变截面车架牵引车减振器系统设计

司震鹏，赵化刚

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

变截面车架牵引车减振器系统设计

司震鹏，赵化刚

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

本文介绍了变截面车架牵引车减振器系统设计分析过程，从安装方式分析、最大卸荷力计算、缸径计算、行程计算、安装角度及匹配减振器支架设计等方面进行了详细的计算分析，并对其中关键设计点进行校核分析。

变截面车架；最大卸荷力；缸径计算；安装角度

CLC NO.:U466Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)03-88-04

前言

牵引车整车悬架系统中，主要包括弹性元件、减振器装置和导向机构组成，弹性元件主要部件钢板弹簧, 它既有缓冲、减振的功能，又担负起承载和导向的任务，为减小整车的侧倾角，可以安装横向稳定杆系统，还需要匹配减振器系统，主要作用是衰减路面激励，把路面传递给车架的振动通过减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦形成的振动阻力转化为热能[1]，散发到周围空气中以达到提高整车舒适性和行驶平稳性的目的。

1、减振器系统安装方式分析

目前重型汽车减振器都是筒式双向作用式减振器，安装方式主要有两种，第一种：使用HH减振

器，该型减振器应用最广泛，技术比较成熟；第二种：使用GH减振器，该型减振器应用相对较少。

由于牵引车匹配大马力发动机，在车架前端需要的安装空间更大，所以牵引车一般都采用变截面车架，例如：宽度940-850mm，高度300mm的变截面车架，减振器一般都安装在前轴后方处，安装位置在车架斜面上，如果使用HH形式减振器在斜面上安装，则需要把车架斜面用楔板垫平，使得减振器吊环轴线与整车坐标系X轴平行，该方案需要的零部件较多，而且装配过程复杂；如果使用GH形式减振器，则不存在以上问题，所以，在变截面车架斜面安装减振器一般都会选择GH形式减振器。

减振器下端安装方式比较多，目前常用的是使用支架和连接叉安装在前轴上，既能保证减振器具有绕X轴，绕Y轴旋转自由度，又能满足车辆运动要求。

2、减振器系统设计计算

设计减振器时应当满足的基本要求：在工作过程中满足汽车行驶平顺性和舒适性，设计流程如下流程图：

2.1 相对阻尼系数Ψ的确定

汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数Ψ的大小来评定振动衰减的快慢程度。Ψ的表达式为：

式中，c为悬架系统垂直刚度；ms为簧上质量[2]。

相对阻尼系数Ψ的物理意义是：减振器的阻尼作用在与不同刚度c和不同簧上质量ms的悬架匹配时，会产生不同的阻尼效果。Ψ值大，振动能迅速衰减，同时又能将较大的路面冲击力传到车身；Ψ值小则反之。通常情况下，将压缩行程时的相对阻尼系数Ψy取得小些，伸张行程时的相对阻尼系数Ψs取得大些。两者之间保持Ψy＝(0.25～0.50) Ψs的关系。

设计时，先选取Ψy与Ψs的平均值Ψ。对于无内摩擦的弹性元件悬架，取Ψ＝0.25～0.35；对于有内摩擦的弹性元件悬架，Ψ值取小些。对于行驶路面条件较差的汽车，Ψ值应取大些，一般取Ψ＞0.3；为避免悬架碰撞车架，取Ψy＝0.5Ψs。

2.2 减振器阻尼系数δ的确定

式中，n为双横臂悬架的下臂长；a为减振器在下横臂上的连接点到下横臂在车身上的铰接之间的距离。

减振器如图3b安装时，减振器的阻尼系数按下式计算：

式中，α为减振器轴线与铅垂线之间的夹角。

减振器如图3c安装时，减振器的阻尼系数按下

式计算

2.3 减振器最大卸荷力计算

为减小传到车身上的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器打开卸荷。此时的活塞速度称为卸荷速度vχ。在减振器安装如图3b所示时：

2.4 减振器工作缸径计算

根据伸张行程的最大卸荷力F0计算工作缸直径D

式中，[p]——工作缸最大允许压力，取3～4Mpa；

λ——连杆直径与缸筒直径之比；

双筒式减振器取λ＝0.40～0.50

单筒式减振器取λ＝0.30～0.35

减振器的工作缸直径D有20、30、40、（45）、50、65mm等几种。选取时应按标准选用。目前悬架减振器45缸径使用最多[4]。

贮油筒直径Dc＝（1.35～1.50）D，壁厚取为2mm，材料可选20号钢。

2.5 减振器行程计算

减振器行程必须满足悬架跳动使用要求，在车轮达到上跳极限位置时，减振器行程的富裕长度应大于10mm；在复原（拉伸）方向时，对于钢板弹簧悬架，则从自由状态富裕长度应大于40mm，在复原长度方向富裕长度不够，时造成减振器早期损坏的原因之一。

减振器上连接点坐标S（XZ、YZ、ZZ）

悬架运动到极限行程时（铁碰铁），减振器下连接点坐标M（XS、YS、ZS）

悬架自由状态时，减振器下连接点坐标N（XL、YL、ZL）

悬架运动到极限行程时（铁碰铁），减振器所需长度：

悬架自由状态时，减振器所需长度：

考虑到减振器富裕量，减振器的最终行程：

2.6 减振器安装角度及减振器支架设计

在设计双转向车辆减振器时，在转向机安装的一侧，需要考虑转向拉杆与减振器支架的间隙问题，单转向车辆则不存在该问题，在设计时，减振器尽量设计为竖直安装形式。所以，在设计双转向车辆减振器系统时，需要加长减振器支架的悬臂长度，但同时还需注意，车辆满载时，减振器轴线与减振器在支架上的安装面垂直，否则会导致减振器的储油筒与防尘筒出现摩擦现象，引起漏油等故障。

减振器α角度主要取决于整车满载时的悬架高度及转向拉杆与减振器的位置关系，设计时，应保证α≤45°，满载时，保证减振器轴线与支架安装面垂直关系，减振器支架的设计参数，β角度也可以确定出来，该支架如果应用于其他车型时，减振器支架的设计β1角度只要满足（β-4）°≤β1°≤（β+4）°，这两个车型的减振器在β角度方面可以通用，当然还要考虑转向拉杆与减振器行程范围等因素的影响，设计减振器支架的时候还需要保证支架与车架的连接强度及支架本身的强度。

3、结论

行程、最大卸荷力、减振器安装角度及减振器支架的设计计算，满足变截面车架牵引车的使用需求，最大程度发挥减振器的减振性能，提高减振器的使用寿命及整车行驶稳定性和舒适性。

在减振器系统设计过程中，通过对减振器缸径、

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 张小虞.汽车工程手册•设计篇[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 赵云.汽车筒式减振器阻尼力测试机分析[D].江苏：江苏理工大学，1998.

[4] 王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

Tapered frame tractor damper system design

Si Zhenpeng, Zhao Huagang
(Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200)

This article describes the tractor frame variable cross-section analysis of the damper system design process, from installation analysis, the maximum unloading force calculation, bore calculations, trip computing, shock absorber bracket mounting angle and match the design and other aspects of the detailed calculations analysis, and one of the key design point check analysis.

Variable cross-section frame; Maximum unloading force; Bore computing; Mounting angle

U466

A

1671-7988(2014)03-88-04

司震鹏，就职于陕西重型汽车有限公司。