机械振动隔离技术学习教案

1、会计学1机械振动隔离机械振动隔离(gl)技术技术第一页，共57页。第1页/共56页第二页，共57页。 3.1 吊耳的低频吊耳的低频(dpn)性能性能(200Hz) 3.2 吊耳的高频性能吊耳的高频性能 第2页/共56页第三页，共57页。 动刚度：动刚度随激振频率和预载荷的变化动刚度：动刚度随激振频率和预载荷的变化与通常与通常(tngchng)的悬置一样的悬置一样. 第3页/共56页第四页，共57页。在在100Hz100Hz以下，损失系数基本以下，损失系数基本(jbn)(jbn)为常数，当激振频率为常数，当激振频率大于大于100Hz100Hz时，损失系数下降（与常规的时，损失系数下降（与常规的R

2、ubber MountRubber Mount一样一样）。）。第4页/共56页第五页，共57页。金属(jnsh)插入件对吊耳性能的影响第5页/共56页第六页，共57页。 不同(b tn)橡胶材料对吊耳刚度和阻力的影响 刚度一样，用EPDM时的阻力比Silicon大，因而(yn r)提供较大的阻尼。第6页/共56页第七页，共57页。 温度(wnd)的影响 30度是一个度是一个(y )关键点关键点第7页/共56页第八页，共57页。 3.1 吊耳的低频性能吊耳的低频性能(xngnng)(200Hz) 3.2 吊耳的高频性能吊耳的高频性能(xngnng) 第8页/共56页第九页，共57页。 (1) 实

3、测的动刚度曲实测的动刚度曲线线 对于一般的橡胶悬对于一般的橡胶悬置置(xun zh)，在，在500Hz以后，其动刚度随激振以后，其动刚度随激振频率的增加而增加，但频率的增加而增加，但是不会剧烈的增加。是不会剧烈的增加。 但是排气管吊耳不一但是排气管吊耳不一样，见右图样，见右图第9页/共56页第十页，共57页。 动刚度出现(chxin)了峰值，原因：排气管吊耳本身出现(chxin)了共振，在400Hz和800Hz处出现(chxin)了两个峰值，为什么？ 第10页/共56页第十一页，共57页。另外一个另外一个(y )实例实例第11页/共56页第十二页，共57页。第12页/共56页第十三页，共57页

4、。 排气管吊耳的模态分析排气管吊耳的模态分析 脉冲脉冲(michng)激振在吊块的下方，垂直方向。激振在吊块的下方，垂直方向。第13页/共56页第十四页，共57页。由传递函数可见由传递函数可见(kjin)，吊耳的共振频率为：，吊耳的共振频率为：170Hz，400hz,800Hz。其中。其中170Hz可以看成质量块和吊耳组可以看成质量块和吊耳组成的质量弹簧系统的固有频率。成的质量弹簧系统的固有频率。 传递函数传递函数第14页/共56页第十五页，共57页。 降低吊耳的动刚度降低吊耳的动刚度 改进的基本原则：改进的基本原则：a）安装的尺寸不变；）安装的尺寸不变；b）为了保）为了保证排气系统的刚度和吊

5、耳的耐久性，吊耳的静态刚度证排气系统的刚度和吊耳的耐久性，吊耳的静态刚度不变不变. 基本的思路：改变吊耳基本的思路：改变吊耳Arms的刚性的刚性(n xn)，提高吊耳的共振频率。提高吊耳的共振频率。 直观的理解：压制直观的理解：压制Arms的模态，有助于减小动刚的模态，有助于减小动刚度。度。 改进的结果，改进的结果， 型的结构，仅仅增加了中间的一根型的结构，仅仅增加了中间的一根杆子，但是杆子，但是ARMs的刚度大大的提高了。的刚度大大的提高了。第15页/共56页第十六页，共57页。第16页/共56页第十七页，共57页。动刚度(n d)的比较：第17页/共56页第十八页，共57页。 800Hz处

6、动刚度降低的原因：中间杆放在800Hz的一个结点上，中间杆的厚度和长度(chngd)需要调整，以减少800Hz处吊耳的动刚度。 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(xyo)调整中间杆的相关尺寸。第18页/共56页第十九页，共57页。 实例实例 3 3(1) (1) 纯橡胶纯橡胶(xingjio)(xingjio)吊耳及其动态特性吊耳及其动态特性第19页/共56页第二十页，共57页。当橡胶的硬度(yngd)为45度时，峰值在432Hz和552Hz。当橡胶的硬度(yngd)为60度时，峰值为852Hz，但是350Hz以下的动刚度太大。第2

7、0页/共56页第二十一页，共57页。(2)(2)金属环橡胶吊耳及其动态特性金属环橡胶吊耳及其动态特性(txng) (txng) 金属环的厚度为金属环的厚度为0.5mm0.5mm，橡胶的硬度为，橡胶的硬度为5050。第21页/共56页第二十二页，共57页。 尽管橡胶金属吊耳中橡胶的硬度尽管橡胶金属吊耳中橡胶的硬度(yngd)(yngd)大，但是大，但是在在550Hz550Hz以下，橡胶金属吊耳的刚度比以下，橡胶金属吊耳的刚度比4545度的纯橡胶吊度的纯橡胶吊耳下，有利于隔振。耳下，有利于隔振。第22页/共56页第二十三页，共57页。 吊耳的有限元分析吊耳的有限元分析 (a) 材料模型：材料模型：

8、Hyperelastic+Viscoelastic模型模型 （标（标准准(biozhn)的的Rubber model） 粘弹性关系：粘弹性关系：时域： 频率(pnl)： 第23页/共56页第二十四页，共57页。参数(cnsh)的获取：第24页/共56页第二十五页，共57页。(b) 动刚度(n d)的计算结果纯橡胶纯橡胶(xingjio)吊耳吊耳橡胶橡胶(xingjio)金属环吊耳金属环吊耳第25页/共56页第二十六页，共57页。 金属环的参数对吊耳动态性能的影响金属环的参数对吊耳动态性能的影响 参数：橡胶参数：橡胶(xingjio)(xingjio)的硬度；金属环的厚度的硬度；金属环的厚度T

9、T、W W 第26页/共56页第二十七页，共57页。(a) 橡胶硬度(yngd)的变化 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(yxi)的动刚度也增加了。 第27页/共56页第二十八页，共57页。(b)金属环的厚度和W等参数(cnsh)的变化 第28页/共56页第二十九页，共57页。 (1) (1) 吊耳的安装吊耳的安装(nzhung)(nzhung)位置位置 放在排气管一些模态的结点上（放在排气管一些模态的结点上（2 2阶？阶？）。）。 问题：结点与边界条件有关；一个模态的结问题：结点与边界条件有关；一个模态的结点并不是另外一个模态的结点。点并不是另外一个模态的结

10、点。 实际：放在消声器的两端。实际：放在消声器的两端。对吊耳安装(nzhung)与性能的要求第29页/共56页第三十页，共57页。 无真正的标准。力的大小是通过Benchmarking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(mxng)，然后在绕曲轴方向施加100N.m的力矩，计算排气管吊耳上的力，要小于10N。(2) 减少减少(jinsho)排气排气管吊耳的力管吊耳的力第30页/共56页第三十一页，共57页。 (3) 排气管吊耳支架的频率排气管吊耳支架的频率(pnl) 吊耳与车身和排气管的连接是吊耳与车身和排气管的连接是通过支架，这个小支架有一个固有通过支架，这个小

11、支架有一个固有频率频率(pnl)。 支架固有频率支架固有频率(pnl)厚的下限厚的下限发动机的最大转速发动机的最大转速/60*(气缸数气缸数/2)第31页/共56页第三十二页，共57页。(4) 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(ynggi)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。第32页/共56页第三十三页，共57页。 下一代的波纹管：橡胶下一代

12、的波纹管：橡胶(xingjio)波纹管波纹管 波纹管可以安装(nzhung)在催化转换器之前或者之后。第33页/共56页第三十四页，共57页。(1) 目前目前(mqin)的产的产品品特点：特点：(a) (a) 刚度比较大，在目前的轿车中刚度比较大，在目前的轿车中，发动机悬置越来越软，因此，波，发动机悬置越来越软，因此，波纹管的刚度如果纹管的刚度如果(rgu)(rgu)太大，可能太大，可能将发动机的振动传递到排气系统中将发动机的振动传递到排气系统中去；去；(b) (b) 这种金属波纹管的模态，可能被动力总成这种金属波纹管的模态，可能被动力总成(zn chn)(zn chn)的的激振起来；激振起来

13、；(c) (c) 金属波纹管的散热太快，对催化转换有负作用。金属波纹管的散热太快，对催化转换有负作用。第34页/共56页第三十五页，共57页。(2) (2) 橡胶橡胶(xingjio)(xingjio)波纹管波纹管 特点特点(tdin)：（非常软的内波纹管；隔离(gl)温度的端盖；橡胶软管；热绝缘材料；两个与端盖相连的卡环）第35页/共56页第三十六页，共57页。(a) 内波纹管(internal stripwound hose) 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(cilio)，具有防腐蚀的作用。 (b) 隔离温度的端盖（冷却端盖）（Two end ca

14、ps for temperature isolation） 传热快，不让热传给橡胶波纹管，并且刚度也很小。 第36页/共56页第三十七页，共57页。 (c) 绝缘材料 其中的温度剃度很大。(d) 橡胶波纹管 产品(chnpn)的关键部件，密封整个部件，并且刚度很低。第37页/共56页第三十八页，共57页。(3) 新产品新产品(chnpn)的的特性特性 (a) 大位移特性大位移特性(b) 内部的压力 对于(duy)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(duy)柴油机，排气压力在1Bar左右，靠外面的金属环限制其压力。第38页/共56页第三十九页，共57页。 (c)

15、 隔振性能(xngnng) 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(n d)比金属波纹管略小，但是扭转方向的刚度(n d)小的很多。 第39页/共56页第四十页，共57页。橡胶波纹管和金属波纹管静、动态特性(txng)的比较。 轴向方向轴向方向(fngxing)第40页/共56页第四十一页，共57页。经向方向经向方向(fngxing)第41页/共56页第四十二页，共57页。扭转扭转(nizhun)方向方向第42页/共56页第四十三页，共57页。 一个(y )实例第43页/共56页第四十四页，共57页。1.悬架系统悬架系统(xtng)：衬套：衬套 (Bush

16、ing)与与 Strut Mount2.副车架悬置副车架悬置 (Cradle Mount)3.排气系统排气系统(xtng)吊耳吊耳 (Hanger)4.CRFM模块模块(Condenser-Radiator-Fan-Module)5.传动系统传动系统(xtng)第44页/共56页第四十五页，共57页。 CRFM弹性支撑弹性支撑(zh chng)系统频率系统频率第45页/共56页第四十六页，共57页。 支撑系统的刚体模态要综合考虑发动机的转速、风扇支撑系统的刚体模态要综合考虑发动机的转速、风扇的转速（的转速（rpm/60），以便使），以便使CRFM具有良好具有良好(lingho)的隔振率。的隔振率。(和发动机悬置系统类似和发动机悬置系统类似)。第46页/共56页第四十七页，共57页。第47页/共56页第四十八页，共57页。第48页/共56页第四十九页，共57页。第49页/共56页第五十页，共57页。第50页/共56页第五十一页，共57页。第51页/共56页第五十二页，共57页