奇瑞A3汽车减震器机构设计及有限元分析

奇瑞A3汽车减震器机构设计及有限元分析

奇瑞A3汽车减震器机构设计及有限元分析  

摘  要

减振器有限元特性仿真可以验证减振器参数设计是否合理,及时发现设计中存在的问题,减少试验次数和费用,加快减振器设计和开发,具有很重要的经济效益和社会效益。然而,对奇瑞A3汽车减振器有限元特性仿真的研究,目前,国内外大都是利用现成的仿真软件,模型所需要参数大都需要试验获得,难以建立准确可靠的仿真模型,有限元特性仿真数值不可靠。

本文对奇瑞A3汽车减振器结构和原理、各阻尼构件和局部节流压力损失进行了分析,对节流阀片阀口开度进行了探讨。利用弯曲变形解析计算式,根据节流压力与流量以及速度之间关系,建立了减振器两次开阀速度点。在此基础上,根据开阀前、后的油路模型,对减振器开阀前、后的有限元特性进行了深入地分析,建立了减振器有限元特性分段数学模型。利用Matlab软件,对减振器有限元特性模型施加一定频率和幅值的谐波激励,对减振器内、外有限元特性进行仿真,并且对减振器有限元特性影响因素进行了分析。通过有限元特性试验值与有限元特性仿真值比较可知:所建立的减振器有限元特性仿真模型是正确,有限元特性仿真值是可靠的,对减振器设计和有限元特性仿真具有重要的参考应用价值。

关键词:奇瑞A3 车辆工程,筒式减振器,分段数学模型,有限元特性仿真,影响因素

Abstract

The characteristic emulation of the shock absorber can validate whether the designed parameter is proper or not, find the problems on time on the way of the designing, so experimentation and the expenditure can be reduced, then the shock absorber’s design, exploiture and yield can be greatly prompted.Therefore it is very import to the benefit of economy and society that the research of the characteristic emulation .Now the research of the characteristic emulation are mainly base on the ready-made software in homeland and fremdness. Because founding the precise model is rather difficult that the numerical value which is get by the characteristic emulation is uncertainty.

For the characteristic emulation existing problems, the thesis analyzed the structure and principle of the shock absorber, the damping component and the lossing of local pressure of throttle and the uncorking of the throttle valves.Using curved distortional resolvable calculate formulate , we can get the two critical velocity of shock absorber.Hereon bases , by analyzing fore-and-aft oil routes’ model and the characteristic emulation of the shock absorber , veracious and effective parted –mathematics’ model of the shock absorber is established . By using the Matlab software to impose some frequency and breadth value on the shock absorber , emulated inside and outside of characteristic of the shock absorber and analysed effectible factors of shock absorber.By comparing the characteristic examinational value and the characteristic emulational value ,we can know the mathematics’ model is precise , .and the characteristic emulational value is dependable , It is referential importance for the design of shock absorber and the characteristic emulation. 

Key words: Vehicle engineering , Cylinder shock absorber , Characteristic modeling , Emulation , Effect factors 

目  录

摘  要 I

Abstract II

第一章  引  言 1

1.1课题的背景和目的 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究目的 1

1.2 减振器研究现状 2

1.3 本论文研究内容 2

第二章 油液介质及其流动有限元特性 3

2.1 油液有限元特性 3

2.2 油液流动 5

2.2.1 油液流动公式 5

2.2.2 油液流动分析 6

2.2.3 局部损失叠加原理 7

2.3本章小结 8

第三章 汽车筒式减振器阻尼构件分析 9

3.1 常通节流孔 9

3.2 叠加阀片等效厚度与阀口开度 9

3.2.1 叠加阀片等效厚度 9

3.2.2 阀口开度 10

3.3 节流缝隙 11

3.4 活塞缝隙 11

3.5 活塞孔 11

3.5.1 活塞孔沿程阻力损失 12

3.5.2 活塞孔局部阻力损失 12

3.5.3 活塞孔等效长度的确定 13

3.6本章小结 14

第四章 筒式减振器的工作原理及有限元特性分析 15

4.1 筒式减振器的工作原理 15

4.1.1 复原行程 15

4.1.2 压缩行程 16

4.2 复原行程有限元特性分析 16

4.2.1 复原行程开阀速度点 16

4.2.2 复原初次开阀前有限元特性分析 19

4.2.3 复原初次开阀后有限元特性分析 20

4.2.4 复原二次开阀后有限元特性分析 23

4.3 压缩行程有限元特性分析 25

4.3.1 压缩行程开阀速度点 25

4.3.2 压缩阀初次开阀前有限元特性分析 26

4.3.3 压缩阀初次开阀后有限元特性分析 27

4.3.4 压缩阀二次开阀后有限元特性分析 29

4.4 本章小结 31

第五章 汽车筒式减振器有限元特性仿真 32

5.1 减振器有限元特性仿真的数学模型 32

5.2 运动有限元特性仿真 33

5.3 减振器外有限元特性仿真 34

5.3.1 速度有限元特性仿真 35

5.3.2 示功图仿真 36

5.3.3 有限元特性验证 36

5.4 减振器内有限元特性仿真 37

5.5节流阀开度仿真 38

5.6本章小结 39

第六章 减振器有限元特性影响因素分析 40

6.1 阀片厚度对减振器有限元特性的影响 40

6.2 常通节流孔的大小、对减振器有限元特性的影响 40

6.3 阀片预变形量对减振器有限元特性的影响 41

6.4 活塞杆直径对减振器有限元特性的影响 41

6.5 温度对减振器有限元特性的影响 42

6.6 本章小结 43

结  论 44

参考文献 45

致  谢 47

附 录  相关的MATLAB程序 48

第一章  引  言

1.1课题的背景和目的

1.1.1 研究背景

对汽车而言,优良的乘坐舒适性与操作稳定性是至关重要的。悬架系统性能的好坏直接关系到这两点是否理想。而影响悬架系统有限元特性的重要构成元件就是减振器,所以理想的减振器有限元特性可以提高汽车行驶平顺性和乘坐舒适性。

汽车减振器有限元特性决定和影响车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性,而减振器有限元特性试验费用很高,应对减振器设计结果进行有限元特性仿真,这样就可以及时发现减振器设计所存在的问题,对设计进行修改,减少试验费用,加快设计开发速度,提高减振器阀系参数设计质量。因此,减振器有限元特性仿真研究,具有很大的经济效益和社会效益。

虽然有一些研究机构对减振器的仿真进行研究,但因无准确的优化设计方法,难以得到准确、可靠设计参数,只能利用仿真软件,借助试验的得到的部分或全部参数,这样不能准确反映减振器有限元特性中起决定作用节流阀开度、流量和压力之间的关系。即使有学者曾经建立数学模型对减振器有限元特性进行仿真,也仅仅是采用近似公式,而且,有限元特性仿真结果与实际结果数值相差很大。

因此,目前应研究基于减振器具体结构和节流阀片精确变形计算的基础上,依据减振器运动速度建立减振器有限元特性精确仿真的分段数学模型,实现不依赖于试验参数而对减振器有限元特性进行精确数字仿真。

1.1.2 研究目的

(1) 通过有限元特性分析、有限元特性仿真等进行分析研究,建立准确有效的减振器仿真的数学模型。研究减振器的速度有限元特性有助于减振器的优化设计,对减振器的改进和发展有重要作用。

(2) 通过对减振器有限元特性仿真研究,可以验证或预测减振器参数设计是否合理,及时发现设计中存在的问题,这样就可以减少试验次数和费用,提高设计效率和准确性,加快减振器设计、开发和生产。

(3) 通过建立减振器有限元特性分析和仿真的数学模型,对减振器进行数字有限元特性仿真,为减振器精确有限元特性仿真提出了新的模型和方法。

1.2 减振器研究现状

国内外学者已对减振器的有限元特性建模方法开展了大量的研究工作, 目前主要应用的有两种方法:

一、对减振器的仿真分析大多是利用现成的仿真分析软件,建立有限元特性仿真模型,对减振器进行仿真。然而,这种有限元特性仿真方法,在模型建立过程中所需的模型参数很大程度上依赖于试验来获得。所以,很难建立准确的有限元特性仿真模型,仿真结果不可靠。

二、目前也有利用分段函数的方法来建立有限元特性仿真模型,进行仿真分析。但是现在阀片弯曲变形量的计算公式大多是由手册查得的近似公式,计算结果不准确,所以该方法也不可靠。

1.3 本论文研究内容

本论文以汽车筒式减振器有限元特性分析和仿真为主要研究内容,具体包括以下几部分:

(1)对减振器工作油液的技术性能和油样有限元特性进行了分析研究;并对油液流经各节流处的流量和节流压力的关系、局部和沿程压力损失系数进行了分析;为以后对减振器的工作原理和阻尼有限元特性分析打下基础。

(2)对减振器的各阻尼构件进行深入的研究,确定油液流经常通节流孔、活塞孔、节流缝隙和活塞缝隙时压力和流量的关系;并分析油液在流经活塞孔以及复原阀体内腔时的局部阻力损失,利用叠加原理将局部阻力损失进行叠加,并折算成活塞孔长度。

(3)对减振器进行有限元特性分析。建立减振器两次开阀速度点,为建立分段数学模型创造条件。在此基础上,根据开阀前、后的油路模型,对减振器开阀前、后的有限元特性进行了深入地分析,建立减振器有限元特性分段数学模型。

(4)对减振器有限元特性进行综合仿真。其中包括减振器内有限元特性仿真和外有限元特性仿真。创造性地提出了利用分段仿真数学模型对减振器内、外有限元特性仿真分析的方法,利用该方法可对减振器内部各阀的流量、压力、开度等进行仿真研究分析。

(5)研究了各种参数对减振器有限元特性的影响,并且利用相关程序对各参数对减振器有限元特性的影响进行了定性和定量的分析。

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