汽车减振器设计：活塞孔沿程阻力系数变换曲线

活塞孔一般是两个以上，均匀分布在活塞上。活塞孔直径和个数是系列化的，其中，直径d_h分别有1.5mm、1.75mm和2mm；而活塞孔个数n_h分别有2个、4个、6个和8个。

对于单个活塞孔，其直径d_h=2.0mm，长度L_h=9.0mm，因此，L_h/d_h=4.5＞4，根据孔的分类定义可知，活塞孔属于细长孔。因此，在考虑各局部阻力系数，叠加并折算为等效活塞孔长度情况下，活塞孔节流压力与流量关系可表示为

式中，p_h为活塞孔压力；d_h为直径；n_h为个数；L_he为等效活塞孔长度，是根据沿程阻力系数大小将各局部阻尼损失叠加，并折算为沿程阻力损失的等效长度。

1.沿程阻力损失

设活塞孔为光滑孔，其临界雷诺数Re_c=2300，则活塞孔油液临界速度v_c为

因此，可得减振器运动临界速度为

式中，S_h为活塞缸筒与活塞杆之间的环形面积；ν为油液运动粘度。

例如，活塞孔直径为d_h=2mm，个数n_h=4个，L_h=9.0mm。计算得减振器临界速度V_c=0.479m/s。即当减振器运动速度V＞V_c时，流经活塞孔的油液为紊流；当减振器运动速度V＜V_c时，流经活塞孔的油液为层流。

（1）层流沿程阻力系数的确定 当减振器速度V＜V_c时，活塞孔油液流动为层流，其层流沿程阻力系数为

（2）紊流沿程阻力系数的确定 当减振器速度V＞V_c时，活塞孔油液流动为紊流，其紊流沿程阻力系数为

由式（7-8）和式（7-9）可知，活塞孔的沿程阻力系数与速度有关。当减振器运动速度在0.0～1.0m/s范围变换时，活塞孔沿程阻力系数的变换曲线如图7-5所示。例如，当减振器运动速度V=0.2m/s时，活塞孔的层流沿程阻力系数λ_h1=0.06667；当减振器运动速度V=0.6m/s时，其紊流沿程阻力系数为λ_h2=0.0432。

图7-5 活塞孔沿程阻力系数变换曲线(www.xing528.com)

因此，在对减振器参数设计和特性进行分析时，应根据减振器不同的运动速度，确定活塞孔的油液流动状态，采用不同的沿程阻力系数。例如，在设计常通节流孔面积时，减振器运动速度V＜V_c（V_c=0.4792m/s），活塞孔按层流分析计算；设计节流阀片厚度时，减振器运动速度V＞V_c，活塞孔按紊流分析计算。

2.局部阻力损失

油液在流经活塞孔以及复原阀体内腔时，会产生突然扩大、突然缩小和改变方向三种局部阻力损失。

（1）突然缩小 油液流入细长孔前的面积为S_h=π（D²_h-d²_g）/4，活塞细长孔面积为A_h=n_hπd²_h/4。因此，活塞细长孔突然缩小面积比为

A_h/S_h=0.0417

由第6章对局部阻力系数的分析（查表），可得活塞细长孔突然缩小的局部阻力系数为ζ_h1=0.470。

（2）突然扩大 当油液从活塞细长孔流入压缩阀体内腔时，活塞细长孔面积由A_h突然扩大为复原阀体内腔的截面积，即为

S_F=π（r²_kf-r²_af）/4

由此可知，活塞孔突然扩大的局部阻力系数为

ζ_h2=[1-A_h/S_F]²=0.777

（3）改变方向 由于活塞孔与轴线呈一定角度，所以油液在进入常通节流孔之前会突然改变方向。根据对局部阻力系数的研究及油液流经活塞孔突然改变方向角度的大小，可计算得到油液流经活塞孔因改变流向所产生的局部阻力系数ζ_h3=0.36。

3.局部阻力损失叠加与折算

在对减振器参数进行设计和特性分析时，必须考虑这些局部阻力损失并利用叠加原理将其分别折算成活塞孔沿程阻力系数或常通节流孔流量系数。对复原阀的局部阻力系数，可以叠加并折算为活塞细长孔的等效长度L_he，即

式中，λ_h是活塞孔在不同速度下的沿程阻力系数，当减振器速度V小于临界速度V_c时，λ_h为层流沿程阻力系数；当减振器速度V大于临界速度V_c时，λ_h为紊流沿程阻力系数。

例如，设计活塞孔时，取速度V=0.2m/s，计算可得雷诺数Re=960，λ_h1=0.0666，局部阻力系数叠加折算得到的活塞孔等效长度L_he1=0.048m；设计复原节流阀片厚度h_f时，取速度V=0.6m/s，计算可得雷诺数Re=2880，λ_h2=0.0222，局部阻力系数叠加折算得到的活塞孔等效长度L_he2=0.1446m。