汽车发动机液压悬置.doc

1、1湖北汽车工业学院Hubei Automotive Industries Institute 汽 车 新 技 术 课 程 结 业 论 文论 文 题 目 ： 汽 车 发 动 机 液 压 悬 置指 导 教 师 ： 姚 胜 华 张 庆 永 学 校 名 称 ： 湖 北 汽 车 工 业 学 院2发动机液压悬置摘要：发动机液压悬置是非线性很强的隔振元件，其动特性因激振频率和激振振幅的改变而改变。试验分析和理论研究是研究液压悬置的两种基本方法。文中通过分析典型液压悬置的结构特征，全面总结液压悬置的试验方法、理论模型和优化设计方法等方面的研究现状，分析了将试验研究和理论分析相结合、采用系统参数识别方法对液压悬

2、置进行研究的可行性，并探讨了最优试验设计准则。关键词：发动机液压悬置 振动噪声 发展发动机液压悬置是连接发动机与车体之间的支承隔振元件，它能隔离发动机的振动和噪音向车厢内的传递，明显提高整车车内的舒适性。液压悬置主要应用于中高档轿车的发动机支承。发动机通过悬置弹性连接在车架上。悬置元件既要隔离发动机在正常工作范围内产生的振动和高频噪声向车体的传递，又要保证汽车在振动、突然加减速、转弯等工况下，发动机始终保持在设计位置，使整个动力总成不因发动机与车架之间的相对运动过大而受损。为此，发动机悬置应在高频振动激励(大于25Hz)下，具有低刚度和小阻尼的特性，以减小振动的传递和高频噪声，一般认为这时的激

3、振振幅很小，为0.1mm 级；同时在低频振动激励(125Hz)下，具有高刚度大阻尼的特征，以有效衰减车架的低频振动对发动机的影响，这时的激振振幅较大，为1mm级。因此理想的发动机悬置是一个动特性随激振振幅和振动频率变化而变化的元件。液压悬置因其具有良好的隔振性能而广泛应用于现在的汽车上。本文从介绍液压悬置的基本结够，从试验研究和理论分析两方面对液压悬置的研究现状进行介绍，并对液压悬置的未来研究方向进行了探讨液压悬置的基本结构和性能评价指标。按 控 制 方 式 分 ， 液 压 悬 置 可 分 为 被 动 式 、 半 主 动 控 制 式 和 主 动 控制 式 。 后 两 种 控 制 方 式 的 液

4、 压 悬 置 虽 然 在 隔 振 、 减 振 、 降 噪 性 能 方 面 均 优 于 被 动 式 液 压 悬 置 ， 但 由 于 结 构 复杂 、 成 本 高 、 系 统 稳 定 性 差 等 问 题 ， 还 没 有 被 广 泛 使 用 。 目 前 中 低 档 轿 车 普 遍 使 用 的 。早 期 的 被 动 式 液 压 悬 置 在 上 、 下 液 室 之 间 只 有 小 孔 连 接 ， 靠 液 体 流 过 小 孔 的 节 流 阻 尼 来 衰 减 发 动 机 振 动 ,其 大 阻 尼 特 性 在 低 频 振 动 时 可 以 控 制 发 动 机 的 位 移 ， 但 高 频 时 会 恶 化 隔 振

5、效 果 。 后 来 开 发 的 悬 置 增 加 了 解 耦膜 结 构 ， 阻 尼 演 变 成 了 环 形 和 螺 旋 型 的 惯 性 通 道 ， 解 耦 膜 的 加 入 很 好 地 解 决 悬 置 在 高 、 低 频 理 想 特 性 之 间 的矛 盾 ， 大 幅 度 降 低 了 高 频 振 动 传 递 率 。 新 的 发 展 趋 势 是 在 上 液 室 中 加 入 节 流 盘 结 构 ， 试 验 分 析 表 明 ， 节 流 盘加 入 使 悬 置 在 更 宽 的 频 带 内 具 有 良 好 的 隔 振 特 性 。 但 对 节 流 盘 理 论 分 析 现 在 还 鲜 有 文 献 介 绍 ， 研 究

6、 中 一 般 忽3略 节 流 盘 ， 直 接 分 析 与 其 对 应 的 惯 性 通 道 膜 式 液 压 悬 置 的 动 态 特 性 。 因 此 惯 性 通 道 解 耦 膜 式 液 压 悬 置 是 目 前研 究 较 多 的 一 类 悬 置 产 品 。 橡 胶 主 簧 液 压 悬 置 的 主 要 承 力 构 件 ， 不 但 承 受 发 动 机 的 静 载 和 大 部 分 动 载 ， 而 且还 应 具 有 一 定 的 抗 过 载 能 力 。 解 耦 膜 、 惯 性 通 道 体 与 橡 胶 主 簧 围 成 上 液 室 ， 与 下 部 橡 胶 膜 围 成 下 液 室 。 液 室内 充 满 不 可 压

7、缩 的 粘 性 液 体 。 液 体 受 橡 胶 主 簧 泵 压 作 用 ， 在 两 腔 内 流 动 。 当 激 振 频 率 较 低 、 振 幅 较 大 时 ， 解耦 膜 随 振 动 靠 向 一 侧 的 挡 板 ， 阻 止 液 体 流 过 。 液 体 只 能 通 过 惯 性 通 道 在 上 、 下 液 室 流 动 。 惯 性 通 道 中 液 体 的振 动 惯 性 力 产 生 的 阻 尼 可 起 到 显 著 的 减 振 作 用 ； 当 激 励 频 率 较 高 、 振 幅 较 小 时 ， 惯 性 通 道 中 的 液 体 流 动 减 弱 ，解 耦 膜 会 产 生 微 小 的 轴 向 刚 体 振 动 位

8、 移 ， 有 效 减 轻 上 液 室 压 力 波 动 ， 有 利 于 降 低 悬 置 的 高 频 动 刚 度 ， 防 止“动 态 硬 化 ”的 发 生 。1.联 结 螺 栓 ; 2.金 属 骨 架 ; 3.橡 胶 主 簧 ; 4.缓 冲 限 位 盘 ; 5. 解 耦 盘 ;6.惯 性 通 道 入 口 ; 7.惯 性 通 道 上 半 部 ; 8.惯 性 通 道 ; 9. 惯 性 通 道 下 半 部分 ; 10.下 腔 室 底 膜 ; 11.底 座 ; 12.定 位 销 ; 13.联 结 螺 栓 ; 14.空 气 室 15.气 孔 ; 16.补 偿 孔目 前 ， 液 压 悬 置 的 结 构 形 式

9、 很 多 ， 但 这 些 悬 置 基 本 的 结 构 和 功 能 是 一 致 的 。 典 型 的 液 压 悬 置 具 备 以 下 几个 特 点 ： 具 有 橡 胶 主 簧 ， 以 承 受 静 载 和 动 载 荷 。 同 时 具 有 过 载 保 护 结 构 。 至 少 有 两 个 独 立 的 液 室 ， 能 使 液 体 在 它 们 之 间 流 动 。 液 室 之 间 有 能 产 生 阻 尼 作 用 的 孔 或 惯 性 通 道 对 于 有 解 耦 作 用 的 液 压 悬 置 ，还 应 有 解 耦 盘 或 解 耦 膜 。 本 文 的研 究 对 象 还 包 含 补 偿 孔 。 液 压 悬 置 内 部

10、有 液 体 工 作 介 质 ， 有 多 室 式 液 压 悬 置 内 部 还 有 气 室 。4 液 室 与 外 部 应 有 良 好 、 可 靠 的 密 封 。 研 究 表 明 ， 液 压 悬 置 主 工 作 腔 内 部 最 高能 达 到 3 个 大 气 压 ， 任 何 泄露 都 将 导 致 液 压 悬 置 的 性 能 的 降 低 甚 至 失 效 。基 本 结 构 分 析 ， 弹 性 支 承 部 分联 接 螺 柱 是 连 接 发 动 机 支 承 臂 与 悬 置 的 关 键 联 接 件 ， 要 尽 量 加 大 螺 柱的 强 度和刚度，并进行表面处理以提高其耐腐蚀性。在其与铝芯的镶嵌中，采用了防止钉自

11、转和 Z 向相对运动的措施。金 属 骨 架 2用 来 将 橡 胶 主 簧 和 联 接 螺 柱 连 接 起 来 为 了 减 轻 橡 胶 主 簧 动 载 荷 ，金 属 骨 架 选 用 铝 合 金 材 料 。联 接 螺 柱 与 金 属 骨 架 通 过 铸 造 成 为 一 体 ， 保 证 了 它 们 之 间 的 密 封 。为 弥 补 橡 胶 主 簧 刚 度 不 足 ， 橡 胶 主 簧 内 部有 一 个 薄 的 杯 形 骨 架 ， 一 般 采 用 含硅 、 锰 的 钢 ， 以 保 证 强 度 要 求 。 它 的 存 在 保 证 了 橡 胶 主 簧 的 形 状 ， 并 且 提高 了 液 压 悬 置 的 侧

12、 向 静 刚 度 。 正 确 地 设 计 金 属 骨 架 和 杯 形 骨 架 的 形 状 对 于 改 善 橡 胶 主 簧 内 部 的 应 力 分 布 、 避免 粘 接 处 的 应 力 集 中 很 有 意 义 。橡 胶 主 簧 3是 液 压 悬 置 的 主 要 承 力 构 件 ， 要 承 受 动 力 总 成 的 垂 向 和 侧 向 的静 、 动 载 荷 ， 并 且 它 的 体 积 刚 度 对 液 压 悬 置 的 动 特 性 有 重 要 影 响 。 由 于 橡 胶 主 簧 工 作 环 境 非 常 恶 劣 ， 因 而 要求 橡 胶 材 料 有 耐 -40100 温 度 性 能 、 高 的 耐 疲 劳

13、 性 能 、 可 靠性 、 耐 臭 氧 、 耐 龟 裂 、 耐 腐 蚀 性 和 耐 油 性 等 ， 还要 求 有 良 好 的 与 金 属 的 粘 接 性 ， 所 以 大 多 采 用 天 然 橡 胶 或 者 丁 腈 胶 。缓 冲 限 位 盘的 功 用 是 控 制 橡 胶 主 簧 的 压 缩 极 限 位 置 。 它 使 得 液 压 悬 置 向静 刚 度 呈 强 非 线 性 。 当 汽 车 起 动 、停 车 、 突 然 加 速 以 及 高 速 行 驶 突 然 制 动 时 液 压 悬 置 要 承 受 很 大 的 动 载 荷 橡 胶 主 簧 变 形 大 ， 缓 冲 限 位 盘 可 能 碰到 惯 性 通

14、道 体的上 表 面 ， 从 而 限 制 发 动 机 过 大 的 位 移 。 可 知 在 缓 冲 限 位 盘 的 下 端 粘 接 有 约 一 层 3mm 厚 的 橡胶 块 ， 保 证 了 缓 冲 限 位 盘 与 惯 性 通 道 体 之 间 较 为 平 滑 的 接 触 。底 座是 另 外 一 个 承 力 构 件 ， 也 是 液 压 悬 置 密 封的 关 键 零 件 ， 它 同 时 保 护 底 膜免 受 损 坏 。 要 求 底 座 刚 性 好 ， 具 有 足 够 的 高 频 隔 振 性 能 。 一 般 选 用 铝 合 金 材 料 ，以 尽 量 降 低 液 压 悬 置 本 身 的 自 重 ， 同 时

15、提 高 它 的 耐 腐 蚀 螺 栓 13 通 过 点 焊 与 底 座 固 联 ， 它 的 松 动 也 引 起 了 悬 置的 失 效 。 底 座 上 有 通 气 孔 15,与 大 气 相 通 。 有 的 液 压 悬 置 底 座 上 没 有 通 气 孔 ， 从 而 封闭 了 一 定 数 量 的 空 气 ， 增大 了 下 腔 的 体 积 刚 度 12。联 接 螺 柱 1用 来 安 装 发 动 机 ， 联 接 螺 栓 13 用 来 将 动 力 总 成 固 定 到 车 体 上 。 联 接 螺 柱 1 和 联 接 螺 栓13 之 间 有 8的 角 度 ， 这 是 为 达 到 V 型 布 置 而 设 计 的

16、 。 V 型 悬 置 系 统 相 对 于 平 行 布 置 系 统 有 如 下 的 特 点13： 具 有 较 大 的 刚 度 ， 又 具 有 足 够 的 横 摇 柔 度 ； 并 且 能 使 垂 向 、 横 向 和 横 摇 之 间 解 除 弹 性 耦 合 ； 便 于 调 整其 弹 性 中 心 ， 使 动 力 总 成 的 第 一 阶 刚 体 模 态 为 绕 扭 矩 轴 的 单 纯 横 摇 振 动 模 态 ； 使 动 力 总 成 的 六 个 刚 体 模 态相 对 集 中 ， 便 于 与 汽 车 其 它 子 系 统 之 间 的 合 理 匹 配 。底 膜 呈 波 纹 状 ， 其 体 积 刚 度 比 橡 胶

17、 主 簧 体 积 刚 度 小 很 多 ， 几 乎 可 以 看 作 是 自由 变 形 。 它 用 来 吸 收 上 液室 的 体 积 变 化 ， 惯 性 通 道 体 用 铝 合 金 材 料 制 ， 质 量 轻 ， 耐 腐 蚀 性 好 。 它 包 括 上 、 下 两 部 分 ，它 们 通 过 过 盈5配 合 紧 紧 地 被 压 在 一 起 ， 并 形 成 惯 性 通 道 ， 解 耦 盘 被 紧 紧 地 压 在 中 间 。隔 板 上 开 有 中 心 孔 ， 与 解 耦 盘 一 起 形成 了 解 耦 通 道 。 解 耦 盘 与 惯 性 通 道 体 的 限 位 内 表 面 之 间 有 机 械 间 隙 。

18、它 使 得 解 耦 盘 的 向 上 或 向 下 的 位 移小 于 时 ， 解 耦 盘 的 刚 度 特 别 小 。 解 耦 盘 中 的 补 偿 孔 用 来 降 低 低 频 空 穴 噪 声 。 在 低 频 大 振 幅 的 激 励 下 ， 当橡 胶 主 簧 向 上 运 动 时 ， 由 于 液 体 的 粘 性 和 惯 性 ， 来 不 及 对 上 腔 作 流 动 补 偿 ， 于 是 在 上 腔 产 生 真 空 度 ， 产 生空 穴 噪 声 ， 采 用 补 偿 孔 是 消 除 空 穴 噪 声 的 有 效 措 施 ， 但 以 牺 牲 低 频 大 振 幅 时 的 隔 振 能 力 为 代 价 ， 液 压 悬 置

19、的 密 封 液 压 悬 置 相 当 于 是 在 橡 胶 悬 置 的 基 础 上 并 联 了 一 个 液 力 减 振 器 。 如 果 密 封 不 可 靠 ， 液 体 泄 露 ， 将 会导 致 液 压 悬 置 失 效 ， 因 而 ， 密 封 是 一 个 很 重 要 的 问 题 。试 验 分 析 液 压 悬 置 的 试 验 包 括 悬 置 元 件 试 验 和 内 部 组 件 试 验 。 悬 置 元 件 试 验 的 目 的 是 获 得 悬 置 在 不 同 的激 励 频 率 和 振 幅 下 的 三 向 动 刚 度 和 滞 后 角 特 性 ， 为 仿 真 分 析 的 验 证 和 悬 置 的 优 化 设 计

20、 提 供 数 据 参 考 。 组 件 试验 的 目 的 是 分 析 单 个 组 件 在 整 个 悬 置 元 件 中 的 作 用 ， 测 试 主 要 组 件 的 特 性 参 数 值 ， 如 橡 胶 主 簧 弹 性 系 数 ， 阻尼 系 数 上 、 下 液 室 体 积 刚 度 。 和 橡 胶 主 簧 等 效 泵 压 面 积 。 具 体 试 验 包 括 ： 悬 置 元 件 及 橡 胶 主 簧 刚 度 和 阻 尼 测试 ， 上 、 下 液 室 体 积 刚 度 测 试 ， 惯 性 通 道 阻 尼 系 数 测 试 ， 液 体 物 理 参 数 测 试 以 及 悬 置 结 构 参 数 测 量 等 。 悬 置元

21、 件 的 动 刚 度 和 阻 尼 测 试 可 在 实 车 上 进 行 ， 也 可 在 试 验 台 上 进 行 。 实 车 测 试 应 选 择 水 平 地 面 且 远 离 振 动 环 境 ，变 速 器 挂 空 挡 ， 发 动 机 转 速 从 怠 速 800r/min到 4000r/min。 由 加 速 度 传 感 器 拾 取 各 试 点 振 动 信 号 ， 并 经 计 算 得到 悬 置 元 件 的 减 振 特 性 。 台 架 测 试 多 采 用 稳 态 正 弦 激 振 和 位 移 控 制 方 法 测 试 悬 置 在 不 同 激 振 频 率 下 的 动 刚 度和 阻 尼 参 数 。 悬 置 的 三

22、 向 特 性 试 验 表 明 ， 液 压 悬 置 的 切 向 动 特 性 取 决 于 橡 胶 主 簧 特 性 ， 与 液 力 减 振 部 分 基 本无 关 。 因 此 在 对 悬 置 进 行 建 模 和 仿 真 分 析 时 ， 主 要 针 对 悬 置 的 动 特 性 。试 验 研 究 与 理 论 分 析 是 目 前 对 悬 置 研 究 最 常 用 的 方 法 ， 但 二 者 自 身 都 有 局 限 性 。 试 验 研 究 的 局 限 性 表 现在 ：a 试 验 的 数 据 不 具 有 广 泛 性 。 由 试 验 数 据 拟 合 的 特 性 曲 线 只 适 用 于 特 定 悬 置 元 件 。b

23、悬 置 试 验 对 设 备 的 要 求 高 。 悬 置 研 究 需 进 行 的 高 频 小 振 幅 试 验 对 试 验 台 的 性 能 要 求 很 高 ， 对 于 细 致 的 组 件试 验 ， 还 需 要 另 行 设 计 试 验 设 备 。c 悬 置 中 的 某 些 特 性 无 法 测 量 。 如 液 压 悬 置 在 高 频 激 励 下 、 上 液 室 内 流 场 分 布 和 压 强 分 布 液 室 内 气 液 混 合 等 。这 些 因 素 往 往 导 致 液 压 悬 置 动 特 性 恶 化 ， 因 此 不 能 仅 通 过 试 验 来 了 解 悬 置 特 性 还 要 结 合 合 理 的 理 论

24、 分 析 。结 合 精 确 的 数 学 模 型 和 匹 配 发 动 机 的 振 动 特 点 及 基 本 性 能 ， 可 以 对 悬 置 元 件 的 部 分 几 何 参 数 进 行 优 化 设计 ， 使 整 个 隔 振 系 统 的 隔 振 特 性 更 加 优 良 。 目 前 对 悬 置 元 件 的 优 化 设 计 还 没 有 成 熟 的 理 论 ， 多 数 研 究 停 留 在分 析 悬 置 内 部 关 键 参 数 对 悬 置 动 特 性 的 影 响 上 。 文 献 介 绍 了 利 用 位 移 传 递 率 曲 线 上 的 不 动 点 位 置 进 行 液 压 悬置 内 部 优 化 的 方 法 。 优

25、 化 变 量 为 等 效 液 力 弹 簧 弹 性 系 数 与 橡 胶 主 簧 弹 性 系 数 比 ， 优 化 变 量 比 较 抽 象 ， 优 化 结6果 不 利 于 直 接 指 导 液 压 悬 置 的 结 构 设 计 为 满 足 发 动 机 悬 置 理 想 特 性 的 要 求 ， 更 好 地 提 高 液 压 悬 置 的 频 变 特 性幅 变 特 性 ， 应 该 成 为 发 动 机 悬 置 优 化 设 计 的 目 标总之，发动机液压悬置在中国以及国外已经广泛的使用，为改善轿车的舒适度和噪音做出了重大的贡献，但是在价格和各方面影响下，发动机液压悬置只能普及些高档汽车，不过在不久的未来中国市场上会更

26、好的利用和普及液压悬置，也会在未来使得液压悬置发展的更加的完善。参考文献1 王利公等汽车动力总成液力悬置汽车工程，1994，16(1)2 吕振华等汽车发动机液阻悬置动特性仿真与试验分析汽车工程，2002，24(2)3 裘新等轿车动力总成液压悬置及副车架系统隔振性能的研究汽车工程，1999，21(3)4 赵艳杰. 汽车动力总成液压悬置特性研究D.西华大学交通与汽车工程学院.20095 秦民等汽车液压悬景系统动态特性研究汽车工程，2001，23(6)6 张国旗浅谈汽车动力总成悬置研究发展期刊论文-黑龙江交通科技 2009(4)7 吴岳 樊文欣汽车动力总成液压悬置的研究发展期刊论文-机械管理开发,2

27、006(2)8 沈彤 潘双夏 杨礼康汽车发动机液压悬置研究方法探讨期刊论文-浙江大学.2004(4)9 裘新轿车动力总成液压悬置非线性特性和隔振性能的研究学位论文 199610 王凌云汽车动力总成液压悬置隔振降噪特性研究学位论文硕士 200511 谢金法 苗贺 柳杨液压悬置技术的发展现状及展望期刊论文-矿山机械 2006(8)12 王立公Audi100 轿车动力总成液力悬置动特性的试验分析 1994(12)13 史文库发动机液压悬置隔振性能及对轿车舒适性影响的研究学位论文 199614 秦民 林逸 马铁利等.汽车液压悬置系统动态特性研究J.汽车工程 2001.1(6)15 陈翀 蒋友进 赵艳杰

28、.发动机液压悬置动特性分析.西华大学学报(自然科学版)16 史文库 郑瑞清 闵海涛.发动机电致伸缩液压悬置隔振特性的仿真研究J.系统仿真学报,2005(10)17 吕振华 罗捷 范让林.汽车动力总成悬置系统隔振设计分析方法J. 中国机械工程, 2003,3(14)18 Yu Yunhe A Literature Review of Automotive Vehicle Engine Mounting Systems 2001(01)19 Gun Kim A Study of Passive and Adaptive Hydraulic Engine Mount Systems with Emphasis on Nonlinear Characteristics 199520 Jazar G N Nonlinear Modeling,Experimental Verification,and Theoretical Analysis of a Hydraulic Engine Mount 2002(08)