基于Visual Basic与Access的减震器数据库系统设计与实现

王 苹

(福州大学阳光学院，福建福州 350001)

基于Visual Basic与Access的减震器数据库系统设计与实现

王 苹

(福州大学阳光学院，福建福州 350001)

本文搭建了减震器数据库系统平台，用于对其生产的产品进行统筹化管理，采用Visual Basic软件与Access 软件联合开发的方式搭建数据库，能够实现对于信息的添加、删除、修改、查找等功能，在此基础上还添加了辅助设计系统。

减震器；数据库；辅助设计

减震器作为汽车悬架系统的一部分，对汽车的平顺性起到了决定性的作用。它削弱了振动对于驾驶员以及汽车零部件的负面影响，延长了设备的使用寿命，保证了驾驶员的驾驶状态。结合数据库系统，设计人员可以及时调用各种减震器信息，简化产品及零部件选型环节，有利于缩短开发周期、提高设计效率。

1 减震数据库的开发

建立数据库就是为了针对大量数据信息的统筹化、高效化管理。单就功能而言，可以简明概括为“添、删、改、查”四个字。同时，对于数据库的使用者应当根据他们的身份设置不同的使用权限，一方面保护了数据库信息的安全性，另一方面方便了数据库的后期维护。另外，指导性的帮助文件也是必不可少的。上述三方面构成数据库的几个重要功能模块。本数据库采用Microsoft公司的Visual Basic 6.0与Access2003两款软件，以Access搭建数据库核心，利用Visual Basic制作用户操作界面，联合开发而成。主要包含系统管理(新用户注册功能暂放入其中)、查询系统、系统维护、帮助文件四大模块，如图 1所示。

图1 减震器数据库系统模块构成图

“系统管理”模块负责管理数据库使用者的信息，包含用户名和登录密码。由于本数据库面向一般使用者，同时也面向系统工程师，因此以“客户”及“管理员”的方式划分权限。“客户”可以利用系统注册自己的ID，但是只能实现浏览、查找数据库中信息的功能，而“管理者”拥有统一的已知密钥，可以修改、更新数据库中的数据，实现对数据库的日常维护。

“查询系统”顾名思义就是用于查找数据库中相关信息的功能模块。根据天德减震器厂提供的关于该厂生产的减震器数据资料，将其进行分类整理后，决定查询系统采用“总——分”的方式。所谓“总”就是在一页面上可以根据车型查找到该车型减震器的所有信息，包括各部分零件尺寸及该减震器部分外特性参数。所谓“分”就是将减震器划分为各个零部件，根据零部件的尺寸信息进行查找。

“系统维护”模块是针对于“管理员”权限而言，以“客户”权限进入数据库的用户是无法看到该模块的。“系统维护”的目的在于能够让管理员更改、添加、删除数据库中的信息。其分类方式与“查询系统”相对应，都采用“总——分”式。考虑到系统管理员对于该厂生产的减震器产品较为熟知，所以进入“系统维护”后减震器都是以所适用车型的名单罗列的。

“帮助文件”能够链接到帮助文件，方便用户更快地适应该数据库系统。

2 减震器数据库系统辅助设计的基本框架和软件环境

双筒式液压减震器的设计关键在于阀片系统尺寸参数的确定，因为阻尼力的产生来源于各阀片的开度，阀片的尺寸参数直接决定了减震器的外特性。但是阀片系统的设计并不是孤立、盲目的设计，而是应当与已知条件相结合，与计算出的减震器各主要部分的尺寸参数(包括活塞杆、活塞缸直径等)相结合。基于上述理论，决定将该数据库的辅助设计部分分为3项：外特性参数计算、主要部分尺寸参数的计算、阀系设计。图2为数据库系统辅助设计部分基本结构图。辅助设计使用Visual Basic与Matlab混合编程，充分发挥Matlab在绘制图像和计算上的优势，有效弥补Visual Basic在这些方面的不足。在实现过程中，首先需要将实现这一过程调用的函数在Matlab中编辑出来；然后在Matlab命令窗口输入“deploytool”进入COM组件生成器，经过相应操作，在“distrib”文件夹下就可以找到生成的动态数据链。接下来只需要在Visual Basic中编写程序来调用就可以了[1]。

图2 数据库系统辅助设计部分基本结构图

3 减震器外特性参数计算

减震器的外特性设计是减震器的基本问题，其依据就来源于悬架可行设计区的理论和工程实践，是减震器产品标准化和系列化的基础。从严格意义上讲，双筒式液压减震器的外特性是非线性的，在进行主动设计时要进行非线性计算相当繁琐，目前工程设计通常采用分段线性的近似方法，利用开阀点Ck及最大开阀点Ckm将外特性分为3段(图3)，每段近似为线性，这样就在更近似的条件下简化了计算。

在进行减震器外特性参数计算时，首先要确定车身阻尼比s(通常在0.2～0.4之间)。由双质量线性系统动力学模型导出的3个无量纲均方根值表达式中，Thompson·A·G 以轮胎变形的均方值最小作为条件，推出了悬架最优阻尼比的计算公式：

(1)

该最优阻尼比对设计人员最终确定车身阻尼比起到了一定的指导作用，但最终车身阻尼比的确定还是要根据绘制出的减震器可行设计区图像，使得该阻尼比下车身垂向加速度均方根值的变化尽量平缓[2]。在本数据库系统中，设计人员可以实时查看特定质量比和刚度比下的车辆悬架可行设计区。

4 减震器主要部分尺寸参数计算

本数据库系统辅助设计部分主要是对减震器的活塞杆、活塞缸、贮液缸的径向、轴向尺寸进行计算，具体来讲，主要是针对这几个部件的径向尺寸进行设计。本系统中主要部分尺寸的参数计算主要是针对径向尺寸的计算，而轴向尺寸则更多的是由设计人员的个人经验及杆件的稳定性条件来决定。

活塞缸直径、活塞杆直径以及贮液缸直径三者之间依靠活塞缸直径为纽带紧密联系在一起。若设λ为活塞杆直径与活塞缸直径之比，对于双筒式减震器来说，一般地，λ在0.40～0.50范围内，设λ′为贮液缸直径与活塞缸直径之比，则一般取λ′在1.35～1.50范围内。因此，只要求出活塞缸直径就可以根据它们之间的比例关系求出活塞杆直径和贮液缸直径。在已知复原行程最大阻尼力、工作缸最大许用压力的条件下，根据式(2)可以求得活塞缸的直径。

(2)

其中，D为活塞缸直径(mm)；Ffmax为复原行程最大阻尼力(N)；[p]为活塞缸最大允许压力(MPa)，取值在3～4MPa，与Fmax相对应；λ为活塞杆直径与活塞缸直径之比。

在得到活塞缸直径之后，根据三者之间的比例关系求出活塞杆和贮液缸的直径、活塞缸截面面积、活塞杆截面面积以及活塞杆与活塞缸之间的环形截面的面积，为随后的计算做准备。

5 减震器阀系系统设计

在进行阀系系统设计的过程中，先对活塞、底阀上节流孔的尺寸参数进行设计。通过确定节流孔的尺寸，进而得到节流压差及流量，为后面确定活塞、底阀节流片的结构打下基础。综合活塞节流孔的结构参数以及工作环境最终确定活塞节流孔的节流压差的计算公式为：

(3)

其中，μ为液体的动力粘度；ρ为液体的密度；Lhk为活塞节流孔的实际长度；Qhk为活塞节流孔的流量，V为活塞的运动速度，Sh为活塞缸与活塞杆之间的环形面积，ns为节流孔个数；dh为活塞节流孔的直径；ξ1为入口局部阻力损失系数，ξ1=0.505+0.303cosθ+0.226cos2θ，θ为液体入口速度与活塞缸内壁之间的夹角，ξ2为出口局部阻力损失系数，对于层流ξ2=2；Vk为流道内的平均流速。

在紊流状态下，节流压差依旧由沿程损失产生的节流压差Δp1′与局部损失产生的节流压差Δp2′构成，它们分别按照式(4)、式(5)计算：

(4)

(5)

这里值得指出的是沿程阻力损失系数的选取。在紊流状态下，λ不仅与Re有关，也与管道的相对粗糙度有关，其中Δ为管道的绝对粗糙度。计算紊流下沿程阻力损失，柯罗布鲁克公式在Re的很大范围内都具有普适性(不仅在尼古拉兹实验曲线2320≤Re≤4000的过渡区有效， 在4000≤Re≤1000000都适用)，所以，一般情况下选择柯罗布鲁克公式计算沿程阻力损失系数，具体如式(6)所示。

(6)

虽然对于紊流状态下，不同的雷诺数沿程阻力损失系数的求解也不同。不过，总的节流压差依旧是：

(7)

不难看出，节流压差的大小与节流孔的直径、孔的长度、孔的个数以及角度这几个参量有直接的关系，改变它们的大小就可以得到满意的节流压差。同时，公式中包含活塞杆与活塞缸之间的环形面积的参量以及活塞运动速度的参量，先前计算的减震器的外特性以及主要部分的尺寸参数对于节流压差也有一定程度的限制作用[3]。

由于底阀上节流孔的结构较活塞节流孔长度较短，因此在计算节流压差时采用另一种较为准确的方式进行计算，即化为薄壁孔口淹没出流问题。根据流体力学知识可知，薄壁孔口淹没出流模型适合计算工程技术中常用的节流器或者阻尼器的流量与压力，其节流压差按照式(8)进行计算[4]：

(8)

其中，Qdk为单个底阀节流孔流过的流量(m3/s)；ddk为底阀节流孔的直径(m)；Cq为流量系数。

为了使底阀节流孔的设计界面更加直观，可以分三步进行。首先，输入节流孔设计参数和已知参数，计算雷诺数并判断孔内液体的流动状态；然后，根据层流或者紊流状态进行节流压差及工作阻力的计算。最后，点击“记录”能够将当前输入参数下的结果显示在旁边的文本框中。通过“浏览现有所有底阀信息”和“进入添加新底阀信息界面”实现辅助设计系统与数据库之间的联系，方便设计人员及时将设计结果存入数据库中。对明细表进行操作，能够使得计算结果更加具有条理性，更加直观。

在确定了节流孔的尺寸参数后，就可以根据获得的在不同速度下的节流压差，结合活塞缸等零件尺寸参数计算活塞阀系节流片的厚度、阀片预变形量及最大限位间隙。而这3个参数也是影响减震器阻尼特性的重要参量。活塞节流片的设计厚度数学模型由式(9)确定。

K9δ9+K0=0.

(9)

pf为阀片所受节流压强，pk1为节流阀片在开阀点Vk1节流压差，Grk为阀片在阀口位置半径rk处的变形系数，μt为油液动力粘度，rb为阀片外半径，rk为阀片阀口位置半径，A0为活塞节流孔面积，Sh为活塞缸与活塞杆之间的环形面积，QH为油液流经活塞缝隙的流量，ε为常通节流孔的流量系数[5]。利用初次开阀后某速度点V及对应的节流压差，代入式(10)可确定节流阀片的设计厚度δ。将阀片厚度确定后，可根据开阀点速度Vk1及节流压差pk1计算节流阀片的预变形量frk0。

(10)

根据最大开阀点速度Vk2及节流压差pk2，通过(11)计算阀片的最大限位间隙hmax。

(11)

上述计算阀片厚度为单片设计厚度。当阀片所受的应力超过许用应力，则应将单片设计厚度阀片拆分为多片叠加形式。对于叠加阀片，通过式(12)计算当量厚度δd，保证当量厚度与单片设计厚度大致相同即满足叠加阀片设计要求。

(12)

6 总结与展望

考虑到数据库的实用性及项目的进程，采用Visual Basic与Access联合开发的方式搭建数据库。运用Access搭建数据库主体，运用Visual Basic制作用户操作界面。该数据库系统还能够帮助减震器设计人员进行零部件的辅助设计工作，所以引入了辅助设计系统。在设计时，工程师不仅能够及时地调用数据库中的信息作为参考，更能够将设计好的零部件随时放入数据库中保存。考虑到Visual Basic软件在科学计算及图像处理方面的不足，所以引入Matlab软件进行混合编程来弥补。采用动态链接库的混合编程方式，能够脱离Matlab软件本体，即本地计算机无需安装软件就可调用Matlab中编译函数进行计算，提高了数据库系统本身的可移植性。在未来的工作中还可以继续丰富数据库信息的查询方式，并试图在巨大的数据量之上建立完整的减震器参数化设计系统，争取将一种双筒式减震器的零部件都实现参数化建模。

[1]张德喜,周予生.MATLAB 语言程序设计教程[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[2]陈辛波,王斌,朱琳,等.麦弗逊式螺旋弹簧悬架的刚度与阻尼特性分析[J].同济大学学报:自然科学版,2011, 39(2):266-270.

[3]S Katsuaki,S Morishita S Takahashi,et al.Development and testing of hybrid magnetic responsive fluid for vibration damper[J].American Society of Mechanical Engineers,2009(3):243-248.

[4]姚杰.减振器防空程畸变设计验算及实验验证[J].北京汽车,2010(4):38-40.

[5]周长城,任传波.最佳阻尼匹配减振器阀片厚度优化设计与特性试验[J].振动工程学报,2009,22(1):54-59.

The Design and Implementation of Database System of Shock Absorber Based on Visual Basic and Access

WANG Ping

(Sunshine College,Fuzhou University, Fuzhou Fujian 350001，China)

This paper provides a database system of shock absorber, which aims for helping to manage their products comprehensively. This database is built through an union way using Visual Basic and Access together. The database built up primarily, realizing the functions, such as addition,deletion, amendment and search, etc. Besides, the database system has the assistant designing system.

shock absorber; database; assistant designing

2015-09-08

王 苹(1984- )，女，福建福州人，福州大学阳光学院讲师，硕士，从事计算机技术研究。

TP311

A

2095-7602(2015)12-0035-05