发动机液压悬置.doc

为了改善汽车内的振动情况,在现在汽车动力总成中采用了大量的悬置系统。一个理想的动力悬置系统应具备以下两点特性:在5～20 Hz的低频范围内,为了有效衰减因路面不平和发动机怠速燃气压力不均匀引起的低频大振幅的振动,需具有高刚度、大阻尼的特性;而在20 Hz以上的频带范围内,为了降低车内噪声,提高汽车的操纵稳定性,需具有低刚度、小阻尼的特性。液压悬置则克服了传统动力总成橡胶悬置阻尼偏小的局限性,能够更好地满足汽车动力总成隔振的要求。液压悬置具有低频阻尼大,高频动刚度小,减振降噪更为理想等特点,可有效地衰减汽车动力总成振动,因此,液压悬置因其具有良好的隔振性能而被广泛应用于现在的汽车中。 汽车设计向轻型化、经济化发展, 采用小型、大功率发动机和轻量化的汽车材料使得发动机振动激励增大, 车体刚度减小, 从而导致车内振动和噪声特性恶化。传统的橡胶悬置已经不能很好地满足汽车减振降噪的性能要求, 为改善汽车内部的振动情况,液压悬置因其具有良好的隔振性能现在被广泛应用于汽车中。 发动机液压悬置 发动机液压悬置的原理与结构 　液压悬置的基本结构 液压悬置按控制方式可以分为被动悬置、半主动悬置和主动悬置三种。半主动悬置和主动悬置虽然在隔振降噪性能方面要优于被动悬置,但由于它们的结构比较复杂、成本较高、系统稳定性较差等问题,而使得它们没有被广泛使用。现在的汽车上使用最广泛的还是被动式液压悬置。液压悬置是传统的橡胶悬置和液力阻尼组成一体的结构。早期的液压悬置内部被分为上、下两个液室,两液室之间通过一个简单的阻尼孔或者螺旋型的惯性通道连通,如图1所示。这种悬置靠液体流过阻尼孔或者惯性通道的阻尼来衰减发动机传递到车身的振动,其具有的大阻尼的特性在低频时能有效地控制发动机的位移,但在高频时会出现高频硬化,从而恶化隔振效果。为了改善液压悬置高频时的隔振性能,可以在两液室之间加入解耦膜,这就是目前应用非常广泛的惯性通道- 解耦膜式液压悬置,如图2所示。在这种液压悬置中,当悬置受到低频大振幅激励时,液体通过惯性通道在上下液室之间往复运动。液体在惯性通道内运动产生的能量损失使得悬置具有大阻尼的特性,从而使得振动能量迅速耗散,而达到衰减振动的功能。而当悬置受到高频小振幅激励时,由于惯性通道内液柱的惯性很大,液体几乎来不及流动,同时,由于解耦膜在小变形时的低刚度特性,而使得解耦通道内的液体随着解耦膜一起高速振动,从而降低液压悬置的高频动刚度,消除动态硬化的效果。 图1　无解耦膜的液压悬置 图2　惯性通道- 解耦膜式液压悬置 图3　液压悬置的基本结构 对于惯性通道- 解耦膜式液压悬置,根据解耦膜的形式的不同可以分为活动解耦膜式和固定解耦膜式液压悬置,如图3所示。固定解耦膜通常是弹性橡胶元件,而活动金属解耦膜可以是刚性的金属元件,也可以是弹性橡胶元件。 图3　液压悬置的基本结构 原理 液压悬置在工作过程中, 橡胶主簧承受动态载荷上下运动, 类似于活塞的泵吸。当液压悬置受到低频、大振幅激励时, 液体将经过惯性通道在上下腔内往复流动。当液体流经惯性通道时, 由于惯性通道内液柱的运动产生较大的沿程能量损失和惯性通道出、入口处为克服液柱惯性而产生的局部能量损失, 液压悬置将产生大阻尼效应, 使振动能量尽快耗散, 从而达到衰减振动的目的。 图1?? 液压悬置结构示意图 1. 联结螺栓; 2. 金属骨架; 3. 橡胶主簧; 4. 限位支撑; 5. 金属外罩; 6. 惯性通道入口; 7. 惯性通道上半部; 8. 惯性通道; 9. 解耦盘; 10. 下腔室底膜; 11. 底座; 12. 定位销; 13. 联结螺栓; 14. 气孔. 15. 惯性 通道下半部分 数学模型 在对液压悬置系统的结构进行分析和必要的简化后, 可建立液压悬置垂直振动方向的力学模型, 如图2所示。 图2?? 惯性通道式液压悬置液力模型 模型中各符号的含义如下: Kr 为橡胶主簧刚度;br 是橡胶主簧等效阻尼系数; Ap 为等效活塞面积; M为液压悬置承受动力总成部分质量; F ( t)、FT ( t )分别为液压悬置输入的力与传递给车架的力; q1 ( t )、q2 ( t)分别为上腔室通过惯性通道和节流孔流入下腔室的流体流量; Pu ( t)、P l ( t )分别是上下腔室压强; C1、C2分别为上下腔室体积柔度, 其值为体积刚度K 1、K 2 倒数; Ii、R i 分别是惯性通道内流动液体所表现出来的流体惯性效应和液阻效应, 即惯性系数与液阻系数;Ai、R 0 分别为惯性通道、节流孔截面积。由液压悬置的结构和工作原理可知, 液压悬置是一个典型的液压 机械耦合作用系统, 根据键合图理论可建立其数学模型。 流体的连续性方程: 取惯性通道内液体作为研究对象, 建立力的平 衡方程: 取整个系统工程作为