机械振动隔离技术

1、1 悬架系统：衬套(Bushing)与 Strut Mount2副车架悬置(Cradle Mount)3排气系统吊耳(Hanger)4. CRFM 模块(CondenseT-RadiatOT-Fan-Module)传动系统20mm20irun20 mm20itim20mrn3.1吊耳的低频性能(v200Hz)3.2吊耳的高频性能frej空a-mWN -20N-m-40N50N f-6D 忖 *70N 80N 一一90 忖100 N60100120140160130200Frequency (Hz)动刚度：动刚度随激振频率和预载荷的变化 与通常的悬置一样.Frequency (Hz)(b)0 +

2、 D4060BOioa 120140 1BD§OEU.Pre load在：LOOHz以下,损失系数基本为常数,当激振频率大于 100Hz时,损失系数下降（与常规的Rubber Mount 样）。金属插入件对吊 耳性能的影响Frequency(Hz)Frequency00匹 sso-l不同橡胶材料对吊耳刚度和阻力的影响 18U. *T、£P0ft1Q *fl io 、x"n 1.U. I、G, 一厂'O-OS*U.QZC- 10501O)150wn250F rwucncv IMzliFigr 5 Loss factor of EPDM versus sili

3、cone samples刚度一样，用EPDM时的阻力比Silicon大, 因而提供较大的阻尼。温度的影响EPDM RubberTumptfrshira (HiigiC)30度是一个关键点Fig. 6 Variation in (a) dynatnic stiffness K* and (b) loss factor with temperature3.1吊耳的低频性能(v 200Hz)3.2吊耳的高频性能(1) 实测的动刚度 曲线对于一般的橡胶悬置,在500Hz以后z 其动刚度随激振频率 不会剧烈的增加。的增加而增加,但是但是排气管吊耳不 一样,见右图LOAD CELLACTUATORDyna

4、mic Stiffness of Rubber Mounti仃a动刚度出现了峰值,原因：排气管吊耳本身出 现了共振,在400血和800血处出现了两个峰值, 为什么？Freq. Hz另外个实例-ASTATIC CHARACTERISTICS Iff Z-DIRECTIOH (CKD)STATIC CHARACTERISTICS Iff Z-DIRECTIOH (CKD)KDDSTATIC CHARACTERISTICS Iff Z-DIRECTIOH (CKD)STATIC CHARACTERISTICS Iff Z-DIRECTIOH (CKD)Aaci al K* CN/inm>匚4

5、801 O6SsD CFF-O2m Z 右向STATIC CHARACTERISTICS Iff Z-DIRECTIOH (CKD)STATIC CHARACTERISTICS Iff Z-DIRECTIOH (CKD)Ascx a.1 Fx伫 quexuoy排气管吊耳的模态分析脉冲激振在吊块的下方,垂直方向。AMPLIFIER排气管吊耳的模态分析传递函数由传递函数可见,吊耳的共振频率为：170Hz , 400hz,800Hzo其中170Hz可以看成质量块和吊耳组 成的质量-弹簧系统的固有频率。降低吊耳的动刚度改进的基本原则：a ）安装的尺寸不变；b ）为了 保证排气系统的刚度和吊耳的耐久性,

6、吊耳的静态 刚度不变.基本的思路:改变吊耳Arms的刚性,提高吊耳 的共振频率。直观的理解:压制Arms的模态,有助于减小动刚 度。改进的结果,型的结构仅仅増加了中间的一根 杆子但是ARMs的刚度大大的提高了。动刚度的比较:一个结点上,中间杆的厚度和长度需 要调整,以减少800Hz处吊耳的动 刚度。800Hz处动刚 度降低的原因:中 间杆放在800Hz的另外有限元分析表明：加了中间杆以后，一阶模态的 频率为260Hz,为减少260Hz的刚度，也需要调整中间 杆的相关尺寸。实例3(1)纯橡胶吊耳及其动态特性pipe0ExhaustI > BodySupport pin for attach

7、ment180o o81 3 一 2tlcLJE so1000010001001001002003004005006007008009001000Frequency Hz当橡胶的硬度为45度时,峰值在432Hz和552Hz。 当橡胶的硬度为60度时，峰值为852Hz，但是 350Hz以下的动刚度太大。(2) 金属环-橡胶吊耳及其动态特性金属环的厚度为0.5mm ,橡胶的硬度为50。RivetRubberR533.8W=7030Metal ring of spring steel (Thickness T二0.5)尽管橡胶-金属吊耳中橡胶的硬度大但是在550Hz以下,橡胶-金属吊耳的刚度比45度

8、的纯橡胶吊耳下,有利于隔振。Frequency 1Hz,吊耳的有限元分析(a) 材料模型：Hyperelastic+Viscoelastic模型(标准 的Rubber model)粘弹性关系：时域：G(r)=G°°(l+2g(f)；G*(to) =1 + 20(3)= G*(3)= Gr(a>)( I + jqd)参数的获取:力© d(b) 动刚度的计算结果18080Frequency .HzCalculation、3-Measurenient=上-7、b、/J 力/H、乂IIII11i00000010010o 1UJE'NX SSQCJJ43S.2

9、UJeu>c100200300400500600700800Frequency HzJ纯橡胶吊耳80Frequency Hz000000“W1O1LUJUJ'N y ssgutQS o 一 EecAa100200300400500600700800Frequency Hz橡胶+金属环吊耳Rubberk-1%f / /f30RivetoR533.8W=70金属环的参数对吊耳动态性能的影响 参数:橡胶的硬度；金属环的厚度T、WMetal ring of spring steel (Thickness T二0.5)(a)橡胶硬度的变化00000EE'N乂Msaufa二 mFre

10、quency I.Hz由上图可见，虽然增加橡胶的硬度可以增加 峰值的频率，但是峰值频率以下的动刚度也增加To(b)金属环的厚度和W等参数的变化T=0.4rIT=0.5mrnmi lj . J m m lwr. 一 Y A一 亠:SL-f*1i1 1Tl 1 二 0.6mm.1、7厂* _yvc.1*zX/ J亠 " f声r/卜: 'r J r p J110100 200 300 00 500 600 700 800 900 1000Freqjency LHz10000100010010对吊耳安装与性能的要求(1)吊耳的安装位置放在排气管一些模态的结点上(2阶？)。问题：结点与

11、边界条件有关；个模态的结 点并不是另外一个模态的结点。实际：放在消声器的两端。（2）减少排气管吊耳的力无真正的标准。力的大小是通过Eenchmarking来 决定的。计算时，建立动力总成（悬置系统）+排气管系 统（吊耳）模型，然后在绕曲轴方向施加lOON.m的 力矩，计算排气管吊耳上的力，要小于1ON。(3)排气管吊耳支架的频率吊耳与车身和排气管的连接是通过支架z这个小支架有一个有频率。支架固有频率厚的下限二发动机的最大转速/60*(气缸数/2)排气管前段波纹管(flex decoupler)排气管与发动机的排气软管的连接处应该尽量靠近 动力总成的扭矩轴线。连接软管提供6个方向的刚度,主要目的

12、是将发动 机的振动尽可能小的传递到排气管中去。(其它激励:气流、路面)波纹管的刚度对减少吊耳处的力有很大的影响。基本的目标：尽量减少Flex Decoupler的刚度。下一代的波纹管：橡胶波纹吕Figure 1 - A Location of Flex Decouplers(1)目前的产品特点:(a) 刚度比较大,在目前的轿车中, 废动机悬置竝乘趣软,囱此,波纹 管的刚度如果太大,可能将发动机 的振动传递到排气系统中去；(b) 这种金属波纹管的模态,可能被动力总成的激振起来;(c) 金属波纹管的散热太快,对催化转换有负作用。(2)橡胶波纹管特点： A very soft intern引 str

13、ipwound hose Two end caps for temperature isolation An elastomeric bellow Thermal insulation material Two clamp rings for sealing bellow to capInsulating materialFigure 3 LINKEO Section(非常软的内波纹管；隔离温度的端盖；橡胶软管;热绝缘材料;两个与端盖相连的卡环)(a)内波纹管(internal stripwound hos非常的软，能承受750度的高 温(柴油机)、900度、汽油 机)；不锈钢材料，具有 蚀的

14、作用。Insulating materialCooling ond capsStrip wound hoseFigure 3 一 LINKEO Section(b)隔离温度的端盖(冷却端(Two end caps for temperature传热快，不it热传给橡胶波纹 管，并且刚度也很小。(c) 绝缘理斗其中的瘟度剃度紐 大。(d) 橡胶波纹管产品的参键侖件, 密封整个師件，并 且刚度很低。FigureS-LINKEO Section(3) 新产品的特性(a)大位移特性Rodirt caoablityFswatrari nxJtionFigure 5 - Envelope Curve(b)

15、内部的压力对于汽油机来讲，排 气压力在0.3Bar,橡胶波 纹管的变形可以承受。对于柴油机，排气压 力在1Bar左右，靠外面的 金属环限制其压力。Figure 6 - LINKEO with Limitation Rings forInflation(c) 隔振性能由右边两个表可见:和金属波纹管相 比较，橡胶波纹管在 轴向方向和横向方向 的刚度比金属波纹管 略小，但是扭转方向 的刚度小的很多。aX(alLATERALTORSIONSStati/(linear)Dynamic ±0.1mm 0-250 HzStatic(linear)Dynamic±0.1mm 0-250HZ

16、Static(linear)DyrarJc±0.1mm 0-250Hfc452.5400.3JN/mm、< N/mmN/mmN/mmN.m/deghFjAiegFrom 3, we can see in Table 5 the stiffnesses for a flex decoupler optimized for NVH performance.Tble 5： Optimized Stiffnesses from 3AXIALLATERALTORSIONStatic(linear)Dynamic ±0.1mm 0-250 HzStatic(linear)Dyna

17、mic +0.1mm 0-2 50 HzStatic(linear)Dyramic ±0.1mm 0-250HZH/A50N/A50350k/AN/mmN/mmN*m/deg橡胶波纹管和金属波纹管静、动态特性的比较。Figure 8-Axial Dynamic Stiffness一 Metallic productLinkeog力/, 卡"_5W:-S9-Di«pl. (mm)经向方向Figure 9 一 Radial Static StiffnessFigure 10 一 Radial Dynamic Stiffness扭转方向Figure 11 - Torsi

18、onal Static StiffnessEm gklol一个实例1 悬架系统：衬套(Bushing)与 Strut Mount2副车架悬置(Cradle Mount)3排气系统吊耳(Hanger)4. CRFM 模块(CondenseeRadiator-Fan-Module)5. 传动系统CRFM弹性支撑系统频率支撑系统的刚体模态要综合考虑发动机的转 速、风疇的妹速(rpm/60 ) z以便使CRFM 具有良好的隔振率。(和发动机悬置系统类似)。Lower CRFM Isolator GrommetsDesign Comparison Design "A" is slie

19、ai* style.Good travel chai acteristies.Allows sustained low rate (good linearity chaiact eristics). Low susceptibility to gi ound out as “Eag" sets in over time.* Design "B" is compression style.Poor b avel cliai acteristies.Rate curve changes rapidly (nonlineai' in operating rang

20、e).High rate ch ives poor isolation cliaiacteristics.Curve n t Isol a to r D eflection Curve450400350300250200150100500-50Left Upper Isolat” Kz=S0N/inm Kv= IfiON/mmLft Lower IsolatorKz = 175 N/mmKY= 275 NZmmPrimary| 200 fiyim ; JSecondary1,800 firpmTotal SystemWet77 Mass洱 lOKgRight Upper solatorK2=8

21、0N/mmKv=160N/iniriRight Lower IsolatorKz= 175N/mmKy = 275 N/mmI.二 K = 510N/nmiKM页二丄型，226心10/.歩 q 36 HertzLateral Mode K-160+ 160+ 275+ 275 N/min/. K - 870 N/nmiCalculating the vertical and lateral RBNfs .Vertical Boiuice Mode .10m =/.« 47 HertzK = 80+80 + 175 + 175 N/nmiII Calculating 1st order

22、 imbalance frequency . Using the order equation for the Primary Fan rptlh 和6047 HertzAnd for the Secondary Fem .rpilh H/2 =1800-16030 HertzIII. Calculating 3rd order engine filing frequency . Using the order equation for 600 eipm A/C Ofl.60办cos600-36030 HertzAnd for 725 eipm A/C On60725-36036 HertzFreciuencv4*42728|29|3rd Order Engine Idle in Drive - AJC OffSecondaty Fan 1st