汽車發(fā)動(dòng)機(jī)液壓懸置

1、湖北汽車工業(yè)學(xué)院Hubei Automotive Industries Institute汽車新技術(shù)課程結(jié)業(yè)論文論文題目：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)液壓懸置指導(dǎo)教師：姚勝華 張慶永 學(xué)校名稱： 湖北汽車工業(yè)學(xué)院發(fā)動(dòng)機(jī)液壓懸置摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)液壓懸置是非線性很強(qiáng)的隔振元件，其動(dòng)特性因激振頻率和激振振幅的改變而改變。試驗(yàn)分析和理論研究是研究液壓懸置的兩種基本方法。文中通過分析典型液壓懸置的結(jié)構(gòu)特征，全面總結(jié)液壓懸置的試驗(yàn)方法、理論模型和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等方面的研究現(xiàn)狀，分析了將試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合、采用系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別方法對(duì)液壓懸置進(jìn)行研究的可行性，并探討了最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)液壓懸置 振動(dòng)噪聲 發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)液

2、壓懸置是連接發(fā)動(dòng)機(jī)與車體之間的支承隔振元件，它能隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪音向車廂內(nèi)的傳遞，明顯提高整車車內(nèi)的舒適性。液壓懸置主要應(yīng)用于中高檔轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)支承。發(fā)動(dòng)機(jī)通過懸置彈性連接在車架上。懸置元件既要隔離發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作范圍內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)和高頻噪聲向車體的傳遞，又要保證汽車在振動(dòng)、突然加減速、轉(zhuǎn)彎等工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在設(shè)計(jì)位置，使整個(gè)動(dòng)力總成不因發(fā)動(dòng)機(jī)與車架之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過大而受損。為此，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置應(yīng)在高頻振動(dòng)激勵(lì)(大于25Hz)下，具有低剛度和小阻尼的特性，以減小振動(dòng)的傳遞和高頻噪聲，一般認(rèn)為這時(shí)的激振振幅很小，為0.1mm級(jí)；同時(shí)在低頻振動(dòng)激勵(lì)(125Hz)下，具有高剛度大阻尼的特征，以有

3、效衰減車架的低頻振動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，這時(shí)的激振振幅較大，為1mm級(jí)。因此理想的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置是一個(gè)動(dòng)特性隨激振振幅和振動(dòng)頻率變化而變化的元件。液壓懸置因其具有良好的隔振性能而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)在的汽車上。本文從介紹液壓懸置的基本結(jié)夠，從試驗(yàn)研究和理論分析兩方面對(duì)液壓懸置的研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，并對(duì)液壓懸置的未來研究方向進(jìn)行了探討液壓懸置的基本結(jié)構(gòu)和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。按控制方式分，液壓懸置可分為被動(dòng)式、半主動(dòng)控制式和主動(dòng)控制式。后兩種控制方式的液壓懸置雖然在隔振、減振、降噪性能方面均優(yōu)于被動(dòng)式液壓懸置，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等問題，還沒有被廣泛使用。目前中低檔轎車普遍使用的。早期的被動(dòng)式液壓懸置在上

4、、下液室之間只有小孔連接，靠液體流過小孔的節(jié)流阻尼來衰減發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng),其大阻尼特性在低頻振動(dòng)時(shí)可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的位移，但高頻時(shí)會(huì)惡化隔振效果。后來開發(fā)的懸置增加了解耦膜結(jié)構(gòu)，阻尼演變成了環(huán)形和螺旋型的慣性通道，解耦膜的加入很好地解決懸置在高、低頻理想特性之間的矛盾，大幅度降低了高頻振動(dòng)傳遞率。新的發(fā)展趨勢(shì)是在上液室中加入節(jié)流盤結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)分析表明，節(jié)流盤加入使懸置在更寬的頻帶內(nèi)具有良好的隔振特性。但對(duì)節(jié)流盤理論分析現(xiàn)在還鮮有文獻(xiàn)介紹，研究中一般忽略節(jié)流盤，直接分析與其對(duì)應(yīng)的慣性通道膜式液壓懸置的動(dòng)態(tài)特性。因此慣性通道解耦膜式液壓懸置是目前研究較多的一類懸置產(chǎn)品。橡膠主簧液壓懸置的主要承力構(gòu)件，不但承

5、受發(fā)動(dòng)機(jī)的靜載和大部分動(dòng)載，而且還應(yīng)具有一定的抗過載能力。解耦膜、慣性通道體與橡膠主簧圍成上液室，與下部橡膠膜圍成下液室。液室內(nèi)充滿不可壓縮的粘性液體。液體受橡膠主簧泵壓作用，在兩腔內(nèi)流動(dòng)。當(dāng)激振頻率較低、振幅較大時(shí)，解耦膜隨振動(dòng)靠向一側(cè)的擋板，阻止液體流過。液體只能通過慣性通道在上、下液室流動(dòng)。慣性通道中液體的振動(dòng)慣性力產(chǎn)生的阻尼可起到顯著的減振作用；當(dāng)激勵(lì)頻率較高、振幅較小時(shí)，慣性通道中的液體流動(dòng)減弱，解耦膜會(huì)產(chǎn)生微小的軸向剛體振動(dòng)位移，有效減輕上液室壓力波動(dòng)，有利于降低懸置的高頻動(dòng)剛度，防止“動(dòng)態(tài)硬化”的發(fā)生。1.聯(lián)結(jié)螺栓; 2.金屬骨架; 3.橡膠主簧; 4.緩沖限位盤; 5. 解耦盤

6、;6.慣性通道入口; 7.慣性通道上半部; 8.慣性通道; 9. 慣性通道下半部分; 10.下腔室底膜; 11.底座; 12.定位銷; 13.聯(lián)結(jié)螺栓; 14.空氣室 15.氣孔; 16.補(bǔ)償孔目前，液壓懸置的結(jié)構(gòu)形式很多，但這些懸置基本的結(jié)構(gòu)和功能是一致的。典型的液壓懸置具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：具有橡膠主簧，以承受靜載和動(dòng)載荷。同時(shí)具有過載保護(hù)結(jié)構(gòu)。至少有兩個(gè)獨(dú)立的液室，能使液體在它們之間流動(dòng)。液室之間有能產(chǎn)生阻尼作用的孔或慣性通道對(duì)于有解耦作用的液壓懸置，還應(yīng)有解耦盤或解耦膜。本文的研究對(duì)象還包含補(bǔ)償孔。液壓懸置內(nèi)部有液體工作介質(zhì)，有多室式液壓懸置內(nèi)部還有氣室。液室與外部應(yīng)有良好、可靠的密封。研

7、究表明，液壓懸置主工作腔內(nèi)部最高能達(dá)到3個(gè)大氣壓，任何泄露都將導(dǎo)致液壓懸置的性能的降低甚至失效?；窘Y(jié)構(gòu)分析，彈性支承部分聯(lián)接螺柱是連接發(fā)動(dòng)機(jī)支承臂與懸置的關(guān)鍵聯(lián)接件，要盡量加大螺柱的強(qiáng)度和剛度，并進(jìn)行表面處理以提高其耐腐蝕性。在其與鋁芯的鑲嵌中，采用了防止釘自轉(zhuǎn)和Z向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的措施。金屬骨架2用來將橡膠主簧和聯(lián)接螺柱連接起來為了減輕橡膠主簧動(dòng)載荷，金屬骨架選用鋁合金材料。聯(lián)接螺柱與金屬骨架通過鑄造成為一體，保證了它們之間的密封。為彌補(bǔ)橡膠主簧剛度不足，橡膠主簧內(nèi)部有一個(gè)薄的杯形骨架，一般采用含硅、錳的鋼，以保證強(qiáng)度要求。它的存在保證了橡膠主簧的形狀，并且提高了液壓懸置的側(cè)向靜剛度。正確地設(shè)計(jì)

8、金屬骨架和杯形骨架的形狀對(duì)于改善橡膠主簧內(nèi)部的應(yīng)力分布、避免粘接處的應(yīng)力集中很有意義。橡膠主簧3是液壓懸置的主要承力構(gòu)件，要承受動(dòng)力總成的垂向和側(cè)向的靜、動(dòng)載荷，并且它的體積剛度對(duì)液壓懸置的動(dòng)特性有重要影響。由于橡膠主簧工作環(huán)境非常惡劣，因而要求橡膠材料有耐-40100溫度性能、高的耐疲勞性能、可靠性、耐臭氧、耐龜裂、耐腐蝕性和耐油性等，還要求有良好的與金屬的粘接性，所以大多采用天然橡膠或者丁腈膠。緩沖限位盤的功用是控制橡膠主簧的壓縮極限位置。它使得液壓懸置向靜剛度呈強(qiáng)非線性。當(dāng)汽車起動(dòng)、停車、突然加速以及高速行駛突然制動(dòng)時(shí)液壓懸置要承受很大的動(dòng)載荷橡膠主簧變形大，緩沖限位盤可能碰到慣性通道體

9、的上表面，從而限制發(fā)動(dòng)機(jī)過大的位移?？芍诰彌_限位盤的下端粘接有 約一層3mm厚的橡膠塊，保證了緩沖限位盤與慣性通道體之間較為平滑的接觸。底座是另外一個(gè)承力構(gòu)件，也是液壓懸置密封的關(guān)鍵零件，它同時(shí)保護(hù)底膜免受損壞。要求底座剛性好，具有足夠的高頻隔振性能。一般選用鋁合金材料，以盡量降低液壓懸置本身的自重，同時(shí)提高它的耐腐蝕螺栓13通過點(diǎn)焊與底座固聯(lián)，它的松動(dòng)也引起了懸置的失效。底座上有通氣孔15,與大氣相通。有的液壓懸置底座上沒有通氣孔，從而封閉了一定數(shù)量的空氣，增大了下腔的體積剛度12。聯(lián)接螺柱1用來安裝發(fā)動(dòng)機(jī)，聯(lián)接螺栓13用來將動(dòng)力總成固定到車體上。聯(lián)接螺柱1和聯(lián)接螺栓13之間有8°

10、;的角度，這是為達(dá)到V型布置而設(shè)計(jì)的。V型懸置系統(tǒng)相對(duì)于平行布置系統(tǒng)有如下的特點(diǎn)13：具有較大的剛度，又具有足夠的橫搖柔度；并且能使垂向、橫向和橫搖之間解除彈性耦合；便于調(diào)整其彈性中心，使動(dòng)力總成的第一階剛體模態(tài)為繞扭矩軸的單純橫搖振動(dòng)模態(tài)；使動(dòng)力總成的六個(gè)剛體模態(tài)相對(duì)集中，便于與汽車其它子系統(tǒng)之間的合理匹配。底膜呈波紋狀，其體積剛度比橡膠主簧體積剛度小很多，幾乎可以看作是自由變形。它用來吸收上液室的體積變化，慣性通道體用鋁合金材料制，質(zhì)量輕，耐腐蝕性好。它包括上、下兩部分，它們通過過盈配合緊緊地被壓在一起，并形成慣性通道，解耦盤被緊緊地壓在中間。隔板上開有中心孔，與解耦盤一起形成了解耦通道。

11、解耦盤與慣性通道體的限位內(nèi)表面之間有機(jī)械間隙。它使得解耦盤的向上或向下的位移小于時(shí)，解耦盤的剛度特別小。解耦盤中的補(bǔ)償孔用來降低低頻空穴噪聲。在低頻大振幅的激勵(lì)下，當(dāng)橡膠主簧向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于液體的粘性和慣性，來不及對(duì)上腔作流動(dòng)補(bǔ)償，于是在上腔產(chǎn)生真空度，產(chǎn)生空穴噪聲，采用補(bǔ)償孔是消除空穴噪聲的有效措施，但以犧牲低頻大振幅時(shí)的隔振能力為代價(jià)，液壓懸置的密封液壓懸置相當(dāng)于是在橡膠懸置的基礎(chǔ)上并聯(lián)了一個(gè)液力減振器。如果密封不可靠，液體泄露，將會(huì)導(dǎo)致液壓懸置失效，因而，密封是一個(gè)很重要的問題。試驗(yàn)分析液壓懸置的試驗(yàn)包括懸置元件試驗(yàn)和內(nèi)部組件試驗(yàn)。懸置元件試驗(yàn)的目的是獲得懸置在不同的激勵(lì)頻率和振幅下的三

12、向動(dòng)剛度和滯后角特性，為仿真分析的驗(yàn)證和懸置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。組件試驗(yàn)的目的是分析單個(gè)組件在整個(gè)懸置元件中的作用，測(cè)試主要組件的特性參數(shù)值，如橡膠主簧彈性系數(shù)，阻尼系數(shù)上、下液室體積剛度。和橡膠主簧等效泵壓面積。具體試驗(yàn)包括：懸置元件及橡膠主簧剛度和阻尼測(cè)試，上、下液室體積剛度測(cè)試，慣性通道阻尼系數(shù)測(cè)試，液體物理參數(shù)測(cè)試以及懸置結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)量等。懸置元件的動(dòng)剛度和阻尼測(cè)試可在實(shí)車上進(jìn)行，也可在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。實(shí)車測(cè)試應(yīng)選擇水平地面且遠(yuǎn)離振動(dòng)環(huán)境，變速器掛空擋，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從怠速800r/min到4000r/min。由加速度傳感器拾取各試點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)，并經(jīng)計(jì)算得到懸置元件的減振特性。臺(tái)架測(cè)試多采用

13、穩(wěn)態(tài)正弦激振和位移控制方法測(cè)試懸置在不同激振頻率下的動(dòng)剛度和阻尼參數(shù)。懸置的三向特性試驗(yàn)表明，液壓懸置的切向動(dòng)特性取決于橡膠主簧特性，與液力減振部分基本無關(guān)。因此在對(duì)懸置進(jìn)行建模和仿真分析時(shí)，主要針對(duì)懸置的動(dòng)特性。試驗(yàn)研究與理論分析是目前對(duì)懸置研究最常用的方法，但二者自身都有局限性。試驗(yàn)研究的局限性表現(xiàn)在：a試驗(yàn)的數(shù)據(jù)不具有廣泛性。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的特性曲線只適用于特定懸置元件。b懸置試驗(yàn)對(duì)設(shè)備的要求高。懸置研究需進(jìn)行的高頻小振幅試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的性能要求很高，對(duì)于細(xì)致的組件試驗(yàn)，還需要另行設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)備。c懸置中的某些特性無法測(cè)量。如液壓懸置在高頻激勵(lì)下、上液室內(nèi)流場(chǎng)分布和壓強(qiáng)分布液室內(nèi)氣液混合等。

14、這些因素往往導(dǎo)致液壓懸置動(dòng)特性惡化，因此不能僅通過試驗(yàn)來了解懸置特性還要結(jié)合合理的理論分析。結(jié)合精確的數(shù)學(xué)模型和匹配發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)特點(diǎn)及基本性能，可以對(duì)懸置元件的部分幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使整個(gè)隔振系統(tǒng)的隔振特性更加優(yōu)良。目前對(duì)懸置元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)還沒有成熟的理論，多數(shù)研究停留在分析懸置內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)對(duì)懸置動(dòng)特性的影響上。文獻(xiàn)介紹了利用位移傳遞率曲線上的不動(dòng)點(diǎn)位置進(jìn)行液壓懸置內(nèi)部?jī)?yōu)化的方法。優(yōu)化變量為等效液力彈簧彈性系數(shù)與橡膠主簧彈性系數(shù)比，優(yōu)化變量比較抽象，優(yōu)化結(jié)果不利于直接指導(dǎo)液壓懸置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)懸置理想特性的要求，更好地提高液壓懸置的頻變特性幅變特性，應(yīng)該成為發(fā)動(dòng)機(jī)懸置優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)

15、總之，發(fā)動(dòng)機(jī)液壓懸置在中國以及國外已經(jīng)廣泛的使用，為改善轎車的舒適度和噪音做出了重大的貢獻(xiàn)，但是在價(jià)格和各方面影響下，發(fā)動(dòng)機(jī)液壓懸置只能普及些高檔汽車，不過在不久的未來中國市場(chǎng)上會(huì)更好的利用和普及液壓懸置，也會(huì)在未來使得液壓懸置發(fā)展的更加的完善。參考文獻(xiàn)1 王利公等汽車動(dòng)力總成液力懸置汽車工程，1994，16(1)2 呂振華等汽車發(fā)動(dòng)機(jī)液阻懸置動(dòng)特性仿真與試驗(yàn)分析汽車工程，2002，24(2)3 裘新等轎車動(dòng)力總成液壓懸置及副車架系統(tǒng)隔振性能的研究汽車工程，1999，21(3)4 趙艷杰. 汽車動(dòng)力總成液壓懸置特性研究D.西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院.20095 秦民等汽車液壓懸景系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研

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