線圈的電流強度，從而精確控制直線電動機的反方向運動阻尼力和減振力，緩和路面的沖擊與振動。輸入的電流越大，定子線圈中產(chǎn)生的磁場就越強，直線電動機產(chǎn)生反方向的阻尼力和減振力也就越大。第二種是可是說電液一體控制，和傳統(tǒng)油液減震器一樣，依靠油液在節(jié)流孔的流動實現(xiàn)阻尼效果，只是電磁減震器內(nèi)的油液是一種新型的電磁液，它是由合成碳氫化合物以及3至10微米大小的磁性粒子組成的。一旦控制單元發(fā)出脈沖信號，線圈內(nèi)便會產(chǎn)生電壓，從而形成一個磁場，改 變其中粒子的排列方式。這些粒子會按垂直于油流的方向排列，從而起到阻礙油在活塞通道內(nèi)流動的效果，如此便能改變減震特性。圖2.2-7電液一體化電磁減震器圖例如奧迪TT跑車上應用的電磁減震器，該減震器活塞上繞有電磁線圈，當電磁線圈中無電流通過時，活塞內(nèi)4個微型通道中的電磁液未被磁化，不規(guī)則排列的磁性顆粒呈均勻分布狀態(tài)，產(chǎn)生的阻尼力與普通減振油相同；一旦控制單元發(fā)出脈沖信號，線圈內(nèi)便會產(chǎn)生電壓，從而形成一個磁場，并改變粒子的排列方式。圖2.2-8電磁減震器控制開關圖這些粒子馬上會按垂直于活塞運動的方向排列，阻礙油在活塞微型通道內(nèi)流動，提高阻尼效果。活塞線圈中輸入的電流強度越大，形成的磁場強度越強，磁性顆粒被磁化的程度越好，產(chǎn)生的阻尼力就越大。由此可見，磁流變液體產(chǎn)生阻尼力的大小隨輸入電流強度的大小而變化。車載ECU可在1S時間內(nèi)讓減震器的阻力和減振力連續(xù)改變1000次，與單獨使用彈簧液壓減震器相比，既提高響應速度，又可提高舒適性，堪稱全球動作最快、最先進的智能懸掛系統(tǒng)。最新研發(fā)的“奧迪電磁減震系統(tǒng)”提供“常規(guī)”和“運動”兩階段阻尼調(diào)整模式，可調(diào)的阻尼模式能夠適應不同駕駛風格及多種路況要求。相比傳統(tǒng)的減震器，奧迪磁性減震器動作要快得多。在基本的舒適模式下，減震器油較黏稠，吸震效果較顯著。電磁力減震器的優(yōu)點（1）、以磁代油，以電磁場瞬時消能減震代替油摩擦滯時消能減震，本質(zhì)上解決了傳統(tǒng)減震器漏油失效的困境。（2）、根據(jù)路況，自動調(diào)整阻尼，以減少車身晃動和傾斜，滿足舒適性和平穩(wěn)性（3）、以震消震，利用震動能量驅(qū)動磁場產(chǎn)生電磁場，形成最優(yōu)磁阻尼，達到平穩(wěn)消能吸震的目的。（4）、電磁場工作區(qū)間呈懸浮狀態(tài)，關鍵部件采用采用耐磨，耐蝕，高強度的特殊材質(zhì)制造，正常使用壽命是傳統(tǒng)油壓減震器的3倍以上。（5）、減震效果好，延長了變速箱，車輪，轉向器，輪胎等部件及整車的使用壽命。（6）、緊急制動時，瞬時產(chǎn)生的震動能量可通過電磁場的能量轉化迅速消耗掉，控制輪胎緊貼路面，明顯提高制動效率，急剎時穩(wěn)定性好，駕乘更安全。2.3、減震器的結構的確定通過對現(xiàn)有減震器的分析和歸納總結，減震器的結構主要包括：彈簧、連接軸、驅(qū)動軸、上當環(huán)、下檔環(huán)、限位軸、轉動軸等七部分組成。3、減震器的結構設計3.1、減震器的結構分析及其選擇減震器的結構包括：彈簧、連接軸、驅(qū)動軸、上當環(huán)、下檔環(huán)、限位軸、轉動軸等七部分。（1）、彈簧的參數(shù)：實驗切應力：T2=(8PsD)/(nd3),N/mm2許用切應力：T=(8PDK)/nd3,N/mm2工作負荷:P=(Gd4)/(8D2N),N試驗負荷下變形量：(Fs=TsnD2n)/(Gd),mm彈簧剛度：P=P/F=(Gd4)/(8Dn3),N/mm曲度系數(shù)：K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C旋繞比：C=D/d自由高度：H。Hb+Fs,mm式中Hb=d（n+2），mm表中：最小允許負荷下的變形量：F2取20%Fs，mm最大最小允許負荷下的變形量：F2取80%Fs，mm彈簧材料展開長度：LnD（n+2），mm彈簧質(zhì)量：MnD（n+2）（nd2）/4-p，kg式中：p為彈簧材料的密度，并取p=7.8x10-6 kg/mm33.2、主要參數(shù)選擇3.3、強度計算4、SolidWorks的減震器設計4.1、減震器零件的繪制1、彈簧圖4.1