CN102748418A - 减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法 - Google Patents

减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及减振器复合阀螺旋弹簧刚度的设计方法，属于减振器领域，其特征在于采用如下步骤：(1)根据减振器复合阀节流阀片内圆半径和阀口位置半径，选取螺旋弹簧中径；(2)确定螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内、外半径；(3)计算节流阀片在阀口位置的变形系数；(4)确定作用在节流阀片上的弹簧压力；(4)确定减振器复合阀螺旋弹簧的刚度。因为本发明采用了解析设计方法，所以刚度设计值更加准确可靠，避免了反复试验和修改，降低了减振器设计成本，提高了减振器开发周期，利用该解析设计方法能够满足汽车减振器复合阀螺旋弹簧快速和精确设计的要求。

Description

减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法
技术领域
本发明涉及减振器，特别是汽车减振器由节流阀片和螺旋弹簧所组成复合阀的螺旋弹簧刚度的设计方法。
背景技术
某些汽车减振器为了满足减振器特性设计要求，采用螺旋弹簧和节流阀片组成的复合节流阀，其阻尼特性主要是由减振器阀系参数所决定的，其中螺旋弹簧的刚度对减振器特性起着关键性作用。目前，国内、外对减振器阀系参数设计还没有准确、可靠的设计方法，大都是利用经验首先确定螺旋弹簧的一个刚度值，然后经过反复试验和修改，最后才确定出设计刚度，其主要原因是目前国内、外缺乏可靠的减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法。尽管已有学者对此进行了大量研究，但仅建立了阀片在均布压力下的变形解析计算方法，对于阀片在弹簧作用力下的变形，依然没有建立可靠的计算方法，大都是利用有限元软件通过建模进行数值仿真。有限元数值仿真方法因未提供解析计算式，难以满足实际减振器设计和特性仿真建模的要求。因此，目前汽车减振器复合阀螺旋弹簧刚度尚无快速、准确的设计方法，不能满足现代汽车减振器快速、精确设计的要求，还必须建立汽车减振器复合阀螺旋弹簧刚度的设计方法。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供汽车减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的汽车减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法，其流程框图如图1所示，其技术方案所实施的步骤如下：
(1) 根据减振器复合阀节流阀片内圆半径                                                
Figure 159977DEST_PATH_IMAGE001
和阀口位置半径
Figure 836946DEST_PATH_IMAGE002
，选取螺旋弹簧中径
Figure 337197DEST_PATH_IMAGE003
，且
Figure 23393DEST_PATH_IMAGE004
；
(2) 确定螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内、外半径：根据螺旋弹簧中径，确定螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内半径
Figure 156883DEST_PATH_IMAGE005
mm及外半径
Figure 144430DEST_PATH_IMAGE006
mm；
(3) 计算节流阀片在
Figure 368738DEST_PATH_IMAGE007
位置的变形系数
Figure 7399DEST_PATH_IMAGE008
：根据复合阀节流阀片内圆半径、外圆半径、阀口位置半径
Figure 342062DEST_PATH_IMAGE007
、节流阀片材料的弹性模量
Figure 523645DEST_PATH_IMAGE011
和泊松比
Figure 41214DEST_PATH_IMAGE012
、螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内
Figure 252621DEST_PATH_IMAGE013
及外半径
Figure 818732DEST_PATH_IMAGE014
，计算阀口位置半径
Figure 917138DEST_PATH_IMAGE007
处的变形系数
Figure 543291DEST_PATH_IMAGE015
；其中，
Figure 477880DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 847682DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 66173DEST_PATH_IMAGE018
(4) 确定作用在节流阀片上的弹簧压力
Figure 863228DEST_PATH_IMAGE019
：根据节流阀片在阀口位置半径
Figure 783649DEST_PATH_IMAGE007
处的变形系数
Figure 691562DEST_PATH_IMAGE008
、节流阀片厚度
Figure 764560DEST_PATH_IMAGE020
以及减振器特性要求的阀片预变形量
Figure 732516DEST_PATH_IMAGE021
，确定作用在节流阀片上的弹簧压力
Figure 641697DEST_PATH_IMAGE022
；
(5) 设计减振器复合阀螺旋弹簧的刚度
Figure 415618DEST_PATH_IMAGE023
：根据螺旋弹簧中径
Figure 546385DEST_PATH_IMAGE003
、螺旋弹簧在节流阀片作用力处的阀片外半径
Figure 996827DEST_PATH_IMAGE014
和内半径
Figure 314676DEST_PATH_IMAGE013
、螺旋弹簧预压缩量
Figure 892288DEST_PATH_IMAGE024
及作用在节流阀片上的弹簧压力，确定螺旋弹簧刚度
Figure 369DEST_PATH_IMAGE025
。
本发明比现有技术具有的优点：
1、因为汽车减振器复合阀螺旋弹簧刚度采用了解析设计方法，所以刚度设计值更加准确可靠，能够满足汽车减振器复合阀螺旋弹簧快速和精确设计的要求；
2、本发明避免了反复试验和修改，提高了减振器设计开发效率，降低了减振器设计和试验费用。
附图说明
为了更好地理解本发明下面结合附图作进一步说明。
图1是汽车减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法流程图。
图2是双筒式液压减振器要求速度特性曲线。
图3是试验测得所设计具体复合阀的双筒式液压减振器速度特性曲线。
图4是试验测得所设计具有复合阀的双筒式液压减振器示功图。
具体实施方式
下面通过一实施例对本发明作进一步详细说明。
某汽车减振器为了满足减振器特性设计要求，采用螺旋弹簧和节流阀片组成的复合节流阀，复合阀节流阀片内圆半径
Figure 805514DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm；和阀口位置半径
Figure 921238DEST_PATH_IMAGE002
=8.0mm；外圆半径
Figure 761018DEST_PATH_IMAGE010
=8.5mm；节流阀片厚度=0.15mm；节流阀片材料的弹性模量
Figure 111282DEST_PATH_IMAGE026
和泊松比
Figure 765118DEST_PATH_IMAGE027
，螺旋弹簧预压缩量
Figure 724983DEST_PATH_IMAGE024
=10.0mm；减振器特性所要求的阀片预变形量=0.04mm。
本发明实施例所提供的筒式液压减振器节流阀片在弹簧作用力下的变形计算方法，具体步骤如下：
(1) 根据减振器复合阀节流阀片内圆半径
Figure 969331DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm和阀口位置半径
Figure 426857DEST_PATH_IMAGE002
=8.0mm，选取螺旋弹簧中径=12mm；
(2) 确定螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内、外半径：根据螺旋弹簧中径
Figure 375276DEST_PATH_IMAGE003
，确定螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内半径
Figure 704627DEST_PATH_IMAGE005
mm=5.9mm及外半径
Figure 903527DEST_PATH_IMAGE006
mm=6.1mm；
(3) 计算节流阀片在
Figure 385455DEST_PATH_IMAGE007
=8mm位置的变形系数
Figure 378819DEST_PATH_IMAGE008
：根据复合阀节流阀片内圆半径
Figure 195465DEST_PATH_IMAGE009
=5mm、外圆半径
Figure 198056DEST_PATH_IMAGE010
=8.5mm、阀口位置半径
Figure 33026DEST_PATH_IMAGE007
=8mm、节流阀片材料的弹性模量
Figure 197291DEST_PATH_IMAGE026
和泊松比
Figure 501233DEST_PATH_IMAGE028
、螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内=5.9mm及外半径
Figure 232877DEST_PATH_IMAGE014
=6.1mm，计算阀口位置半径
Figure 833623DEST_PATH_IMAGE007
=8mm处的变形系数=1.3642×10-23m6/N；其中
Figure 703676DEST_PATH_IMAGE029
=2.5802×10-23，=8.9279×10-20，
Figure 81622DEST_PATH_IMAGE031
=1.3251×10-22；
(4) 确定作用在节流阀片上的弹簧压力：根据节流阀片在阀口位置半径
Figure 727815DEST_PATH_IMAGE007
处的变形系数
Figure 80299DEST_PATH_IMAGE008
=1.3642×10-23、节流阀片厚度
Figure 85164DEST_PATH_IMAGE020
以及减振器特性要求的阀片预变形量
Figure 523099DEST_PATH_IMAGE021
=0.04mm，确定作用在节流阀片上的弹簧压力
Figure 520880DEST_PATH_IMAGE022
=9.895MPa；
(5) 设计减振器复合阀螺旋弹簧的刚度
Figure 727870DEST_PATH_IMAGE023
：根据螺旋弹簧中径
Figure 903636DEST_PATH_IMAGE003
=12mm、螺旋弹簧在节流阀片作用力处的阀片外半径
Figure 828867DEST_PATH_IMAGE014
=6.1mm和内半径
Figure 866224DEST_PATH_IMAGE013
=5.9mm、螺旋弹簧预压缩量
Figure 193300DEST_PATH_IMAGE024
=5mm及作用在节流阀片上的弹簧压力
Figure 274389DEST_PATH_IMAGE019
=9.895MPa，确定螺旋弹簧刚度
Figure 686916DEST_PATH_IMAGE025
=7461.37N/m。
利用30KN电液伺服减振器综合试验台对所设计的具有复合阀的液压筒式减振器进行特性试验，减振器速度特性曲线和示功图分别如图3和图4所示。通过图3与图2对比分析可知，试验测得的减振器速度特性曲线与所要求的速度特性曲线非常逼近且示功图较饱满，表明螺旋弹簧刚度满足了要求，说明减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法是正确的。

Claims (3)

1.汽车减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法，其具体步骤如下：
(1) 根据减振器复合阀节流阀片内圆半径和阀口位置半径
Figure 951876DEST_PATH_IMAGE002
，选取螺旋弹簧中径
Figure 524939DEST_PATH_IMAGE003
，且；
(2) 确定螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内、外半径：根据螺旋弹簧中径
Figure 71644DEST_PATH_IMAGE003
，确定螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内半径
Figure 149322DEST_PATH_IMAGE005
mm及外半径
Figure 135863DEST_PATH_IMAGE006
mm；
(3) 计算节流阀片在
Figure 740020DEST_PATH_IMAGE007
位置的变形系数
Figure 707976DEST_PATH_IMAGE008
：根据复合阀节流阀片内圆半径
Figure 272950DEST_PATH_IMAGE009
、外圆半径、阀口位置半径
Figure 193949DEST_PATH_IMAGE007
、节流阀片材料的弹性模量
Figure 332806DEST_PATH_IMAGE011
和泊松比、螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内及外半径
Figure 682382DEST_PATH_IMAGE014
，计算阀口位置半径
Figure 992141DEST_PATH_IMAGE007
处的变形系数；其中，
Figure 457550DEST_PATH_IMAGE016
 
Figure 766171DEST_PATH_IMAGE017
Figure 840307DEST_PATH_IMAGE018
(4) 确定作用在节流阀片上的弹簧压力
Figure 132748DEST_PATH_IMAGE019
：根据节流阀片在阀口位置半径
Figure 458687DEST_PATH_IMAGE007
处的变形系数、节流阀片厚度以及减振器特性要求的阀片预变形量
Figure 662900DEST_PATH_IMAGE021
，确定作用在节流阀片上的弹簧压力
Figure 651585DEST_PATH_IMAGE022
；
(5) 设计减振器复合阀螺旋弹簧的刚度：根据螺旋弹簧中径
Figure 757261DEST_PATH_IMAGE003
、螺旋弹簧在节流阀片作用力处的阀片外半径
Figure 24294DEST_PATH_IMAGE014
和内半径
Figure 301823DEST_PATH_IMAGE013
、螺旋弹簧预压缩量
Figure 970702DEST_PATH_IMAGE024
及作用在节流阀片上的弹簧压力
Figure 698486DEST_PATH_IMAGE019
，确定螺旋弹簧刚度
Figure 187237DEST_PATH_IMAGE025
。
2.根据权利要求1所述的汽车减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法，其技术特征在于：根据复合阀节流阀片内圆半径、外圆半径、阀口位置半径
Figure 939795DEST_PATH_IMAGE007
、节流阀片材料的弹性模量
Figure 181420DEST_PATH_IMAGE011
和泊松比、螺旋弹簧作用在节流阀片上的接触圆环的内
Figure 913064DEST_PATH_IMAGE013
及外半径
Figure 513810DEST_PATH_IMAGE014
，计算阀口位置半径处的变形系数
Figure 383863DEST_PATH_IMAGE008
。
3.根据权利要求1所述的汽车减振器复合阀螺旋弹簧刚度设计方法，其技术特征在于：根据节流阀片厚度
Figure 881840DEST_PATH_IMAGE020
以及减振器特性要求的阀片预变形量，确定作用在节流阀片上的弹簧压力；并根据螺旋弹簧中径
Figure 19439DEST_PATH_IMAGE003
、螺旋弹簧在节流阀片作用力处的阀片外半径
Figure 901945DEST_PATH_IMAGE014
和内半径
Figure 723270DEST_PATH_IMAGE013
、螺旋弹簧预压缩量
Figure 400239DEST_PATH_IMAGE024
及作用在节流阀片上的弹簧压力，确定螺旋弹簧的设计刚度K。
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