减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计方法

摘要

本发明涉及减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计方法，属于液压减振器技术领域，其特征在于采用如下步骤：1)确定减振器最大开阀时的活塞缝隙节流压力和流量；2)确定最大开阀时的活塞孔等效长度；3)确定最大开阀时的活塞孔流量和节流压力；4)确定在最大开阀时复原阀片所受的最大压力；5)减振器复原叠加阀片在内圆半径处的最大应力系数计算；6)单片设计厚度复原阀片的最大应力计算；7)减振器复原叠加阀片最大许用厚度[

说明书

技术领域

本发明涉及液压减振器，特别是减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计方法。

背景技术

为了满足减振器不同阻尼特性、应力强度、生产工艺及生产成本的要求，减振器大都采用叠加阀片，叠加阀片的最大厚度超出了许用厚度，会降低应力强度，而叠加阀片的最大厚度如果太薄，必然会增加叠加阀片的片数，这样不仅会增加成本，而且还会因叠加阀片之间的摩擦而影响减振器设计性能。然而，对于减振器叠加阀片及最大许用厚度设计，由于缺乏叠加阀片变形及应力解析计算式，先前国内外无可精确、可靠的计算方法，大都是利用“经验+反复试验”的方法，对减振器叠加阀片通过反复试验和修改，最终确定某减振器叠加阀片的厚度和片数，因此，传统的设计方法，不能满足当前汽车行业快速发展及车辆行驶速度不断提高，而对减振器及叠加阀片设计所提出的要求。

随着汽车工业的快速发展及行驶速度的不断提高，对减振器及阀片设计提出了更高的要求，减振器复原叠加阀片决定着减振器的阻尼特性，对车辆行驶平顺性具有重要影响，且复原叠加阀片所承受的压力及应力最大，如果叠加阀片中的最厚阀片超出了一定允许值，复原阀片的应力就会超出阀片许用应力的要求，相反，如果所采用的最厚叠加阀片的厚度不超出最大许用厚度，不仅会满足应力强度和使用寿命的要求，同时还会保证满足减振器阻尼特性的要求。因此，必须建立精确、可靠的减振器复原阀片许用厚度设计方法，从而满足实际减振器叠加阀片拆分设计要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、准确、可靠的减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计方法，其计算流程如图1所示。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计方法，其技术方案实施步骤如下：

(1)确定减振器最大开阀时的活塞缝隙节流压力                                                和流量：

根据减振器设计所要求的速度特性曲线的复原行程最大开阀速度点及对应要求的减振器复原阻尼力，活塞缸筒内径，活塞杆直径，确定减振器在最大开阀时的活塞缝隙节流压力，即： 

；

根据活塞缸筒内径，活塞平均间隙，偏心率，油液动力粘度，活塞缝隙长度，及活塞缝隙压力，确定在最大开阀速度时的活塞缝隙流量，即：

；

(2)确定最大开阀时的活塞孔等效长度：

    根据减振器活塞孔的物理长度，活塞孔的角度，活塞孔直径，个数n_h，液压运动粘度，阀片内圆半径，阀口半径，在最大开阀速度时减振器油液流经活塞孔时的突然缩小局部阻力系数，突然扩大局部阻力系数和改变方向局部阻力系数及沿程阻力损失，确定在最大开阀时的活塞孔等效长度，即：

                           ；

式中，；可根据活塞缸筒与活塞杆之间的环形面积与活塞孔总面积的比值通过查《液压设计手册》加以确定；，，；，；

（3）确定最大开阀时的活塞孔流量和节流压力：

根据减振器最大开阀速度和活塞缸筒内径D_H，活塞杆直径d_g，及步骤（1）中的，确定最大开阀时的活塞孔流量，即：

；

根据油液动力粘度，活塞孔直径和个数，活塞孔流量及步骤（2）中的活塞孔等效长度，确定在最大开阀时的活塞孔节流压力，即：

；

(4) 确定在最大开阀时复原阀片所受的最大压力：

根据步骤（1）中的，及步骤（3）中的，确定在最大开阀时复原阀片所受的最大压力为： 

；

（5）减振器复原叠加阀片在内圆半径处的最大应力系数计算:

根据减振器复原阀片的内圆半径，外圆半径，泊松比μ，计算在内圆半径处的最大应力系数,即：

；

式中，，；

，

；

，，，

）；，，，；

，，，；

（6）单片设计厚度复原阀片的最大应力计算:

根据减振器单片阀片设计厚度h，步骤（4）中的，及步骤（5）中的，计算减振器单片设计厚度复原阀片的最大应力，即

                        ；

（7）减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计:

       根据减振器单片复原阀片设计厚度h，阀片最大许用应力，及步骤（6）中的，对减振器复原叠加阀片最大许用厚度进行设计，即

                                                    ；

       根据减振器节流阀片厚度标准系列，最大许用厚度，设计减振器复原叠加阀片的最大设计厚度h_1max应小于或等于最大许用厚度，即必须采用厚度的复原阀片进行叠加，且保证等效厚度h_e等于复原阀片设计厚度h，即h=h_e。

本发明比现有技术具有的优点：

为了满足减振器不同阻尼特性、应力强度、生产工艺及生产成本的要求，减振器大都采用叠加阀片，但是由于缺乏叠加阀片变形及应力解析计算式，对于减振器叠加阀片及最大许用厚度先前国内、外一直没有给出可精确、可靠的计算方法，大都是利用“经验+反复试验”的方法，对减振器叠加阀片通过反复试验和修改，最终确定某减振器叠加阀片的厚度和片数，因此，传统的设计方法不能保证减振器叠加阀片满足应力强度的要求，也不能满足当前汽车行业快速发展及车辆行驶速度不断提高，而对减振器及叠加阀片设计所提出的要求。本发明可根据减振器的结构参数、油液参数、阀片参数、材料性能参数和单片设计厚度及减振器最大开阀阻尼特性，对减振器最大开阀时的复原阀片所承受的压力及单片设计厚度复原阀片的最大应力进行计算，然后根据叠加阀片最大许用厚度与单片设计复原阀片厚度，最大应力及许用应力之间关系，对减振器复原叠加阀片最大许用厚度进行设计，该设计方法可得到可靠的叠加阀片最大许用厚度，为实际减振器复原叠加阀片拆分设计提供了可靠的设计方法。

为了更好地理解本发明下面结合附图作进一步的说明。

图1 是减振器复原叠加阀片最大许用厚度设计方法的设计流程图；

图2 是减振器活塞总成及复原阀结构图；

图3 是减振器复原行程最大开阀时的油路图；

图4 是减振器设计所要求的速度特性曲线；

图5 是减振器复原叠加阀片力学模型。

具体实施方案

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：某减振器活塞杆直径d_g=20mm，活塞缸筒内径D_h=28mm；减振器复原行程最大开阀速度=1.0m/s，所要求的最大开阀阻尼力F_dk2=1650N；活塞平均间隙，活塞缝隙长度，偏心率=1.0；油液密度，运动粘度＝m²/s，动力粘度；活塞孔的物理长度=9.0mm，角度为52°，活塞孔直径=2.0mm，个数n_h=4；减振器环形阀片单片设计厚度h=0.260855mm，内圆半径=5.5mm，外圆半径=8.5mm，阀口半径，泊松比μ=0.3，许用应力=2000MPa。

本发明实例所提供的减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计方法，计算流程如图1所示，减振器活塞总成及复原阀结构如图2所示，复原行程最大开阀油液路如图3所示，减振器设计所要求的速度特性曲线如图4所示，复原叠加阀片力学模型如图5所示，技术方案实施的具体步骤如下：

(1)确定减振器最大开阀时的活塞缝隙节流压力和流量：

根据减振器设计所要求的速度特性曲线如图4,最大开阀速度点对应要求的减振器阻尼力，活塞缸筒内径，活塞杆直径=20mm，确定减振器在最大开阀时的活塞缝隙压力为：

=5.471；

根据减振器活塞缸筒内径=28mm，活塞平均间隙，偏心率=1.0，油液动力粘度，活塞缝隙长度，及活塞缝隙压力=5.471，确定在最大开阀速度时的活塞缝隙流量为：

8.0108；

(2)确定最大开阀时的活塞孔等效长度：

    根据减振器活塞总成及复原阀结构图2，活塞孔的物理长度=9.0mm；活塞孔直径=2.0mm，个数n_h=4，在最大开阀速度=1.0m/s时减振器油液流经活塞孔时的突然缩小局部阻力系数，突然扩大局部阻力系数和改变方向局部阻力系数及沿程阻力损失，确定在最大开阀时的活塞孔等效长度为：

                           =140.1mm；

式中，＝0.0231，， ，＝m²/s； 查表得，；，，，，，，；，，其中，；

（3）确定最大开阀时的活塞孔流量和节流压力：

根据复原阀最大开阀时的油路图3，减振器最大开阀速度=1.0m/s和活塞缸筒与活塞杆之间的环形面积=，及步骤（1）中的=8.0108，确定最大开阀时的活塞孔流量为：

2.2189；

根据油液动力粘度，活塞孔直径=2.0mm和个数=4，活塞孔流量=2.2189，及步骤（2）中的=140.1mm，确定最大开阀时的活塞孔节流压力为：

1.7618；

（4）确定在最大开阀时复原阀片所受的最大压力：

根据步骤（1）中的=5.471，及步骤（3）中的=1.7618，确定在最大开阀时阀片所受的最大压力为： 

5.2948；

（5）减振器复原叠加阀片在内圆半径处的最大应力系数计算:

根据减振器叠加阀片力学模型图5，减振器环形阀片的内圆半径=5.0mm，外圆半径=8.5mm，泊松比μ=0.3，计算环形叠加阀片在内圆半径位置的最大应力系数,即：

=2.9893495；

式中，=3.36328，=1.008984；

=－9.936，

=6.12117；

，，

，

）=；

=181.82，=－0.051733，=0.011，=6.655；

=－9.68858，=－9.095992，＝2.6，＝9.537；

（6）单片设计厚度复原阀片的最大应力计算:

根据减振器单片阀片设计厚度h=0.260855mm，步骤（4）中的5.2948，及步骤（5）中的＝2.9893495，计算减振器单片设计厚度阀片的最大应力，即

                        ＝2326MPa；

（7）减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计:

       根据减振器单片阀片设计厚度h=0.260855mm，阀片最大许用应力=2000MPa，及步骤（6）中的=2326MPa，对减振器叠加阀片的最大许用厚度进行设计，即

                                                =0.2242869mm；

       根据节流阀片厚度标准系列0.1mm，0.15mm、0.20mm和0.25mm，及最大许用厚度=0.2242869mm，该减振器叠加阀片的实际最大设计厚度h_1max=0.2mm，即必须采用厚度的阀片进行叠加，且保证叠加厚度的等效厚度h_e等于设计厚度原单片设计h，即h_e＝h＝0.260855mm。

实施例二：某减振器的结构参数、油液参数与实施例一相同，只是减振器最大开阀速度点V_k2=1.20m/s，复原开阀阻尼力为F_dk2=2000N，复原阀片设计厚度h＝0.30046mm。

采用实施例一的计算步骤，即

(1)确定减振器最大开阀时的活塞缝隙节流压力和流量：

根据最大开阀速度点对应要求的减振器阻尼力，活塞缸筒内径，活塞杆直径=20mm，确定减振器在最大开阀时的活塞缝隙压力为：

=6.63145596；

根据活塞缸筒内径=28mm，活塞平均间隙，偏心率=1.0，油液动力粘度，活塞缝隙长度，及活塞缝隙压力6.63145596，确定在最大开阀速度时的活塞缝隙流量为：

9.71；

(2)确定最大开阀时的活塞孔等效长度：

    根据减振器活塞总成及复原阀体结构图2，活塞孔的物理长度=9.0mm，角度，活塞孔直径=2.0mm，个数n_h=4，在最大开阀速度=1.2m/s时减振器油液流经活塞孔时的突然缩小局部阻力系数，突然扩大局部阻力系数和改变方向局部阻力系数及沿程阻力损失，确定在最大开阀时的活塞孔等效长度为：

                           =146.25mm；

式中，＝0.022115；， ，＝m²/s； 查表得，；，，，，，，；，，其中，；

（3）确定最大开阀时的活塞孔流量和节流压力：

根据减振器最大开阀速度=1.2m/s，活塞缸筒内径D_H=28mm，活塞杆d_g=20mm，及步骤（1）中的=9.71，确定最大开阀时的活塞孔流量为：

2.65299；

根据油液动力粘度，活塞孔直径=2.0mm和个数=4，活塞孔流量=2.65299，及步骤（2）中的=146.25mm，确定在最大开阀时的活塞孔节流压力为：

2.198；

（4）确定在最大开阀时复原阀片所受的最大压力：

根据复原阀最大开阀时的油路图4，步骤（1）中的=6.63145596，及步骤（3）中的=2.198，确定在最大开阀时阀片所受的最大压力为： 

6.4116；

（5）减振器复原叠加阀片在内圆半径处的最大应力系数计算:

由于减振器环形阀片的内圆半径、外圆半径和泊松比μ，与实施例一的相同，因此，减振器环形阀片在内圆半径位置的最大应力系数,也与实施例一中的相同，即：

=2.9893495；

（6）单片设计厚度复原阀片的最大应力计算:

根据减振器单片阀片设计厚度h＝0.30046mm，步骤（4）中的6.4116，及步骤（5）中的＝2.9893495，计算单片设计厚度阀片的最大应力，即：

                        ＝2123MPa；

（7）减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计:

       根据减振器单片阀片设计厚度h＝0.30046mm，阀片最大许用应力=2000MPa，及步骤（6）中的=2123MPa，对减振器叠加阀片最大许用厚度进行设计，即

                                                =0.283mm；

       根据节流阀片厚度标准系列根据节流阀片厚度标准系列0.1mm，0.15mm、0.20mm、0.25mm，0.30mm，及计算求得的最大许用厚度=0.283mm，该减振器叠加阀片的实际最大设计厚度h_1max=0.25mm，即必须采用厚度的叠加阀片，且保证叠加阀片的等效厚度h_e等于设计厚度h，即h_e＝h＝0.30046mm。

实施例三：某减振器的结构参数、油液参数与实施例一相同，只是减振器最大开阀速度点V_k2=1.0m/s，复原开阀阻尼力为F_dk2=1450N，复原阀片设计厚度h＝0.2674mm。

采用实施例一的计算步骤，即：

(1)确定减振器最大开阀时的活塞缝隙节流压力和流量：

根据最大开阀速度点对应要求的减振器阻尼力，活塞缸筒内径，活塞杆直径=20mm，确定减振器在最大开阀时的活塞缝隙压力为：

=4.8078；

根据活塞缸筒内径=28mm，活塞平均间隙，偏心率=1.0，油液动力粘度，活塞缝隙长度，及活塞缝隙压力=4.8078，确定在最大开阀速度时的活塞缝隙流量为：

7.0398；

(2)确定最大开阀时的活塞孔等效长度：

    由于减振器活塞孔的物理长度，活塞孔直径，个数，最大开阀速度都与实施例一的相同，因此，最大开阀时的活塞孔等效长度也与实施例一的相同，即

                           =140.1mm；

（3）确定最大开阀时的活塞孔流量和节流压力：

根据减振器最大开阀速度=1.0m/s，活塞缸筒内径D_H=28mm，活塞杆直径d_g=20mm，，及步骤（1）中的活塞缝隙流量=7.0398，确定最大开阀时的活塞孔流量为：

2.316；

根据油液动力粘度，活塞孔直径=2.0mm和个数=4，活塞孔流量=2.316，及步骤（2）中=140.1mm，确定在最大开阀时的活塞孔节流压力为：

1.8389；

（4）确定在最大开阀时复原阀片所受的最大压力：

根据步骤（1）中的=4.8078及步骤（3）中的=1.7618，确定在最大开阀时阀片所受的最大压力为： 

4.6239；

（5）减振器复原叠加阀片在内圆半径处的最大应力系数计算:

由于减振器阀片的内圆半外、圆半径根及材料特性参数都与实施例一的相同，因此该减振器环形阀片在内圆半径位置的最大应力系数与实施例一的相同，即：

=2.9893495；

（6）单片设计厚度复原阀片的最大应力计算:

根据减振器单片阀片设计厚度h=0.260855mm，步骤（4）中的4.6239，及步骤（5）中的＝2.9893495，计算减振器单片设计厚度阀片的最大应力，即：

                        ＝1933.1MPa；

（7）减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计:

       根据减振器单片阀片设计厚度h＝0.2674mm，阀片最大许用应力=2000MPa，及步骤（6）中的=1933.1MPa，对减振器叠加阀片最大许用厚度进行设计，即

                                                =0.27665 mm；

       根据节流阀片厚度标准系列0.1mm，0.15mm、0.20mm和0.25mm，及最大许用厚度=0.27665mm，该减振器叠加阀片的实际最大设计厚度h_1max=0.25mm，即必须采用厚度的叠加阀片，且保证叠加阀片的等效厚度h_e等于设计厚度h，即h_e＝h＝0.2674mm。

实施例四：某液压液压减振器设计所要的复原速度特性曲线与实施例三相同，除了减振器活塞杆直径d_g＝18mm、复原阀片设计厚度h＝0.243mm和阀片最大许用应力=1800MPa外，其他结构参数及油液参数与实例三的完全相同。

采用实施例三的计算步骤，即：

(1)确定减振器最大开阀时的活塞缝隙节流压力和流量：

根据最大开阀速度点对应要求的减振器阻尼力，活塞缸筒内径，活塞杆直径=19mm，确定减振器在最大开阀时的活塞缝隙压力为：

=4.0135；

根据活塞缸筒内径=28mm，活塞平均间隙，偏心率=1.0，油液动力粘度，活塞缝隙长度，及活塞缝隙压力=4.0135，确定在最大开阀速度时的活塞缝隙流量为：

5.8767；

(2)确定最大开阀时的活塞孔等效长度：

根据减振器活塞杆直径d_g=18mm，活塞孔的物理长度=9.0mm；活塞孔直径=2.0mm，个数n_h=4，在最大开阀速度=1.0m/s时减振器油液流经活塞孔时的突然缩小局部阻力系数，突然扩大局部阻力系数和改变方向局部阻力系数及沿程阻力损失，确定在最大开阀时的活塞孔等效长度为：

                           =146.2mm；

式中，＝0.0221，， ，＝m²/s； 查表得，；，，，，，，；，，其中，；

（3）确定最大开阀时的活塞孔流量和节流压力：

根据减振器最大开阀速度=1.0m/s，活塞缸筒内径D_H=28mm，活塞杆直径d_g=18mm，，及步骤（1）中的活塞缝隙流量=5.8767，确定最大开阀时的活塞孔流量为：

2.4323；

根据油液动力粘度，活塞孔直径=2.0mm和个数=4，活塞孔流量=2.4323，及步骤（2）中的=146.2mm，确定在最大开阀时的活塞孔节流压力为：

2.0148；

（4）确定在最大开阀时复原阀片所受的最大压力：

根据步骤（1）中的=4.0135，及步骤（3）中的=2.0148，确定在最大开阀时阀片所受的最大压力为： 

3.812；

（5）减振器复原叠加阀片在内圆半径处的最大应力系数计算:

由于减振器阀片的内圆半外、圆半径根及材料特性参数都与实施例一的相同，因此该减振器环形阀片在内圆半径位置的最大应力系数与实施例一的相同，即：

=2.9893495；

（6）单片设计厚度复原阀片的最大应力计算:

根据减振器单片阀片设计厚度h=0.260855mm，步骤（4）中的3.812，及步骤（5）中的＝2.9893495，计算减振器单片设计厚度阀片的最大应力，即

                        ＝1593.7MPa；

（7）减振器复原叠加阀片最大许用厚度的设计:

       根据减振器单片阀片设计厚度h＝0.243mm，阀片最大许用应力=2000MPa，及步骤（6）中的=1593.7MPa，对减振器叠加阀片最大许用厚度进行设计，即

                                                =0.22665mm；

       根据节流阀片厚度标准系列0.1mm，0.15mm、0.20mm和0.25mm，及最大许用厚度=0.22665mm，该减振器叠加阀片的实际最大设计厚度h_1max=0.20mm，即必须采用厚度的阀片进行叠加，且保证叠加阀片的等效厚度h_e等于设计厚度h，即h_e＝h＝0.243mm。