减振器内部阀系理论设计

减振器内部阀系理论设计

一、 活塞阀系主要参数的设计

1. 初始参数的给定

a. 阀系总成中的关键结构参数 （参照SCANIA 活塞阀系进行选取） 节流片和调节片最大外径R a =12.5mm ，内径R c =6mm ； 节流片厚度h 1=0.1mm

开阀前节流片与活塞阀体形成的长窄缝节流缝隙的流到长度L=0.5mm ； 阀体内外环台高度差δ1=0.1mm ；

限位片内径R xb =6mm ，外径R b =7.5mm ； 活塞杆螺纹联接部分的直径d 1=12mm ； 活塞杆横截面积Ag=201mm 2；

活塞缸内部空间的横截面积Ah=962mm 2； b. 油液参数

性能 单位 数据 检测方法 密度 15℃

g /mL 0.838 ASTM D1298 闪点 ℃ 160 ASTM D92 倾点 ℃ -45 ASTM D97 运动粘度 40℃时 mm 2/s 18.2 ASTM D445 100℃时

mm 2/s 5.0 ASTM D445 粘度指数

220

ASTM D2270

c. 减振器的工作温度 25℃

2.节流阀片参数的确定

v g =0.05m/s 时流经活塞阀系的油液流量为

s m A A v Q g h g /1081.3)(35-⨯=-=

0.05m/s 时，减振器的复原阻尼力值F r =517，则此时活塞阀系的节流压差可认为是

Mpa A A F p g h r 68.0)/(1=-=∆

根据给定的油液参数可以确定25℃时油液粘度为0.0224 kg ·m -1·s ，油液密度ρ=832kg ·m -3。

给定此节流孔系数的初始值为K =0.4。易知长窄缝的径向间隙C=0.1mm 。下面根据给定的0.05m/s 时减振器复原行程阻尼力值确定槽口的过流面积A c 。

合理的叠加阀片式的阀系结构，在开阀前节流孔的节流作用对减振器阻尼力值的影响应该非常小，这样有利于减振器开阀前性能的调试，因此可以认为活塞杆运动速度为0.05m/s 时活塞阀系的节流压差全部由节流阀片与活塞阀系形成的长窄缝节流缝隙产生。则

371052.7/2m p g K Q A c -⨯=∆=

ρ

设节流片槽口的个数n 1=4，则流到的宽度为

m C

n A B c

31109.1-⨯==

流道内油液的雷诺数为

()

4.362Re 1=+=

C B ugn Q

ρ

根据Re 和C/L 重新确定K 值，得到K =0.32；将K 值重新代入上面的公式计算得到

37104.9m A c -⨯=，m B 3103.2-⨯=，4.29Re =

根据Re 和C/L 重新确定K 值，得到K=0.29；将K 值重新代入上面的公式计算得到

361004.1m A c -⨯=，m B 3106.2-⨯=，8.26Re =

根据Re 和C/L 重新确定K 值，得到K =0.29。由此可以确定节流片的全部结构参数，见表1.

表1活塞节流片的结构参数

R a /mm R b /mm n 1/mm B /mm C /mm 25

12

6

1.8

0.1

3.节流片与调节片等效厚度的确定

v g =0.1m/s 时流经活塞阀系的油液流量为

s m A A v Q g h g /1061.7)(35-⨯=-=

根据给定的复原阻力—速度曲线，可认为0.1m/s 是开阀速度点。开阀点的阀系节流阻尼可以认为是节流片形成的长窄缝的节流作用产生的。给定此节流孔系数的初始值为K =0.4。忽略节流孔节流作用的影响，则活塞阀系的节流压差为

Mpa KA Q g p c 33.122

2=⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛=

∆ρ 根据Re 和C/L 重新确定K 值，得到K =0.4，因此迭代计算不需要继续进行。

则可认为0.1m/s 时减振器的阻尼力为

N A A p F g h r 1013)(2=-∆=

在开阀点可认为叠加阀片在油液均布载荷的作用下，外径Ra 处的最大挠度变形为δ1。叠加阀片简化模型见图1。

图1 阀片支承与载荷特性

在均布载荷Δp 2作用下，式（3.73）可写成

222

22d 1d d 1d d d d d p f f r

r r r r r D ⎛⎫⎛⎫∆++=

⎪⎪⎝⎭⎝⎭ 求解上式可得挠度的通解表达式为

22p 1234a b b b

1ln

()ln [()1]2r r r r

f f B B B B R R R R =+++-+ 式中：f p 为微分方程的特解，4

2p 64p r f D

∆=， B 1~B 4为由边界条件决定的常数。

方程的边界条件为 在r =R b 处

0d 0d f f r

=⎧⎪

⎨=⎪⎩ 在r =R a 处

212

32

322d d 0d d d 1d 1d 0d d d v f f r r r

f f f r r r r r

⎧+=⎪⎪⎨⎪+-=⎪⎩ 根据以上边界条件确定积分常数为

4a 212R p B G D ∆=，4a 223R p B G D ∆=，4a 231R p B G D ∆=，4a 244R p B G D

∆=

其中，()

22

221b 1b a a 1b a 122

b 1a 1(3)(1)(2/)/4(1)ln /16(1)/(1)v R v R R R v R R G R v R v ++--++=

⎡⎤++-⎣⎦

，

22b b 2122a a 1(2)16R R G G R R =--，2b

32a 18R G R =⋅，4

a b 424

b a

ln 64R R G G R R =-。 可求得阀片的最大挠度为

4222a a a a max

31422b b b 11ln

1642p R R R R f G G G D

R R R ⎡⎤⎛⎫

∆=

-+-+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦

阀片的弯曲刚度： ()

3

e 2

1121Eh D v =- 其中，E 为阀片的弹性模量，h e 为阀片的厚度。 则