汽车减振器压缩阀叠加阀片的强度校核方法

摘要

本发明涉及汽车减振器压缩阀叠加阀片的强度校核方法，属于液压减振器技术领域。目前，国内、外对于压缩阀叠加阀片的最大应力及强度校核一直没有给出可靠的计算方法，大都是利用有限元软件进行数值仿真，不能满足减振器现代化设计要求。本发明其特征在于：根据压缩阀叠加阀片的厚度、片数及许用应力，最大压力，对压缩阀叠加阀片的强度进行校核。该发明不仅考虑了复原阀常通孔、活塞缝隙及流通阀的影响，同时还考虑了实际非均布压力的受力情况，因此，利用该发明压缩阀叠加阀片的最大应力值计算准确，强度校核可靠，不仅保证减振器的设计寿命，降低维修费用，同时，还可避免反复试验和修改，降低设计与试验费用，缩短开发周期。

主权项

汽车减振器压缩阀叠加阀片的强度校核方法，其具体步骤如下：(1)确定压缩阀叠加阀片的等效厚度h_e及最大厚度比例系数k_h max：根据压缩阀叠加阀片的厚度和片数，即h₁，n₁；h₂，n₂；…；h_n，n_n，确定减振器压缩阀叠加阀片的等效厚度$h_e=\sqrt[3]{n_1{h}_1^3+n_2{h}_2^3+...+n_n{h}_n^3};$根据叠加阀片等效厚度h_e，最厚叠加阀片h_n，确定叠加阀片的最大厚度比例系数，即：$k_{h\max }=\frac{h_n}{h_e};$(2)压缩阀叠加阀片的最大应力系数G_σmax的计算:根据叠加阀片的内圆半径r_a，外圆半径r_b，阀口半径r_k，泊松比μ，计算减振器压缩阀叠加阀片的最大应力系数G_σmax，即G_σmax＝G_σ1‑G_σ2式中,$G_{\sigma 1}=\sqrt{K_{R1}^2+K_{\theta 1}^2-K_{R1}{K}_{\theta 1}};K_{R1}=\frac{(r_a{G}_1^{\prime \prime }+\mu G_1^{\prime })}{2(1-{\mu }^2)r_a},K_{\theta 1}=\frac{(r_a\mu G_1^{\prime \prime }+G_1^{\prime })}{2(1-{\mu }^2)r_a};$$G_1^{\prime }=3(1-{\mu }^2)(E_1/r_a+2E_2{r}_a\ln r_a+E_2{r}_a+2E_3{r}_a+4r_a^3)/16;$$G_1^{\prime \prime }=3(1-{\mu }^2)(-E_1/r_a^2+2E_2\ln r_a+3E_2+2E_3+12r_a^2)/16;$$E_2=-8r_b^2,E_3=\frac{(A_1{E}_2{B}_2+A_1{B}_4-B_1{E}_2{A}_2-B_1{A}_4)}{B_1{A}_3-A_1{B}_3},E_1=-\frac{A_4+E_2{A}_2+E_3{A}_3}{A_1},$$E_4=-(r_a^4-E_1\ln r_a+E_2{r}_a^2\ln r_a+E_3{r}_a^2),A_1=\frac{1}{r_a},$A₂＝2r_aln r_a+r_a，A₃＝2r_a，$A_4=4r_a^2,$$B_1=\frac{(\mu -1)}{r_b^2},$B₂＝2(μ+1)ln r_b+μ+3，B₃＝2(μ+1)，$B_4=4r_b^2(3+\mu );$$G_{\sigma 2}=\sqrt{K_{R2}^2+K_{\theta 2}^2-K_{R2}{K}_{\theta 2}},K_{R2}=\frac{(r_a{G}_2^{\prime \prime }+\mu G_2^{\prime })}{2(1-{\mu }^2)r_a},K_{\theta 2}=\frac{(r_a\mu G_2^{\prime \prime }+G_2^{\prime })}{2(1-{\mu }^2)r_a},$G'₂＝b₁/r_a+2b₂r_aln r_a+b₂r_a+2b₃r_a,$G_2^{\prime \prime }=-b_1/r_a^2+2b_2\ln r_a+3b_2+2b_3;$$\begin{array}{c}{b}_1=\frac{12(1-{\mu }^2)r_a^2}{720K}(20r_k^3{r}_b^2\mu -180r_b^4{r}_k\ln r_a+9r_k^5\mu +20r_k^3{r}_b^2+45r_b^4{r}_k+16r_b^5\mu -60r_k^3{r}_b^2\mu \ln r_k+180r_b^4{r}_k\mu \ln r_b\\ +60r_k^3{r}_b^2\mu \ln r_a-180r_b^4{r}_k\mu \ln r_a-45r_b^4{r}_k\mu -120r_b^5\ln r_b+60r_k^3{r}_b^2\ln r_a+120r_b^5\mu \ln r_a+120r_b^5\ln r_a-9r_k^5\\ -60r_k^3{r}_b^2\ln r_k+180r_b^4{r}_k\ln r_b-120r_b^5\mu \ln r_b-56r_b^5),\end{array}$$b_2=\frac{(1-{\mu }^2)(r_k^2+r_k{r}_b-r_b^2)}{2},$$b_3=-\frac{12(1-{\mu }^2)}{1440K}(-120r_a^2{r}_b^3\ln r_a-10r_k^3{r}_b^2\mu -60r_k^3{r}_b^2\mu \ln r_k+180r_b^4{r}_k\mu \ln r_b+60r_k^3{r}_b^2\mu \ln r_a$$\begin{array}{c}+180r_k{r}_a^2{r}_b^2\ln r_a+120r_a^2{r}_b^3\mu \ln r_a+9r_k^5\mu -10r_k^3{r}_b^2+135r_b^4{r}_k-44r_b^5\mu -60r_a^2{r}_b^3-30r_k^3{r}_a^2+45r_b^4{r}_k\mu \\ -180r_k{r}_a^2{r}_b^2\mu \ln r_a-9r_k^5+90r_k{r}_a^2{r}_b^2+60r_a^2{r}_b^3\mu +30r_k^3{r}_a^2\mu -90r_k{r}_a^2{r}_b^2\mu \\ -116r_b^5-120r_b^5\ln r_b-60r_k^3{r}_b^2\ln r_k+180r_b^4{r}_k\ln r_b-120r_b^5\mu \ln r_b-60r_k^3{r}_a^2\ln r_a);\end{array}$$K=r_b^3+r_k{r}_a^2\mu -r_b{r}_a^2\mu +r_k{r}_a^2+r_b{r}_a^2+r_b^3\mu -r_b^2{r}_k-r_b^2{r}_k\mu ;$(3)压缩阀叠加阀片的最大压力的计算：A：计算压缩阀最大开阀时的流通阀的节流压力p_lk2：根据压缩阀最大开阀时的油路，活塞缸筒内径D_H，活塞杆直径d_g，活塞缝隙δ_H，缝隙长度L_H，活塞偏心率e；油液动力粘度μ_t，油液密度ρ；复原阀常通孔面积A_0f，流量系数ε；流通阀片厚度h_l，外圆半径r_bl，阀口半径r_kl，及在阀口半径处的变形系数G_rkl；最大开阀速度V_k2y，建立压缩阀最大开阀时的流通阀的节流压力p_lk2方程，即：$\frac{\pi G_{\mathrm{rkl}}^3{p}_{\mathrm{lk}2}^4}{6{\mu }_t{h}_l^9\ln (r_{\mathrm{bl}}/r_{\mathrm{kl}})}+\frac{\pi D_H{\delta }_H^3(1+1.5e^2)p_{\mathrm{lk}2}}{12{\mu }_t{L}_H}+ϵA_{0f}\sqrt{\frac{2p_{\mathrm{lk}2}}{\rho }}-\frac{\pi (D_H^2-d_g^2)V_{k2y}}{4}=0;$解上述方程，便可得到在压缩阀最大开阀时的流通阀的节流压力p_lk2；B：计算最大开阀时压缩阀座孔的节流压力p_hyk2：根据最大开阀速度V_k2y，活塞杆直径d_g，压缩阀座孔的直径d_hy和个数n_hy，流量系数ε，油液密度ρ，计算减振器压缩行程最大开阀时压缩阀座孔的节流压力p_hyk2，即：$p_{\mathrm{hyk}2}=\frac{\rho }{2}{\left[\frac{V_{k2y}{d}_g^2}{n_{\mathrm{hy}}{d}_{\mathrm{hy}}^2ϵ}\right]}^2;$C：计算最大开阀时压缩阀压缩叠加阀片的最大节流压力p_Ayk2：根据减振器压缩行程最大开阀时的阻尼力F_dk2y，活塞缸筒内径D_H，活塞杆直径d_g，B步骤中的p_hyk2，及A步骤中的p_lk2，计算最大开阀压缩叠加阀片的最大节流压力p_Ayk2，即：$p_{\mathrm{Ayk}2}=\frac{4F_{\mathrm{dk}2y}-p_{\mathrm{lk}2}\pi (D_H^2-d_g^2)}{\pi d_g^2}-p_{\mathrm{hyk}2};$(4)减振器压缩叠加阀片的最大应力σ_max计算及强度校核:根据步骤(1)中的h_e和k_h max，步骤(2)中的G_σmax，步骤(3)中C步骤的p_Ayk2，对减振器压缩叠加阀片的最大应力σ_max进行设计，即：${\sigma }_{\max }=k_{h\max }{G}_{\sigma \max }\frac{p_{\mathrm{Ayk}2}}{h_e^3};$根据压缩阀片的许用应力[σ]，及减振器压缩阀叠加阀片的最大应力σ_max，对减振器压缩阀叠加阀片的强度进行校核，即：如果σ_max<[σ]，则减振器压缩阀叠加阀片满足应力强度设计要求，否则，如果σ_max>[σ]，则减振器压缩阀叠加阀片不满足应力强度设计要求。