汽车筒式减振器异响成因分析

2000年第 1期 兵 工 学 报 坦克装甲车与发动机分册 总第 77期 汽车筒式减振器异响成因 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 俞大卫 ， 罗金 良。 (1．北方汽车质量监督检验鉴定试验所减振器检验总站 ，北京 100071；2．北京蒙诺汽车 减振器有限公司 ，北京 100055) 摘 要 ：该文对汽车筒式减振器 异响的成因进行 了系统的分类和分析。提 出了减振器共振 传递链和减振器多孔截流律等工程实用概念．文中还指出了抑制和 消除各类减振器异响 的技术途径 ，并对减振器异响研究的前景进行 了展望． 关键词 ：汽车 ；减振器 ；异响 ；噪声 中图分类号 ：U463．33 5．1 文献标识码 ：A 文章编号 ：XXXX—XXXX(2000)01—001 9-08 1 前 言 随着我国汽车工业的发展 ，对汽车筒式减振器异响的研究迫切需要达到更深层次的认识 水平．这不仅能为汽车故障诊断发掘出前期信息，而且能为改进汽车零、部件生产工艺，提 高产品质量指明技术途径．更重要的，是为汽车零、部件主动设计提供理论依据 ，为全面实 现汽车零 、部件国产化打下坚实基础． 2 汽车筒式减振器异响 近来 ，发达国家大力推行汽车低噪音化工程，大幅度减少发动机噪音、切风噪音等车内 噪音．以前曾不成问题的悬挂系统异响越来越受到重视． 简式减振器正常声音很弱．台架试验可听见油液通过截流孔和组件缝隙时产生的声音．这 种声音为沉闷的 ‘噗一 ，噗一’声．在高速台架试验初期，筒式减振器内、外气体通过油封 时交流不畅会产生气流摩擦声．这种声音呈现为有节奏 ‘哧一 ，哧一’声．经历若干周期台 架试验后 ，筒式减振器气流摩擦声会逐渐减小，最后消失． 无论车内或车外 ，筒式减振器正常声音在汽车行驶时是听不到的． 筒式减振器异响分为摩擦撞击异响、共振异响、截流异响和气体异响四大类． 2．1 摩擦撞击异响 筒式减振器摩擦撞击异响指金属零件之间摩擦、撞击产生异响．此类异响发生时，摩擦 收稿 日期 ：1 999—08。17 基金项目：国家企业高新技术创新基金资助项目(光机电一体化类 (BH321132Y) 作者简介 ：俞大卫 (1 963一)，男，北京海淀区人 ，北方汽车质量监督检验鉴定试验所减振器检验总站副 研 究员 ． 维普资讯 http://www.cqvip.com 兵工学报 ·坦克装 甲车与发动机分册 和撞击是连带而不易区分的．摩擦撞击异响声音有 ’咕一吭；咕一呼；铿一噔’等． 合格的筒式减振器没有摩擦撞击异响． 筒式减振器摩擦撞击异响是因减振器零件不符合技术 要求或装配工艺不合格形成的．图 1显示了一种典型的摩 擦撞击异 响成 因． 由于导向器外径小于标准偏差或装配工艺不合理 ，减 振器装车行驶一段时间后 (一般数天至二周)，导向器和筒 内壁之间松动，驾驶员可听到明显的摩擦撞击异响． 此种异响在导向器松动初期 ，呈现为摩擦声．如不及 时更换减振器，异响将愈来愈明显地转换成撞击声． 从听觉方面分析 ，由于摩擦异响是金属零件之间摩擦 而产生的。摩擦异响和撞击异响往往伴随发生．因此 ，异 响到底是摩擦异响还是撞击异响较难分辨．产生此类异响 后，有经验的驾驶员和维修人员可以分辨出是摩擦为主还 是撞 击为主 ，并以此来判 断减 振器实际的工作 状况． 最常见的摩擦撞击异响是减振器外泄漏所造成的．由 于无法产生应有的阻尼力，减振器在部分或全行程 内出现 图1摩擦撞击异响例 空程．此时，驾驶员有明显的 “到地”感觉 ，并伴随有 ‘咕呼，咕呼’异响． 筒式减振器摩擦撞击异响声音比较明显．一般伴随着汽车车身连续振抖或较大的振动．主 要在汽车行驶于不平路面或转弯时发生．一般车速(20—50)km／h． 摩擦撞击异响是减振器零件不符合技术要求或装配工艺不当，减振器零件磨损或破损所 造成的．摩擦撞击异响一定预示着减振器早期失效． 目前 ，国内减振器发生摩擦撞击异响的 主要是一些较粗劣的产品． 需要说明的是，减振器不合理安装和相关部件的破损也可导致产生摩擦撞击异响． 摩擦撞击异响成因多而繁杂，主要有如下几种． 摩擦撞击异响成因～ 减振器活塞杆脱落 ； 减振器吊耳与销轴松旷； 减振器两端的橡胶衬套磨损，在固定点处形成游隙； 由于减振器油不清洁或内部磨损，阀片被垫起； 阀体与阀座配合不严； 活塞与工作缸磨损严重； 工作缸 、活塞杆不合格或微变形，活塞杆发卡； 导向器不合格或装配工艺不当； 焊接件松动或脱落． 判断筒式减振器摩擦撞击异响主要是依据减振器生产制造经验和汽车驾驶经验．图 2所 提供的车辆不同行驶状态下活塞速度、行程或振幅的分布将有助于判断减振器摩擦撞击异响． 判断和排除筒式减振器摩擦撞击异响，有经验人员一般遵循如下过程： 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 俞大卫等：汽车筒式减振器异响成因分析 活 塞速度 项 目 行 程或振 幅 突然起步行驶 前轮升高 后轮蹲下 紧急 刹车行 驶 前轮俯 么 么 后轮升高 紧 急转 向行 驶 E s型行驶而晃动 ~IIIIIIIIIIII／／11 变换车道而晃动 ,／／／／／II／／I／／／／I~ 驶越突起 大突起 T — VTV7 — Z-／~ 小突起 ，／ 行驶接缝路 行驶 一般路 Z 行驶高速公路 。／／，／／／、 ／／／／／／／／／／／／／／／． 行驶恶劣路 ，／／／ ／．／／ _／／／／／／／) 波动、跳动 ，／／／／／^ 图 2 轿车减振器活塞速度与振幅分布⋯ 首先检查减振器活塞杆是否松脱或胶垫是否损坏．如无问题 ，用手拉压活塞杆 ，检查减 振器吊耳与销轴、活塞与活塞杆是否松旷．经检查如不松旷，继续用手上下拉、压减振器．如 没有阻力，但快速往复进行时还有阻力，则表明有可能缺少或无减振器油．若减振器油量正 常，则应进一步分解减振器 ，检查是否有杂质垫起阀片，阀体与阀座是否配合严密，导向器 是否松动 ，活塞与工作缸磨损是否过度，工作缸或活塞杆是否变形等． 2．2 共振异 响 2．2．1 共振 异响成 因 筒式减振器共振异响指减振器与汽车车身共振产生的异响．共振异响是轿车在较粗的简 易铺装路面以 (10～30)km／h低速行驶时发出的数百赫兹声音．通常需认真听才能听到．共 振异响声音形容起来如 ‘恭一咣 ；恭⋯；恭呼，恭呼’等． 汽车行驶过程中，筒式减振器活塞不断 进行往复运动．在运动过程中提供阻尼力．当 复原行程转换为压缩行程，减振器空程使活 塞杆纵向振动．此种振动经过弹簧上侧固定 器 (绝缘体)传递到车身．当该振动频率与簧 上固有频率接近或重合时，发生共振并发出 广一 声音． L 筒式减振器共振异响依赖于振动传递． 异响 其传递过程如图 3所示． 我们将该传递过程称为 “减振器共振传 递链 ”． 图3 减振器共振传递链 ， -』-●，L 维普资讯 http://www.cqvip.com 兵工学报 ·坦克装甲车与发动机分册 2．2．2 共振 异响的抑制 2．2．2．1 切 断共振传递链 加强固定器部振动绝缘效果 ，防止振动传递至安装部和车身从而引发共振· 对于 已确定的悬架 (车型)，簧上固有频率可通过式(1) 求得 ．在单质量线性振动模型 中 ： 一 √ 或60n一√ ． ( n一 √ 或 一 ’ 其中 为簧上固有频率，Hz；M 为簧上质量，kg；K 为弹簧刚度 ，kN／m；(-On为簧上固有 角频率 ，rad／s． 对于确定 悬架(车型)，簧上固有频率是恒定的．根据式(1)计算出簧上固有频率( )后 ， 通过台架试验找出在簧上固有频率范围内，振动传递率最小的绝缘橡胶套和相应最合理安装 方式．经过道路试验调整并验证，可以有效抑制筒式减振器共振异响． 切断共振传递链抑制减振器共振异响，由于不涉及减振器本体关键部位 ，实施起来简易， 且时间周期短．是比较实用的方法．但该方法并未从根本上抑制减振器共振源 ，有可能隐含 不少后期故障． 2．2．2．2 抑制 共振源 抑制 共振源 有两 条可遵循技术路线 ： 尸 J 一 ． ＼、． 0 ． s - - ’ ● - _ 上 0．2 0．1 0．0 0．0 0．0 0．0 图 4 泡沫化空程 图 5 阻尼比对簧上振动的影响L3 ①减小或杜绝减振器各种畸变．如：减小或杜绝减振器泡沫化空程 (图4所示)．北方汽车 质量监督检验鉴定试验所减振器检验总站通用试验 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 将泡沫化空程(L值 )限制在行程的 15 内． ②微调减振器阻尼．式(2) 为减振器阻尼系数计算方法 ， 一 ， (2) 2 √KM 其中 为减振器阻尼 比；C为减振器阻尼系数 ，kN／(ms )； 为弹簧刚度，kN／m；M 为 簧上质量 ，kg． 图 5显示了某种轿车阻尼比与簧上振动情况的相互关系． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 l期 俞大卫等 ：汽车简式减振器异响成因分析 从图 5可以看出，变化减振器阻尼虽不能改变簧上固有频率，但可较大幅度改变簧上共 振峰高度 ，从而达到抑制减振器共振异响 目的．为了抑制筒式减振器共振异响，可以微调减 振器 压缩阻 尼力． 2．3 截流异 响 2．3．1 截 流异响成 因 筒式减振器截流异响指减振器油液以高速喷流的形式通过阀截流部时所发生的异响．当 汽车以(20--50)km／h行驶在凹凸、起伏恶劣路面时 ，减振器能发出数千赫兹高频声音．该声 音为截流异响．截流异响声音 ‘咻一咻；啾一啾’等． 油液存在着泡沫化现象．筒式减振器用于做功的工作油液也不例外．当汽车行驶在恶劣 路面 ．减振器油液通过阀节流部时，由于活塞运动速度较快而成为高速喷流．在复原行程中， 减振器油液在筒内遇到压力下降的环境(10 Pa)，溶入油中的气穴逐渐变大成为气泡．在减振 器压缩行程中，此气泡在高压腔内，随着周围环境压力不断增高而溶入油液中，最终消失．随 着减振器复原、压缩行程不断往复，高速喷流油液也不断重复着气泡发生、消失过程．在此 过程中发生的高频异响，即为筒式减振器截流异响． 筒式减振器 截流异响依赖两个 条件 ：油液 泡沫化性质和油液高速喷射．阀系统截流所形 成的高速喷射是形成截流异响的主要原因． 图 6为用艾科利透明管进行减振器油液泡 沫化理化试验的效果简图． 图 6a为初始状态．此时，观察可见少许微 小气泡．图 6(b)为部分关闭截流阀的情况．此 时．开始大量生成微小气泡，减振器油液开始 混浊．图 6(c)为完全关闭截流阀的情况．这时， 产生大量较大气泡．减振器油液呈白色浑浊状 态． 北方汽车质量监督检验鉴定试验所减振器 检验总站理化试验结果表明： 油液 流动 方 向 (a)初始状态 (b)部分截流 o o o 图6(a)、图6(b)减振器油液中气泡直径一 c) 一 般为 0·1 mm·图 6(c)减振器油液中气泡直径 图6 减振器油泡沫化理化试验效果 可猛增 至 (2～ 3)mm．试 验时可以听到轻微气 泡发生的 ‘咻一咻 ，声音． 减振器油泡沫化理化试验结果表明，增加减振器阀系统截流孔面积可以有效抑制汽车筒 式减 振器截流异 响． 2．3．2 截流 异响消除 2．3．2．1 提高工作液质量 选用粘度指数高、温度特性强、抗泡沫性好的减振器油，提高工作油液质量． 2．3．2．2 改善阀截流部结构 改善减振器截流部结构可以抑制筒式减振器截流异响． 式(3)n 为截流异响发生期减振器速度特性： 维普资讯 http://www.cqvip.com 兵工学报 ·坦克装 甲车与发动机分册 2000矩 P — CV ，3． (3) 其中 P为减振器阻尼力，kN；( 为减振器阻尼系数，kN／(ms )；V为减振器油液过孔流 速 ，m／s． 由式 (3)可知： P — ASZ／3． (4) 其中 为有量纲I临时常系数；S为减振器截流孑L面积 ，mm ． 需要注意，式(3)或式(4)反映的是减振器阀系统一处一次性截流的内在规律．对于多处 一 次性截流结构的阀系统 ，或多处多次性截流结构的阀系统 ，假设油液在运动过程中完全为 紊流阻尼而无湍流情况，则减振器速度特性将遵循下面的式(5)和式(6)． 令 S—S。，则 尸 > l l ，。， (5) 其中 。为有量刚I临时常系数 ； 。为多处一次性截流结构截流总面积，mm ． 又令 S—S：，则 P > l l ，。> 2S2 ，。， (6) 其中 ：为多处多次性截流结构截流总面积 ，mm ． 所以，如下关系式成立 ： P — AS 。> AlSl 门 > A2S 2 门． (7) 由式(7)可见，在保障减振器恒定阻尼力前提下，多处多次性阀截流结构截流总面积大于 多处一次性阀截流结构截流总面积．而多处一次性阀截流结构截流总面积大于一处一次性阀 截 流结构 (截流孔 )截流面积． 我们将式(7)所反映出的规律称为 “减振器多孔截流律”． 减振器油泡沫化理化试验结果(图 6)验证了 “减振器多孔截流律”．增加阀系统截流孔面 积可有效抑制减振器截流异响． 为保障减振器恒定工况下恒定阻尼力，根据 “减振器多孔截流律”，应使减振器截流系统 不集中在一处截流． 需要说明的是，将传统减振器一处截流结构改变为多处截流结构，在设计过程中，必须 以实际经验为根据，对截流部形状做适当调整和改进，以适应减振器油液流体紊流和湍流特 性 ． 2．4 气体 异响 筒式减振器气体异响指减振器油液内气体释放时发生的异响． 汽车在行驶过程中，由于活塞复原、压缩往复运动，减振器油液中气体也不断重复溶入、 释放的循环．如遇到内腔压 力骤然剧增而后又突然减小 ，并且不再增加的情况 ，气泡就会从 减振器油液 内急速涌动而出，发出异响．此类异响基本上为 ‘咕咕；咕嘟一咕嘟’的声音．属 于典型的气体异响． 气体异响在汽车行驶过程中也同样存在 ，但驾驶员是根本听不到的．在恶劣路面疾驶一 段时间后突然停车，可明显听见减振器气体异响． 良好的减振器成品无气体异响．产生气体异响的减振器一定是使用了劣质油液．目前，国 内发生气体异响的减振器几乎全部为劣质产品． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 l期 俞大卫等 ：汽车筒式减振器异响成因分析 ·25· 气体异响是驾驶员判断筒式减振器油液质量的重要手段． 3 减振器异响研究前景 汽车筒式减振器异响研究对汽车悬架与减振器早期故障诊断有着重要的现实意义．其研 究内容也是汽车悬架与减振器设计过程不可缺的基础． 目前 ，国内由于缺乏对减振器异响进行测试的有效手段，减振器异响评判还仅是依据乘 员的感受(听觉)．这种状况直接制约减振器异响有效定量评价、制约着汽车减振器异响研究 的水平． 最近国内已能够见到利用贴片传感器将某种汽车零、部件振动等效成车内噪音测试技术 的文献报导 ]．但距发展成实用手段 (仪器、设备)尚需一段时间． 汽车减振器异响测试过程中，无论是台架试验还是道路试验，都要将减振器异响与其他 (机构)零、部件振动所产生的声音区分开．同时，还要将减振器的异响与正常声音分离开．我 们将这样一套技术称为 “减振器异响剥离技术”． 图 7为实施 “减振器异响剥离技术”的初步效果． 在本世纪初 ，预计国内将出现对汽车减振器异响进行有效、定量测试的设备(仪器)．随 着汽车减振器异响定量测试手段的出现 ，汽车减振器异响研究水平将进入到定量测试、数据 化有效评价的新水平阶段． 图 7 减振器异响剥离技术效果示意图 参考文献 ： [1] [Et]出射忠明著． 自动车 力--7"Z~[M]．株式会社 二7 IJ，1993． [2] 俞德孚，马彪．车辆随机振动与悬架控制原理 [M]．北京：兵器工业出版社，1993． [3] [德]耶 ·赖姆帕尔．汽车底盘基础 Qv1]．张洪欣等译．北京 ：科学普及出版社 ，1992 ． [4] 章梓雄 ，董曾男．粘性流体力学 [M]．北京 ：清华大学出版社，1999． [5] 钱人一．汽车发动机噪声控制 [M]．上海 ：同济大学出版社 ，1998． 维普资讯 http://www.cqvip.com ·26· 兵工学报 ·坦克装 甲车与发动机分册 2000焦 An Analysis on the Cause of Abnormal Sound of Autom obile Shock Absorber YU Da—wei · LUO Jin—liang ： ock-Absorber spect nSta 0n。f china N0rth vehic1e Research LnStitute’Beiji“g 1 00071,China； 2 · B。ijing MONROE Aut。m。bile Sh。ck Abs。rber c。 ， Ltd，Beijing 10o055，Chjna) 。 Key w。rds antomobile；shock absorber； abnormal s。und；noise (上接第 l8页 ) The Research on High Frequency Distorti0n Perf0rmance of Vehicle Shock Absorber YANG Ji—zhong YU Da—wei (sh0ck'Abs0rber Inspecti0n Station of china N 。rth ve hiclt=Resarch Institute， g 1。。。71 ， china) A f bstr l a ． ct l ：T l his l paper gjveS a systematical reSearch。n high frequency dist。rtion Performance e absorber． W e provet hat thec tati 。n specmc 。perty i an r 0th e rio e r r b m a aSi n c c ：： of high frequency distortion 0fv icIeshockabsorber．weputforw henew u ng‘ ’ ‘“g theory about saturated a un —saturated high frequency distorti。 c J 。 ，。．： ，： ： sum up the technology norms of the test。f sh。ck abs。rber cavitati。n speci“c pl~ r a 。 l p l e y r ~ ty vv 。 ~ n a d lS 。 O — mestic equipment comprehensive1v ． ⋯ ⋯ ‘u c ．y un 0o— Key words：Vehicle；shock absorber； high frequency dist。rti0n k n 一 一 e n ～ m f n l^ m ∞ 叫 ． 一 叭 t C ( ～ ～ L r 1 一 e n 竹 ． y k 湖 柏 “ 眦 卸 舱 w 啪 k g ． 呲 m p t ) ～ 一 n 维普资讯 http://www.cqvip.com