汽车技术课件：详解橡胶衬套及其悬架应用VIP

1,详解橡胶衬套及其悬架应用,一、橡胶材料,二、橡胶衬套的组成,三、橡胶衬套的分类,目录,四、橡胶衬套的结构及特性,五、橡胶衬套作用,六、橡胶衬套与悬架的关系,一、橡胶材料,天然橡胶由橡胶树上流出的胶乳制取，大约有5000个异戊二烯（C5H8）单体构成的一种链状高分子,1.1天然橡胶,天然状态下分子结构呈线性，由很长的分子链构成，分子链之间相互不产生交联，具有较大的柔顺性。,一、橡胶材料,1.1天然橡胶,在外力作用下:分子链本身的伸张或收缩表现为天然橡胶的超弹性分子链之间的相互摩擦表现为天然橡胶的粘性分子链之间的错动表现为天然橡胶的塑性。因此天然橡胶具有超弹性、粘性阻尼特性、大变形时的塑性三个重要的物理特性，且对温度非常敏感。这些物理特性使其变得柔软、胶粘，很少得到实际应用,一、橡胶材料,1.2生胶,生胶：未硫化的橡胶胶料即没有加入配合剂且尚未交联的橡胶。属于弹粘性体，在去除外力时不具备恢复原状。一般由线型大分子或带有支链的线型大分子构成，可以溶于有机溶剂。,可塑性和粘着性是生胶最重要的特性,混炼胶：生胶与配合剂经加工混合均匀且未被交联的橡胶。常用的配合剂有硫化剂、促进剂、活性剂、补强填充剂、防老剂等。,1.3混炼胶,一、橡胶材料,硫化胶：混炼胶在一定的温度、压力和时间作用下，经交联由线型大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。一般不溶于溶剂。,1.4硫化天然橡胶,橡胶的填充物通常是炭黑微粒(20nm-50m)，炭黑微粒的填充改善了分子链之间相对运动时对分子链的磨损破坏，且增强了对机械能的耗散能力，使橡胶阻尼特性和弹性特性得到增强。,硫化过程中硫原子在分子链的交叠处把天然橡胶分子链交联在一起。硫化工艺加强了橡胶的强度和弹性，使之很难发生塑性变形，且减少了对温度的敏感程度。,一、橡胶材料,1.4硫化天然橡胶,橡胶的填充物通常是炭黑微粒(20nm-50m)，炭黑微粒的填充改善了分子链之间相对运动时对分子链的磨损破坏，且增强了对机械能的耗散能力，使橡胶阻尼特性和弹性特性得到增强。,一、橡胶材料,橡胶经过硫化和填充两个工艺后，其力学性能主要是弹性特性和阻尼特性，在不同的使用工况下，它们使橡胶件表现为两种重要的特性：即静态力学特性和动态力学特性,1.4硫化天然橡胶,橡胶材料的静态力学特性是指在缓慢加载工况下，通常是线性加载，橡胶应力应变行为特性。,橡胶元件的静态力学特性是指在缓慢线性加载工况下，橡胶元件变形(t)与外力F(t)的变化关系，称为橡胶元件的静刚度特性。,一、橡胶材料,1.4硫化天然橡胶,橡胶材料的静态特性,一、橡胶材料,动态力学特性是橡胶材料在受到大小和方向不断变化的外力作用时表现出来的力学行为，是在加载正弦力作用下的应力应变行为特性。,1.4硫化天然橡胶,二、橡胶衬套的组成,2.1橡胶衬套组成,外筒、内筒、橡胶部分,二、橡胶衬套的组成,2.1橡胶衬套组成,常见的橡胶衬套很难提供在低频振动控制时所需要的大阻尼。液压衬套是一种可在一个较大的频率范围内提供大阻尼和大刚度的振动控制元件,三、橡胶衬套的分类,压缩型橡胶衬套能够承受较大的载荷，多用于载荷大或橡胶空间余量小的场合。,按照橡胶衬套的形状：压缩型、剪切型、复合型,14,三、橡胶衬套的分类,隔振块,15,三、橡胶衬套的分类,剪切型橡胶衬套多用于希望主方向的弹簧常数特别低的场合或载荷轻的场合,16,三、橡胶衬套的分类,控制臂衬套,副车架衬套,17,三、橡胶衬套的分类,复合型橡胶衬套，在以上两种橡胶衬套的弹簧常数比均不能达到要求时，常采用这种形式的橡胶衬套，这种衬套能够承受剪切和压缩载荷,18,四、橡胶衬套的结构和特性,橡胶变形与刚度特性,19,四、橡胶衬套的结构和特性,20,四、橡胶衬套的结构和特性,橡胶筒形衬套与刚度特性,21,四、橡胶衬套的结构和特性,(2)对(1)若橡胶厚度增加一倍P方向刚度为1/2,(3)对(2)嵌入中间板只能使Q方向刚度变硬,22,四、橡胶衬套的结构和特性,(4)若对端部配置橡胶，便形成如图所示的特性,(5)设计成有减弱槽结构，可改变弹簧特性,23,四、橡胶衬套的结构和特性,静刚度特性曲线的非线性是橡胶材料的非线性和金属约束面的共同作用动刚度以及阻尼频率随频率的增加而增大动刚度随温度增大而减小，随振幅的增大而减小静、动刚度随橡胶材料的弹性模量增加而增加,24,五、橡胶衬套功用,橡胶的弹性模量较金属的小，隔振减噪效果显著橡胶0.28Mpa；金属2.10GPa,5.1优点,橡胶的形状不受限制，各方向的刚度可在一定范围内自由的选择，变更起来也较容易；能适当的选择三个方向的弹簧刚度比,能很容易的与金属件牢固结合，大大简化了固定和支撑结构，使整车质量降低，另外与金属容易结合使得衬套可以承受多方向的载荷,25,五、橡胶衬套功用,硫化橡胶的内部摩擦比金属内部的摩擦大，且具有随频率增大而增大的倾向，故在共振时振幅较小。内部摩擦产生的阻尼可以吸收振动和冲击能量,5.1优点,26,五、橡胶衬套功用,隔振缓和从路面传来的振动及冲击，在不改变低频段的隔振特性的前提下，能够大大改善系统在高频段的隔振效果隔离高频固体振动，降低路面不平度引起的车内噪声。,5.2功用,27,五、橡胶衬套功用,起万向铰的功能，可以避免一些零件在使用中受弯和早期磨损。,5.2功用,通过调整易改变悬架的特性，实现悬架的精确设计。,28,六、橡胶衬套与悬架,6.1橡胶衬套与前悬架,车辆在起伏路面行驶时,可认为输入轮胎的力是上下方向，Z方向的刚度小利于车辆的平顺性、舒适性。,车辆驶过道路接缝、减速带等小凸起时，不仅有上下力，还有相当大的前后力，X方向刚度小利于缓和冲击。,Y向刚度大，提高了汽车的横向刚度，抗侧倾性好，从而提高汽车的操控性。,29,六、橡胶衬套与悬架,6.1橡胶衬套与前悬架,转弯行驶受侧向力时（图中左转）,衬套A的变形小衬套B的变形大车轮产生负前束车辆趋于不足转向,30,六、橡胶衬套与悬架,6.1橡胶衬套与前悬架,橡胶衬套要综合考虑汽车的操纵稳定性和平顺性的要求。,六、橡胶衬套与悬架,悬架衬套的要求从操纵稳定性的角度：Kx/Ky要高；Kz高。从平顺性的角度：为了降低振动，要求大阻尼（低频、大振副激励）；为了降低噪声，要求低刚度（高频、小振幅）,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,混合胶料的衬套结构：,混合胶料衬套的性能,动静比越低、其内部的阻尼越小，对改善疲劳有好处。,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,多级性能的衬套(1)对扭转梁悬架，纵向刚度的要求为：从舒适性的角度讲：要求纵向方向的刚度低；从操纵稳定性的角度讲，要求Kx/Ky大。(2)实现方式液压衬套可以在径向和轴线两个方向实现。,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,当激振频率比较低时，动刚度低；高频激振时，流道中的流体来不及流动，因而刚度大；激振频率在两者之间时，流道中的流体象一个动力吸振器，它可以抑止悬架系统的一些部件的刚体模态。它广泛的应用于控制臂的衬套、副车架衬套、扭转梁悬架衬套和多连杆悬架纵臂的衬套。,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,轴向型,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,径向型,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,动刚度,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,滞后角,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,轴向型液压衬套和橡胶衬套在径向方向动态特性的对比,6.1衬套设计,六、橡胶衬套与悬架,43,六、橡胶衬套与悬架,转弯受侧向力时,6.2橡胶衬套与前悬架,44,六、橡胶衬套与悬架,Fy,转弯受侧向力时,6.2橡胶衬套与前悬架,45,六、橡胶衬套与悬架,受纵向力时,b点侧向位移大于a点，b点退让悬架被向后压车轮前束,6.2橡胶衬套与前悬架,46,六、橡胶衬套与悬架,6.2橡胶衬套与前悬架,47,六、橡胶衬套与悬架,受纵向力时,6.2橡胶衬套与前悬架,48,六、橡胶衬套与悬架,6.3橡胶衬套与后悬架,车辆在起伏路面行驶时,可认为输入轮胎的力是上下方向，Z方向（主要是副车架衬套）的刚度小利于车辆的平顺性、舒适性。,车辆驶过道路接缝、减速带等小凸起时，不仅有上下力，还有相当大的前后力，X方向刚度小利于缓和冲击。,Y向刚度大，提高了汽车的横向刚度，抗侧倾性好，从而提高汽车的操控性。,49,六、橡胶衬套与悬架,转弯受侧向力时（车辆左转）,6.3橡胶衬套与后悬架,衬套A的变形大衬套B的变形小车轮产生前束车辆趋于不足转向,Fy,50,六、橡胶衬套与悬架,6.3橡胶衬套与后悬架,51,六、橡胶衬套与悬架,制动受纵向力时,6.3橡胶衬套与后悬架,X,纵臂衬套X方向软制动时车轮后移，缓和冲击,Fx,1.前控制臂拉杆短后控制臂长几何学上车轮前束,Fx,2.前控制臂受拉后控制臂受压前控制臂衬套侧向刚度小于后控制臂衬套柔性转向-负前束,52,六、橡胶衬套与悬架,制动受纵向力时,6.3橡胶衬套与后悬架,几何学的前束和柔性转向的负前束，实现车轮前