汽车减震器的运动仿真和应力分析

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汽车减震器是汽车中的-个关键部件，其性能直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性以及驾乘的舒适性。高性能的减震器对于改善整车的平顺性、操纵稳定性以及安全性有着重要作用。对汽车减震器的设计开发能力-定程度上标志着整车开发设计能力的高低。

为了克服传统设计方法的缺点，减少减振器样机试制及实车试验的费用，并缩短开发周期，利用 以SolidWorks为代表的三维软件进行减震器的设计开发以及进行虚拟试验已成为减震器设计开发的必然趋势2]¤助于虚拟装配和运动仿真技术，设计者可以在计算机上利用 solidworks软件及其相应分析插件建立汽车减震器的实体模型，模拟现实环境条件，分析计算出主要零件的强度和刚度，分析在-定载荷作用下产生的应力和应变，根据分析结果对原设计进行调整使设计结果更加正确可靠。本文利用 SolidWorks软件建立了-个双筒液压减震器的虚拟模型，并进行了运动仿真和应力分析。

1 双筒液压减震器的虚拟模型1)物理模型的建立在车用液压减振器的建模和仿真分析领域，已经建立了-些简化的物理参数模型，如等效参数化模型和非参数化模型 。

建立的物理参数模型中对减振器的实际结构做了较大简化，包括忽略了介质工作温度、摩擦力等因素。

对于非参数化建模方法的研究目前仅限于对实验测试结果的简单拟合本文根据典型的液压双向筒式减震器结构，将减震器等效为-个由若干工作油腔和液压阀组成的液压系统，从而建立了其物理模型如图 1所示。其中流通阀、压缩阀、伸张阀、补偿阀等常闭阀被视为有-定开启压力的单向阀，-些常通孔隙视为具有较强阻尼作用的节流阀。整个系统以活塞处于自由状态的中间位置为初始状态。

下腔储油腔图1 双筒液压减震器的等效模型2)实体模型的建立以SolidWorks软件为工具，进行减震器的实体建模 ，装配模型如图2所示。

2 汽车减震器的运动仿真利用 SolidWorks Motion插件对减震器模型进行运收稿 日期 ：2012.10-08基金项目：天津市高等学衅技发展基金计划项目(20110414)作者简介：周玉存(197O-)，女，天津人，讲师，硕士，主要从事汽车液压传动、汽车动力装置的教学与科研工作。

34 液压与气动 2013年第3期警图 2 液压双筒式减震器装 配模型动分析。此算例主要是想得到双作用筒式液压减震器中活塞杆在运动过程中的受力情况。为了确定活塞杆在运动过程中所承受的最大载荷，先对活塞杆在运动过程中的受力进行分析，将作用于该减震器上的车身重量假定为杆上承重500 kg。

双向筒式液压减震器因行车路况突变受到外力而做压缩或复原运动时，对于减震器的内部来说是-个较为复杂的过程，故要对该部件运动过程做-系列的简化处理。首先，对于减震器内部的结构进行简化，对于弹簧、密封件等，由于其属性固定，-旦要深入研究比较复杂，所以这些零部件被简化掉不做分析。其次是更改配合关系，使活塞体与活塞杆相对固定，看作-体，其他零部件相对固定。设置活塞与工作缸筒壁之间的配合关系为同心，在 Motion分析中选择承载面为活塞与丁作缸筒相接触的两个面～活塞上下两腔的油液分别看作是具有-定刚度的线性弹簧。

选定部件材质为 steel(greasy)，肛：0.05。选择motion分析，添加重力场，设定重力加速度，弹簧刚度设为 35 N/mm。在活塞杆上添加线性马达，并根据需要修改马达的旋转方向、转速等参数，设定运动为震荡、马达速度为200 mm/s、频率为 1 Hz。

通过对减震器运动过程的模拟分析，分别得出速度.幅值曲线，力.幅值曲线，位移-幅值曲线，加速度曲线，分别如图3-6所示。

558耋4182791400整 6 8 10 12 14 16 l8 20时间/s速度幅值曲线通过对减振器运动过程的模拟分析得到了相关曲线，表征了减震器的运动信息，设计者往往通过这些曲线可以找到零部件设计的缺陷，进而进行优化设计。

727354883703191913424l 156趟萎.21o0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20时间/s图 4 力幅值 曲线O 2 4 6 8 10 12 14 l6 18 2O时间/s图5 位移幅值曲线O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20时间/s图 6 加速度 曲线3 减震器活塞杆的应力分析由图4可以得知活塞杆的受力极值达到 7273N，为了验证活塞杆设计的可靠性，利用 SolidWorks simu。

1ation插件对活塞杆进行有限元分析，通过进行静力分析来验证它在运动过程中是否安全可靠。

活塞杆的基本载荷分为伸张和压缩两工况。伸张时，油液经伸张阀的常通孔隙流入下腔，由于通道截面积很小，便产生较大的阻尼力，从而消耗了振动能量，使振动迅速衰减。因而减振器在伸张行程内产生的阻尼力比压缩行程内产生的阻尼力大得多 ，故应以伸张工况的强度要求来设计活塞杆。

固定上部与车体连接部分，加人外部载荷为拉力，赋值为7273 N▲入网格控制，应用网格控制选取分析面，设置网格密度，运行该算例，分别得出应力、位移分析云图，如图7，8所示。

由图7可知，减震器伸张而使活塞杆受拉伸时，最大应力值为 134.5 MPa，小于强度极限282.7 MPa，可见该活塞杆的设计是安全可靠的。

∞ 口基～遥罂. 臀-蠹 鬻穗 嚣曩 撼鬻囊 奎-l--l-l-j薯 毪4 3 图0 2013年第3期 液压与气动 35基于 PLC的储油罐清理机器人液压系统设计邓三鹏 ，刘 钢 ，吴立国 ，徐 凤 ，刘学斌Hydraulic System Design for PLC Controlled Tank Cleaning RobotDENG San.peng ，LIU Gang ，W U Li.guo ，XU Feng ，LIU Xue-bin(1.天津职业技术师范大学 机电工程研究所 ，天津 300222；2.天津市通洁高压泵制造有限公司，天津 300385)摘 要：目前储油罐多采用人工清洗，存在危险、低效率、污染环境、浪费资源等问题，亟待机器人 自动清罐技术；基于PLC自动控制，采用电液比例阀实现了对机器人驱动液压马达的精确控制；实验表明，液压系统设计合理，运行可靠。

关键词：储油罐清理机器人；液压系统；电液比例控制；PLC中图分类号：TH137.9 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)03-0035-03引言储油罐清理机器人是用于对原油罐内油泥进行清理的高压水射流机器人系统，其涉及机器人、自动控制、环境识别、现代设计等诸多知识，是多学科交叉融合的结果 ，基于高压水射流技术的大型储油罐清理模式在国内尚少见，项目组研制的清罐机器人如图 1所示 。油泥及复杂地面的环境下要求机器人有足够的驱动力兼具机动灵活性，精确控制显得尤为重要，本文基于 PLC自动控制，采用电液比例控制技术完成了对机器人行走和转向的精确控制。

收稿 日期：2012-10-08基金项 目：天津市科技支撑重点项 目(10ZCKFSF01500)；天津职业技术师范大学科研基金项 目(KJY1 1-06)作者简介：邓三鹏(1978- )，男，湖北襄阳人 ，副教授 ，博士，研究方向为机器人技术 ，监控检测与数控技术。

图 8 活塞杆的位移分析云图4 结论本文利用 SolidWorks软件成功地建立了双向筒式液压汽车减震器的虚拟模型。利用虚拟模型对汽车在不同路况下行驶时减震器的工作过程进行了仿真分析，直观地展示了减震器的运动信息。当减震器伸张时，活塞杆受拉伸。应力分析结果表明最大的应力出现在活塞杆的两端，易成为薄弱环节，应引起设计者的注意。