CN103177158A - 减振器等构环形叠加阀片周向应力的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及减振器等构环形叠加阀片周向应力的计算方法,属于减振器技术领域。先前对于减振器等构环形叠加阀片周向应力一直没有可靠的计算方法,不能满足减振器现代化CAD设计及应力强度计算的要求。本发明其特征在于采用如下步骤:1)确定等构环形叠加阀片的等效厚度;2)确定等构环形叠加阀片的厚度比例系数;3)计算等构环形叠加阀片在任意半径r的周向应力系数;4)计算各叠加阀片在任意半径r位置的周向应力及最大周向应力。该减振器等构环形叠加阀片周向应力的计算方法,可对各叠加阀片在任意半径位置处的周向应力及最大周向应力进行精确计算,为减振器等构叠加阀片设计及应力强度计算,提供了可靠的周向应力计算方法。
Description
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周向应力的计算方法。
背景技术
减振器节流阀片实际大都是采用材料特性相同、内圆半径和外圆半径相等的多片叠加,即等构环形叠加阀片,各叠加阀片大都是多采用标准厚度系列即h 1,h 2,…,h n,以满足减振器不同特性、降低生产制造成本、阀片应力强度及生产工艺要求。叠加节流阀片是减振器最为关键的精密核心元件,叠加阀片的变形影响减振器的阻尼特性,叠加阀片的应力决定着减振器的寿命,要实现减振器叠加阀片的精确设计及应力强度校核,必须能够对减振器叠加阀片的周向应力进行精确计算。然而对于减振器等构环形叠加阀片的周向应力计算,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周向利用进行数值仿真计算,但是由于有限元仿真软件缺乏简便、精确可靠的解析计算式或计算方法,难以满足实际减振器叠加阀片设计和生产的要求。
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,实现减振器叠加阀片的精确设计及应力强度校核,必须提供一种精确的减振器等构环形叠加阀片周向应力的计算方法,实现对叠加阀片的周向应力进行精确计算,满足实际减振器叠加阀片精确设计及实际生产要求,提高减振器设计质量、性能及使用寿命。
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周向应力的计算方法,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周向应力的计算方法,实际减振器等构环形叠加阀片的力学模型如图2所示,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:
(2)确定等构环形叠加阀片的厚度比例系数k hi :
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,根据叠加阀片各片的厚度和片数(h 1,n 1;h 2,n 2;…;h n ,n n)及步骤(1)中的,确定减振器等构环形叠加阀片中的各单片不同厚度叠加阀片h 1,h 2…,h n 的比例系数k hi 分别为:
;
根据叠加阀片所受压力p,步骤(1)中的叠加阀片等效厚度h e,步骤(2)中的各叠加阀片厚度比例系数k hi ,及步骤(3)中的及数,对厚度为h 1,h 2,…,h n 的各叠加阀片在半径r处的周向应力及在内圆半径处的最大周向应力进行分别计算,即:
本发明比现有技术具有的优点:
减振器节流阀片实际大都是采用多片等构环形叠加阀片,然而,先前对于减振器等构环形叠加阀片周向应力计算无简便、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周向应力进行数值仿真计算,得到近似的周向应力值,难以满足减振器叠加阀片设计及应力强度校核的要求。本发明根据等构环形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周向应力及在内圆半径处的最大周向应力进行精确计算,通过与ANSYS仿真验证结果比较可知,该减振器等构环形叠加阀片周向应力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,提供了可靠的等构环形叠加阀片周向应力的计算方法。
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 是减振器等构环形叠加阀片变形计算流程图;
图2 是减振器等构环形叠加阀片力学模型;
图3是实施例一的减振器等构环形叠加阀片的周向应力系数随半径变化曲线;
图4是实施例一的减振器等构环形叠加阀片的周向应力曲线;
图5是实施例一的减振器等构环形叠加阀片周向应力仿真云图;
图6是实施例二的减振器等构环形叠加阀片周向应力曲线;
图7 是实施例三的减振器等构环形叠加阀片的周向应力系数随半径变化曲线;
图8 是实施例三的减振器等构环形叠加阀片周向应力曲线;
图9 是实施例三的减振器等构环形叠加阀片周向应力仿真云图。
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,均布压力p=3.0MPa。
(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,等构环形叠加阀片的等效厚度h e为:
=0.260855mm;
(2)确定等构环形叠加阀片的厚度比例系数k hi
根据等构环形叠加阀片的厚度h 1=0.1mm,h 2=0.15mm,h 3=0.2mm,及步骤(1)中的等效厚度h e=0.260855mm,确定各叠加阀片的厚度比例系数分别为:
;
根据步骤(1)中的叠加阀片等效厚度h e=0.260855mm,步骤(2)中的各叠加阀片厚度比例系数 k h 1=0.38335,=0.575,= 0.7667,步骤(3)中的在任意半径r()处的周向应力系数及在内圆半径处的周向应力系数,对在均布压力p=3.0MPa情况下,厚度分别为h 1=0.1mm,h 2=0.15mm,h 3=0.2mm的各叠加阀片在半径r处的周向应力进行分别计算,即
计算所得到的各叠加阀片h 1=0.1mm,h 2=0.15mm和h 3=0.2mm的周向应力随半径r的变化曲线,如图4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,在施加相同均布压力p=3.0MPa情况下,仿真所得到的叠加阀片周向应力仿真云图,如图5所示。
由图5可知,在均布压力p=3.0MPa下,该叠加阀片周向应力的仿真值为506MPamm,与利用该计算方法所得到的最大周向应力483.97MPa之间的偏差为22.03MPa,相对偏差仅为4.2%,表明本发明所建立的减振器等构环形叠加阀片周向应力的计算方法是精确、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等构环形叠加阀片周向应力的计算方法。
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。
(1)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:
(2)根据等构环形叠加阀片的厚度h 1=0.1mm,h 2=0.15mm,h 3=0.2mm,及步骤(1)中的等效厚度h e=0.231303mm,确定各叠加阀片的厚度比例系数分别为:
根据步骤(1)中的叠加阀片等效厚度h e=0.231303mm,步骤(2)中的各叠加阀片厚度比例系数k h 1= 0.43233,= 0.6485,= 0.8646666;实施例一步骤(3)中的在任意半径r()处的周向应力系数及在内圆半径处的周向应力系数,对在均布压力p=3.0MPa情况下,叠加阀片h 1=0.1mm,h 2=0.15mm,h 3=0.2mm在半径r处的周向应力进行分别计算,即
计算所得到的各叠加阀片h 1=0.1mm,h 2=0.15mm和h 3=0.2mm的周向应力随半径r的变化曲线,如图6所示。其中,各叠加阀片h 1=0.1mm,h 2=0.15mm和h 3=0.2mm在内圆半径处的最大周向应力分别为:
实施例三:某减振器等构环形叠加阀片的材料特性参数、内圆半径与实施例一的相同,外圆半径=8.75mm,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,所受均布压力p=3.0MPa。
采用与实施例一完全相同的步骤,即:
(1)根据叠加阀片的厚度和片数h 1=0.15mm,n 1=1;h 2=0.20mm,n 2=3,确定等构环形叠加阀片的等效厚度h e为:
(2)根据等构环形叠加阀片的厚度h 1=0.15mm,h 2=0.2mm,及步骤(1)中的等效厚度h e=0.30138mm,确定各叠加阀片的厚度比例系数分别为:
根据步骤(2)中的各叠加阀片厚度比例系数k h1= 0.49771,= 0.663614,及骤(3)中的在任意半径r()处的周向应力系数及在内圆半径处的周向应力系数,对在均布压力p=3.0MPa情况下,叠加阀片h 1=0.15mm和h 2=0.20mm在半径r处的周向应力分别计算,即
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=8.75mm,弹性模型E=200GPa,泊松比μ=0.3,叠加阀片厚度和片数为h 1=0.15mm,n 1=1;h 2=0.20mm,n 2=3,利用ANSYS建立叠加阀片仿真模型,网格划分单位为0.1mm,在施加相同均布压力p=3.0MPa情况下,得到的叠加阀片周向应力仿真云图,如图9所示。
由图9可知,在均布压力p=3.0MPa下,该叠加阀片最大周向应力的仿真值为370MPa,与利用该计算方法所得到的364.7MPa之间的偏差为5.3MPa,相对偏差仅为1.4%,表明本发明所建立的减振器等构环形叠加阀片周向应力的计算方法是精确。
Claims (2)
1. 减振器等构环形叠加阀片周向应力的计算方法,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:
;
(2)确定等构环形叠加阀片的厚度比例系数k hi :
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,根据叠加阀片各片的厚度和片数(h 1,n 1;h 2,n 2;…;h n ,n n)及步骤(1)中的,确定减振器等构环形叠加阀片中的各单片不同厚度叠加阀片h 1,h 2…,h n 的比例系数k hi 分别为:
根据叠加阀片所受压力p,步骤(1)中的叠加阀片等效厚度h e,步骤(2)中的各叠加阀片厚度比例系数k hi ,及步骤(3)中的及数,对厚度为h 1,h 2,…,h n 的各叠加阀片在半径r处的周向应力及在内圆半径处的最大周向应力进行分别计算,即:
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