油气弹簧刚度特性及影响因素分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期(总第194期)机械工程与自动化No．12016年2月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONFeb．文章编号；1672—6413(2016)01—0100—03油气弹簧刚度特性及影响因素分析王家宝，雷步芳(太原科技大学材料学院，山西太原030024)摘要：基于某平台车用油气弹簧减振器的结构，建立了油气弹簧刚度的数学模型，利用MAT1AB／Simulink软件仿真分析各种结构参数对油气弹簧刚度产生的影响，为优化油气弹簧的刚度性能提供理论指导。关键词：油气弹簧；刚度特性；仿真分析中图分类号：TP39i．7文献标识码：A0引言积变

2、化如F：油气弹簧以其良好的减振性能，能够满足车辆行△一sX一x．(1)驶过程中的要求，因而广泛应用于各种类型的车辆上。油气弹簧的刚度和阻尼特性是影响其性能的两个关键其中：x为气室中气体的位移。因素，它们直接影响油气弹簧的减振性能，而油气弹簧上油室油液体积变化为：刚度和阻尼特性主要取决于结构参数的选取[1]。因此△：：：Ax一X．(2)研究结构参数对于提高油气弹簧性能进而提高车辆行驶过程中的平顺性有着重要意义。为了提高油气弹簧下油室中油液体积变化为：的刚度特性，分析影响油气弹簧刚度的因素，本文以一AV1．_：AxX一x．(3)种平台车用单气室油气弹簧结构为基础，对该油气弹根据关系式：簧的刚度特

3、性进行分析，根据理论分析建立Simulink△F一△+△VL．(4)模型进行模拟，分析各种参数对油气弹簧刚度产生的得到：影响，为提高油气弹簧刚度性能提供指导。1油气弹簧工作原理X一aiX．(5)r，油气弹簧是用油液来传递压力，用压缩气体(通常将气室内的气体视为理想气体，根据理想气体状为氮气)作为弹性介质的一种弹性元件j。图1为油态方程得出：气弹簧的结构简图，当活塞杆相对于外缸筒运动速度jbSH一声1Sn(H。一X)”·(6)较小时，节流阀片两端产生的压力较小，不能使节流阀其中：为气体的多变指数。片开启，此时油液流过节流缝隙产生阻尼力；当活塞杆由式(6)得到：相对于外缸体的速度达到一定值时，节

4、流阀片发生形变使阀片开阀，此时节流缝隙增大，油液流过增大后的．(7)缝隙产生阻尼力。在运动过程中气室内的压力会随着活塞杆与外缸体相对位移发生变化。令一￡，再将式(5)代入式(7)，可得：2油气弹簧刚度模型的建立‘^I、图1中，F为作用在活塞杆上的力，X为活塞杆与缸筒相对位移，H。为气室内气体的初始高度，D为外南‘(8)缸体的内径，d为活塞杆的外径，d。为活塞杆的内径，气室的负载为：s为气室的横截面积，为气室的压力，A为上油室pqSqq—(9)的面积，为上油窒压力，A为下油室的面积，为·下油室压力。当活塞杆与缸体发生相对移动时，油气弹簧缸体内各腔体积发生变化_3]，气室内气体的体对式(9)求导

5、可得到油气弹簧的刚度K：收稿日期：2015—07—30；修订日期：2015—11—28作者简介：王家宝(1989～)，男，黑龙江七台河人，在读硕士研究生，研究方向：锻压设备理论与控制。学兔兔www.xuetutu.com2016年第1期王家宝，等：油气弹簧刚度特性及影响因素分析·1O1·K一dFnpqSq~从图3中可知：油气弹簧的刚度会随着气室初始__一·㈣压力的增大而增大，并且刚度会随着活塞杆与外缸体相对位移的增大而增大，可见改变气室的初始压力可通过式(10)可以看出，油气弹簧的刚度K主要受以调节油气弹簧的刚度。气室的初始压力、气室的初始高度、活塞杆的外径、活3．2气室的初始高度对刚度的影

6、响塞杆的内径以及气体的多变指数的影响，可以通过改改变气室的初始高度分别为100mm、150mm、变这些结构参数来分析它们对油气弹簧刚度特性的影200mm，其余条件不变，得到的结果如图4所示。响。气室昌●压弓杆内{醚下腔匠图1油气弹簧结构简图位移x／n3油气弹簧的刚度特性图3气室初始压力对刚度的影响曲线刚度特性是评价油气弹簧性能好坏的一个重要指标，它反映了气室中气体对活塞杆的作用力与活塞杆相对缸体位移的关系，因而研究刚度特性具有重要的昌●意义。油气弹簧的初始参数如表1所示。弓表1油气弹簧的初始参数参数数值最气室的初始压力P(MPa)5气室的初始高度Ho(ram)1OO活塞杆的外径di(ram)

7、58位移／n活塞杆的内径do(ram)50圈4气室初始高度对刚度的影响曲线气体的多变指数”1．33由图4可知：气室的初始高度增加会导致油气弹因为实际中油气弹簧受到的激励信号无法用某个簧的刚度减小，随着气室初始高度的增加，在活塞杆与具体的信号函数准确代替，为了便于分析，本文采用正缸简相对位移增大的过程中，刚度值的变化越来越小。弦位移信号，具体表达式如下：3．3活塞杆内径对刚度的影响X(￡)=Asin2rtft．