汽车动力总成磁流变悬置结构分析与优化

1、重庆大学本科学生毕业设计（论文）汽车动力总成磁流变悬置结构分析与优化学 生：叉叉 学 号：2010指导教师： 教授助理指导教师： 专 业：机械设计制造及其自动化重庆大学机械工程学院二零一四年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityUndergraduate: Yang feiSupervisor: Prof. Li junAssistant Supervisor : Master Wang zheMajor: Mechanical design manufacturing and automationSchool of Mechan

2、ical EngineeringChongqing UniversityJune 2014摘 要发动机悬置系统对车辆乘坐舒适性的影响近年来受到各界研究者的格外关注，悬置系统的性能直接影响用户对车辆舒适性的评价。磁流变悬置是以磁流变液为载体构成的动力总成振动半主动性控制装置，在磁场的作用下液体流变特性发生变化，从而达到在交款范围内可以控制悬置阻尼力。较传统的橡胶悬置和被动悬置系统，磁流变悬置系统的隔振效果更佳。该论文中针对磁流变悬置主要进行了一下探讨分析：1. 首先阐述磁流变悬置系统的工作原理，以某国产汽车发动机为隔振研究对象，设计了一种磁流变悬置结构，并对整体结构进行了分析，考虑到悬置系统的隔

3、振要求，对橡胶主簧进行了有限元分析。2. 为保证悬置系统的可靠性，以阻尼通道处的磁感应强度为优化目标建立了悬置系统的优化模型，采用ANSYS APDL参数化分析，对磁流变悬置整体进行了优化，并与初始设计结构进行对比分析。3. 利用有限元分析手段，对悬置个别元件进行了受载分析，优化了结构参数，并对优化后的结构检验。关键词：磁流变悬置，有限元，优化设计，仿真 ABSTRACTEngine mounting influence on vehicle comfort, the researchers pay attentions on it in recent years, the suspensio

4、n vibration isolation performance will directly affect the user evaluation of vehicle comfort. Magnetorheological suspension using MRF characteristics for its continuous, rapid and easily control, therefore the suspension will have adjustable damping force, and has better vibration isolation effect.

5、This paper mainly in view of the magnetorheological suspension research on the following aspects:1. Expounds the function of the suspension system, the design requirements and ideal performance index, according to the vibration characteristics of engine, analyses the working principle and working mo

6、de of magnetorheological suspension, designs a squeeze mode magnetorheological suspension. 2. According to electromagnetic field theory, design magnetorheological suspension magnetic circuit, established the finite element model of electromagnetic field of magnetic circuit. According to squeeze mode

7、 magnetorheological suspension, optimization model is established. Using ANSYS APDL parametric design language and genetic algorithm, make a structure optimization for the mount.3. Using bond graph theory, established a bond graph model of magnetorheological suspension, deduce its mathematical model

8、. The various main parameters is determined. Using ANSYS software, make a simulation about the suspension dynamic characteristic. Key words： Magnetorheological suspension, Finite element, Optimization design, simulation目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论11.1 课题研究的意义及背景11.2 国内、外悬置研究进展及状况21.2.1目前国外悬置研究成果21.2.

9、2 目前国内研究成果41.3 本文研究内容和目的61.4 本章小结62. 悬置系统隔振降噪原理72.1 复杂激励力挖掘分析72.1.1 引起发动机振动的震源的逐个剖析72.1.2 普通单缸发动机激励剖析1282.1.3 直列四缸发动机激励力分析9102.2 隔振理论112.2.1 单自由度无阻尼系统的自由振动122.2.2 单自由度的隔振122.2.3 动力总成系统隔振频率范围的确定142.3 本章小结153 液压悬置的结构和工作原理163.1 液压悬置的结构特点163.1.1 液压悬置的结构分析173.2 液压悬置的工作原理193.2.1 静止状态193.2.2 低频隔振193.2.3 高频

10、振动203.3 液压悬置动特性的定义203.3.1 原点动刚度12203.3.2 跨点动刚度213.3.3 力传递率213.4 本章小结214 磁流变悬置结构的初步设计224.1 动力总成悬置系统的功能作用224.1.1 悬置系统的功能1224.1.2 动力总成悬置设计的小准则7234.2 动力总成悬置系统的总体结构设计234.2.1 磁流变液的工作模式234.2.2 挤压模式输出力的计算244.2.3 磁流变悬置结构的设计274.3 橡胶主簧分析设计284.3.1 材料的选定284.3.2 橡胶主要参数284.3.3 橡胶主簧有限元分析294.4 本章小结315 悬置结构的优化分析和设计32

11、5.1 主簧参数确定及优化参数325.2 优化结果365.3 本章小结376 总结和期望386.1 总结386.2 期望38参考文献401 绪论1.1 课题研究的意义及背景汽车动力总成液压悬置系统已经成为汽车的重要组成部分，现代的汽车动力总成几乎采用新型悬置系统来安装在汽车设计的固定部位23。汽车动力总成悬置主要就是人们用来支撑动力总成重量的关键元素，它的主要作用是通过悬置本身优良的特性来隔离车体和总成之间振动的双向传递，同时圈定总成，避免动力总成过度晃动而导致其他的零部件失灵。一部完整的汽车，发动机是其动力核心，汽车发动机总成由悬置系统作为载体和车体或者车架相连。通常，发动机由于档位多，导致

12、其振动频带宽、振源多，这使得发动机的振动不仅使得车身晃荡不舒适，还可能对车内零部件造成损坏或者影响其正常运转。因此，对悬置系统的本身特性要求苛刻，同时还要求其满足发动机的宽频隔振目的5。目前，市面上的汽车悬置系统主要是有两种，一种传统悬置，一个新型悬置。橡胶悬置有致命缺陷，即是阻尼特性不好，但是其便宜、简练故而得以存留。而且橡胶在汽车频率高的时候发生驻波，造成系统过度的动刚度，隔振功能大打折扣，因而无法适应现代汽车宽频隔振的隔振要求。然而新型系统却恰恰以其独到优势合理随动性能克服了这一问题，能够恰到好处的满足现代减震需求和现时代降噪需求。故而，现代汽车几乎采用非传统现代气息的设计。但是并不是普

13、通的液压悬置就够的，因其在高频振动时，通常会引起动态硬化现象，继而出现力和位移的刚性传递。为解决这一问题，学术和工程界的研究人员夜以继日研究卓越性能的新悬置液，该液体能满足一项要求：能使得车子平稳，车内平静 7。汽车磁流变悬置系统以其超好变阻特性，实现了易于掌握节奏、听党指挥、不工作不消耗。和传统被动悬置相比，它更加能够满足现代汽车发动机的隔振需求，故是现代汽车技术研究的热点。它是一种新型的智能可控半主动悬置，通过改变外加磁场，以达到对整个系统的总体把握，实现智能控制。它较传统液压悬置的优势在于：克服了老悬置的几乎所有缺陷，近乎完美；与主动悬置相比：能耗低、结构简单。正是因为具备如此多的优点，

14、故而已经成为专门的一个研究学科。由于磁流变悬置具有这些优点，故而其能够在花费较低成本，却能够实现理想的有效宽频隔振6。本文由本人在指导老师悉心指导下，沿用指导老师李俊多年研究成果，结合自身想法设计出一款磁流变悬置，在该悬置基础上进行ANSYS有限元分析，对元件进行优化，该课题研究具有一定的理论意义和工程实践意义。1.2 国内、外悬置研究进展及状况 随着汽车技术向着轻量化设计和大功率方向发展，发动机引起的振动在汽车震动中已经处于最主要地位。发动机振动传进车体，严重影响了人们的驾驶体验。因此，人们急切的要想办法改变这一窘境，重新体验舒适之旅，故而悬置研究显得重要。汽车悬置主要是支撑总成和限制其位移

15、，再者隔绝通过行驶从地面传来的振动。自悬置系统诞生以来，人们便一直致力于该项工作，付出许多心血和汗水，总算换来今天的大好局面，悬置研究一片火热 6。 1.2.1目前国外悬置研究成果从汽车行驶于地面初期，人们便开始研发动力总成悬置，起初由于没有悬置的概念，动力总成刚性连接于车架，具有高破坏性的振动堂而皇之的传进车体，严重破坏车内环境，破坏驾驶体验。人们不满足刚性件振动过激，转而开始采用很软的东西（皮革等）作为连接，但是依旧效果差，无功而返。1920年橡胶悬置面世，橡胶悬置的出现意义非凡，这一新生代宠儿优越性明显，令人振奋，吸引无数学者工程人员开始投怀送抱研究起来。1939年，通过十几年的研究积累

16、学者提出一些设计原则，悬置设计开始慢慢规范。至20世纪50年代，Horison和Horovitz通过一系列研究，领先完成了一些具有跨时代意义的研究计算，成为个中翘楚，这项成果成为早起算法基准，为后来的工作打下基础，立下标准，意义重大。近20年来，计算机技术发展迅猛，制造行业计算机的应用为悬置研究提供了许多成熟的震动分析方法，悬置的研究和开发达到空前迅速，不断的有各种悬置理论成果出炉，有如下具有代表性的成果：1979年，Johnson首次提出新生代新理论更好的设计，实现了悬置系统的的打打进步，在业界取得不错成果，名声大噪 7。1982年，R.Racca通过限制悬置一些基本条件，对传统悬置FR式悬

17、置进行全面总结，实现悬置规范设计 7。1987年，H.Hata和H.Tanaka研究了奇怪的怠速工况下的悬置，得出重大理论，开创新一代研究72425。国外悬置系统的研究起源早，研究成果多，同时国外悬置生产商也不遗余力追求悬置系统的最优良特性，促使研究进展迅速。通过多年的研究，学者们得出一个优良悬置应具备的特性：能随环境变动而变动，很好的满足了人们期望水准。下图图1-1.所示为这些年总结出的一些新旧系统性质曲线比对对比。橡胶悬置赖以存活：价格低廉、样式简陋；新的则性能比较好，耐用，实在 7。 图1-1. 动力总成系统特性曲线图谱 20世纪40年代，Harding和Stracbousky提出新旧悬

18、置糅合创新思想，悬置系统得到大力发展26，1962年，通用公司的R.ERasmussan领先全球，率先拿下第一个悬置专利27。1979年，有一个欧洲汽车公司，为快速占领高端汽车市场，率先在其旗下某款高档车型安装液阻悬置。随之而来，日本汽车公司对悬置研究去的巨大进展，开发出许多优良悬置系统。其后,欧美各国均对悬置系统做了大量研究，取得硕大成果。液阻悬置是橡胶和液力阻尼的结合体悬置系统，液阻悬置具有低频大阻尼、高动刚度特性，无论在汽车低速还是告诉行驶过程中，其均有很理想的隔振降噪功能，其优良的隔振降噪性能，为汽车的驾驶提供了稳定良好的环境，同时也提高了汽车乘坐的舒适性，整体提升了汽车性能，是汽车发

19、展史上重要的一笔，为汽车普及作出了巨大贡献，推动了汽车市场的发展，为汽车开发迎来了新的机遇，由于新型磁流变液阻悬置的成功研发，中高端汽车新型液阻悬置应用的普及，带来的巨大利润，这反过来又带动了整个液阻研究的进程，使得液阻研究工作得到空前的发展，加速的液阻悬置的开发研究，不断有新型的液阻悬置被研发出来，并投产应用于新型汽车之上，提升了汽车品质，带来了前所未有的汽车体验。在新时代，悬置的迅猛研究开发中，产生了许多性能优良的悬置系统。譬如2009年，德尔福公司公布了德尔福公司成功研发一款突破性的应用于高端跑车的优质系统，据该公司产品负责人介绍：“该悬置系统采用新型研制的特种液体，其具有悬置需求的各项

20、优质性能，在整个相关频率范围内保持对悬置系统上的可靠控制，稳定性能，实时应变，灵活敏锐28，还能够提高车辆性能及克服道路突变问题引起的乘坐不舒适问题。”由于其优异的性能，其率先被应用于该公司新款的高档轿车，成为高端市场的奢侈商品，与同行业高端车强势竞争，从这点可以看出，液压悬置的研究具有相当巨大的前景和市场。德尔福磁流变悬置系统产品经理Timothy Schlangen先生表示：“该技术在业内也是相当出类拔萃，处于科技前沿，它具有实在太多的优越性能，且这些性能正式人们锁期望的，这一点十分关键。”该技术首次应用于全新保时捷2010款GT3，将帮助提高该车的整体优异性能，带来前所未有驾驶体验，提高

21、市场竞争力。悬置模型如下图1-2：图1-2.德尔福公司09年新推磁流变悬置模型 蓝色（光与暗） 孔板总成； 红色 隔板； 紫色 安装支架；灰色 橡胶模塑总成，内含支承板； 黄色 悬置系统内插入件；橙色 车辆连接螺栓； 栗色 线圈 1.2.2 目前国内研究成果国内对悬置的研究起步比较晚，但是从开始研究以来，国内的研究一直非常活跃，也取得了许多具有代表性的研究成果。从90年代初期，国内展开了汽车悬置的研究，由于有国外的许多成果的支撑，国内学者起初便是对新兴的悬置元件的优化工作做起：83年徐安石研究悬置动反力优化，取得良好成效；85年潘旭锋等人在国内对某中客车进行试验研究，改善了该车平稳性，提高了乘

22、坐舒适体验，具有重大的意义；92年，上官文斌等人进行了悬置优化研究，他们的研究效果不错，成就颇多，对后世研究有意义；94年，王立公等人率先在国内开始分析国际形势，国外发展状况，通过对当前形式的把握，阐明了未来发展趋势；2001年，王利荣等人也很应景的对国外当前发展形式做了分析，提供国人研究参考；99年，裘新等人通过实验手段证实了液压悬置诸多的优势，强烈的体现出该项研究的重大意义；2002年，吕振华等人对国内一款汽车的隔振效果进行分析，采用软件模拟分析和实验结合对比，取得了很好的成效，他们的这种研究方式和切入角度时机把握到位，思想非常优秀，意义非凡 7。一些近代成功的液压悬置结构图展示于下图1-

23、3.29。因为具有解耦功能的液阻悬置具有非常多的优异性能，故而被人们广泛应用和不断开发研究，典型的该种系统具有如下这些特点7： 图1-3. 悬置结构展示带有解耦盘的液压悬置结构简单液压悬置结构1.3 本文研究内容和目的本文是在指导老师李俊老师对汽车磁流变悬置进行了大量的研究过后提出该课题供我们讨论研究，本人结合指导老师的研究成果，并结合自己思维，设计出了一款汽车磁流变悬置，并对其进行了大量分析计算，并充分运用ANSYS分析软件进行结合有限元分析方法进行优化，最终取得了不错的结构圆整效果。本文采用solidworks建立三维实体模型，并结合ANSYS分析软件对其进行分析，并对其中起重要作用的元件

24、-橡胶主簧进行了有限元分析，在对个别元件优化过后再次进行了受载形状变化测试，并对其系统整体结构进行分析，并对其进行系统优化，优化后的系统再做合理性检测，检查合理性30。本文研究内容如下：1. 通过对悬置发展历程的理解，掌握了悬置的一些基本知识，并在指导老师帮助下对磁流变液阻悬置进行了深入了解，在对此有了一定的认识和理解之后，结合已有资源设计了一款磁流变悬置，并利用计算机仿真技术，有限元分析技术对悬置零部件受载形变等进行了测试，并对形状优化；2. 分析动力总成产生激振的原因，分析激振来源，结合文献分析了磁流变液压悬置的隔振机理，并进行了必要计算；3. 由1和2中进行的工作，搭建好模型，并通过对分

25、析软件的学习，逐步搭建磁流变抽样推导出个中参数关系，并解方程，确定各个主要参数，分析出悬置动特性；4. 通过了一系列的优化操作过后，完成了悬置部分优化设计，为将来进行的下一阶段工作奠定了基础，具有一定的研究意义。1.4 本章小结 本章中阐述了该课题的研究背景及研究意义，分析呈现了国内、外悬置研究进程，并结合最新磁流变成果分析了磁流变研制的巨大市场，展示了磁流变悬置研究的巨大前景，并陈列了一些磁流变悬置结构，为本文的后续继续的分析、建立模型等后续操作的工作奠定了基础。 2. 悬置系统隔振降噪原理 由于动力总成所受的激振力情况复杂，本章节需要展开对其激振力的详细分析叙述；然而本文研究的系统由于具有

26、多方向位移的可能，为简单明了说明该系统的工作原理，本章优先分析只能朝一个方向位移的隔振机理，再以点带面分析多自由度由此充分展现出悬置系统的隔振原理，为后文展开做好铺垫。2.1 复杂激励力挖掘分析2.1.1 引起发动机振动的震源的逐个剖析 最近几年以来，汽车技术发展迅猛，发动机要求不断提高，新型发动机普遍效率高油耗低，汽车设计技术已经达到相当的高度，汽车车体质量逐步降低，这样一步一步发展至今，发动机质量在整车比重越来越大，其对汽车的影响也就越来越明显。虽然引起汽车振动因素很多，振动起来形式也多样，但是其中最主要的振动形式还是来自发动机工作产生的冲击，外加车运动中车内很多存在相对自由度的零件也会跳

27、动引发一些振动。正是由于以上这些因素，造成了发动机的不稳定，不安分，不守纪。发动机的振动来源8：由上面陈列的各种来源可以看出，汽车振动不论从哪个角度来看都是很复杂多样的，故在分析汽车的振动的时候我们需要抓住关键，把握重点，简化模型，使得其简明易懂，这样一来分析就会轻快明了。汽车的振动虽复杂，但是主要取决于以上陈列这些激振源中前三项的强度，故而只要把我好以上振动前三个强度，汽车震动不难分析，发动机转速较低的时候不平衡简谐扭矩所占比例较大，而高速时不平衡惯性力和力矩为主要成分。2.1.2 普通单缸发动机激励剖析12单缸发动机振动，主要就是前一节中的前面三个因素带来的，本节主要任务即是把握关键，抓住

28、重点，很多问题便是迎刃而解。rm20lYTm1SFxFnZm1m2l 图2-1.曲柄连杆机构简化模型 离心惯性力质量为m1的做匀速绕行，由高中知识知道受力计算公式： Fr=-m1r2 （2-1）式（2-1）中，r为曲柄半径、为曲柄转速。由于r和固定，由式（2-1）可以看出m1的受力情况是不会发生改变的。该力不会影响总成部位，但是可能导致某轴跳动。 往复的运动影响（矩）质量m2的部分，由于其会有一个上下的来回运动，该渠道是： z=OC+CA=r(cos+1)cos （2-2）式中，=t 为曲柄旋转角度；为曲柄与连杆长度的比值。将式（2-2）2次求导之后，可以求得需要的一个量a，再和质量m2的乘积

29、就能得到一个由于惯性而生出的力。m2的这个力的计算方式如下，其公式为： Fz = -m2z = Fz1+Fz2+Fz3+ （2-3）式中，Fz1为一阶往复惯性力，Fz2为二阶往复惯性力，Fz3为三阶往复惯性力，由高数知识我们是知道一个道理的，那就是阶次高了，其值便小了，几乎可以无视的程度，故而在该算式中，我们舍去3阶及以上的部分。于是得到： Fz = Fz1 + Fz2 = m2r2i=1ncost + r2i=1ncos2t (2-4)式（2-4）中，该部分也同样有大小之分，前面远大于后面。以上计算了惯性产生的力，接下来呢，我们要计算它能产生的力矩Mxm，该计算过程中会有其他的量，计算如下，

30、有公式：S = Fz/cos=Fz/ 1-2sin2(2-5)Fn =Fztan=Fzsin/ 1-2sin2把其中的前一个再次分解成两个方向的量，再由以往累计知识查得公式计算如下，力矩计算得到式(2-6)： Mxm = Tr = Ssin(+)= Fzsin(+)/cos (2-6)由tansin=sin，式（2-6）变换为： Mxm = Fzr(sin+2sin2) (2-7)代入Fz得：Mxm=Fzr(sin+2sin2)=-m2r22(sint+2sin2t)(cost+cos2t (2-8)3） 气体压力产生激励力汽缸工作时，缸内燃气燃烧引起很多冲击和能量波动，该波动作用在活塞面积A

31、的上做功，该功为压强和面积的乘积。该力还会产生燃烧扭矩，该扭矩不难得到，其值是有公式可以计算的，由以往积累知识知道扭矩的计算公式： Mxg = PzAr(sin+2sin2) (2-9)经历了很多数学算法的复杂转换，最后我们可以得到一个适合本文需要的计算公式，该公式符合发动机做功来回不断重复的原理，其整理后得到的完整公式如下所示： Mxg =Mxg+v=1Mvsin(vt+v) （2-10） 式中，Mxg 为有效力矩；Mv 和v分别为单个正弦激励的振动幅值和相位角，发动机为二冲程时v=1，2，3， ，而发动机为四冲程时v=0.5，1，1.5， ，。本节中，对发动机运转中产生的各种运动和产生的冲

32、击方面做了详尽分析，并适当取舍，最终得到了本文希望得到的计算公式，对本文的后续推到具有重要意义，是本文比较关键性的一个章节。 该节中生成的公式对后续章节公式的产生具有指导意义，奠定了本文计算基础。2.1.3 直列四缸发动机激励力分析9 前面已经分析了单缸发动机运转过程中产生的简单运动和冲击，然而现代汽车动力强劲，都是多缸，其运动和冲击的情况比起单缸要圆圆复杂很多，而本文主要研究的是四缸四冲程发动机，该发动机运动中会有很多复杂的运动产生，本届需要对这些运动做好分析，并适当取舍，以便后文的继续进行，推导出该文需要的计算公式，为文章得出结论埋下伏笔，做好准备工作，故而本文中对该激励做了很多分析，得出

33、许多重要结论和计算公式，为之后阐明悬置隔振原理的工作做好准备，接下来将分析旋转和往复运动的力产生的影响31。1） 旋转惯性力空间坐标系中产生的竖直方向的力（矩），其已有现成公式可以带入，其计算如下： Frz = -m1r2cos+cos(+180)+cos(+180)+cos=0 (2-11)空间水平面内，Y向产生的力矩，由文献供述知识可以获得计算公式，整理如下： Fry = -m1r2sin+sin(+180)+sin(+180)+sin=0 (2-12)故Fr =Frz+Fry =0.由该计算公式可以知道，转动惯性力被抵消，其值为0。2） 往复惯性力计算由于发动机燃烧产生内在影响，故而接下

34、来分析惯性带来的影响，整理如下：Fz1 = -m1r2cos+cos(+180)+cos(+180)+cos=0 (2-13)2段力的计算公式，如下所示：Fz2 =-m2r2cos2+cos(2+180)+cos2(+180)+cos2 = -4m2r2cos2 (2-14)(2-13)、(2-14)即为往复惯性力的计算公式。3） 燃烧力矩和惯性力矩的计算该运动产生的力（矩）计算公式如下：Mrg =4MX +M2sin(2t+2)+M4sin(4t+4)+ (2-15)由式（2-15）知道，奇数的全是0，唯有偶数有值，这样一来可得公式，如下所示公式： Mxm =-4m2r2212sin2t+(

35、2)2sin4t+ (2-16)(2-15)和式(2-16)相加得到，总力矩为： Mx =Mrg+Mxm=4MX+M2sin(2t+2)+M4sin(4t+4)+-4m2r2212sin2t+(2)2sin4t+ （2-17）因为由数学知识可知，式中阶数越大其值越小，几乎可以忽略其值，故上式（2-17）只需保留前面两项即可保证其精度，接下来分析隔振机理。2.2 隔振理论因为悬置是一个很复杂的系统，其位置，其本身结构等不同都会带来不同影响，如后悬置、前置等等，一起则组成了很复杂的悬置完整的系统。本文为简单明了的叙述，采用了最简单的系统来作为先导分析，为后文得出更重要的结论做好了铺垫。2.2.1

36、单自由度无阻尼系统的自由振动f xmkc 图2-2. 单自由度振动系统模型如图2-2.为典型的单自由度振动系统。由牛顿运动定律可以得到微分方程如下所示： mx(t)+cx(t)+kx(t)=f(t) (2-18)因为设定系统是无阻尼系统，而且是自由振动，故有f=0，c=0。式（2-18）整理可得： mx(t)+kx(t)=0 （2-19）解方程（2-19）得，该方程的通解为: x=Asin(2t+) (2-20)设t=0时，物体位移x=x(0)，初始速度x=x0 ，那么可以得到：系统固有圆频率： p=km (2-21)固有频率为： f=p2=12km (2-22)周期： T=1/f=2mk (

37、2-23)振幅： A=x(0)2+(x(0)2 (2-24)初相位： =arctanx(0)x(0) (2-25)2.2.2 单自由度的隔振振动分别来自自身和地面，简述为主动和被动，接下来分别对其分析。1） 主动隔振如下图2-3即是一个该节要做分析的主动模型，其显得复杂，接下来分析。F 图2-3. 主动模型，上图展示其结构。分析如下:设发动机的垂向激振力是Feq=Fsint，该处为了简单明了的处理，故用Fejex来表示Fsint。弹簧不计，得到一个力方程： mx+cx+kx=Fejex (2-26)在力作用下，产生的位移X如下计算： X=Fk-2m+jc (2-27)两个方向上力合二为一之后，

38、故可得传递力F： F=kx+ cx (2-28)其幅值： FT=kX+jcX=k+jck-2m+jcF (2-29)传递力的幅值FT与激振力Feq的幅值之比可以得到另一个新定义T： T=1+（ck)2(1-m2k)2+(ck)2=1+(2)2(1-r2)2+(2)2 (2-30)式中，c为粘性阻尼系数；为激振频率；k为弹簧刚度；m为集中质量；为阻尼比，且=c/cC ；cC 为临界粘性阻尼比，cC = 2mn；n为系统固有频率；n=km ；为频率比，=/n 。2） 被动形式分析如下图2-4.被动模型结构示意图。F车体 图2-4. 被动形式的结构示意图。如图2-4.中，如果假设车架子的位移x1(t

39、),发动机那里的相应的位移x2(t)，根据大学物理只是可以得到一个公式如下：mx2=-k(x2-x1)-c(x2-x1) (2-31)整理变换可得： mx2+cx2+kx2=kx1+cx1 (2-32) 使用阻抗法，令x1 = X1ejax, kx1+cx1 = (k+jc)X1ejax = Feqejwt 和上节中的力相当，那么这个式子可以简化得到： （k-2m+jc）X2=(k+ jc)X1 （2-33）那么传递率T1 ： T1 =X2X1=1+（2）2（1-r2)2+（2）2 (2-34)于是，T1和T是一致的，故式（2-30）和（2-34）都是一个性质的方程，形式不同而已，只是前者为主

40、动形式的方程，后者乃被动形式的方程，但是其性质终究一个样子，于是可以说其情形一致。2.2.3 动力总成系统隔振频率范围的确定用不同频率比和阻尼比代入式（2-34），得到不同阻尼比下的传递率，如图2-5.所示。 图2-5. 不同阻尼比下的传递特性图分析上图2-5.可以得到很多有用的结论10： 欲使得振动衰减，即传递率T2； 2的区域为工作区，在该区域，阻尼无论大小，随频率增加，传递率都是逐渐趋于0，这正是我们需求的隔振效果，而在5之后，传递率几乎不变化，故一般=2.5-5。阻尼在该区域给隔振带来反作用，其效果是：阻尼越大，传递率越大。 =1时，系统会发生共振，阻尼越小，系统振动越大，此时系统极易

41、遭到破坏。 =0-0.75的区域为前工作区，该区的激励频率低于固有频率，振动稍微增大，而一般路面的激励频率即比系统的固有频率要低，因此需要保证来自路面的激励频率和系统固有频率之比小于0.75。2.3 本章小结 本章对振动的来源机理引起的原因进行了分析，并通过先分析简单，再到复杂的分析，由简入繁，循序渐进得到了很多重要结论，很完满的完成了本章的分析，同时还为后文的设计分析奠定了基础。 3 液压悬置的结构和工作原理3.1 液压悬置的结构特点 自从发明液压悬置之后，其较为理想的隔振效果受到人们的亲睐，经过几十年的发展，人们已经掌握一整套的不论是测试、校核、设计还是分析的理论和实验结论，对悬置的设计等

42、已经驾轻就熟，正是这些已有知识的积累，对悬置的发展起到了极大的推动作用，使得汽车工业越来越先进，俞加高端。自上世纪80年代以来，新型系统以其明显的优势逐步取代传统旧式系统，成为车辆动力总成主要的隔振降噪系统。近年，人们开始尝试把这一新系统应用于稍大型的车辆如轻卡、客车上面，该尝试取得了不错的效果，为该新型悬置的普及奠定了基础。本文是由指导老师带队探究，该新系统应用于一款新型国产轿车对整车舒适度的改善探究，分析整车振动及噪声改善情况，凸显该系统优势。本课题研究的是基于挤压模式的液压悬置系统，本文就其结构对其进行分析优化，其结构简图如图3-1.所示。 图3-1. 本论文设计的结构示意图目前，整个汽

43、车市场，悬置种类多种多样，纷繁复杂，但是其本质特征和基本结构大致相同，故而才能起到几乎一样的作用，其相同点如下：1） 橡胶主簧，使其能勾承受静、动载荷；2） 磁流变液，达到缓冲润滑效果；3） 至少2个独立液室，液体可在其间自由流动；4） 液室之间有能产生阻尼的孔洞、惯性通道或者解耦盘（膜）；5） 液室有可靠的密封性，与外界隔绝。3.1.1 液压悬置的结构分析1） 弹性支撑部分图中的连接螺栓11是一个很关键的连接元件，其刚度和强度必须要达到很高的要求，由于其工作环境的恶劣，该部分还需进行很多表面处理工艺，以适应工作环境，和金属接触部分需要有很好的性能。其作为该系统的承载部分，需要具有很好的力学性

44、能。同时还要求其具有一定的耐高温性、和金属相性好，其模型如图3-2.所示。 图3-2.本文橡胶模型由于对该部件的诸多要求，故要采用较好的橡胶来制造，以满足使用要求等。 图3-3.本次设计的装配模型剖面 模型中的金属上外壳7.用来连接橡胶共同起到支撑作用，故而对该结构要求要能防腐蚀、刚性要好、且需要和橡胶相性好，故该部分选用适合这些要求的铝合金材料制作，精度要求高些，同时就完成了密封要求。橡胶内部也成一定的骨架支撑状，以提高其力学性能，很好的承载及回复形状，这就使得该系统具有很好的适应汽车工况的性能，能完成人们期望的各项功用。为了弥补橡胶刚性的不足，还会在橡胶内加入一些合金材料，正如汽车轮胎类似

45、的钢丝橡胶，这样一来，橡胶刚性得到很好的改善，系统性能也得到极大的改善，故而市场巨大。底盘（下外壳）1.是另外一个主要的承力部件，也是该系统实现密封非常关键的部分，同时还对内置的柔软橡胶起到加护作用，避免其损坏。底膜是很软的，形状能任意改变，故其具有非常良好的隔振性能，是非常适合该系统的选材和设计的，下壳和上壳工作环境一直，故选材没什么差别，也选用铝合金 11。由于该设计是基于挤压的液压悬置，所以本结构布置全是垂直的关系，侧向载荷则考虑为其影响忽略不计，故主要分析垂向的载荷对结构的影响，优化工作。2） 减压减震部分该系统的减震系统均由橡胶制成，可见橡胶在本系统中的重要作用，同时由于磁场的引入，

46、使得处于其间的液体的性质和性能发生了预料中的改变，达到了很好的减震效果，液体选用也是考虑良多的，其对构件腐蚀小，随磁场改变性能能符合人们意愿而变化。已经分析了系统在汽车运转过程中如何起到减震作用，由于上、下的不同导致内液的流动会不同，所以此时在机构内置的线圈在交变电流的作用下不断改变内部磁场，对液体的性能也不断改变，以此来适应振动上、下导致液体的流动受阻情况，在液体由惯性通道流动收到影响的时候，挤压通道内由于具有解耦膜的存在，此时液体由于性能也发生了相应改变，故而很好的由解耦膜上小孔通过，很好的起到减震作用，由于具有这些优异性能，故而该种悬置系统得到非常巨大的市场空间，发展迅速。3） 部件之间

47、的密封该悬置由于是依靠液体的流动来实现减震作用，故而要求内部液体不能流失，要求系统具有很好的密封性能，以保证该系统的有效运行，因此在该系统中需要采用相当高要求的密封系统，故系统设计中，需要采用密封效果最佳的密封件和密封槽口的开取。3.2 液压悬置的工作原理3.2.1 静止状态当汽车处于未启动状态，发动机不工作，处于静止状态的时候，该阶段只有静力载荷，这会儿系统只需要承受动力总成部分的重量，也即是承受动力总成的静载荷，系统只要具有足够的刚性即可。此时则由第二章中的一系列计算来检验该系统是否具有足够承受能力，这些将在下一章中具体分析，本章暂不做分析考虑。3.2.2 低频隔振发动机启动，汽车运行过程

48、中，发动机处于低转速时，该系统开始随汽车运行工况而工作，汽车运行中，对悬置系统产生低频大振幅激励时，橡胶外盖部分会受到一个动态载荷，引起液室内的液体不断交流，以此达到消减振动和噪声的目的。当橡胶部分受压，系统中，上部分装液体的体积减小压力陡增，迫使上空腔液体被压入下面空腔；而当其被拉升的时候，内部体积变大，压力陡降，对下面液室的液体产生一个吸力，迫使下面液体进入上腔。发动机工作时，引起振动和噪声，液压悬置的液体就在惯性通道内不断的上下流动，从而起到减震降噪的效果。由于该系统的结构设计等因素，铸就了其良好的隔振性能，使其受到各界的关注，受到业界的欢迎和各界的广泛研究。本结构仿照了现阶段最前沿的悬

49、置设计手段，在悬置中加入了最新解耦装置，使得该系统能胜任更加宽的频率要求，惯性通道和解耦装置的结合是本设计最突出的优点，使得该悬置具有目前最好的消减振动和噪声的效果17。3.2.3 高频振动汽车发动机高速转动，对汽车产生的冲击非常大，如果没有好的悬置系统来起到减小消弭作用，振动将会使得驾驶和乘坐都非常难受，即使是液压悬置也难以胜任此时的减压任务，因为此时惯性通道的液压非常大，一时间液体性质和固体性质等同，使得悬置无效。此时解耦作用显得至关重要了，此时的它的存在使得，液体可以流动，依旧起到减震作用，不至于无效，故而新型悬置性能优越，作用明显，工作稳定可靠，具有广阔的前景和绝大的市场 11。3.3

50、 液压悬置动特性的定义 由于带有解耦装置的液压悬置是新型的元件，故而有很多东西需要新的定义，其特性异于传统悬置，振动方式也非常特别，在经过非常多的试验和模拟仿真分析之后，专家对该系统做了如下一些定义，为了方便起见，对很多结构做了相似性约束，也对力等做了简化处理，以便将来对该悬置的研究之用，设定其收到一个简谐力的驱使，其响应规定为一个稳态响应，由此完成了对该系统的一系列定义，如下3.3.1、3.3.2、3.3.3中定义情况。3.3.1 原点动刚度12原点复刚度的符号表示为K11*()，其分实部和虚部两部分，实部代表一个刚度，虚部则代表其变化特性，其相位角叫做滞后角，本文主要的参数便是此部分的参数

51、，（滞后角和动刚度），远点动刚度记作K11r()，变化特性记作K11f()，和滞后角记作11()表示。设定有F1(t)和x1(t)分别是该振动过程中的驱动力和位移值之间构成的响应。再度设定有远点复需求量哇的模K11*()为驱动力源F1(t)的幅值Ft0与响应位移x1(t)的幅值xt0之比，已知的原点滞后角11()为响应位移量x1(t)滞后于驱动力源F1(t)的相位差，于是上述各参数之间的关系可得。关系如下： K11*()=Ft0/xt0 (3-1) K11r()= K11*()cos11() (3-2) K11f()= K11*()sin11() (3-3) K11* = K11r()+jK11f() (3-4)通过这些关系可以确定一个非常关键的系数： 阻尼系数： C11e()= K11f() = K11*()sin11() (3-5)3.3.2 跨点动刚度 仿照前述方