某減震器壓桿穩定性探究

康水庫，劉 勇

（陜西通力專用汽車有限責任公司，陜西 寶雞 722045）

某減震器壓桿穩定性探究

康水庫，劉 勇

（陜西通力專用汽車有限責任公司，陜西 寶雞 722045）

目前某礦用車減震器桿件容易出現彎曲變形，且變形方向帶有不確定性和彎曲變形的位置基本相同等特征的質量問題，經分析與壓桿穩定失穩狀態表現形式吻合，所以對減震器進行壓桿穩定性探究，并給出減震器選型的幾點校核意見。

減震器；壓桿；穩定性

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.023

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-69-03

前言

壓桿穩定問題：壓桿失穩——受軸向壓力的長細桿，當壓力達到某個限度時，軸線不能保持直線形狀而發生突然彎曲的現象，稱為壓桿失去穩定性，簡稱失穩。

1、正常工況減震器穩定性校核

壓桿保持直線穩定形狀時所能承受的最大壓力Pcr稱為臨界力。由歐拉公式知：

由失效形式和模型分析需要，僅對活塞桿部做穩定性分析。活塞桿直徑20mm，活塞桿長度450mm。

減震器安裝為兩端鉸接式安裝，活塞、挺桿和桁架結構中的受壓桿一般可以簡化為兩端鉸支桿。 因此式（1）中的μ=1。

所以該桿件臨界應力為：

λ——壓桿的柔度，沒有單位，反映長度、支座形式、橫截面形狀和尺寸等因素綜合影響。

壓桿越長（l↑），越細（d↓），λ就越大，故柔度又叫長細比。λ越大，臨界壓力就越小，越容易失穩。已知l=450mm，d=20mm，所以λ=90。

20鋼材料彈性模量E=206GPa，材料比例極限σp=200MPa。所以λp≈100。

因此λ＜λp，所以歐拉公式不適用。又由于優質碳鋼λs=60?λ，該件不屬于很小短柱脆性材質穩定性，我們暫不分析脆性材質的穩定性分析。

由此λp＞λ＞λs，符合歐拉經驗公式

式中a和b是與材料性質有關的常數。查表知a=461 MPa，b=2.568 MPa。

表1 常用材料a和b數值

最大的復原阻力為16547N時，

由于上述結論是比較理想狀態下的理論壓桿模型計算，同時試驗最大復原阻力的變化系數2～3，且工程應用中我們必須考慮桿件載荷偏心和桿件的初曲率對分析結果的影響。故需引入穩定系數ψ，ψ為柔度λ的函數，可由直線內插法求得，這里我們就不進行計算。參照機械設計手冊對壓桿穩定設計相關要求，我們將最大復原阻力變化系數和穩定系數考慮進來重新校核計算。

經查機械設計手冊，軸心受壓構件的穩定性經驗公式：

表2 軸心受壓構件的穩定系數φ值

查表得：ψ=0.669。

因此σ=78.8MPa

杠桿安全系數一般選擇1.8～3，正常工況下符合設計要求。但實驗顯示16547為速度為0.52m/s時產生的。 由下圖觀察曲線走勢，結合車輛運行情況，瞬間速度如果出現1m/s時力有可能翻倍。安全系數有可能<1存在隱患。

2、減震器失穩狀態下的因素探究

在不考慮減震器卡滯等質量問題帶來的不可預估的損壞問題，根據第一部分結論，從正常使用角度分析影響該減震器穩定性因素為臨界力和直徑。以下我們從減震器失穩的臨界狀態進行推理驗證。

2.1 臨界力因素

從目前使用情況，減震器的力主要來自板簧變形儲能，板簧初始有預緊力，板簧壓平后板簧儲能相對為0，板簧反弓最大瞬時釋放時是造成減震器受力最大的狀態，所以我們僅考慮板簧反弓所造成板簧儲備的力值。

臨界力：F=σcr×?A =48290N （8）

（其中活塞桿直接d=20mm、σcr=229.88MPa、穩定系數?=0.669）

板簧蓄力 FN=G×H =56800N （9）

式中板簧剛度G=710N/mm，板簧反弓高度H=80mm。

因FN>F，即板簧蓄力超過減震器失穩的臨界值，造成減震器失穩。所以在板簧反弓到極限位置時，減震器液壓油給活塞桿施加的反作用力早已使活塞桿失穩損壞。

接下來我們校核維持失穩臨界力板簧能夠被允許的反弓高度。

因此在上述速度范圍內，板簧反弓小于68mm，d=20mm時活塞桿所受力使活塞桿處于穩定狀態，不會被損壞。

2.2 直徑因素

下面我們以80mm板簧反弓高度為基礎，推導能夠滿足的截面直徑。

按板簧反弓高度S=80時，FN=56800N 時計算，由于式中?,AN,d ,σN都和λ有函數關系。考慮到機械設計手冊中λ的取值為100,90,80,70,60.....如果已知直徑推導出來的λ不在這幾個數內，那么就必須進行繁瑣的λ和?的推導過程。為了簡化計算，我們將λ和?取以下值：

表3 λ和?取值

以上是建立在板簧反弓最大后瞬間釋放力計算，如果反弓最大被彈回等別的復雜情況出現可能不適用。所以建議安全系數大于等于2～3來消除該方面顧慮。

經計算如下：

表4 計算結果

對以上的分析得出以下結論：

1）d=20mm，板簧反弓高度S必須小于等于68mm結構才能穩定。

2）d≥22.5mm，板簧反弓高度S必須小于等于80mm，安全系數接近極限所以不建議采用該直徑附近值。

3）d≥30mm，板簧反弓高度S必須小于80mm，正向和反向安全系數都符合要求且有一定盈余。并且桿件結構為粗短壓桿，穩定性按強度條件計算。

3、經過以上分析我們得出以下幾點參考意見

從傳統意義壓桿穩定推導需要注意力值的變化因素，且力值和瞬時速度有關，同時桿子直徑和速度變化范圍必須圈定，否則計算無意義。

從損壞的邊界條件去判定和選桿子直徑需要第一部分的理論支撐。反算中的直徑和柔度計算相當復雜。文中只是選取部分之進行分段判定。

如果瞬時速度無法把握，又想得出特定狀態下是否穩定需要逆向分段。

[1] 劉鴻文, 材料力學Ⅰ(第4版). 高等教育出版社, 2004.

A shock absorber strut bar stability inquiry

Kang Shuiku, Liu Yong
（ Shaanxi Tongli Special Vehicle Co., Ltd. Shaanxi Baoji 722045 )

Currently a mine car shock absorber rods prone to bending deformation, and the deformation direction with uncertainty and bending position substantially the same characteristics of quality problems, the analysis Buckling instability and state forms consistent, so shock absorber strut stability were explored, and give a few comments check damper selection.

shock absorbers; strut bar; stability

U472.4

A

1671-7988(2016)10-69-03

康水庫，(1986-)，男，助理工程師，就職于陜西通力專用汽車有限責任公司，現擔任陜西省專用車裝備工程技術研究中心設計員，研就方向：主要從事是非公路駕駛室及相關零部件的設計工作。第二作者簡介：劉勇，(1985-)，男，工程師，就職于陜西通力專用汽車有限責任公司，現擔任陜西省專用車裝備工程技術研究中心工藝所所長，研就方向：主要從事是重型商用汽車及特種自卸車零部件設計及工藝研究。