《减震器匹配》PPT课件.ppt

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1、1轿车减震器阻尼的匹配轿车减震器阻尼的匹配 首先要了解与汽车振动相关的振动理论常识。首先要了解与汽车振动相关的振动理论常识。（华福林编写）（华福林编写）21 1。单质量系统的振动单质量系统的振动 线性单自由度系统是最简单、也是最基础的有限自由度集中参线性单自由度系统是最简单、也是最基础的有限自由度集中参数系统。系统的最基本物理参数是：质量数系统。系统的最基本物理参数是：质量 m（N），弹簧刚度），弹簧刚度k（N/m），阻尼），阻尼c（N.s/m)。系统中的阻尼。系统中的阻尼c是线性粘性是线性粘性阻尼系数，即假设阻尼力与运动速度阻尼系数，即假设阻尼力与运动速度v成正比，成正比，c也称之为粘性也称

2、之为粘性阻尼系数。阻尼系数。建立系统的运动微分方程按下列步骤进行：建立系统的运动微分方程按下列步骤进行：1）取隔离体）取隔离体 2）受力分析）受力分析 3）运用牛顿第二定律建立运动方程）运用牛顿第二定律建立运动方程 该系统的隔离体和受力分析如图该系统的隔离体和受力分析如图1所示，按牛顿第二定律建立运所示，按牛顿第二定律建立运动方程为：动方程为：Xst 为质量为质量m的初始静位移，将坐标原点置于质量块的静平衡位的初始静位移，将坐标原点置于质量块的静平衡位置上，因置上，因 kxst=mg 整理上述方程后得：整理上述方程后得：3设弹簧原长为设弹簧原长为l0 刚度为刚度为k，在重力在重力mg作用下变形

3、作用下变形Xst，它为平衡位置。它为平衡位置。Xst=mg/k取物体重心为坐标原点，取物体重心为坐标原点，X向下为正，则向下为正，则Fk=-k（Xst+x）图图1 1 42.无阻尼的单质量（单自由度）自由振动无阻尼的单质量（单自由度）自由振动 m 物体质量物体质量 k 弹簧刚度弹簧刚度 令上述方程中的粘性阻尼系数令上述方程中的粘性阻尼系数c=0，系统就变成无阻，系统就变成无阻尼的自由振动（图尼的自由振动（图2），其运动微分方程是），其运动微分方程是:可改写为：可改写为：其中其中 被称为固有被称为固有圆频率圆频率 该微分方程的解为该微分方程的解为:x=Asin0t 式中静挠度式中静挠度 f=mg

4、/k 最大振幅最大振幅 A 5 图图2 通常用赫兹（通常用赫兹（Hz）或次）或次/秒秒 来表示振动频率的单位来表示振动频率的单位 c/s或或 Hz（赫兹）（赫兹）6 当系统参数不变的条件下，固有频率是常数。当系统参数不变的条件下，固有频率是常数。然而当增加或减小质量然而当增加或减小质量m时，固有频率将相应减小或增加；时，固有频率将相应减小或增加；当增加或减小弹簧刚度当增加或减小弹簧刚度k时，固有频率将相应增加或减小。时，固有频率将相应增加或减小。3.3.线性单自由度有阻尼系统的振动线性单自由度有阻尼系统的振动 无阻尼的自由振动是理想状态下的振动模式，在现实生活中，阻无阻尼的自由振动是理想状态下

5、的振动模式，在现实生活中，阻尼力无处不在，譬如质量尼力无处不在，譬如质量m与空气之间的摩擦阻尼力、与周围环与空气之间的摩擦阻尼力、与周围环境接触的滑动摩擦力等。因此，研究有阻尼的自由振动更具有现境接触的滑动摩擦力等。因此，研究有阻尼的自由振动更具有现实意义。实意义。有阻尼自由振动：可用如下运动微分方程来描述（图有阻尼自由振动：可用如下运动微分方程来描述（图3）:.(1).(1)将上式改写为将上式改写为 令令 2 2=k/m=k/m；2n=C/m2n=C/m，n=c/2mn=c/2m；(2)定义定义 为相对阻尼系数，它代表系统阻尼大小的一为相对阻尼系数，它代表系统阻尼大小的一 个无量纲的量。个无

6、量纲的量。7将此复数根代入将此复数根代入(2)式中式中,方程的解则为方程的解则为:由欧拉公式可知由欧拉公式可知:整理后得出整理后得出:这个解说明：有阻尼自由振动时，质量这个解说明：有阻尼自由振动时，质量m以圆频率以圆频率d振动，其振幅振动，其振幅按按 衰减衰减 ,如图如图3所示。所示。(3)8 图图39 相对阻尼系数相对阻尼系数值对有阻尼系统的衰减振动有两方值对有阻尼系统的衰减振动有两方面的影响面的影响:1)与有阻尼固有频率与有阻尼固有频率d有关有关,值增大则值增大则d减小减小,换句话说，有阻尼的振动令系统的固有频率降低。换句话说，有阻尼的振动令系统的固有频率降低。当相对阻尼系数等于当相对阻尼

7、系数等于1时时,有阻尼固有频率有阻尼固有频率d=0，此时运动失去周期性，振动消失此时运动失去周期性，振动消失。10 2)决定振幅衰减程度决定振幅衰减程度。由图由图3可知：两个相邻的振副可知：两个相邻的振副Ai与与A2之比称为减幅系数，之比称为减幅系数，以以表示表示由式由式(1)知知:n=c/2m=c/2m为衰减系数，为衰减系数，.(4).(4)称为对数衰减率。称为对数衰减率。11 因为因为 T0 无阻尼时的振动周期无阻尼时的振动周期Td 有阻尼时的振动周期有阻尼时的振动周期 代入代入式内得式内得对数衰减率对数衰减率：由此可得相对阻尼系数由此可得相对阻尼系数：(5)12 乘用汽车的悬架系统其相对

8、阻尼系数乘用汽车的悬架系统其相对阻尼系数值通常在范围内变化，已值通常在范围内变化，已知悬架刚度知悬架刚度k、悬架质量、悬架质量m，在选取，在选取值后按公式值后按公式 我们可计算出悬架减震器的实际阻尼系数我们可计算出悬架减震器的实际阻尼系数 C。也可以通过试验方法测定汽车悬架系统振动时的振幅也可以通过试验方法测定汽车悬架系统振动时的振幅,计算出系计算出系统的等效阻尼统的等效阻尼C值。例如，令试验车驶过一凸起颠一下，测出汽值。例如，令试验车驶过一凸起颠一下，测出汽车悬架系统的振动曲线，然后根据公式车悬架系统的振动曲线，然后根据公式 求出对数衰减率求出对数衰减率后再按公式后再按公式 求得相对阻尼系数

9、求得相对阻尼系数，则悬架系统的等效阻尼系数，则悬架系统的等效阻尼系数 C即可获得。即可获得。13范例：范例：市场反应：某轿车前悬架减震器市场反应：某轿车前悬架减震器“太硬太硬”，司机在驾驶时能感到脚底下，司机在驾驶时能感到脚底下车轮在跳动，不平路面的冲击直接反应到车身上，坐舱内的噪声很大。车轮在跳动，不平路面的冲击直接反应到车身上，坐舱内的噪声很大。初步判断，减震器阻力值是否偏大（硬），以下就此进行验算并提出整初步判断，减震器阻力值是否偏大（硬），以下就此进行验算并提出整改意见。改意见。已知：已知：前悬架空载簧载质量前悬架空载簧载质量(单轮单轮)为为G0=286Kg（2803N）前悬架满载簧载

10、质量前悬架满载簧载质量(单轮单轮)为为G=351Kg（3440N）前悬架弹簧刚度前悬架弹簧刚度k=21.6 N/mm圆频率（圆频率（rad/s）频率频率Hz（1/s）14 式中：式中：G 单轮簧载质量单轮簧载质量 kg f 悬架静挠度悬架静挠度 cm将有关数据代入后得出：将有关数据代入后得出：前悬架单轮空载偏频前悬架单轮空载偏频n0=300/f0次次/分分前悬架单轮满载偏频前悬架单轮满载偏频n0=300/f0次次/分分又已知前减震器的阻力值为：见图又已知前减震器的阻力值为：见图4试验速度时试验速度时 拉伸阻力拉伸阻力Fr=1176N 压缩阻力压缩阻力Fp=294N时时 拉伸阻力拉伸阻力Fr=1

11、617N 压缩阻力压缩阻力Fp=490N计算：计算：1。求式。求式(1)中的阻尼系数中的阻尼系数C:由于减振器阻尼是线性阻尼由于减振器阻尼是线性阻尼,即阻尼力是速度的一次方即阻尼力是速度的一次方函数函数.15阻尼系数阻尼系数C实际上是实际上是F-v的斜率的斜率,故可以按下式求得故可以按下式求得:拉伸状态下拉伸状态下 C=F/V=（1617-1176）/（0.6-0.3）压缩状态下压缩状态下 C=F/V=（490-294）/（0.6-0.3）16 图图4172.求相对阻尼系数求相对阻尼系数 由式由式(2)k 悬架刚度悬架刚度 N/mmm簧上质量簧上质量空载拉伸状态下空载拉伸状态下:k=21.6

12、N/mm由于前悬架采用麦氏悬架由于前悬架采用麦氏悬架,其减振器的安装见图其减振器的安装见图5,存在杠杆比因素的影响存在杠杆比因素的影响,所以减振器相对阻尼系数为所以减振器相对阻尼系数为=12.2 18 图图5将相关参数代入后得拉伸时的相对阻尼系数将相关参数代入后得拉伸时的相对阻尼系数 值值:拉伸状态下拉伸状态下:19压缩状态下压缩状态下:通常研究简谐强迫振动时用输出、输入谐量的振幅通常研究简谐强迫振动时用输出、输入谐量的振幅B与与Q的比值的比值 作为对象来分析系统的特性。作为对象来分析系统的特性。该比值该比值叫做传递率（幅频特性）。叫做传递率（幅频特性）。=|B/Q|，见图，见图6。以横坐标代

13、表频率比以横坐标代表频率比=/0 输入频率输入频率 0 固有频率固有频率 当当=/0=1时，时，系统产生共振。系统产生共振。图图620 幅频特性曲线分成三个区域来讨论：幅频特性曲线分成三个区域来讨论：1)低频区：低频区：00.75,区内传递率区内传递率=|B/Q|稍微大于稍微大于1，即输出幅值略大于输入幅值，即输出幅值略大于输入幅值，其相位差接近零。其相位差接近零。2)共振区：共振区：0.752,当当接近接近1时时,区内传区内传递率递率急速增大出现峰值，即输出幅值被急剧放大急速增大出现峰值，即输出幅值被急剧放大而远远大于输入幅值，当而远远大于输入幅值，当=1时时,如果系统不存在如果系统不存在阻

14、尼力时，则输出振幅值将变成无穷大，在此区域阻尼力时，则输出振幅值将变成无穷大，在此区域内的情况称为内的情况称为“共振共振”。21 3)高频区：高频区：不论相对阻尼系数不论相对阻尼系数多大，传递率多大，传递率 值都小于值都小于1，系统起减振，系统起减振作用。然而当相对阻尼系数作用。然而当相对阻尼系数值大到一定程度时，则振动消逝。值大到一定程度时，则振动消逝。汽车减震器的阻尼力值必须适当，太小则不能衰减共振振幅，汽车减震器的阻尼力值必须适当，太小则不能衰减共振振幅，太大则悬架被太大则悬架被“锁死锁死”路面振动可直接传递给车身，大大地影路面振动可直接传递给车身，大大地影响乘座舒适性。响乘座舒适性。根

15、据上述分析，汽车减震器在拉伸状态下，其相对阻尼系数根据上述分析，汽车减震器在拉伸状态下，其相对阻尼系数r值推荐在值推荐在0.25-0.5的范围内，而压缩状态下的相对阻尼系数的范围内，而压缩状态下的相对阻尼系数p值推荐为拉伸状态下值推荐为拉伸状态下r值的倍。值的倍。由于现代轿车的最小离地间隙很低，特别是国外生产的轿车可低由于现代轿车的最小离地间隙很低，特别是国外生产的轿车可低至至125mm左右。当汽车驶过一凸起障碍物时，往往会磕碰底左右。当汽车驶过一凸起障碍物时，往往会磕碰底盘。此时，有些汽车设计师在匹配减振器阻尼力时，采取压缩盘。此时，有些汽车设计师在匹配减振器阻尼力时，采取压缩阻尼力大于拉伸

16、阻尼力的方法，使车身瞬间抬高以避免磕碰底阻尼力大于拉伸阻尼力的方法，使车身瞬间抬高以避免磕碰底盘，例如丰田花冠轿车便是如此。盘，例如丰田花冠轿车便是如此。回顾本范例中的减振器拉伸相对阻尼系数回顾本范例中的减振器拉伸相对阻尼系数r=值远远大于推荐值远远大于推荐值，计算结果与市场反应该轿车前悬架减震器值，计算结果与市场反应该轿车前悬架减震器“太硬太硬”相吻合。相吻合。必需重新匹配相对阻尼系数值。必需重新匹配相对阻尼系数值。22调整减震器阻尼值：调整减震器阻尼值：1)设拉伸行程的相对阻尼系数为设拉伸行程的相对阻尼系数为r 改写改写 为为 如前所述，如前所述，F=139调整后的减震器阻尼参数为：调整后

17、的减震器阻尼参数为：设减震器试验速度时设减震器试验速度时 拉伸阻力拉伸阻力Fr=830N则则 时时 拉伸阻力拉伸阻力Fr=830+F=830+139=969N 23 2)设压缩行程的相对阻尼系数为设压缩行程的相对阻尼系数为 则则:调整后的减震器阻尼参数为：调整后的减震器阻尼参数为：设减震器试验速度时设减震器试验速度时 压缩阻力压缩阻力Fp=295N则则 时时 压缩阻力压缩阻力Fp=295+F=295+56=351N24调整后的结果调整后的结果:减震器试验速度时减震器试验速度时 拉伸阻力拉伸阻力Fr=830N 压缩阻力压缩阻力Fp=295N时时 拉伸阻力拉伸阻力Fr=969N 压缩阻力压缩阻力F

18、p=351N 拉伸行程的相对阻尼系数为拉伸行程的相对阻尼系数为 压缩行程的相对阻尼系数为压缩行程的相对阻尼系数为 也可以通过试验方法测定汽车悬架系统振动时的振幅也可以通过试验方法测定汽车悬架系统振动时的振幅,计算出系计算出系统的等效阻尼统的等效阻尼C值。例如，令试验车驶过一凸起颠一下，测出汽值。例如，令试验车驶过一凸起颠一下，测出汽车悬架系统的振动曲线，然后根据公式车悬架系统的振动曲线，然后根据公式 求出对数衰减率求出对数衰减率后再按公式后再按公式 求得求得提个醒提个醒 减震器的阻尼力大小应与该车的相对阻减震器的阻尼力大小应与该车的相对阻尼系数尼系数有关，而有关，而与该轿车的簧上质与该轿车的簧上质量量m m,悬架弹簧刚度悬架弹簧刚度C C大小有关。一副减震大小有关。一副减震器用在器用在A A车上性能颇佳，但不等于说它用车上性能颇佳，但不等于说它用于于B B车时也能获得同样的性能，因此需要车时也能获得同样的性能，因此需要进行匹配。进行匹配。25