内置液压马达式能量回收减震器的仿真设计(附件)
随着社会的发展，汽车进入了千家万户，汽车燃料的消耗在能源的总消耗中占得比重越来越大，能量回收已经成为节约能源的发展趋势。汽车悬架是汽车的重要组成部分，汽车减震器在工作过程中会产生振动能量，普通的汽车悬架不能对这些能量进行回收，本设计就是以筒式减震器为基础，添加液压马达，运动转换装置和发电机等装置，进行能量回收。确定研究对象之后，利用Pro/E软件建立该减震器的物理模型，再利用Pro/E软件的动画功能进行运动仿真，直观的体现能量回收式减震器的运动方式。再对能量回收式减震器的结构和工作原理进行分析介绍。
关键词 液压马达，能量回收，减震器，运动仿真
目 录
1 绪论 1
1.1 论文的研究背景和意义 1
1.2减震器国内外发展情况 1
2 内置叶片液压马达式能量回收式减振器的结构原理 3
2.1 传统减震器的工作原理 3
2.2 能量回收式减震器 4
3 内置液压马达式能量回收减震器的仿真设计 6
3.1 输出轴的仿真设计 6
3.2 液压马达的仿真设计 7
3.3 活塞杆的仿真设计 9
3.4 导向座的仿真设计 10
3.5 浮动活塞的仿真设计 11
3.6 深沟球轴承 11
3.7 运动转换装置 13
4 减震器的装配 16
结 论 18
致 谢 19
1 绪论
1.1论文的研究背景和意义
随着经济的发展，汽车已经进入了千家万户，成为最便捷的交通工具。汽车工业也在各个国家普及和发展起来。我国也在致力于发展汽车工业，并且在今后一段时间内将会得到迅猛发 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
展。但是，随着汽车工业的发展，人们享受其带来便利的同时，也要面临由此产生的能源紧张和环境污染等问题。随着工业的迅猛发展，很多行业对能源的需求量越来越大，能源紧缺的问题日益凸显，任何国家和个人都无法再忽视这个问题，节能减排已经成为新世纪最热门的词汇之一。世界各国都在不遗余力的发展节能减排技术。我国政府也充分认识到汽车行业对能源越来越大的需求，因此迫切需要提高汽车性能，减少汽车的耗能量。为此，我国政府也在不断的发布相关政策，鼓励并促进汽车工业的良性发展。汽车工业作为中国工业的支柱产业，研发并掌握汽车相关系统的节能技术迫在眉睫，对于提高中国的综合国力和保护生态环境有着重要的意义。
汽车减震器是汽车组件的重要组成部分，它的主要作用就是在汽车工作过程中过程中衰减不平路面引起的振动，提高汽车的舒适性平稳性和安全性能。它的工作原理是利用液压油的阻尼运动来衰减汽车振动时产生的机械能。一般来说，这部分机械能是通过汽车减震器的运动将其转化为热能并最终散发到空气中去。但是，面对能源紧缺的现状，任何能量不被利用就是在浪费能源。因此，如果能够改善减震器结构，将这部分能量回收利用，就可以减少汽车的能耗，达到节能减排的目的。
1.2减震器国内外发展情况
1. 2.1国内发展情况
武汉理工大学的徐琳2011年发表的文章中,介绍了液电馈能式减震器[1]。它的工作原理是将振动产生的机械能以电能的形式回收利用，馈能式减震器采用的是机电液混合系统。汽车在不平路面行驶时，车身上下振动，减震器中的液压油在上下油腔往复运动，通过单向阀组成的运动转换机构将液压油哦双向运动转换为单向运动，带动液压马达旋转，再由液压马达输出轴带动发电机发电，实现能量回收。发电机产生的电能可以为汽车电子系统提供工作能量。它们通过建立系统的动力学模型和仿真运动，分析机械能和电能的相互转换特性。
浙江工业大学车辆工程研究所宁国琛等人设计了自激馈能式减振器[2],应用MSC.EASY5软件建立该减震器的仿真模型，应用ADAMS/CAR建立了某车型的仿真模型，并且运用这两款软件协同工作，实现自激馈能式减震器和整车模型的合成。该研究所设计的减震器，采用采埃夫萨克斯产品，在单筒式减震器的基础上，根据减震器结构以及一些工作阀的特性，安装一些装置来实现能量回收。并且为了验证方案的可行性，在国标B级路面对整车模型进行了道路仿真实验。仿真试验的结果表明，自激馈能式减震器能够有效的回收车辆工作时由于路面不平产生的振动能量，还能够调节由于车辆所受压力的变化引起的车身高度的变化，对节能减排和提高乘坐舒适性具有重大意义。
武汉理工大学汽车工程学院宋涛，张芳芳发表的文章介绍了液压蓄能式馈能减振器[3]，这种馈能式减震器和液压泵的原理类似，减震器由馈能功率调节器、蓄能器、液压耗能组件弹簧、单向阀、馈能油缸等元件组成。此装置可以回收由于减震器阻尼运动发散到空气中的热能，并且贮存在储能器中，贮存的能量可以为汽车上其他的耗能元件提供能量，提高汽车的经济性。
张文丰、翁建生、胡海岩等，在振动工程学报中介绍了齿轮齿条式馈能悬架[4]，能量回收机构在电动发电机和齿轮齿条机构的压缩弹簧的作用下保持接合一个齿条和齿轮机构组成，振动能量到发生器通过发电机转换为电能，储存在蓄能器中，为汽车用电设备提供电力。适应关系齿轮齿条能量回收悬浮液为佳，馈能效率更高，可提高能量利用率。
邹游、喻凡、孙涛等，在期刊发表的文章中介绍了直线电机式馈能悬架[5]，直线电机馈能悬架的原理是用直线电机代替传统减震器，它是将机械能直接转化为电能，或将电能直接转换成直线运动的机械能的线性运动，而没有中间转换机构驱动单元。
1.2.2国外发展情况
20世纪末期到21世纪初,美国德克萨斯大学在军用车改装项目中将电磁式阻尼器安装在高机动多功能轮式车辆上进行实车试验[6]，这个实验的目的是提高车辆的动力性和操控性能，减小轮胎与地面的滚动阻力，提高汽车的行驶速度和行驶平顺性。这个系统的工作原理是将振动能量进行回收储存，并且将储存和管理点能统一起来，来达到节约能源的目的。
2004年Bose[7]公司用直线电机取代弹簧与减振器,减震器内安装线圈和磁铁，通过给线圈通电，悬架系统根据车身和车轮的相对位置的不同而伸张或收缩。线圈通电之后，当汽车悬架收缩时，直线电机的作用就是悬架收缩时吸收振动产生的能量，然后将能量传递给功放器，利用这项技术建立电磁式悬架系统，再利用线圈产生的电磁力和点击一直道路冲击并且回收能量。
2009年2月,麻省理工学院(MIT)公告称其成功研制了一款馈能式减振器,该馈能式减振器采用机电液结合的方案。之后该研宄小组成立了一家名为Levent Power的公司,并将其安装在军用俘马上进行了试验,并命名为Genshock[8]。通过实车道路试验,公告称其每个Genshock平均能够回收1kW的能量,该GenShock样机仅有一根电能输出接口外置,液压马达与发电机均集成至活塞,样机可直接安装于普通乘用车。
图2-2 减震器结构图
1、缸体 2、下密封板 3、叶片马达 4、上密封板 5、中空活塞杆 6、输出轴 7导向座 8、联轴器 9、运动转换机构 10、发电机 11、上吊环 12、轴承 13、浮动活塞 14、密封气室 15、下吊环
2.2.2液压马达式能量回收式减振器的工作原理
图3-7 导向座
3.5浮动活塞的仿真设计
浮动活塞是新型的级差活塞新机构，液压浮动活塞的作用主要是要往工作活塞与减震器壳体的内表面压注机油，依靠活塞外端与减震器内表面之间的间隙变化产生液压差，平衡工作活塞所承受的侧向力，将活塞浮起，减少了元件的磨损，提高了工作效率。在减震器壳体中，减震器壳体底端与与浮动活塞形成一个密闭的气室，内有高压气囊，为了彻底隔绝液压油和高压气囊，在浮动活塞上装了一个密封圈，配合工作活塞工作，提高了减震器的减震效果。
1 绪论 1
1.1 论文的研究背景和意义 1
1.2减震器国内外发展情况 1
2 内置叶片液压马达式能量回收式减振器的结构原理 3
2.1 传统减震器的工作原理 3
2.2 能量回收式减震器 4
3 内置液压马达式能量回收减震器的仿真设计 6
3.1 输出轴的仿真设计 6
3.2 液压马达的仿真设计 7
3.3 活塞杆的仿真设计 9
3.4 导向座的仿真设计 10
3.5 浮动活塞的仿真设计 11
3.6 深沟球轴承 11
3.7 运动转换装置 13
4 减震器的装配 16
结 论 18
致 谢 19
1 绪论
1.1论文的研究背景和意义
随着经济的发展，汽车已经进入了千家万户，成为最便捷的交通工具。汽车工业也在各个国家普及和发展起来。我国也在致力于发展汽车工业，并且在今后一段时间内将会得到迅猛发 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
展。但是，随着汽车工业的发展，人们享受其带来便利的同时，也要面临由此产生的能源紧张和环境污染等问题。随着工业的迅猛发展，很多行业对能源的需求量越来越大，能源紧缺的问题日益凸显，任何国家和个人都无法再忽视这个问题，节能减排已经成为新世纪最热门的词汇之一。世界各国都在不遗余力的发展节能减排技术。我国政府也充分认识到汽车行业对能源越来越大的需求，因此迫切需要提高汽车性能，减少汽车的耗能量。为此，我国政府也在不断的发布相关政策，鼓励并促进汽车工业的良性发展。汽车工业作为中国工业的支柱产业，研发并掌握汽车相关系统的节能技术迫在眉睫，对于提高中国的综合国力和保护生态环境有着重要的意义。
汽车减震器是汽车组件的重要组成部分，它的主要作用就是在汽车工作过程中过程中衰减不平路面引起的振动，提高汽车的舒适性平稳性和安全性能。它的工作原理是利用液压油的阻尼运动来衰减汽车振动时产生的机械能。一般来说，这部分机械能是通过汽车减震器的运动将其转化为热能并最终散发到空气中去。但是，面对能源紧缺的现状，任何能量不被利用就是在浪费能源。因此，如果能够改善减震器结构，将这部分能量回收利用，就可以减少汽车的能耗，达到节能减排的目的。
1.2减震器国内外发展情况
1. 2.1国内发展情况
武汉理工大学的徐琳2011年发表的文章中,介绍了液电馈能式减震器[1]。它的工作原理是将振动产生的机械能以电能的形式回收利用，馈能式减震器采用的是机电液混合系统。汽车在不平路面行驶时，车身上下振动，减震器中的液压油在上下油腔往复运动，通过单向阀组成的运动转换机构将液压油哦双向运动转换为单向运动，带动液压马达旋转，再由液压马达输出轴带动发电机发电，实现能量回收。发电机产生的电能可以为汽车电子系统提供工作能量。它们通过建立系统的动力学模型和仿真运动，分析机械能和电能的相互转换特性。
浙江工业大学车辆工程研究所宁国琛等人设计了自激馈能式减振器[2],应用MSC.EASY5软件建立该减震器的仿真模型，应用ADAMS/CAR建立了某车型的仿真模型，并且运用这两款软件协同工作，实现自激馈能式减震器和整车模型的合成。该研究所设计的减震器，采用采埃夫萨克斯产品，在单筒式减震器的基础上，根据减震器结构以及一些工作阀的特性，安装一些装置来实现能量回收。并且为了验证方案的可行性，在国标B级路面对整车模型进行了道路仿真实验。仿真试验的结果表明，自激馈能式减震器能够有效的回收车辆工作时由于路面不平产生的振动能量，还能够调节由于车辆所受压力的变化引起的车身高度的变化，对节能减排和提高乘坐舒适性具有重大意义。
武汉理工大学汽车工程学院宋涛，张芳芳发表的文章介绍了液压蓄能式馈能减振器[3]，这种馈能式减震器和液压泵的原理类似，减震器由馈能功率调节器、蓄能器、液压耗能组件弹簧、单向阀、馈能油缸等元件组成。此装置可以回收由于减震器阻尼运动发散到空气中的热能，并且贮存在储能器中，贮存的能量可以为汽车上其他的耗能元件提供能量，提高汽车的经济性。
张文丰、翁建生、胡海岩等，在振动工程学报中介绍了齿轮齿条式馈能悬架[4]，能量回收机构在电动发电机和齿轮齿条机构的压缩弹簧的作用下保持接合一个齿条和齿轮机构组成，振动能量到发生器通过发电机转换为电能，储存在蓄能器中，为汽车用电设备提供电力。适应关系齿轮齿条能量回收悬浮液为佳，馈能效率更高，可提高能量利用率。
邹游、喻凡、孙涛等，在期刊发表的文章中介绍了直线电机式馈能悬架[5]，直线电机馈能悬架的原理是用直线电机代替传统减震器，它是将机械能直接转化为电能，或将电能直接转换成直线运动的机械能的线性运动，而没有中间转换机构驱动单元。
1.2.2国外发展情况
20世纪末期到21世纪初,美国德克萨斯大学在军用车改装项目中将电磁式阻尼器安装在高机动多功能轮式车辆上进行实车试验[6]，这个实验的目的是提高车辆的动力性和操控性能，减小轮胎与地面的滚动阻力，提高汽车的行驶速度和行驶平顺性。这个系统的工作原理是将振动能量进行回收储存，并且将储存和管理点能统一起来，来达到节约能源的目的。
2004年Bose[7]公司用直线电机取代弹簧与减振器,减震器内安装线圈和磁铁，通过给线圈通电，悬架系统根据车身和车轮的相对位置的不同而伸张或收缩。线圈通电之后，当汽车悬架收缩时，直线电机的作用就是悬架收缩时吸收振动产生的能量，然后将能量传递给功放器，利用这项技术建立电磁式悬架系统，再利用线圈产生的电磁力和点击一直道路冲击并且回收能量。
2009年2月,麻省理工学院(MIT)公告称其成功研制了一款馈能式减振器,该馈能式减振器采用机电液结合的方案。之后该研宄小组成立了一家名为Levent Power的公司,并将其安装在军用俘马上进行了试验,并命名为Genshock[8]。通过实车道路试验,公告称其每个Genshock平均能够回收1kW的能量,该GenShock样机仅有一根电能输出接口外置,液压马达与发电机均集成至活塞,样机可直接安装于普通乘用车。
图2-2 减震器结构图
1、缸体 2、下密封板 3、叶片马达 4、上密封板 5、中空活塞杆 6、输出轴 7导向座 8、联轴器 9、运动转换机构 10、发电机 11、上吊环 12、轴承 13、浮动活塞 14、密封气室 15、下吊环
2.2.2液压马达式能量回收式减振器的工作原理
图3-7 导向座
3.5浮动活塞的仿真设计
浮动活塞是新型的级差活塞新机构，液压浮动活塞的作用主要是要往工作活塞与减震器壳体的内表面压注机油，依靠活塞外端与减震器内表面之间的间隙变化产生液压差，平衡工作活塞所承受的侧向力，将活塞浮起，减少了元件的磨损，提高了工作效率。在减震器壳体中，减震器壳体底端与与浮动活塞形成一个密闭的气室，内有高压气囊，为了彻底隔绝液压油和高压气囊，在浮动活塞上装了一个密封圈，配合工作活塞工作，提高了减震器的减震效果。
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