1、本科生毕业设计（论文）I摘 要本设计着重以减振器活塞杆的测试为例，介绍了减振器活塞杆横向疲劳实验台的功用及其组成。利用液压站和液压缸的组合，实现作用给活塞杆一定条件的脉动循环稳定变应力测试其横向疲劳强度。本说明书在已知测试条件的基础上，分析如何实现实验台所需功能，对减振器活塞杆横向疲劳实验台进行了功能设计和结构设计。实验台由液压站、液压缸、台架、夹具体以及传感器组成。通过简单、典型的液压传动机构以及传感器的应用，使实验台能够对大多数减振器活塞杆的疲劳强度进行测试，进而满足实验台要求。关键词：实验台；减振器；疲劳强度；活塞杆本科生毕业设计（论文）2AbstractThis thesis focu
2、sed on the piston rod test of shock absorbers,and introduced the corresponding functions and compostition of the piston rod test of shock absotbers a design at acrosswise fatigue testbed for piston rod at shocke absorbers.Using the hydraulic pressure station and hydraulic cylinder and winch mechanis
3、m,the tests of crosswise fatigue strength of the piston rod of the sample shock absorbers were peformed by inputting harmony excitations.The statement in the known test conditions,based on the given testing conditions,the designs of function and structure of the target testbed were carried out in th
4、is thesis.The testbed consists of the hydraulic pressure station, hydraulic cylinder,the scaffolding,the jig body as well as the force sensor.Through some simple,typical fluid drive mechanism and the sensor application,the purpose of piston rod fatigue strength test for shock absorbers can be obtain
5、ed in this thesis，and then meet the test requirements.Key words：Test-bed; Shock Absorber; Fatigue strength; Piston rod本科生毕业设计（论文）3目 录第一章 绪 论 .51.1 题目简介 .51.2 题目主要内容 .51.3 预期达到的目标 .5第二章 实验台的功能设计 .72.1 减振器活塞杆受力简介 .72.2 减振器活塞杆横向疲劳实验台的设计方案及工作原理 .7第三章 活塞杆振动模型的建立与计算 .93.1 梁的自由振动偏微分方程 .93.2 梁做横向振动时的振型函数 .1
6、03.3 边界条件 .103.4 梁悬臂横弯时的固有频率和振型 .11第四章 液压缸的设计 .144.1 基本参数的确定 .144.2 强度校核 .144.2.1 钢筒壁厚 的校核 .144.2.2 活塞杆直径 d 的校核 .144.2.3 缸盖固定螺栓的校核 .154.2.4 稳定性校核 .154.3 拉杆计算 .16第五章 液压站的设计 .175.1 液压泵的选择 .175.2 电机的选择 .175.3 液压站的选择 .18第六章 夹具的设计 .19第七章 工艺过程的编制 . 207.1 上挡板的工艺过程 .207.2 下挡板的工艺过程 .21本科生毕业设计（论文）47.3 T 型槽的工艺
7、过程 .21第八章 结论 .23参考文献 .24致谢 .25附录一 程序编程 .26应力应变程序编程 .26附录二 外文资料及翻译 .39本科生毕业设计（论文）5第 1 章 绪 论随着我国汽车工业的不断发展，人们对汽车的舒适性和安全性的要求也越来越高，而减振器作为悬架系统的主要部件，其质量直接影响到车辆乘坐舒适性和操纵稳定性。现代汽车中广泛使用的液压减振器的结构决定了它在不同路况工作过程中，内部会产生冲击振动，进而使减振器活塞除了要承受来自径向的力，还要承受来自轴向的力，这就要求减振器活塞杆具有一定的耐疲劳强度来提高活塞杆的质量，进而提高减振器的寿命。目前，我国机动车减振器的试验设备和试验手段
8、比较落后，试验规程和试验方法也存在一定问题，严重的制约了我国减振器行业的发展。基于我国现在减振器的发展情况和测试需要，开发一种活塞杆横向疲劳实验设备减振器活塞杆横向疲劳实验台。1.1 题目简介悬架是车架（或车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力和连接装置的总称。一般由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。而减振器又是其中最重要的机械部件。它要传递路面对车辆的各种作用力，包括牵引力、制动力、侧向力以及这些反力所产生的力矩。基于减振器复杂的工作情况，利用作用给活塞杆一定条件的脉动循环稳定变应力调试其横向疲劳强度。1.2 题目主要内容通过学习和查阅资料研究减振器的工作原理、了解组成部件尤其是活塞杆的功
9、用、标准、实验方法以及生产工艺过程并完成实验台的功能与结构设计。运用所学的机械学知识对其进行可行性分析和校核。并按任务书要求完成实验台结构装配图一套，零件图 4 张，程序、译文 1 篇。1.3 预期达到的目标1）掌握减振器的基本组成，以及减振器的工作原理，弄明白其工作时的受力情况；2）掌握减振器活塞杆的功用，分析活塞杆的受力情况，了解减振器活塞杆的基本实验方法和实验原理，以及相应的国家标准；本科生毕业设计（论文）63）通过计算分析，逐步实现实验台的功能：振幅5mm，激励次数 40 万次以及180 kgf，并且设计专用卡具以满足各种型号减振器活塞杆的需要；4）设计方案合理、结构正确，试件装夹方便
10、，并具有一定的通用性；所完成的资料规范基本符合国家、行业和学校有关标准与规定，并基本能用于生产实际。本科生毕业设计（论文）7第 2 章 实验台的功能设计2.1 减振器活塞杆受力简介减振器是悬架中最重要的机械部件。它要传递路面对车辆的各种作用力，包括牵引力、制动力、及这些反力所产生的力矩，承受交变应力。减振器将交变应力作用到减振器活塞杆上。减振器活塞杆的横向疲劳强度成为其使用寿命及减振性能的一大影响因素。因此世界各减振器厂商都对减振器活塞杆横向疲劳强度提出了基本要求。减振器活塞杆横向疲劳实验台工作条件1) 激励频率：5.5Hz ；2) 加载波形：正弦波形；3) 激励次数：40 万次；4) 加载载
11、荷： 1800N。2.2 减振器活塞杆横向疲劳实验台的设计方案及工作原理减振器活塞杆横向疲劳实验台由实验台 1、夹具 2、活塞杆 3、传力机构 4、液压缸活塞杆 5、液压传动机构 6、电机 7 等部件组成。通过液压工作站和换向阀的组合工作实现液压缸的往复直线运动，液压缸通过传力机构把载荷作用给试件，通过改变液压油的流量实现加载载荷的调节。实验台工作过程如图 1 所示：将活塞杆 3 一端用夹具 2 与实验台 1 刚性的连接在一起，随着液压缸做往复运动。当液压缸由中点上行时，传力机构 4 向上产生推力传递给活塞杆 3，使其向上弯曲。当液压缸由中点下行时，拉动传力机构 4 下行，使活塞杆 3 向下弯
12、曲。电机 7 的输出转速使液压泵泵油，在通过换向阀的固定时间换向使液压缸的位移是关于液压油流量的时间函数 ，）（ tS本科生毕业设计（论文）8是一条近似的正弦曲线。即可实现正弦激励。不同型号的活塞杆在实验过程中会产生不同的挠度，为消除其对实验载荷的影响，通过改变液压油流量来调定实验载荷的大小。本科生毕业设计（论文）9第 3 章 活塞杆振动模型的建立与计算3.1 梁的自由振动偏微分方程活塞杆的振动模型是悬臂梁。以 表示梁的横向位移，以 A 表示梁），（ txy单位长度的质量，EI 为截面抗弯刚度，设梁上作用有单位长度的分布力。 ），（ txF在梁的任意截面 处取一微段 ，质量 ，在 y 方向的运
13、动方程为xdxdxA（3-1）Fty2xMQ将其代入（3-1）式得（3-2）FA22xty利用材料力学中的弯矩与挠度的关系式 2yEIM则（3-2）式变为（3-3），（）（ txxty222FIA此即梁横向振动的偏微分方程。对于匀质等截面梁，当 时， （3-3）式变为0t），（Ftyx24EI令 ,则上式变为A2(3-4)0tyx242这是梁的自由振动偏微分方程。本科生毕业设计（论文）103.2 梁做横向振动时的振型函数振型与时间无关，故可设式（3-4）的解为（3-5）（）（），（ txtyTY将其代入齐次方程（3-4）得（3-6）1dtyx242上式左端是 x 的函数，右端是 t 的函数，要
14、使上式对任意 x 与 t 都成立，须等式两端都等于同一个常数。令此常数为 ，则从（3-6）得两个常微分方程2p（3-7）0dt2TP（3-8）xy4Y式中 EIA24p式（3-7）的通解为（3-9）（）（ ptsint1CT其中 和 为积分常数。1C式（3-8）的通解为（3-10）xoscinsxcosinx DBAY）（上式即梁做横向振动时的振型函数将（3-9）式和（3-10）式代入（3-5）式得（3-4）式的通解+sity（），（ ）（） ptsinciscC六个待定常数, , , , ,p1A1B11D由一个边界条件和两个初始条件来决定。3.3 边界条件边界条件大体可分为两类：挠度和转角的限制条件，称为几何边界条件；弯矩和剪力的限制条件，称为力边界条件。
