一種新型減振器活塞的設(shè)計(jì)

馬晨，沈炳湖，周智鋒，容家坤

(柳州孔輝汽車(chē)科技有限公司，廣西柳州 545007)

一種新型減振器活塞的設(shè)計(jì)

馬晨，沈炳湖，周智鋒，容家坤

(柳州孔輝汽車(chē)科技有限公司，廣西柳州 545007)

減振器閥片在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中反復(fù)折彎，久而久之就產(chǎn)生疲勞變形，降低了減振器的性能。在不影響活塞原有結(jié)構(gòu)功能的情況下，通過(guò)增加凸臺(tái)，來(lái)減小閥片折彎變形的程度，從而達(dá)到提高閥片壽命和減振器性能的目的。

減振器；活塞；閥片壽命

0 引言

行駛平順性是車(chē)輛的重要性能指標(biāo)之一，而減振器作為懸架系統(tǒng)一個(gè)主要的阻尼元件，主要用于抑制彈簧吸振后反彈時(shí)的振動(dòng)，吸收路面沖擊的能量。減振器性能的高低將直接影響到汽車(chē)舒適性及操縱安全性。

目前，減振器行業(yè)面臨的最主要的技術(shù)難題就是減振器失效問(wèn)題，而失效又與減振器產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)、制造水平、工藝方法、質(zhì)量控制等相關(guān)。文中將通過(guò)優(yōu)化減振器的活塞結(jié)構(gòu)，提高閥片壽命，增強(qiáng)減振器性能的穩(wěn)定性，從而降低減振器的失效風(fēng)險(xiǎn)。

1 閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

減振器活塞一般都設(shè)有供壓縮油液正向和反向流通的常通孔，活塞在缸筒中下移時(shí)，緊貼活塞下端面的閥片將正向常通孔封蓋，而反向常通孔暢通；活塞在缸筒中上移時(shí)，緊貼活塞上端面的閥片將反向常通孔封蓋，而正向常通孔暢通，從而起到調(diào)節(jié)阻尼力的作用。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，目前使用的活塞兩個(gè)端面上都設(shè)有與端面高度一致的凸臺(tái)，凸臺(tái)之間形成高度低于凸臺(tái)端面的扇形低臺(tái)，常通孔從一端面的凸臺(tái)進(jìn)，從另一端面的扇形低臺(tái)出。減振器工作時(shí)，活塞常通孔通過(guò)油液，任意一端的閥片承受壓力時(shí)將緊壓凸臺(tái)端面將該端的常通孔封蓋，而位于扇形低臺(tái)的常通孔的出口暢通。由于扇形低臺(tái)的高度低于凸臺(tái)端面，扇形低臺(tái)部分的空間沒(méi)有對(duì)閥片產(chǎn)生支撐，反復(fù)使用后會(huì)導(dǎo)致閥片較快疲勞或變形，閥片變形有可能將常通孔的出口堵住，造成減振器阻尼力增大，使減振器的性能降低，影響減振器的使用效果，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

為了延長(zhǎng)閥片的使用壽命，在活塞兩個(gè)端面的每個(gè)扇形低臺(tái)上分布有n個(gè)凸點(diǎn)(如圖1所示), 凸點(diǎn)高度與活塞凸臺(tái)端面的高度一致, 所述n的取值為1～3之間的任意整數(shù)。所述凸點(diǎn)或?yàn)橐粓A柱體，或?yàn)橐粓A錐臺(tái)體，其橫截面為圓形；或?yàn)橐环叫沃w，或?yàn)橐环叫五F臺(tái)體，其橫截面為方形。此減振器活塞不影響活塞的原有結(jié)構(gòu)功能，卻提高了閥片的使用壽命和減振器的力值性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。在減振器工作過(guò)程中，位于活塞兩端面的閥片受到壓力時(shí)，兩個(gè)端面的凸點(diǎn)可以與凸臺(tái)同時(shí)頂住閥片，使閥片的折彎變形減小，閥片不易產(chǎn)生疲勞，既可提高閥片的壽命，保證減振器的正常使用，又可避免閥片因疲勞變形將活塞常通孔堵住，使減振器阻尼力值更加穩(wěn)定。

2 CAE分析

為了驗(yàn)證活塞在增加凸點(diǎn)后對(duì)閥片起到的改善作用，作者通過(guò)CAE模擬分析兩種活塞在工作時(shí)閥片受到的應(yīng)力情況和變形量大小，來(lái)對(duì)比有無(wú)凸點(diǎn)前后的差別。

按照某小型汽車(chē)的力值要求(見(jiàn)表1)，同時(shí)根據(jù)減振器臺(tái)架耐久試驗(yàn)的規(guī)范來(lái)模擬減振器閥片的受力情況。將活塞固定，閥片與活塞貼合的面接觸，在閥片表面施加600 N的力。通過(guò)CAE模擬分析得出，無(wú)凸點(diǎn)閥片受到的最大應(yīng)力為253 MPa(見(jiàn)圖2)，有凸點(diǎn)閥片受到的最大應(yīng)力為107 MPa(見(jiàn)圖3)，將閥片的變形量放大8倍對(duì)比，可明顯看出在裝配無(wú)凸點(diǎn)的活塞時(shí)，閥片的變形量要比有凸點(diǎn)活塞時(shí)大了很多(見(jiàn)圖4、圖5)。

表1 力值要求

圖2 無(wú)凸點(diǎn)閥片應(yīng)力圖

圖3 有凸點(diǎn)閥片應(yīng)力圖

圖4 無(wú)凸點(diǎn)閥片變形圖

圖5 有凸點(diǎn)閥片變形圖

3 臺(tái)架試驗(yàn)

有了CAE模擬分析的結(jié)論做基礎(chǔ)，為了進(jìn)一步驗(yàn)證帶有凸點(diǎn)的活塞對(duì)提高閥片壽命的效果，將有凸點(diǎn)的活塞和無(wú)凸點(diǎn)的活塞同時(shí)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。按照某型小轎車(chē)的技術(shù)要求制作減振器樣件4支，除活塞以外其余零件完全一樣，其中有凸點(diǎn)和無(wú)凸點(diǎn)的活塞各2只(注：文中1號(hào)、2號(hào)為有凸點(diǎn)活塞，3號(hào)、4號(hào)為無(wú)凸點(diǎn)活塞)，制作完樣件后分別進(jìn)行力值測(cè)功并記錄(注：0.13、0.26、1.0 m/s為考核速度點(diǎn))。測(cè)功完成后，對(duì)4只減振器進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)行程100 mm，速度0.3 m/s，試件外殼溫度控制在95～105 ℃內(nèi)，試件循環(huán)400萬(wàn)次以后再進(jìn)行力值測(cè)功并記錄，見(jiàn)表2。

表2 4支樣件臺(tái)架試驗(yàn)前后測(cè)功力值對(duì)比

通過(guò)對(duì)比臺(tái)架試驗(yàn)后的測(cè)功力值，活塞有凸點(diǎn)的1號(hào)和2號(hào)減振器比活塞無(wú)凸點(diǎn)的3號(hào)和4號(hào)減振器力值衰減程度要小。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)CAE模擬分析和臺(tái)架試驗(yàn)，可以看出有凸點(diǎn)的活塞對(duì)于閥片的受力和變形起到了良好的改善作用，繼而降低了減振器的失效風(fēng)險(xiǎn)。隨著大家對(duì)汽車(chē)的舒適性要求不斷提高，減振器的性能也要不斷地加強(qiáng)，對(duì)減振器生產(chǎn)企業(yè)也提出了更高的要求。文中提及的活塞結(jié)構(gòu)可以為減振器生產(chǎn)企業(yè)提供參考，同時(shí)，結(jié)構(gòu)改進(jìn)是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)的過(guò)程，今后還需不斷

優(yōu)化。

【1】周長(zhǎng)城.汽車(chē)液壓筒式減振器設(shè)計(jì)及理論[M].北京：北京大學(xué)出版社，2012.

【2】俞德孚,馬彪.車(chē)輛懸架減振器的理論和實(shí)踐[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2013.

【3】劉瑞軍,周長(zhǎng)城,趙以強(qiáng).汽車(chē)減振器活塞孔對(duì)常通節(jié)流孔面積設(shè)計(jì)的影響[J].汽車(chē)技術(shù),2008 (12):24-28. LIU R J,ZHOU C C,ZHAO Y Q.Influence of Piston Holes on Design of Throttle Holes Area for Shock Absorber[J].Automobile Technology,2008(12):24-28.

A New Design For Shock Absorber Piston

MA Chen, SHEN Binghu, ZHOU Zhifeng,RONG Jiakun

(KH Automotive Technologies( Liuzhou )Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 545007, China)

The shock absorber valve plates are bended and deformed during the reciprocating motion process of the pistons, so the fatigue deformation happens over time, which reduces the performance of the shock absorber. Without affecting the original structure and function of the pistons, convex was added for reducing the level of bending deformation of the valve plates.So the goals of extending the service life of valve plates and improving the performance of the shock absorber are achieved.

Shock absorber；Piston；Service life of valve plates

2017-03-05

馬晨(1984—)，男，助理工程師，主要從事汽車(chē)底盤(pán)零部件開(kāi)發(fā)工作。E-mail:machen@yeah.net。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.06.013

U463.33+5.1

A

1674-1986(2017)06-046-03