某車油氣彈簧前懸架設計【16張CAD圖紙、文檔全套】【GC系列】
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學 院專業(yè)學生姓名(教)學號指導教師職稱合作導師職稱論文題目某車油氣彈簧前懸架設計一、課題研究的背景和意義(綜述國內外相關研究現狀,闡述課題的研究目的、意義)研究背景及意義汽車懸架是指汽車的車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間一切傳力連接裝置的總稱。車輛懸架除了應保證車輪的精確導向、轉向之外,還要能隔離路面噪聲,避免車輪滾動產生的噪聲傳到車身。由于車輪接地點處的力(力矩)都是通過車輛懸架傳遞到車身的,無論汽車處于何種狀態(tài)(起步、行駛、上下坡道、轉彎、制動等),懸架都起著極為重要的作用(支撐車身、抑制車身的垂直振動、俯仰及傾側等),其性能的優(yōu)劣直接關聯著汽車的平順性、穩(wěn)定性甚至是行車安全。所以在任何車輛中,懸架都是汽車底盤非常重要的部件之一。汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性對車輛懸架的要求是沖突的、相互矛盾的。要提高行駛平順性,車輛懸架必須匹配“軟”的彈簧和小阻尼的減震器,但是這樣懸架動行程會增加,抗俯仰和傾側的能力降低,會極大影響操縱穩(wěn)定性;而想要提高操縱穩(wěn)定性,就得使用“硬”彈簧及與之相匹配的大阻尼減震器來限制車身姿態(tài)的變化,這又會使車身振動加劇,影響乘坐的舒適感。因此只有綜合考慮這兩個矛盾的因素,才能提高汽車懸架的整體性能。本文主要進彈簧車用油氣彈簧的設計與分析的研究。油氣彈(Hydro-Pneumatic Spring)是油氣懸架的核心部件,是利用氣體的壓縮來儲存能量的彈性元件,是在膜式空氣彈簧的基礎上發(fā)展出來的。它采用金屬容器作為氣室,以惰性的氮氣作為彈性元件,并在活塞和氣體之間有油液作為中間介質。它擁有車輛所需理想的非線性彈性特性、良好的減振性能和比較完善的調節(jié)功能,通過油氣彈簧的設計可以滿足汽車所需的非線性彈性特性、減振性能,提高乘坐的舒適性。油氣懸架不僅能夠滿足汽車行駛的平順性和操縱性,而且可以通過調節(jié)車身高度提高汽車的道路通過性,另外相較于其他新型懸架,油氣懸架的性價比更高。在國內,油氣懸架還處于研究階段,但在歐美一些發(fā)達國家使用主動油氣懸架作為車輛懸架系統已經初步得到了實際應用。由于國內引進油氣懸架的時間較晚(20 世紀 90 年代),自主研發(fā)的產品性能與國外同類產品相比,還存在較大差距,不管是油氣懸架的設計階段還是應用過程,都未形成系統的知識技術鏈,因此對油氣懸架系統的研究以及完善其在應用方面的技術很有必要。經過廣泛的市場調研,國內民用市場對油氣彈簧的需求量很大,需求量遠大于供應量。很多企業(yè)和科研院所都對其產生了濃厚的興趣,但由于國外對核心技術的封鎖,國內在自主研發(fā)方面的整體實力還比較薄弱,使得目前沒有真正意義上的高質量成熟產品能夠批量供貨,同時昂貴的價格也使大多企業(yè)“望而卻步”,此外,國外企業(yè)不斷進入中國市場,希望在中國市場占有一席之地,使得市場蘊涵著巨大的機遇與挑戰(zhàn),為了保護國內市場不被國外企業(yè)占據,對油氣彈簧的工作性能進行深入系統地研究,并研制出性能優(yōu)越、價格合理的產品是當前的首要任務,在此基礎上,保護領國內市場,創(chuàng)造民族品牌,加快我國汽車行業(yè)的發(fā)展速度,增強自主研發(fā)實力。國外研究現狀當前國外專家學者對油氣懸架的研究主要集中在個方面:1. 建立新型合理的油氣懸架的數學模型。主要的研究思路是把具有非線性特性的彈性元件如懸架油缸和對非線性的影響因素如油液、高壓空氣的壓縮膨脹、非線性阻尼、剛度特性納入到數學模型中,使得理論懸架系統符合實際,成為非線性系統。目前建立油氣懸架的數學模型方法可以分為參數化和非參數化,因為參數化模型能比較好的描述系統內部工作狀態(tài),而且每個參數又有非常明確的物理意義,有益于油氣懸架非線性特性的研究,相對于非參數化設計具有一定的優(yōu)勢。兩者均有其局限性,國外學者試圖結合參數化和非參數化兩種建模方式實現對油氣懸架數學模型的建模工作。2. 新型結構形式的油氣懸架的開發(fā)和主動控制策略的研究。新型結構形式的油氣懸架的開發(fā),主要是對半主動和主動油氣懸架的開發(fā)應用。利用油氣懸架變阻尼相對簡單的優(yōu)勢,調節(jié)阻尼實現懸架的半主動和主動控制。半主動控制的原理主要是控制單元對各類傳感器采集的信號進行處理,再通過調節(jié)阻尼閥口大小,改變油缸和蓄能器之間的阻尼力,實現懸架輸出力半主動控制。主動懸架則需要另加動力元件如液壓油泵等,油液通過伺服閥再進入液壓缸,實時控制懸架輸出力。國內研究現狀20世紀80年代,油氣彈簧引起了國內研宄人員的關注意。進入到年代,國內的一些大型國有企業(yè)引進了裝有油氣彈簧的車輛,這一事件翻開了國內油氣彈黌研究高潮的第一頁,隨后,國內的高等院校也加入了科研隊伍。目前,該技術在國內的研究主要包括如下幾個方面:1. 基本的設計理論研宄?;谲囕v的類型、性能、參數及油氣彈簧內、外部的工作環(huán)境等因素,研究人員完成油氣彈簧最佳阻尼匹配特性、油液節(jié)流損失性能、閥片應力、應變特性及阻尼、剛度等特性的研究,得出油氣彈黃的工作特性的變化規(guī)律,為我國自主研發(fā)提供重要的科研資料。2. 油氣彈簧特性仿真及相關軟件開發(fā)的研宄。國內研究人員在該方面進行了大量的研宄工作,主要對油氣彈簧的工作特性進行仿真模型建立及定性分析,應用相關軟件進行仿真,如:中的模塊、編程軟件,經過科研工作人員的不懈努力,在該方面取得了突出的成績,并且在各大高校的相關科研工作也開展的如火如荼,如:吉林大學、北京理工大學、山東理工大學等。3. 特定車型才需使用的油氣彈賛研究。該方面目前還處于研究階段,主要是利用軟件完成油氣彈簧機械模型的建立,并納入液壓系統,完成油氣彈簧的特性分析。4. 油氣彈簧的新型結構形式的研發(fā)。如圖1所示為某種剛度可控的油氣彈簧模型,在結構上它擁有兩個儲氣室,工作時根據采集的汽車和油氣彈簧的相關信號,控制幵關閥的工作狀態(tài),實現剛度隨車身狀態(tài)的變化而變化的功能。5. 利用對油氣彈簧進行實驗所得出的數據反求油氣彈黌的參數。通過試驗的手段得出最能真實、準確反映油氣彈簧特性的數據,在此基礎上,對結構參數進行參數反求,目前,國內主要對節(jié)流閥參數進行反求。圖 1二、課題研究已有的工作基礎,附證書、報告、文獻翻譯(總結歸納本人的學習、科研、實習等成果,以及已掌握的前人資料,簡述自己初步的學術見解)查閱了許多國內外文獻,也大致了解了油氣彈簧的結構,工作原理,特征及分類,對于我自己而言,在設計一個油氣彈簧時,困難點應該在于其數學模型的建立,這個要求我去掌握有關液壓傳動方面的知識,雖然大三選修課學習過,但也只是點皮毛,要應用到具體的設計上,還是得去借鑒其他文獻中的方法及過程。油氣彈簧相較于其他被動彈簧,最大的特點在于其非線性的剛度及阻尼特性,而其特性又和它的結構參數息息相關,因此,本次油氣彈簧的設計,首先應將油氣彈簧的結構參數確定好,再進行數學模型的推導,最后進行特性仿真。三、研究的內容及可行性分析 主要研究內容1. 在查閱關于油氣彈簧的國內外研究資料的基礎上,介紹油氣彈簧的工作原理、國內外研究現狀及其應用領域。2. 完成油氣彈簧的結構設計及參數選定。推導節(jié)流閥片的數學模型,利用該模型設計合理的節(jié)流閥片厚度,并設計合理的缸體、連接體、閥系的結構形式,選取合理的密封圈和導向寬度。3. 基于所建立的油氣彈簧數學模型完成油氣彈簧工作特性的仿真分析(剛度特性,阻尼特性,總輸出力特性)。4. 建立四分之一車輛模型進行動力學分析。可行性分析1. 客觀條件:關于油氣彈簧的設計,國內外的學者已經做出了大量的研究工作,通過在中國知網上的檢索,收集了大量的有關油氣彈簧的結構設計與參數優(yōu)化的論文,對我的課題工作有了極大的借鑒意義。而且本學期的工作主要就是這個畢業(yè)設計,故時間上也十分充裕。并且還有吳海東老師和司振立學長的幫助。另外,學院實驗室里也有許多油氣彈簧的實物,可以讓我更加具體切實的觀察和掌握油氣彈簧的結構和工作原理。2. 主觀條件:通過查閱其他學者的工作,我大概掌握了設計油氣彈簧的基本步驟及所需的基本知識,還有所需掌握的軟件技術(CATIA和MATLAB等)。這些在我前幾年的大學學習生活中都有所接觸,并不陌生。關于油氣彈簧的基本認識也已掌握(其結構,特征,原理,分類,發(fā)展歷史等)。目前對我來說,最大的難點在于對其數學模型的建立,這項工作需要有關工程熱力學和流體力學的知識,而這兩門學科的知識我雖已學習過,但距今相隔較遠,所以有所遺忘,難免生疏,學習時有些吃力,但好在有其他論文對于這項建模工作的詳細論述,讓我可以借鑒學習,減輕了我的負擔。四、論文擬解決的關鍵問題及難點關鍵問題1. 確定油氣彈簧的基本參數,完成關鍵元件的結構設計,如節(jié)流閥系設計、連接體的設計、導向寬度的設計、密封元件的選取等。2. 根據理想氣體的狀態(tài)方程、節(jié)流縫隙兩端壓差與流量關系及油氣彈簧的工作參數,建立油氣彈簧的數學模型。3. 基于所建立的模型完成油氣彈簧工作特性的仿真分析,根據結果總結每個參數對工作特性的影響規(guī)律。4. 建立四分之一車輛模型進行動力學分析。五、研究方法與技術路線(重點論述技術方案)技術路線查閱文獻資料了解,工作原理,特征,分類發(fā)展歷史等確定總體結構設計及各部分參數上、下連接體,外缸體,活塞桿,浮動活塞,活塞,節(jié)流閥系,導向蓋等建立油氣彈簧理論數學模型利用已建的數學模型,對其特性進行仿真彈性力模型阻尼力模型總輸出力模型剛度特性阻尼特性總輸出力特性利用已得到的彈簧特性,建立四分之一車輛模型,進行動力學分析六、論文的進度安排進度安排1.第七學期:完成文獻翻譯、文獻綜述、開題報告的撰寫;2.第八學期第1-2周:進行參觀實習,參數計算、建模仿真;3.第八學期第3-4周:方案設計、草圖繪制;4.第八學期第5-11周:完成機械系統的結構設計,完成CATIA三維模型的建立、CAD圖紙的繪制、電算說明書撰寫;5.第八學期第12-13周:完成畢業(yè)設計說明書撰寫;6.第八學期第14周:論文評審、查重和答辯。七、畢業(yè)設計研制報告或畢業(yè)論文撰寫提綱(初步)初步提綱第一章-緒論第二章-油氣彈簧總體結構設計第三章-單氣室油氣彈簧理論模型建立第四章-油氣彈簧的特性仿真分析第五章-四分之一車輛模型動力學分析八、主要參考文獻1 孫文君汽車油氣彈簧特性仿真研究D遼寧:遼寧工程技術大學,2009.2 孫建民油氣懸架的應用及關鍵技術評述J煤礦機械,2007,28(4):8-ll.3 趙以強,周長城,趙雷雷油氣彈簧多片疊加節(jié)流閥片與開閥壓力研究J農業(yè)裝備與車輛工程2009,10:006.4 劉志強車輛油氣懸掛系統動力學研究D哈爾濱:哈爾濱工程大學,2011.5 王洪藝.車用油氣彈簧設計、仿真與分析D.長春:長春理工大學,2014.6 張軍偉. 多軸重型車輛互連式油氣懸架系統特性研究D.北京:北京理工大學,2015.7 鄒游,喻凡,孫濤.非線性油氣懸架的平順性仿真研究J.計算機仿真,2004, 21(10): 157-159.8 張林. 基于平順性的油氣懸架優(yōu)化設計D.湖南:湖南理工大學,2013.9 趙玉壯. 油氣懸架非線性特性及其阻尼控制策略研究D北京:北京理工大學,2011.10 胡久強.大客車空氣懸架的設計匹配與仿真研究D.四川:西南交通大學,2012.11 周長城.車輛懸架設計及理論M.北京,北京大學出版社,2011.8.12 Worden K, Tomlinson G R. 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