越野车油气悬架系统及其密封的设计毕业设计论文正文(编辑修改稿)

越野车油气悬架系统及其密封的设计毕业设计论文正文(编辑修改稿)内容摘要：

Y 1 3 得电时，接通电磁阀 Y 1 5 与 Y 1 6 ，可实现三、四轴的下放着地。 在三四桥提升离地的状态下，车辆可实现增加一二五六驱动轴的附着力及配合其他 特殊工况。 车轴提升功能应用在两栖坦克上还可实现当坦克在海上行进时提升履带底板，从而达到大大减小航行时海水的阻力，提高坦克航行速度的目的。 越野车油气悬架系统及其密封的设计 13 第五章 带反压气室油气弹簧理论模型和结构设计的关键问题 概述 油气悬架的关键部件油气弹簧，是以可压缩的气体作为气体弹簧和减震元件合在一起的弹性元件。 油液作为中间介质，起传递作用力和衰减震动的作用。 具有非线性的工作特性，随着所传递作用力的增加，刚度也急剧增大，这样就避免了非悬挂部分对车体的撞击，大大提高了车辆的行使平顺性。 与汽车钢板弹簧相比，油气弹簧为变刚度弹 簧，可通过调整蓄能器的压力改变弹簧特性，使油气悬架具有极好的行驶平顺性。 并且可改变车架高度和倾角，提高通过能力，还可锁住悬架系统。 油气弹簧凭借其优越的非线性特性和良好的减振性能，在各种车辆上的应用越来越广泛。 随着人们要求的不断提高，增加车辆载荷、提高车辆行驶速度，改善油气弹簧在更高压力下作业的动态密封性能，延长其使用寿命和准确设计其减振性能参数，已经成为研究油气弹簧系统的主要问题。 本文主要针对带有反压气室的油气弹簧进行研究。 带反压气室的油气弹簧理论模型 1— 活塞； 2— 单向阀； 3— 阻尼孔； 4— 活塞杆 5— 上蓄能器； 6— 下蓄能器； 7— 液压缸筒 图 带反压气室油气弹簧简化示意图 本文对独立式油气悬架的带反压气室油气弹簧系统进行简化，可得到图 所示为油气弹簧系统简化示意图，它主要由上下两个蓄能器和一个液压缸组成。 液压缸中包含三个油腔 A、 B、 C 腔，都充满油液， A 腔油液在活塞 1 的作用下与 B 腔和 C 腔相隔离，而其他两个腔 B、 C 油液通过单向阀 2及阻尼孔 3 相连通。 两个蓄能器 D 和 E 分别连通与 B 腔和 A 腔，蓄能器内充有高压氮气，高压氮气通过气 囊与油液相隔离。 油气悬挂系统在工作过程中可分为压缩行程和复原行程两个部分。 当活塞向下运动时，即压缩行程，活塞杆向下运动， C 腔内油液压力下降， C 腔体积变大，需要通过单向阀 2 和阻尼孔 3 将 B 腔内的油液补偿给 C 腔，同时蓄能器 D 内的油液也在高压氮气的压力作用下压入 B 腔。 而此时 A 腔内油液压力升高，其内油液向蓄能器 E 中压入，使蓄能器 E 越野车油气悬架系统及其密封的设计 14 内的氮气因压缩而压力增大。 复原行程，即活塞杆向上运动的过程，此过程与压缩行程原理基本相反。 A 腔内油液压力降低，蓄能器 E 腔内的油液在高压氮气的压 力作用下补给 A 腔，另外 C 腔内油液的压力升高，其腔内油液通过阻尼孔 3 压入 B 腔，由于 B 腔与蓄能器 D 相通，其内油液被压入蓄能器 D 腔，此时蓄能器 D 内的氮气因被压缩而压力增大。 车辆行驶在路面起伏时，活塞在缸筒内也随之上、下运动。 这样，在压力差的作用下，使得 B、 C 两腔的油液通过一些阻尼孔和单向阀往复地传递和补偿。 但由于具有压力差的油液在通过阻尼孔和单向阀孔传递和补偿时消耗能量，衰减了汽车的振动，因此这一过程就形成了油气弹簧系统的阻尼特性。 而与上下油腔相连的蓄能器 D、 E 内均充满高 压氮气并且封闭，通过气体的弹性变形来承受外力和车辆载荷，由此减轻了地面对车辆的冲击，这就是油气弹簧系统的弹性特性形成的过程。 带反压气室油气弹簧的物理模型 为了简洁地表示所设计的带反压气室油气弹簧结构，绘制了如图 所示标有一些主要尺寸的简易结构图。 图 带反压气室油气弹簧结构简图 主要基本尺寸的确定 为设计方便，通过参考相关资料，预设， CD =140mm ， Ed =110mm ，行程 L=800mm ，则 C腔圆面积： cA = 42cD = 2m A腔圆环面积： A =  224Ec dD = 2m 面积差： A = cA A = 2m 假设当主活塞移动到最大压缩行程的极限位置时，则 C 腔的油液变化量全部流入蓄能器 D，那么，蓄能器 D 的初始体积 DoV 应该满足要求 DoV LAc ，即 DoV 3m。 这里初设蓄能器 D 的初始体积 DoV = 3m =15L。 越野车油气悬架系统及其密封的设计 15 假设当主活塞移动到最大拉伸行程的极限位置时，则 A 腔的油液变化量全部流入蓄能器 E，那么，蓄能器 E 的初始体积 EoV 应该满 足要求 EoV LAA ，即 EoV 3m。 这里初设蓄能器 E 的初始体积 EoV = 3m =6L。 若取 D =146mm ,则 DA = 42DD = 2m , DOH =DDOAV =900mm ： 若取 ED =80mm ,则 EA = 42ED = 2m , EOH =DEOAV =1195mm。 以上各计算参数在以后的特性仿真过程中将进行调整，以达到使用要求。 研究油气弹簧结构的关键问题 结构设计及制造技术要求 为了确保系统密封可靠、运动灵活、拆装方便，油气弹簧合理的结构设计和严密的制造技术具有十分重要作用。 以下几点应该特别注意： (1)内外缸筒相对滑动部分的配合间应隙严格遵守密封件间隙要求。 (2)注意相对 滑动的内外配合表面粗糙度误差要求：外圆表面轮廓算术偏差 Ra≤ m ；内孔表面轮廓算术偏差 Ra≤ m。 (3)内外相对滑动的配合部分表面圆柱度按要求在 7 级以上。 (4)密封件安装时，缸筒初始接触处零件端头应保持约 15 度的倒角；圆柱面和倒角相交处应选用圆弧过渡；防止损坏密封件，影响整体构件的正常运转。 (5)所有零件要抛光去毛刺，存留的杂质和污物应清理干净。 (6)保持工具表面清洁、光滑，防止腐蚀；安装时，密封件应该涂以润滑剂，以便安装和拆卸。 导向长度的设定 系统往复运动 时，油气弹簧的导向结构起导向支撑作用，承受外力作用在活塞杆上时引起的冲击、振动和弯曲，同时导向结构也影响着油气弹簧的性能。 在油气弹簧的设计中，弹簧缸的最大工作行程，可根据工作机械动作要求所决定的弹簧缸最大和最小极限位置长度来确定。 若用 maxL 和 minL 分别表示弹簧缸的最大和最小极限位置长度，则根据其差值 L = maxL minL ，即得弹簧缸的最大工作行程。 弹簧缸的最小导向长度，是指当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中心到导向套滑动面中点的距离，用 H 表示，如图 所示。 如果导向长度过短，将使油气弹簧因配合间隙引起的初始挠度增大，影响稳定性。 但导向长度往往受到结构的限制，所以设计中必须确保一定的最小导向长度。 越野车油气悬架系统及其密封的设计 16 图 导向部分 一般来说，弹簧缸的最小导向长度 H 应该满足下式要求： 220 DLH  （ mm） 式中： L－油气弹簧的最大行程（㎜）； D－弹簧缸内直径（㎜）。 根据图示，导向结构中 A 和 B 两部分的长度可以相等，也可以不等，一般其取值为：在缸筒内径 D ≤ 80mm时，取缸筒内径 D的 ~ 倍；在缸筒内径 D 80mm时，则取活塞杆直径 d的 ~ 倍。 因此，取 A=B=110mm。 确定阻尼孔径 油 液经过阻尼孔时产生热量，加之密封件与缸筒之间的摩擦力作用，就了形成油气弹簧的阻尼作用。 但油液运动的过程想当复杂，摩擦力的计算也存在误差。 如何确定阻尼孔的尺寸，保证一定的精确度是研究油气弹簧阻尼作用的难点。 通常需要做大量的台架试验来确定阻尼孔径。 (1)最小二乘法估算线性阻尼系数 在确定阻尼孔径的过程中，台架试验目的是寻求一个合理的实际阻尼值，使之与设计值相一致。 但是实际应用中阻尼值和速度之间成非线性关系，为了便于理论计算，我们通常假定二者成正比关系，即 p =Cv。 台架试验中，采用最小二乘法求实际的线性阻尼系数 C。 在试验中，假设测定 n 组数据对：（ 1p ， 1v ），（ 2p ， 2v ）„„（ np ， nv ），设线性阻尼系数为 rC ，则误差的平方和表达为： 2 2 21 1 2 2( ) ( ) ( )r r r n nC p C p C p          取 min ，则 0rC 1 1 2 22 2 212nnrnp p pC           越野车油气悬架系统及其密封的设计 17 图 阻尼系数 (2)台架试验的步骤 a. 从试验中选择某一阻尼孔径。 b. 将同 一规定频率、不同振幅的激励信号分别传递给油气弹簧，测试出示功图，求出各个最大速度点 1v ， 2v ，„， nv 对应的复原阻力 1p ， 2p ，„， np。 c. 利用最小二乘法计算出相当线性阻尼系数 rC。 d. 对比相当线性阻尼系数 rC 和设计阻尼系数 C。 如果两者之间的误差值达到工程上的允许范围，则说明所选阻尼孔径尺寸满足使用要求；反之，则需要再选择其他适当阻尼孔径尺寸，按步骤 a～ d 重复试验 ，直到满足要求为止。 越野车油气悬架系统及其密封的设计 18 第六章 带反压气室油气弹簧数学模型 数学模型简化条件 建模时，取活塞平衡状态时的位置为带反压气室弹簧物理模型的初始位置。 设活塞杆在正弦激励信号 x = ( 20π t)作用下做往复运动，其速度为 x = 8π cos ( 20π t)，式中 A 和 f 分别为振幅和频率，位移方向取复原行程时活塞运动方向为正。 为简化计算，作如下假设： (1)在工作过程中，油气弹簧缸经常处于振颤状态，且具有良好的润滑性，所以通常忽略震颤摩擦阻力对弹簧缸的影响。 (2)由于液体的压缩性很小 ，本文假定油液是不可压缩的，且油液流通是连续的。 (3)通常液压油粘度随温度变化而变化，但当温度变化较小时，粘度变化不明显。 故本文不考虑温度对液压油粘度的影响。 (4)蓄能器密封性能良好，气体质量不变。 气体状态方程的选择 气体的状态变化过程可以用两种方法进行描述：理想气体的多变状态方程和实际气体的状态方程。 理想气体的多变状态方程 理想气体状态方程（也称理想气体定律、克拉佩龙方程）是描述理想气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。 它建立在波义耳定律、查理定律 、盖吕萨克定律等经验定律上。 虽然完全理想的气体并不可能存在，但许多实际气体，特别是那些不容易液化、凝华的气体（如氦、氢气、氧气、氮气等）在常温常压下的性质已经十分接近于理想气体。 带反压气室油气弹簧缸蓄能器内的气体为惰性气体氮气，根据上述通常把氮气的特性近似为理想气体的特性，其状态变化过程视为一个多变过程，理想气体的状态方程表达为： mRTPV 式 ( ) 式中 P —— 理想气体的气体压强（ Pa）； V —— 理想气体的气体体积（ 3m ）； m —— 理想气体的气体质量（ kg）； R —— 理想气体的气体常数（ J/(kgK)）； T —— 理想气体的气体绝对温度（ K）。 气体的多变状态方程为 : rr VPPV 00 式 () 式中 :r —— 气体多变指数； 0P —— 理想气体初始气体压强（ Pa）； 0V —— 理想气体初始气体体积（ 3m ）。 越野车油气悬架系统及其密封的设计 19 封闭容器内的气体被压缩时，气体体积减小，压强和温度升高，是储存能量的过程。 反之，是释放能量的过程。 在这个变化过程中，由于气体与其周围环境的温度差导致能量损失。 当加载速度较慢时，气体有充分的时间与周围的气体进行热交换，气体温度保持恒定，气体的状态变化过程可看作是一个等温过程。 当快速加载时，气体来不及与外界进行热交换，对应气体的状态变化过程近似为一个绝热过程。 虽然从理论上气体多变指数 r 的范围为 1～，但气体多变指数受多种因素的影响，其确定过程比较困难。 此外，理想气体状态方程假定气体分子不占有体积， 分子之间没有相互作用力，但实际气体的分子却占有体积，分子间有相互作用力。 因此，氮气性能同理想气体存在显著的差异。 气体的多变指数 r 是与外界激励速度和频率 有 关 的函数，通过测试实际气体的状态变化过程得到其指数为 ～，与理想气体给定指数范围相差较大。 另外油气悬架工作环境比较恶劣，其气体压强变化范围为 2～ 40MPa，温度变化范围为 220～ 520K，在压强、温度等变化范围较大的情况下不能把氮气作为理想气体研究，而应该使用实际气体的状态方程来描述其性质，但在压强和温度变化不大的情况下，采用理想气体 状态方程建模，还是能够满足仿真精度的要求。 实际气体的状态方程 表示实。