對當(dāng)代的減震技術(shù)進(jìn)一步研究
——節(jié)能減震一體式回能車輪

彭志鼎　丁志俊　郭建成　趙成俊　陳蜀喬

（昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院，云南昆明 650500）

對當(dāng)代的減震技術(shù)進(jìn)一步研究
——節(jié)能減震一體式回能車輪

彭志鼎丁志俊郭建成趙成俊陳蜀喬

（昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院，云南昆明 650500）

懸架式減震作為一種先進(jìn)的減震形式，已經(jīng)被廣泛的使用，但在長期的使用中也發(fā)現(xiàn)了不少的問題，為了善改傳統(tǒng)汽車懸架在減震方面的不足之處，減輕減震器和螺旋彈簧的壓力，研究了通過輻條旋轉(zhuǎn)改變輪子的大小的方式來實(shí)現(xiàn)減震的工藝，把震動的壓力分擔(dān)一部分到汽車輪子上。通過這類工藝實(shí)現(xiàn)汽車橫向和縱向的減震，而且在減震過程中把一部分震動能量回收用于推動車輛行駛，從而大大降低了行車中因振動等因素導(dǎo)致駕駛員和乘坐人員疲勞而存在的行車風(fēng)險(xiǎn)，提高了舒適度和能源利用率。

懸架式減震 輻條旋轉(zhuǎn) 舒適度 能量回收

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平日益提高，交通運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，人們的出行日益頻繁，因而舒適的交通工具顯得尤為重要，因此汽車減震得到了很好的發(fā)展。那么當(dāng)代汽車主要是通過什么來實(shí)現(xiàn)減震的呢？汽車在行駛過程中為了保證行駛時(shí)的舒適性和安全性，通常采用安裝懸架的方式來過濾行駛中路面?zhèn)鬟f到車身上的振動，通過懸架來減輕振動。懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，為衰減振動，汽車懸架系統(tǒng)中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當(dāng)車架（或車身）和車橋間受振動出現(xiàn)相對運(yùn)動時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動，減振器腔內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過不同的孔隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對振動形成阻尼力，使汽車振動能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。然而，汽車是非常容易在它的固有頻率處振動的，這個(gè)頻率實(shí)際上大約為1至2Hz；為了控制振動，必須加入阻尼。但當(dāng)存在運(yùn)動時(shí)，阻尼能耗散掉能量。

1　節(jié)能減震一體式回能車輪

1.1車輪結(jié)構(gòu)

該工藝是改進(jìn)的車輪，屬于運(yùn)載工具技術(shù)領(lǐng)域。該減震車輪是在車輪外套空腔中置入一系列橡膠墊，各擺動輻條的一端對應(yīng)連接各橡膠墊，擺動輻條另一端鉸接一軸心環(huán)，擺動輻條的中部與車輪內(nèi)環(huán)以滑移-轉(zhuǎn)動副連接，軸心環(huán)位于車輪內(nèi)環(huán)中間且二者之間連接有一系列彈簧，增加了縱向和垂直向的減震效果。通過震動時(shí)輪子大小的改變制造助動效果，達(dá)到回能的效果。該車輪中的機(jī)械構(gòu)件就相當(dāng)于內(nèi)置的減振器，能產(chǎn)生相當(dāng)一部分的阻尼，進(jìn)而簡化車身的機(jī)構(gòu)，減低成本，給汽車的組裝和維修帶來極大的便利。

1.2原理

輪胎受到?jīng)_擊時(shí)，沿轉(zhuǎn)動方向有一個(gè)切向力和垂直向上的力，這會造成輪胎沿轉(zhuǎn)動方向加速轉(zhuǎn)動一個(gè)角度，并使得整個(gè)輪胎向上運(yùn)動；沖擊消失的瞬間，向上跳動的輪胎落地，造成向下的一個(gè)沖擊。車輪外套中的減振彈簧的伸縮可實(shí)現(xiàn)垂直方向的減振。而水平縱向的減振原理如圖1所示:輪胎的線速度決定了車輛的運(yùn)動速度，例如轉(zhuǎn)動n圈的輪胎速度V=2πRn /t，受到?jīng)_擊后，如果要保持軸心的位置不變，那么轉(zhuǎn)動n圈的輪胎速度為V′=2πrn /t，r＜R，所以有V＞V′，因而受沖擊后，需沿轉(zhuǎn)動方向加速轉(zhuǎn)動一個(gè)角度，提高輪胎線速度才能化解輪胎鋼圈受到?jīng)_擊。對于垂直振動，車輪受到?jīng)_擊后，如果能保持軸心的位置不變，那么就可以消除垂直方向的振動，為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，就必須減小車輪的外徑。本外套式回能減振車輪在受到?jīng)_擊后，能同時(shí)滿足上述兩點(diǎn)要求。會自動根據(jù)沖擊力的大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動角度及車輪外徑大小，受到?jīng)_擊后，保持軸心水平位置不變，化解了瞬態(tài)沖擊。沖擊消失后，在減振彈簧的作用下，輪胎外徑擴(kuò)張，避免了輪胎落地，造成向下的一個(gè)沖擊。由于本外套式回能減振車輪所具有的優(yōu)良特性，使得輪胎的減振效果大為提高，這樣在減少了動能消耗的同時(shí)，提高了汽車的舒適性。

2　未來發(fā)展展望

由于懸架的設(shè)計(jì)及安裝等因素導(dǎo)致懸架只能過濾車身垂直方向上的振動而無法涉及到水平方向的減震效應(yīng)，而且其用料要求高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，重量較重，在車輛組裝和維修時(shí)會帶來較大的麻煩。據(jù)統(tǒng)計(jì)，車輛在行駛過程中振動等因素是導(dǎo)致駕駛員和乘坐人員疲勞的主要原因，同時(shí)也加大了行車風(fēng)險(xiǎn)。本工藝的設(shè)計(jì)工藝在由于加入了輻條來實(shí)現(xiàn)減震的目的，獨(dú)特的增加了縱向和垂直向的減振效果，能夠有效的減輕駕駛員和乘坐人員的疲勞程序，降低行車的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面在減震的過程中還能把一部分能量回收轉(zhuǎn)換為推動車子前進(jìn)的動能，也可以有效的達(dá)到節(jié)能的效果。而且本作品結(jié)構(gòu)簡單，成本低，重量輕，相對的售價(jià)也會比一般車輪要低，具有很好的市場。

本工藝由于具有上述的優(yōu)勢，可以廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，主要面向汽車的領(lǐng)域，還有可能擴(kuò)展到火車、飛機(jī)以及吊車等領(lǐng)域。自行車、輪椅等小型車上面也能加以應(yīng)用。也可以運(yùn)用本工藝與現(xiàn)如今廣泛使用的減震技術(shù)相結(jié)合，可更有效的達(dá)到減震的目的。

［1］周長城，趙雷雷.車輛懸架彈性力學(xué)解析計(jì)算理論［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.2.

［2］莊繼德.汽車輪胎學(xué)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，1995.

［3］鄭正仁，黃崇期等.汽車輪胎制造與測試［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987.9.

［4］（美）迪克遜（Dixon，J.C.）著，李慧彬，孫振蓮，金婷譯.減震器手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.10.

［5］（德）萊斯特著，張英紅譯.汽車輪胎研發(fā)：策略、方法和工具［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.12.

［6］（美）詹特，（美）沃特.輪胎理論與技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2013-10-01.

［7］李苑箐.輪胎制品工藝［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.9.