液压悬置参数对其动特性的影响.pdf

机械 设计 与 制造 Ma c h i n e r y De s i g nMa nu f a c t u r e 第 4期 2 0 1 0年 4月 文章编号 l O O t 一 3 9 9 7 2 0 1 0 0 4 0 0 9 0 0 3 液压悬置参数对其动特性的影响 岳跃珍黄鼎友 江苏大学 汽车与交通工程学院， 镇江 2 1 2 2 0 0 Th e i n f l u e n c e o f h y d r a u l i c mo u n t s y s t e m t o t h e d y n a m i c c h ar a c t e r i s t i c YUE Yue - z h e n， HUANG Di n g - y o u J i a n g s u U n i v e r s i t y S c h o o l o f A u t o m o b i l e a n d T r 棚 c E n g i n e e r i n g ， Z h e n j i a n g 2 1 2 2 0 0 ， C h i n a 中图分类号 T H1 2 ， T H1 3 2 文献标识码 A 1日 IJ吾 发动机通过悬置弹性连接在车架上。 发动机悬置系统的理想 动特性是 悬置系统具有较高的静刚度 ， 以支承动力总成重量和 输出扭矩。 低频时应具有大阻尼高刚度的特性， 以衰减汽车启动、 制动、 换档以及急加速、 减速等过程中， 因发动机输出扭矩波动引 起 的大振 幅振动。 应在 7 ～ 1 2 H z 范围内具有较大阻尼 ， 以迅速衰 减因路面、 轮胎激励引起的动力总成低频振动。在 2 5 H z 附近应 具有较低动刚度， 以衰减怠速振动。在高频 5 0 H z 以上悬置应具 有小刚度、 小阻尼特性， 以降低振动传递率， 提高降噪效果。 因此， 悬置的动刚度和阻尼必须同时具有频变特性和幅变特性ll l。 以某客车发动机用惯性通道一 活动解耦盘式液压悬置为研究 对象， 建立动特I生仿真分析的线性集总参数模型， 并把仿真结果 和实验值进行 了对比分析 ， 证 明了模型的正确性 。重点探讨 了各 设计参数的变化对液阻悬置动态性能的影响， 进而可以通过改变 参数的数值来实现液阻悬置性能的优化设计。 2 液压悬置的结构和工作原理 2 ． 1 液压悬置的结构特点 液压悬置结构简图， 如图 1 所示。 目前， 液压悬置的结构形式 多种多样， 但其基本结构和功能是一致的。分析图 1 可知， 液压悬 置的结构特点具备以下特点l引 1 具有橡胶主簧， 以承受静、 动载荷。 2 液压悬置内部有液体工作介质。 3 至少有 2 个独立的液室 ， 液体可在其间流动。 4 液室之间有能够产生阻尼作用的孔、 惯性通道或解耦盘 膜 。 5 液室有可靠的密封性， 与外部隔绝。 ★ 来稿 日 期 2 0 0 9 0 6 2 5 2 ． 2工作原理 2 ． 2 ． 1 静 止状 态 当发动机处于熄火状态， 液压悬置只承载动力总成部分的静 态载荷即动力总成的重量。 其中， 主要由橡胶主簧承受载荷， 液压 悬置内部上下两腔液体保持相对静止， 无液体交换14 ] 。 图 1样车液压悬置结构简图 1 ．橡胶主簧 2 ．缓冲限位器 3 ． 惯性通道体上压盖 4 顺性通道体 5 ． 惯性通道体下压盖 6 ．底膜 7 ．下底座总成 8 ．联接螺栓 9 ． 金属骨架 Fi g ． 1 Ve h i c l e h y d r a u l i c mo u n t s t r u c t u r e d i a g r a m 2 _ 2 ．2低频 隔振 由于橡胶主簧具有一定的体积刚度， 在压力增大时， 会膨胀 变形， 占用一部分液体体积； 同时， 有小部分液体经解耦通道、 补 偿孔流入下腔， 这两股旁流对低频大振幅振动时的惯性能量损失 具有一定的影响。 2 ． 2 _ 3高频 隔振 发动机高速运转时， 液压悬置受到高频小振幅激励。惯性通 道内的液柱惯性很大， 此时液柱几乎来不及流动， 悬置出现动态 硬化 。由于解耦盘在小变形时刚度特别小 ， 解耦通道内的液柱与 解耦盘高速振动， 上下腔的压力克服解耦通道内液柱的惯性力而 鲁 鲁 曩 一 先进制造技术一 ● ● ● ． ● ● 第 4期 岳跃珍等 液压悬置参数对其动特性的影响 9 1 使得液柱具有的动能在解耦通道的人口和出口处被损失掉了。 因 此， 解耦盘的存在， 降低了液压悬置的高频动刚度， 同时消除了动 态硬化m。 3液压悬置动特性仿真分析的线性集 总参数模型 3 ． 1 液压悬置集总参数模型 根据液压悬置的工作原理 ， 可简化为集总参数模型， 如图 2 所示 图 2液压悬置的集总参数模型 F i g ． 2 Hy dr a u l i c mo u n t o f l u mp e d p a r a me t e r mo d e l 惯性通道一 解耦盘式液压悬置的集总参数模型， 如图 2 所示。 橡胶主簧的作用有二个， 一是承受动力总成的静、 动态载荷， 因此 具有动刚度 K 和阻尼 ，二是起到类似活塞的作用，使液体在 上、 下液室之问来回流动， 用等效活塞面积 A 来表示其特性。另 外， 橡胶主簧在泵吸液体的过程中， 有一定的膨胀变形， 橡胶主簧 的这种膨胀特性用上液室的体积柔度 C 来表示。橡胶底膜主要 起密封作用 ， 在液阻悬置工作 时， 有较大的膨胀变形 ， 其膨胀特．I生 用体积柔度 C 表示 与此对应的体积刚度为 K I ／ C ， 由于橡胶 底膜的厚度很薄 ， 通常为 2 mm左右 ， 因此 ， 可以认为 C 至少 比 C ， 大两个数量级。 惯性通道中液体的特性用集总参数 和R 表征， 分别表示惯性通道中液体的质量惯性系数 k g ／ m 和惯性通道对 液体流动的流量阻尼系数 N s ／ m 。解耦盘的力学模型用集总参 数 和 R 表示， 为解耦盘及其附连液体的质量惯性系数 k g ／ m ， R 为液体对解耦盘的流量阻尼系数 N s ／ m 。 集总参数模型 中的系统变量有 施加 于橡胶主簧上端的位移 激励 f 和传递到悬置固定端的动反力 t ； 上、 下液室的平均 压力用 P 1 和 t 表示 ， 液体流径惯性通道的流量和随解耦盘 运动的流量分别用 Q f 和 Q ￡ 表示 。 液体 的连续方程为 A 一 q 一 q C - 尸 I 1 Q G 户 2 2 液体的动量方程为 一 9 尺 q 3 P 1一 I a Q d 尺 4 传递到固定端的力 为 t K 2 c B i _4 5 方程 1 ～ 5 为液阻悬置线型模型的一般表达式 ， 它们仅适 用于低频、 大振幅激励和高频 、 小振幅激励两种情况。仅研究低 频 、 大振幅激励下的情况。 在低频 、 大振幅激励工况下， 解耦盘大部分时间都处于耦合 关闭 状态， 可以近似的认为， 在上、 下液室之间流动的液体都经 过愤性通道，此时惯性通道一 解耦盘式液阻悬置的性能与惯性通 道式液压悬置的性能类似。在方程 1 ～ 5 中令 Q ￡ 0 ， 即得到 惯性通道式液压悬置的系统方程。 连续方程 A 一 Q C ， P t ， Q c A 6 动量方程 P P 2 p Q 7 可得惯性通道式液阻悬置的复刚度为 K 只t I F t K r B A ； K 一 l is 2 R is K 2 8 3 ． 2液压悬置集 总参数模型动特性的仿真分析 利用上一节建立的液压悬置线性模型进行仿真分析、 并将计 算结果与实测结果进行对比分析， 验证了此模型是正确的 。 利用液压悬置线性集总参数模型对其动籽I生进行了仿真分 析 ， 以公式 8 为基础 ， 分析物理参数对液阻悬置性能的影 响。 3 ． 2 ． 1 上 液 室的体积 刚度 液压悬置 的下底膜主要用于起密封作用 ， 因此下液室 的体积 刚度K 2 很小 ， 可以忽略不计 ， 在此只研究 。 的变化对液压悬置动 刚度和滞后角的影响， 如图3 所示。 由图可见， 上液室的体积刚度 K ． 增加时， 其动刚度和滞后角增加， 同时动刚度和滞后角出现峰 值的频率也增加。 一 需 ￡ 4 0 2 0 O 0 l U 2 U 30 4 0 50 频率 Hz 图 3上液室体积刚度 的变化对液压悬置性能的影响 F i g ． 3 Th e c h a mb e r v o l u me c h a n g e o f h y d r a u l i c mo u n t s t i f f n e s s pr o p e r t i e s 3 ．2 ． 2质 量 质性 系数 质量靛性系数的变化对液压悬置 I生 能 的影响 ，如图 4所示 。 质量惯性系数 影响液柱的共振频率， 由图可见， 当 增加时， 将 降低动刚度和滞后角达到峰值的频率。当 增加时， 液压悬置动 刚度和滞后角的峰值增加。 3 ． 2 ． 3流量 阻尼 系数 流量阻尼系数 R 增加时对动刚度和滞后角的影响，如图5 所示。 由图可见， 滞后角达到峰值的频率减小， 动刚度和滞后角在 峰值附近的值下降。 这是因为当R 增加时， 共振时液柱的运动受 到限制， 因此上液室压力的峰值减小。 机 械 设 计 与 制 造 No ． 4 Ap r ． 2 01 0 7 o0 60 0 主 5 0 0 40 0 稃 3 0 0 ￡ ---- l i *1 ． 2 图 4质量惯性系数的变化对液压悬置性能的影响 F i g ． 4 Q u a l i t y o f i n e r t i a c o e f f i c i e n t o f i n fl u e n c e o n t h e p e r f o r ma n c e o f t h e h y d r a u l i c mo u n t 图 5流量阻尼系数 的变化对液压悬置性能的影响 F i g ．5 F l o w d a mp i n g c o e f f i c i e n t o f v a ri a t i o n o f t h e i n f l u e n c e o n t h e p e r f o r ma n c e of t h e h y d r a u l i c mo u n t 3 ． 2 ． 4等效活塞面积 等效活塞面积A 对动刚度和滞后角的影响， 如图6所示。 ￡ 图 6等效活塞面积的变化对液压悬置性能的影响 F i g ． 6 Eq u i v ale n t p i s t o n a r e a c h a n g e s 0 1 ]t h e h y d r a u l i c mo u n t 仅仅通过线型模型的分析 ， 并不能完全反映等效活塞面积对 液压悬置动特性的影响， 因为在液阻悬置的设计中， 等效活塞面 积还用于确定解耦盘的开关特陛。 由公式图可见， 在线型模型中， 增大等效活塞面积将增大动刚度和滞后角，这是因为当 增加 时， 液柱运动的幅值加大， 进而增加了上液室压力的波动。 3 ． 2 ． 5橡胶主簧的刚度和阻尼 实验表明， 橡胶主簧的阻尼B 很小， 对液压悬置动特性的影 响较小， 可以忽略不计。 橡胶主簧的刚度 K r 对液压悬置动刚度和 滞后角的影响， 如图7所示。由图可见， 增加时， 动刚度增加而 滞后角的峰值减小。 暑 { Z 一 甚 臀 一 建 图 7橡胶主簧的刚度的变化对液压悬置性能的影响 Fi g ． 7 Ma i n s p r i n g s t i f f n e s s o f r u b b e r o n h y d r a u l i c mo u n t c h a n g e s 根据以上分析结果 ， 可以选择和调整液压悬置的参数， 使其 动刚度和滞后角出现峰值的频率在指定的范围内。 4总结 利用液压悬置的线性集总参数模型，可以得到惯性通道一 解 耦盘式液阻悬置低频复刚度的解析公式。通过 M a t l a b对惯性通 道一 解耦盘式液压悬置的低频动特性进行仿真分析。利用液压悬 置的线性集总参数模型， 确定了液压悬置动刚度和滞后角出现峰 值的频率范围， 分析了集总参数模型中有关物理参数的变化对液 压悬置动特性的影响。这些分析结论与方法， 对于液压悬置的产 品开发具有指导意义 。 参考文献 1 吕振华， 梁伟， 上官文斌． 汽车发动机液阻悬置动特性仿真与实验分析[ J ] ． 汽车工程 ， 2 0 0 2 ， 2 4 2 1 0 5 ～ 1 1 1 2殷承维． 动力总成悬置系统隔振性能研究与优化 [ 硕士学位论文] ． 镇江 江苏大学[ D] ， 2 0 0 7 3 J a c klL Vi n s o n S a n d wi c h S t r u c t u r e s Orig i n s ， Ad v a n t a g e s ， a n d Us e s ， T e c h - n o mi c P u b l i s h Co mp a n y ， 1 9 9 9 4 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[ D ] ． [ 博士学 位论文_ ． 吉林 吉林工业大学 ， 1 9 9 6 5 吉向东． 汽车动力总成液压悬置系统的隔报陛能研究 [ D ] [ 硕士学位论 文 ] ． 镇江 江苏大学 ， 2 0 0 5 6 6 K ． Wo r t h i n g t o n ． A d v a n c e d T e c h n o l o g y [ J ] ． Au t o mo t i v e E n g i n e e ri n g ． J u n e ／J u l y ， 1 9 91 7 Ma s a o I S HI HAMA， S h i g e k i S AT OH， Ka z u t o S ET O， Ak i o NAGAMAT SU． Ve h i c l e Vi b r a t i o n r e d u c t i o n b y t r a n s f e r f u n c t i o n p h a s e c o n t r o l o n h y d r a u l i c e n g i n e m o u n t s [ J ． J S ME I n t e r n a t i o n a l J o u ma1． S e ri e s C， 1 9 9 4 8黄鼎友， 吉向东． 动力总成悬置系统建模及振动仿真． 江苏大学学报 自然 科学版 [ J ] ， 2 0 0 5 瞰 ／ N 一 6 j稃 o 据 一 g 主一 置