汽車發(fā)動機液壓懸置

1、湖北汽車工業(yè)學院Hubei Automotive Industries Institute汽車新技術課程結業(yè)論文論文題目：汽車發(fā)動機液壓懸置指導教師：姚勝華 張慶永 學校名稱： 湖北汽車工業(yè)學院發(fā)動機液壓懸置摘要：發(fā)動機液壓懸置是非線性很強的隔振元件，其動特性因激振頻率和激振振幅的改變而改變。試驗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構特征，全面總結液壓懸置的試驗方法、理論模型和優(yōu)化設計方法等方面的研究現(xiàn)狀，分析了將試驗研究和理論分析相結合、采用系統(tǒng)參數(shù)識別方法對液壓懸置進行研究的可行性，并探討了最優(yōu)試驗設計準則。關鍵詞：發(fā)動機液壓懸置 振動噪聲 發(fā)展發(fā)動機液

2、壓懸置是連接發(fā)動機與車體之間的支承隔振元件，它能隔離發(fā)動機的振動和噪音向車廂內的傳遞，明顯提高整車車內的舒適性。液壓懸置主要應用于中高檔轎車的發(fā)動機支承。發(fā)動機通過懸置彈性連接在車架上。懸置元件既要隔離發(fā)動機在正常工作范圍內產生的振動和高頻噪聲向車體的傳遞，又要保證汽車在振動、突然加減速、轉彎等工況下，發(fā)動機始終保持在設計位置，使整個動力總成不因發(fā)動機與車架之間的相對運動過大而受損。為此，發(fā)動機懸置應在高頻振動激勵(大于25Hz)下，具有低剛度和小阻尼的特性，以減小振動的傳遞和高頻噪聲，一般認為這時的激振振幅很小，為0.1mm級；同時在低頻振動激勵(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對發(fā)動機的影響，這時的激振振幅較大，為1mm級。因此理想的發(fā)動機懸置是一個動特性隨激振振幅和振動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用于現(xiàn)在的汽車上。本文從介紹液壓懸置的基本結夠，從試驗研究和理論分析兩方面對液壓懸置的研究現(xiàn)狀進行介紹，并對液壓懸置的未來研究方向進行了探討液壓懸置的基本結構和性能評價指標。按控制方式分，液壓懸置可分為被動式、半主動控制式和主動控制式。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)于被動式液壓懸置，但由于結構復雜、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)動機振動,其大阻尼特性在低頻振動時可以控制發(fā)動機的位移，但高頻時會惡化隔振效果。后來開發(fā)的懸置增加了解耦膜結構，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傳遞率。新的發(fā)展趨勢是在上液室中加入節(jié)流盤結構，試驗分析表明，節(jié)流盤加入使懸置在更寬的頻帶內具有良好的隔振特性。但對節(jié)流盤理論分析現(xiàn)在還鮮有文獻介紹，研究中一般忽略節(jié)流盤，直接分析與其對應的慣性通道膜式液壓懸置的動態(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品。橡膠主簧液壓懸置的主要承力構件，不但承

5、受發(fā)動機的靜載和大部分動載，而且還應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，在兩腔內流動。當激振頻率較低、振幅較大時，解耦膜隨振動靠向一側的擋板，阻止液體流過。液體只能通過慣性通道在上、下液室流動。慣性通道中液體的振動慣性力產生的阻尼可起到顯著的減振作用；當激勵頻率較高、振幅較小時，慣性通道中的液體流動減弱，解耦膜會產生微小的軸向剛體振動位移，有效減輕上液室壓力波動，有利于降低懸置的高頻動剛度，防止“動態(tài)硬化”的發(fā)生。1.聯(lián)結螺栓; 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)結螺栓; 14.空氣室 15.氣孔; 16.補償孔目前，液壓懸置的結構形式很多，但這些懸置基本的結構和功能是一致的。典型的液壓懸置具備以下幾個特點：具有橡膠主簧，以承受靜載和動載荷。同時具有過載保護結構。至少有兩個獨立的液室，能使液體在它們之間流動。液室之間有能產生阻尼作用的孔或慣性通道對于有解耦作用的液壓懸置，還應有解耦盤或解耦膜。本文的研究對象還包含補償孔。液壓懸置內部有液體工作介質，有多室式液壓懸置內部還有氣室。液室與外部應有良好、可靠的密封。研

7、究表明，液壓懸置主工作腔內部最高能達到3個大氣壓，任何泄露都將導致液壓懸置的性能的降低甚至失效。基本結構分析，彈性支承部分聯(lián)接螺柱是連接發(fā)動機支承臂與懸置的關鍵聯(lián)接件，要盡量加大螺柱的強度和剛度，并進行表面處理以提高其耐腐蝕性。在其與鋁芯的鑲嵌中，采用了防止釘自轉和Z向相對運動的措施。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。為彌補橡膠主簧剛度不足，橡膠主簧內部有一個薄的杯形骨架，一般采用含硅、錳的鋼，以保證強度要求。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向靜剛度。正確地設計

8、金屬骨架和杯形骨架的形狀對于改善橡膠主簧內部的應力分布、避免粘接處的應力集中很有意義。橡膠主簧3是液壓懸置的主要承力構件，要承受動力總成的垂向和側向的靜、動載荷，并且它的體積剛度對液壓懸置的動特性有重要影響。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非線性。當汽車起動、停車、突然加速以及高速行駛突然制動時液壓懸置要承受很大的動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)動機過大的位移?？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。底座是另外一個承力構件，也是液壓懸置密封的關鍵零件，它同時保護底膜免受損壞。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，同時提高它的耐腐蝕螺栓13通過點焊與底座固聯(lián)，它的松動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)動機，聯(lián)接螺栓13用來將動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，這是為達到V型布置而設計的。V型懸置系統(tǒng)相對于平行布置系統(tǒng)有如下的特點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；便于調整其彈性中心，使動力總成的第一階剛體模態(tài)為繞扭矩軸的單純橫搖振動模態(tài)；使動力總成的六個剛體模態(tài)相對集中，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表面之間有機械間隙。它使得解耦盤的向上或向下的位移小于時，解耦盤的剛度特別小。解耦盤中的補償孔用來降低低頻空穴噪聲。在低頻大振幅的激勵下，當橡膠主簧向上運動時，由于液體的粘性和慣性，來不及對上腔作流動補償，于是在上腔產生真空度，產生空穴噪聲，采用補償孔是消除空穴噪聲的有效措施，但以犧牲低頻大振幅時的隔振能力為代價，液壓懸置的密封液壓懸置相當于是在橡膠懸置的基礎上并聯(lián)了一個液力減振器。如果密封不可靠，液體泄露，將會導致液壓懸置失效，因而，密封是一個很重要的問題。試驗分析液壓懸置的試驗包括懸置元件試驗和內部組件試驗。懸置元件試驗的目的是獲得懸置在不同的激勵頻率和振幅下的三

12、向動剛度和滯后角特性，為仿真分析的驗證和懸置的優(yōu)化設計提供數(shù)據(jù)參考。組件試驗的目的是分析單個組件在整個懸置元件中的作用，測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。具體試驗包括：懸置元件及橡膠主簧剛度和阻尼測試，上、下液室體積剛度測試，慣性通道阻尼系數(shù)測試，液體物理參數(shù)測試以及懸置結構參數(shù)測量等。懸置元件的動剛度和阻尼測試可在實車上進行，也可在試驗臺上進行。實車測試應選擇水平地面且遠離振動環(huán)境，變速器掛空擋，發(fā)動機轉速從怠速800r/min到4000r/min。由加速度傳感器拾取各試點振動信號，并經計算得到懸置元件的減振特性。臺架測試多采用

13、穩(wěn)態(tài)正弦激振和位移控制方法測試懸置在不同激振頻率下的動剛度和阻尼參數(shù)。懸置的三向特性試驗表明，液壓懸置的切向動特性取決于橡膠主簧特性，與液力減振部分基本無關。因此在對懸置進行建模和仿真分析時，主要針對懸置的動特性。試驗研究與理論分析是目前對懸置研究最常用的方法，但二者自身都有局限性。試驗研究的局限性表現(xiàn)在：a試驗的數(shù)據(jù)不具有廣泛性。由試驗數(shù)據(jù)擬合的特性曲線只適用于特定懸置元件。b懸置試驗對設備的要求高。懸置研究需進行的高頻小振幅試驗對試驗臺的性能要求很高，對于細致的組件試驗，還需要另行設計試驗設備。c懸置中的某些特性無法測量。如液壓懸置在高頻激勵下、上液室內流場分布和壓強分布液室內氣液混合等。

14、這些因素往往導致液壓懸置動特性惡化，因此不能僅通過試驗來了解懸置特性還要結合合理的理論分析。結合精確的數(shù)學模型和匹配發(fā)動機的振動特點及基本性能，可以對懸置元件的部分幾何參數(shù)進行優(yōu)化設計，使整個隔振系統(tǒng)的隔振特性更加優(yōu)良。目前對懸置元件的優(yōu)化設計還沒有成熟的理論，多數(shù)研究停留在分析懸置內部關鍵參數(shù)對懸置動特性的影響上。文獻介紹了利用位移傳遞率曲線上的不動點位置進行液壓懸置內部優(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)化結果不利于直接指導液壓懸置的結構設計為滿足發(fā)動機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，應該成為發(fā)動機懸置優(yōu)化設計的目標

15、總之，發(fā)動機液壓懸置在中國以及國外已經廣泛的使用，為改善轎車的舒適度和噪音做出了重大的貢獻，但是在價格和各方面影響下，發(fā)動機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上會更好的利用和普及液壓懸置，也會在未來使得液壓懸置發(fā)展的更加的完善。參考文獻1 王利公等汽車動力總成液力懸置汽車工程，1994，16(1)2 呂振華等汽車發(fā)動機液阻懸置動特性仿真與試驗分析汽車工程，2002，24(2)3 裘新等轎車動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. 汽車動力總成液壓懸置特性研究D.西華大學交通與汽車工程學院.20095 秦民等汽車液壓懸景系統(tǒng)動態(tài)特性研

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