大型客运车横向液压减震系统

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2012年山东交通学院
大学生机电产品创新设计
客运车车身横向减震系统
指导教师:
参赛学生:
学校名称:山东交通学院
2012-4-14
一.创作背景及选题意义
随着社会的进步和飞速发展,私家车的数量数量不断增加,给交通造成巨大压力,人们出行困难。

因此各类型客车、公交车将会顺应时代的发展,成为人们出行的主要交通工具。

然而当前各类客货车性能较差,舒适度低,比如在客车启动时由于发动机震动,使车身抖动很厉害。

行驶过程中,由于路面颠簸及惯性因素影响,车身也产生很大的晃动,给乘客身心造成伤害,尤其是对司机来说长期震动危害更大。

车身震动的问题会使乘客在乘坐时舒适度降低,甚至长期的震动会对身心造成伤害。

因此,急需一套更为有效的车身防震系统来改善现在的现状,提高客车性能及舒适度,让人们的出行更为舒适更舒心。

二.当前现状
当下国内高速公路飞速发展,车辆运行速度提高,车辆运行中的震动力增大。

因此大货、豪客、大客对减震器有更高的要求。

而现有各类型客货车减震装置为弹簧加避震,见图1。

弹簧主要支承的是车体重量,就起支撑作用,避震就用来减少车的震动。

大车用的是整体的,承受的重量大,但舒适性太差,不能满足当前的乘车需求。

此减震系统为晃动阻尼减震,通过环绕的柱塞系统的阻尼作用,来降低车身水平方向的震动,提高车辆的舒适性,适应社会发展的需求。

图1 现汽车减震系统
三.方案设计及工作原理
1.整体原理设计
此装置(见下图)打破传统的弹簧片和避震系统在单一垂直方向上对震动的阻尼减震作用,利用分别在前、后、左、右、左前、左后、右前、右后八个方向装有一对柱塞的中心支架,和在相应方位设有柱塞孔的减震器外壳在液压环境下
配合,利用液压系统的阻尼作用,来实现车身在水平方向上360°范围内任意方向的减震。

该装置将车体分为车厢和底盘两部分,车厢与中心支架相连,底盘与减震器外壳相连。

另外该设计保留客运车辆原有减震器,并在凸台与车厢的连接处加一个垂直方向上的弹性减震器。

这样通过三个部分的减震系统,来减缓车辆行驶时在垂直方向和水平方向上产生的震动,使其在行驶过程中更平稳更舒适。

2.具体结构解析及参数
(1)中心支架及其附属结构
图3
1)中心支架:如图3中心支架四周加工出圆形凹槽,
凹槽两侧钻有螺纹孔,用来实现柱塞的固定。

中心支架上
端为一个圆柱轴,如右图。

圆柱轴上端为一个比其细的立
柱用来固定弹簧。

立柱顶端加工出M12的螺纹孔,用于立
柱与车厢的固定。

此结构与车厢上的凸台孔配合(脂润
滑),在两者间装有弹簧,从而可以降低垂直方向的震动。

2)柱塞:如右图柱塞一端加工成圆形球头,与
中心支架凹槽配合,另一端为圆柱形,表面磨光。


塞中心有一个小通孔,在工作过程中,可使凹腔内的
液压油流进球头配合区,起到润滑作用,并且起到一
定阻尼作用。

3)固定条:固定条如图5,内凹弧度与中心支架
直径一样,中心加工出与中心支架一样的圆形凹坑,
与中心支架凹坑配合形成一个圆形内腔与柱塞凸缘配
合,凹槽两侧加工螺纹孔,通过螺栓使其固定在中心
支架凸台上。

图5 4)固定螺栓:固定螺栓采用M10(GB5781)标准螺栓
整体效果如图6,中心立柱上的圆形凹槽与柱
塞端部的凸缘配合,通过固定条将柱塞紧固在中
心立柱上,从而实现柱塞在360°范围内自由旋
转。

(2)减震器外壳与车底盘骨架的连接
如下图中心支架与其附件装配好后与减速器外壳配合,配合题装进车底骨架安装槽内,再用螺栓固定。

(3)减震器外壳及其内部结构
如图7,减震器外壳内分别在前、后、左、右、左前、左后、右前、右后八
个加工出两个柱塞孔,在柱塞孔两侧和前端有回油空。

回油孔直径比柱塞孔小的
多,这样在工作时柱塞的推力使腔内的液压油要通过回油孔流回到减震器外壳腔内。

柱塞孔内的液压油在通过柱塞孔与回油孔的交界时,由于界面突然变小会产生一个阻力,这样通过液压油的阻尼作用来减缓中心支架与减震器外壳在水平方向上的相对运动,这样就实现了减缓车厢在水平方向震动的作用。

(减震器外壳的孔结构从箱体外加工,最后由锥螺栓堵孔)
图7
图8
减震器外壳外部结构如图8,由上盖和箱体两部分组成,最后由固定螺栓连接。

上盖分别在前后左右四个方向比箱体多出四个耳朵,每个耳朵上加工出M20螺纹孔。

(4)底盘
减震器外壳装在车辆底盘骨架上,底盘骨架(如下图)在相应的位置留有安装槽和螺纹孔,减震器外壳放入安装槽内并用螺钉将外壳的四耳固定在骨架上。

(5)中心支架与减震器外壳的配合
图9
中心支架与减震器外壳的槽配合如上图9所示,中心支
架下表面设计倒滑条(铜制倒滑条有沉头螺栓固定在中心支
架下底面)如右图,与壳体内侧表面配合,此设计可减少摩
擦面积降低阻力,另外倒滑条间隙的润滑油可提高润滑效果。

中心支架上表面加工出两个环形密封槽,装配式用密封圈进
行密封。

3.整体效果
图9
4.数据计算
在强度要求上,中心支架与车厢连接处的立柱受到的剪应力较大,因此只要
立柱强度达到要求,则各个部件都能达到要求。

先分析立柱的受力。

立柱收到车身的压力、车身水平震动时受到水平方向的剪切力、车身转弯时由于惯性受到的剪切力。

车在运行时,压力及由于车身震动产生的剪切力较转弯时由惯性产生的剪切力较小,因此只要能满足后者即可确定立柱轻度满足要求。

(受车身重力作用会发生弯曲,由计算知立柱收到弯矩较其受到剪切力较小可忽略。


现在假设13米长的车身车厢重为7000千克,47坐。

乘客重力为47×78 =3666千克,总重为10666千克,中心支架有效高度为100mm 。

45号碳钢【σ】=355MPa 假设车通过最小弯路半径为15米,车速为30千米每小时。

安全系数取1.6。

N
r mv f 13.4934015/33.810666/.12
2
=*==
[]
[]m d d
Fl W
Fl W M
335.03556.132
63556.16*.23≥⇒≤∙∙=≤∙=≤=πσυσ
由上公式得出最小立柱直径为0.335米,因此去立柱直径为350mm 则满足强度要求。

四.主要创新点
1. 大胆创新将车体分为车厢和底盘两部分。

2. 打破常规,通过凸台和凹槽间的液压柱塞的配合,实现车身在水平方向
360°内减震效果。

s
m v /33.83600/10303
=*=
3.通过凸台轴与车厢间弹性配合,增强了原有减震器在垂直方向的减震效
果。

4.液压系统噪声小、运行平稳、效果显著,造价低。

五.推广价值
目前减震器产品单一,在水平方向,对由惯性及发动机产生的震动不起作用,大大降低车辆的舒适性,以不能满足社会的发展需求,因此此系统的推广及应用将大大提高各类型客运车辆的舒适性及行驶过程的平稳性,促进各类客运车辆的发展,方便人们的出行,对减缓交通压力起到一定作用。