CN103106312A - 减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法 - Google Patents

减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法 Download PDF

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周长城
孔艳玲
刘小亭
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Abstract

本发明涉及减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法，属于减振器技术领域。先前对于等构环形叠加阀片变形一直没有给出可靠的计算方法，大都是利用ANSYS进行实体建模仿真，不能满足减振器设计及特性仿真和叠加阀片设计的要求。其特征在于：对于材料特性相同、内、外圆半径相等的环形叠加阀片，根据等构环形叠加阀片的厚度和片数及所受压力，对在任意半径r及阀口半径r k位置处的变形进行精确计算。通过ANSYS仿真结果可知，该计算方法是精确的，为减振器特性仿真及叠加阀片的拆分设计，提供了可靠的等构环形叠加阀片变形的计算方法。

Description

减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法
技术领域
本发明涉及液压减振器，特别是减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法。
背景技术
为了降低生产制造成本，满足减振器不同特性、阀片应力强度及生产工艺要求，实际减振器节流阀片大都是采用多片材料特性相同、内圆半径和外圆半径相等的多片叠加阀片，即等构环形叠加阀片，其厚度可以是相等也可以是不相等，但大都是多采用标准厚度系列，即h 1，h 2，…，h n。减振器等构环形叠加阀片的变形，特别是在阀口位置的变形，直接影响减振器的阻尼特性。然而，对于等构环形叠加阀片的变形计算，先前国内、外均无简便、精确的计算方法，大都是利用ANSYS等有限元仿真软件，通过建立实体仿真模型，对等构环形叠加阀片的变形进行数值仿真计算，但是由于缺乏简便、精确可靠的解析计算式或计算方法，难以满足减振器实际设计和生产及特性仿真的要求。
随着汽车工业的快速发展及行驶速度的不断提高，对减振器及叠加阀片设计提出了更高的要求，要实现减振器现代化CAD设计及特性仿真，必须提供一种精确的减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法，实现对阀口半径位置处变形的精确计算，从而建立精确的减振器设计及特性仿真模型，满足实际减振器设计、生产及减振器特性仿真精确建模的要求，降低减振器设计及试验费用。
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一种简便、准确、可靠的减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法，其计算流程如图1所示。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法，实际减振器等构环形叠加阀片的力学模型如图2所示,单片等效厚度阀片的力学模型如图3所示，其技术方案实施步骤如下：
（1）确定等构环形叠加阀片的等效厚度h e：
对于材料特性相同、内圆半径                                                
Figure 2013100734636100002DEST_PATH_IMAGE001
和外圆半径
Figure 681053DEST_PATH_IMAGE002
相等的环形叠加阀片，根据叠加阀片各片的厚度和片数（h 1，n 1；h 2，n 2；…；h n ，n n），确定减振器等构环形叠加阀片的等效厚度
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 106480DEST_PATH_IMAGE004
。
（2）计算等构环形叠加阀片在任意半径r的变形系数G r ：
根据减振器环形弹性阀片的内圆半径，外圆半径，弹性模量E和泊松比μ，计算叠加阀片在任意半径r（
Figure DEST_PATH_IMAGE005
）处的变形系数G r 为：
           ；
其中，当r=r k的变形系数G r ，即为叠加阀片在阀口半径r k处的变形系数G rk：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
当r=r b的变形系数G r ，即为叠加阀片在外圆半径r b处的变形系数G rb：
Figure 232251DEST_PATH_IMAGE008
；
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
,   , 
Figure DEST_PATH_IMAGE011
,     
Figure 834057DEST_PATH_IMAGE012
， 
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 500662DEST_PATH_IMAGE014
，，，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 865413DEST_PATH_IMAGE020
；
（3）计算等构环形叠加阀片在任意半径r的变形量f r ：
       根据等构环形叠加阀片所受的压力p，步骤（1）中的h e及步骤（2）中的G r ，对减振器等构环形叠加阀片在任意半径r处的变形量
Figure DEST_PATH_IMAGE021
进行计算，即：
；
根据等构环形叠加阀片所受的压力p，步骤（1）中的h e，及步骤（2）中的G rk和G rb，对等构环形叠加阀片在阀口半径r k及外圆半径r b处的变形量进行计算，分别为：
                           
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，。
本发明比现有技术具有的优点：
由于受各种减振器特性要求与阀片应力强度、生产工艺和成本的制约，实际减振器节流阀片大都是采用多片等构环形叠加阀片。先前对于减振器等构环形叠加阀片变形计算无简便、精确的计算方法，大都只能利用ANSYS有限元仿真软件，通过建立实体仿真模型，对等构环形叠加阀片变形进行数值仿真计算，得到近似的变形值，缺乏简便、精确可靠的叠加阀片变形解析计算式或计算方法，难以满足减振器实际设计和生产及特性仿真的要求。本发明对于材料特性相同、内圆半径和外圆半径相等的环形叠加阀片，根据叠加阀片的厚度和片数及所承受的压力，可对叠加阀片在任意半径位置处的变形进行精确计算，特别是能够对叠加阀片在阀口半径位置处的变形进行精确计算。通过与ANSYS仿真结果比较可知，该减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法是精确的，为实际减振器叠加阀片的拆分设计、应力强度计算及减振器特性仿真建模，提供了可靠的同构环形叠加阀片变形的计算方法。
为了更好地理解本发明下面结合附图作进一步的说明。
图1 是液压减振器等构环形叠加阀片变形计算流程图；
图2 是液压减振器等构环形叠加阀片力学模型；
图3 是液压减振器等效厚度阀片力学模型；
图4 是实施例一的等构环形叠加阀片变形系数G r 随半径r的变化曲线；
图5 是实施例一的等构环形叠加阀片变形f r 曲线；
图6 是实施例一的等构环形叠加阀片在阀口半径r k处的变形f rk随压力的变化曲线；
图7 是实施例一的等构环形叠加阀片在外半径r b处的最大变形f rb随压力的变化曲线；
图8 是实施例一的等构环形叠加阀片的变形仿真云图；
图9 是实施例二的等构环形叠加阀片变形f r 曲线；
图10 是实施例三的等构环形叠加阀片变形系数G r 随半径r的变化曲线；
图11 是实施例三的等构环形叠加阀片变形f r 曲线；
图12 是实施例三的等构环形叠加阀片的变形仿真云图。
具体实施方案
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：某减振器等构环形叠加阀片的内圆半径r a＝5.0mm，外圆半径r b＝8.5mm，阀口半径=8.0mm弹性模量E=200GPa，泊松比μ＝0.3，叠加阀片的厚度和片数，分别为h 1=0.1mm，n 1=3；h 2=0.15mm，n 2=2；h 3=0.2mm，n 3=1。
（1）确定等构环形叠加阀片的等效厚度h e：
根据某减振器等构环形叠加阀片的厚度和片数h 1=0.1mm，n 1=3；h 2=0.15mm，n 2=2； h 3=0.2mm，n 3=1，确定等构环形叠加阀片的等效厚度h e为：
Figure 972412DEST_PATH_IMAGE004
=0.260855mm；
（2）计算等构环形叠加阀片在任意半径r的变形系数：
根据减振器等构环形阀片的内圆半径
Figure 321485DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm，外圆半径
Figure 290578DEST_PATH_IMAGE002
=8.5mm，弹性模量E=2.0
Figure 865522DEST_PATH_IMAGE026
和泊松比μ=0.3，计算在均布压力下等构环形叠加阀片变形系数，即：
；
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，，
 
Figure DEST_PATH_IMAGE029
,
Figure 235827DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure 991293DEST_PATH_IMAGE030
；   
Figure 724894DEST_PATH_IMAGE013
，，
Figure 110187DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 403765DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 991872DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 978283DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 878106DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 100008DEST_PATH_IMAGE020
；
       计算得到叠加阀片变形系数G r 随半径r（
Figure 667256DEST_PATH_IMAGE005
）的变化曲线，如图4所示；
其中，叠加阀片在阀口半径r k处的变形系数G rk为：
           
Figure 699934DEST_PATH_IMAGE007
=
Figure DEST_PATH_IMAGE031
m6/N，
在外圆半径r b处的变形系数G rb为：
Figure 772539DEST_PATH_IMAGE008
=m6/N；
（3）计算叠加阀片在任意半径r变形：
       根据等构环形叠加阀片所受的压力p，步骤（1）中的h e，及步骤（2）中的G r ， G rk 和G rb，对减振器环形叠加阀片在任意半径r、阀口半径
Figure 970619DEST_PATH_IMAGE025
及外圆半径
Figure 298832DEST_PATH_IMAGE002
处的变形进行计算；
    ⅰ） 在任意半径r处的叠加阀片变形计算：
根据叠加阀片的等效厚度h e=0.260855mm，及步骤（2）中的计算得到的在任意半径r（
Figure DEST_PATH_IMAGE033
）处的叠加阀片变形系数G r ，当压力p=3.0MPa，计算得到的减振器叠加阀片的变形
Figure 563460DEST_PATH_IMAGE021
曲线，如图5所示；
ⅱ） 在阀口半径
Figure 268111DEST_PATH_IMAGE025
处的叠加阀片变形计算：
根据叠加阀片的等效厚度h e=0.260855mm，及步骤（2）中的在阀口半径
Figure 685317DEST_PATH_IMAGE025
=8.0mm处的变形系数G rk=m6/N，当压力p=1.0MPa，p=2.0MPa和p=3.0MPa，对在不同压力下阀口半径
Figure 437821DEST_PATH_IMAGE025
处的叠加阀片变形
Figure 415004DEST_PATH_IMAGE023
进行计算，分别为
Figure 952296DEST_PATH_IMAGE034
，，
Figure 278104DEST_PATH_IMAGE036
，其中，在阀口半径处的阀片变形随压力变化曲线，如图6所示；
ⅲ） 在外圆半径
Figure 642406DEST_PATH_IMAGE002
处的阀片最大变形计算：
根据叠加阀片的等效厚度h e=0.260855mm，及步骤（2）中的在外圆半径
Figure 34204DEST_PATH_IMAGE002
=8.5mm处的变形系数G rb=m6/N，当压力p=1.0MPa，p=2.0MPa和p=3.0MPa，对在外圆半径
Figure 643050DEST_PATH_IMAGE002
处的阀片最大变形
Figure 102981DEST_PATH_IMAGE024
进行计算，分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 129712DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
，其中，在外圆半径
Figure 548055DEST_PATH_IMAGE002
处的阀片最大变形量随压力的变化曲线，如图7所示。
根据减振器环形叠加阀片的内圆半径r a＝5.0mm，外圆半径r b＝8.5mm，弹性模型E＝200GPa，泊松比μ＝0.3，及叠加阀片的厚度和片数，即h 1=0.1mm，n 1=3；h 2=0.15mm，n 2=2；h 3=0.2mm，n 3=1，利用ANSYS建立叠加阀片仿真模型，网格划分单位为0.1mm，施加相同均布压力p＝3.0MPa情况下，仿真所得到的叠加阀片变形仿真云图，如图8所示。
由图8可知，在均布压力p＝3.0MPa下，该叠加阀片最大变形的仿真值为0.18838mm，与利用该计算方法所得到的最大变形0.1899mm之间的偏差仅为0.00152mm，相对偏差仅为0.8%，表明本发明所建立的减振器环形叠加阀片变形的计算方法是精确、可靠的，为建立精确的减振器节流阀参数设计及特性仿真数学模型，提供了可靠的减振器环形叠加阀片变形的计算方法。
实施例二：某减振器等构环形叠加阀片的结构参数及材料特性参数与实施例一中的完全相同，叠加阀片的厚度和片数分别为h 1=0.1mm，n 1=1；h 2=0.15mm，n 2=1；h 3=0.2mm，n 3=1，压力p=3.0MPa。
根据叠加阀片的厚度和片数h 1=0.1mm，n 1=1；h 2=0.15mm，n 2=1； h 3=0.2mm，n 3=1，确定减振器等构环形叠加阀片的等效厚度h e为：
Figure 840496DEST_PATH_IMAGE040
= 0.231303mm；
由于减振器等构环形叠加阀片的结构参数及材料特性参数与实施例一中的完全相同，因此，叠加阀片在任意半径r、阀口半径r k及外圆半径r b处的变形系数都与实施例一相同，即
在任意半径r处的变形系数G r ，如图4所示；
在阀口半径r k处的变形系数G rk为：
           
Figure 228752DEST_PATH_IMAGE007
=
Figure 80296DEST_PATH_IMAGE031
m6/N；
在外圆半径r b处的变形系数G rb为：
Figure 263015DEST_PATH_IMAGE008
=
Figure 714856DEST_PATH_IMAGE032
m6/N；
根据该减振器等构环形叠加阀片的等效厚度h e= 0.231303mm，压力p=3.0MPa及在任意半径r处的变形系数G r ，计算可得减振器叠加阀片的变形
Figure 641224DEST_PATH_IMAGE021
曲线，如图9所示；
根据在阀口半径
Figure 845809DEST_PATH_IMAGE025
=8.0mm处的变形系数G rk=
Figure 465010DEST_PATH_IMAGE031
m6/N，外圆半径
Figure 138568DEST_PATH_IMAGE002
=8.5mm处的变形系数G rb=
Figure 603047DEST_PATH_IMAGE032
m6/N，h e= 0.231303mm，压力p=3.0MPa，计算可得叠加阀片在阀口半径
Figure 271926DEST_PATH_IMAGE025
及外圆半径
Figure 685196DEST_PATH_IMAGE002
的变形分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 111629DEST_PATH_IMAGE042
。
实施例三：某减振器等构环形叠加阀片的材料特性参数与实施例一的相同，内圆半径
Figure 645379DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm，外圆半径
Figure 824556DEST_PATH_IMAGE002
=8.75mm，阀口半径
Figure 519980DEST_PATH_IMAGE025
=8.0mm，叠加阀片的厚度和片数，分别为h 1=0.15mm，n 1=1；h 2=0.2mm，n 2=3，均布压力p=3.0MPa。
采用实施例一的计算步骤，根据叠加阀片的内圆半径
Figure 168130DEST_PATH_IMAGE001
=5.0mm，外圆半径=8.75mm，弹性模量E=2.0
Figure 775140DEST_PATH_IMAGE026
和泊松比μ=0.3，确定在均布压力下叠加阀片变形系数构成的各项常数：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 313569DEST_PATH_IMAGE044
，
 
Figure DEST_PATH_IMAGE045
,
Figure 308070DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure 308255DEST_PATH_IMAGE046
；     
式中, 
Figure 337391DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 249984DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 997360DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 34193DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 917835DEST_PATH_IMAGE017
，，
Figure 970422DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 656618DEST_PATH_IMAGE020
；
根据上述E 1，E 2，E 3和E 4，计算得到叠加阀片在任意半径r处的变形系数G r 随半径r（
Figure 519401DEST_PATH_IMAGE033
）的变化曲线，如图10所示；其中，在阀口半径
Figure 164008DEST_PATH_IMAGE025
=8.0mm处的变形系数G rk=
Figure DEST_PATH_IMAGE047
m6/N；在外圆半径
Figure 26922DEST_PATH_IMAGE002
=8.75mm处的变形系数G rb=
Figure 408487DEST_PATH_IMAGE048
m6/N；
减振器环形叠加阀片h e=0.3013mm，当压力p=3.0MPa，叠加阀片的变形曲线，如图11所示；其中，叠加阀片在阀口半径
Figure 957597DEST_PATH_IMAGE025
=8.0mm处的变形
Figure DEST_PATH_IMAGE049
；在外圆半径
Figure 635703DEST_PATH_IMAGE002
=0.875mm处的最大变形
Figure 319494DEST_PATH_IMAGE050
。
根据减振器环形弹性阀片的内圆半径r a＝5.0mm，外圆半径r b＝8.75mm，弹性模型E＝200GPa，泊松比μ＝0.3，利用ANSYS进行叠加阀片仿真模型，网格划分单位为0.1mm，在施加相同均布压力p＝3.0MPa情况下，仿真得到的叠加阀片变形仿真云图，如图12所示。
由图12可知，在均布压力p＝3.0MPa下，该减振器叠加阀片最大变形的仿真值为0.163mm，与利用该计算方法所得到的最大变形0.162576mm之间的偏差仅为0.000424mm，相对偏差仅为0.26%，表明本发明所建立的减振器环形叠加阀片变形的计算方法是精确。

Claims (2)

1.减振器等构环形叠加阀片变形的计算方法，其具体步骤如下：
（1）确定等构环形叠加阀片的等效厚度h e：
对于材料特性相同、内圆半径
Figure 447107DEST_PATH_IMAGE001
和外圆半径
Figure 116729DEST_PATH_IMAGE002
相等的环形叠加阀片，根据叠加阀片各片的厚度和片数（h 1，n 1；h 2，n 2；…；h n ，n n），确定减振器等构环形叠加阀片的等效厚度
Figure 102003DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 942920DEST_PATH_IMAGE004
；
（2）计算等构环形叠加阀片在任意半径r的变形系数G r ：
根据减振器环形弹性阀片的内圆半径
Figure 685748DEST_PATH_IMAGE001
，外圆半径
Figure 394947DEST_PATH_IMAGE002
，弹性模量E和泊松比μ，计算叠加阀片在任意半径r（
Figure 765885DEST_PATH_IMAGE005
）处的变形系数G r 为：
          
Figure 653070DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，当r=r k的变形系数G r ，即为叠加阀片在阀口半径r k处的变形系数G rk：
Figure 742249DEST_PATH_IMAGE007
，
当r=r b的变形系数G r ，即为叠加阀片在外圆半径r b处的变形系数G rb：
Figure 491024DEST_PATH_IMAGE008
；
式中，,
Figure 40134DEST_PATH_IMAGE010
, 
Figure 819871DEST_PATH_IMAGE011
,     
Figure 402031DEST_PATH_IMAGE012
， 
Figure 747562DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 976549DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 774741DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 139687DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 808566DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 333088DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 493942DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 27692DEST_PATH_IMAGE020
；
（3）计算等构环形叠加阀片在任意半径r的变形量f r ：
    根据等构环形叠加阀片所受的压力p，步骤（1）中的h e及步骤（2）中的G r ，对减振器等构环形叠加阀片在任意半径r处的变形量
Figure 206869DEST_PATH_IMAGE021
进行计算，即：
Figure 902293DEST_PATH_IMAGE022
；
根据等构环形叠加阀片所受的压力p，步骤（1）中的h e，及步骤（2）中的G rk和G rb，对等构环形叠加阀片在阀口半径r k及外圆半径r b处的变形量进行计算，分别为：
                           
Figure 550443DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 622304DEST_PATH_IMAGE024
。
2.根据权利要求1所述方法的步骤(3)，其特征在于：根据叠加阀片等效厚度h e及在阀口半径r k的变形系数G rk，可对减振器等构环形叠加阀片在阀口半径r k的变形量f rk进行精确计算，即
Figure 157453DEST_PATH_IMAGE023
。
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