橡膠減振件在汽車中的應用汽車中的減振產品* 懸置 * 副車架襯套 * 襯套 * 液壓襯套液壓襯套 * 曲軸扭轉減振器 * 排氣管吊耳 * 動力吸振器動力吸振器 * 支柱上支撐一、動力總成懸置系統(tǒng) （一）、 功能1、降低動力總成振動向車身的傳遞 2、衰減由于路面激勵引起的動力總成振動衰減由于路面激勵引起的動力總成振動 3、控制動力總成位移和轉角（二）、 設計目標 1、 系統(tǒng)的最高階固有振動頻率應小于發(fā)動機工作中的最小激振頻率的動機工作中的最小激振頻率的00.717717倍倍 2、 系統(tǒng)的最低階固有振動頻率應大于發(fā)動機怠速動機怠速00.55階激振頻率階激振頻率 3、 盡可能多的實現各自由度間的解耦 4、系統(tǒng)在系統(tǒng)共振頻帶內應有較大的阻尼值 5、動力總成在諸如汽車起步、制動、轉向的特殊工況下位移值不能超過允許取值（三）、前驅橫置動力總成懸置系統(tǒng)常見布局形式* 三點支承加扭轉支撐桿1、優(yōu)點：懸置布置方便，便于安裝 2、缺點：跳動與發(fā)動機扭矩有關跳動與發(fā)動機扭矩有關，縱搖與跳動相關縱搖與跳動相關，懸置載荷變化較大懸置載荷變化較大，對副車架的共振和沖擊振動敏感* 低扭矩軸系統(tǒng)1、優(yōu)點：懸置布置方便，便于安裝，跳動與縱搖及扭矩分離良好 2、缺點缺點：縱搖模態(tài)和發(fā)動機轉動較難平衡縱搖模態(tài)和發(fā)動機轉動較難平衡，對副車架共振和沖擊振動敏感對副車架共振和沖擊振動敏感 * 平衡扭矩軸系統(tǒng)1、優(yōu)點：跳動和縱搖幾扭矩解耦性良好 2、缺點缺點：縱橫模態(tài)和發(fā)動機轉動之間調整較難縱橫模態(tài)和發(fā)動機轉動之間調整較難，懸置布置及連接較難懸置布置及連接較難* 純扭矩軸系統(tǒng)純扭矩軸系統(tǒng) 1、優(yōu)點：跳動和縱搖及扭矩完全解耦 2、缺點：懸置布置連接困難懸置布置連接困難，特別對于手動變速箱特別對于手動變速箱（四）、動力總成懸置結構特點* 長方形液壓懸置 1、 自動防故障裝置的設計； 2、在垂直方向上剛度可調性較好在垂直方向上剛度可調性較好 3、靜態(tài)剛度較低（前后方向，垂直方向）； 4、側向剛度較高 （右圖a的懸置側向靜態(tài)態(tài)剛度低）； 5、在垂直方向上有良好的隔振性能；* 軸對稱液壓懸置軸對稱液壓懸置 1、 自動防故障裝置的設計； 2、在垂直和徑向上剛度可調性較好在垂直和徑向上剛度可調性較好 ； 3、靜態(tài)剛度較低； 4、側向剛度較高； 5、在垂直方向上有良好的隔振性能； * Trucuck-Tuuff” 液壓懸置1、 自動防故障裝置的設計 2、沒有載荷通過卷軸 3、限位行程更長； 4、為了調節(jié)剛度，可以很容易調整懸置的安裝角度* 襯套型液壓懸置1、 自動防故障裝置的設計 2、在垂直方向上剛度可調性較好 ； 3、靜態(tài)剛度較低； 4、在垂直方向上有 良好的隔振性能； 5、動靜態(tài)性能（同液壓拉桿類似液壓拉桿襯套）。* 液壓襯套拉桿 1、自動防故障裝置的設計； 2、在垂直方向上剛度可調性較好在垂直方向上剛度可調性較好 ； 3、靜態(tài)剛度較低，其他方向剛度很??； 4、在垂直方向上有良好的隔振性能；半主動懸置* 半主動懸置 1、改變液體流向 2單雙流道開關機理 3、靜剛度可變型半主動懸置 4、磁流變半主動懸置半主動懸置 半主動懸置-單雙流道開關機理-半主動懸置-空氣彈簧原理 在怠速工況，螺線圈開，空氣允許通大氣，振動膜變軟，剛度減小；在行駛工況，螺線圈關，在振動膜下面形成空氣彈簧，振動膜變硬，阻尼加大。半主動式懸置-靜剛度可變型半主動懸置半主動式懸置-磁流變半主動懸置 * 特點1、對被動式液阻懸置的慣性通道進行改進設計，加電極，在高壓的作用下 ，液慣性通道中液體的粘度可以在瞬間發(fā)生變化。從無阻尼到有阻尼可以在1ms 內完成。 2、性能不是很穩(wěn)定，長時間使用以后，油液沉淀。二、底盤襯套 （一）、副車架襯套、車身襯套 （懸置） * 功能 1、安裝于副車架和車身之間，起二級隔振作用，典型應用于橫置動力總成布置； 2、撐懸架和動力總成載荷支撐懸架和動力總成載荷，隔離來自副車架的振動和噪聲隔離來自副車架的振動和噪聲； 3、輔助功能：承受動力總成扭矩，動力總成靜態(tài)支撐，承受轉向、懸架載荷，隔離發(fā)動機機和路面激勵 * 設計原則 1、隔離頻率或者動態(tài)剛度，阻尼系數 2、靜態(tài)載荷及范圍靜態(tài)載荷及范圍 ，極限變形要求極限變形要求 3、態(tài)載荷（常規(guī)使用）、最大動態(tài)載荷（嚴重工況） 4、碰撞要求，約束和加載，空間約束，希望和要求的裝配要求； 5、懸置方法（包括螺栓尺寸、類型，方向和防旋轉要求等） 6、懸置位置（高導納區(qū)域，不敏感）； 7、耐腐蝕要求，溫度使用范圍，其它化學要求等； 8、疲勞壽命要求，已知重要特性要求（尺寸和功能）； 9、價格目標* 裝配1、上面為承載型襯墊 2、下面為RRebboundd襯墊襯墊 3、上金屬隔板: * 支撐承載型襯墊膨脹 * 控制裝配高度4、整車載荷和懸置剛度控制車身負載高度整車載荷和懸置剛度控制車身負載高度 5、下襯墊控制車身Rebound位移； 6、下襯墊總是受壓（二）、副車架襯套、車身襯套（懸置）（三）、懸架襯套 * 用途1、用于懸架系統(tǒng)，提供扭轉和傾斜的柔性，并用于軸向和徑向的位移控制； 2、低的軸向剛度具有良好的隔振性能，而軟的徑向剛度具有更好的穩(wěn)定性；* 結構類型結構類型：機械粘接式襯套 應用：板簧，減震器襯套，穩(wěn)定桿拉桿； 優(yōu)點 ：便宜，不必關注粘接強度問題； 缺點：軸向容易脫出，且剛度難調。* 結構類型結構類型：單邊粘接式襯套 應用：減震器襯套，懸架拉桿和控制臂 優(yōu)點 ：相對于普通雙邊粘接式襯套便宜，襯套總是會旋轉到中性位置 缺點：軸向容易脫出，為了保證壓出力，須飛邊設計* 結構類型結構類型：雙邊粘接式襯套 應用：減震器襯套，懸架拉桿和控制臂 優(yōu)點 ：相對于單邊粘接和機械粘接疲勞性能更好 ，且剛度更易于調節(jié)；缺點：但價格也比單邊粘接和雙邊粘接更加昂貴。* 結構類型：雙邊粘接式襯套阻尼孔式 應用：控制臂，縱臂襯套 優(yōu)點：剛度很容易調節(jié) 缺點：阻尼孔在扭轉力（ > +/- 15 deg ）的作用下存在潛在的失效模式；需要定位特征供壓力裝配，增加費用* 結構類型：雙邊粘接式襯套球形內管 應用：控制臂； 優(yōu)點：錐擺剛度低錐擺剛度低而徑向剛度大徑向剛度大； 缺點：相對于普通雙邊粘接式襯套昂貴 * 結構類型：雙邊粘接式襯套帶剛度調節(jié)板 應用：控制臂； 優(yōu)點優(yōu)點 ：可以將徑、軸向剛度比從5-10:1提高到15-20:1，使用較低的橡膠硬度即可達到徑向剛度要求，且扭轉剛度也可得到控制； 缺點：相對于普通雙邊粘接式襯套昂貴，且在縮徑時，內管與剛度調節(jié)板之間的拉應力無法得到釋放，致使疲勞強度存在問題。 （四）、穩(wěn)定桿襯套 * 穩(wěn)定桿： 1、穩(wěn)定桿作為懸架的一部分，當汽車急劇轉彎時，提供扭轉剛度以避免汽車過量橫擺量橫擺； 2、穩(wěn)定桿的兩端通過穩(wěn)定桿拉桿與懸架（如控制臂）相連； 3、同時中間部分使用橡膠襯套套與車架車架相連 * 穩(wěn)定桿襯套的功能 1、穩(wěn)定桿襯套作為軸承的功能將穩(wěn)定桿拉桿與車架相連； 2、為穩(wěn)定桿拉桿提供額外的扭轉剛度； 3、同時防止在軸向上發(fā)生位移； 4、低溫時須避免異響產生。（五）、差速器襯套 * 功能 四驅發(fā)動機，差速器一般通過襯套與車身相連，用于減少扭轉振動； * 系統(tǒng)目標 1、201000Hz的隔振率2、剛體模態(tài)(Roll, Bounce, Pitch) 3、控制由于溫度變化引起的剛度波動（六）液壓襯套 * 結構原理： 1、在液壓阻尼方向上兩個充滿液體的液腔有一條相對長、窄的通道（稱為慣性通道）相連 ； 2、在液壓方向上的激勵作用下，液體發(fā)生共振并伴隨著體積剛度的放大，產生較高的阻尼峰值。設計原則 * 穩(wěn)定和安全性 1、動靜態(tài)載荷 2、轉向精度，側向柔性轉向和Toe Correction ，徑向柔性轉向精度，3、路面的撞擊激勵，碰撞和濫用工況 * 駕駛舒適性1、振動阻尼 2、動力總成和路面引起的噪聲 * 空間和裝配 1、空間約束，重量優(yōu)化 2、易于裝配，拆卸和回收* 典型應用： 1、控制臂襯套徑向阻尼方向； 2、拉桿軸向阻拉桿軸向阻尼方向方向； 3、控制臂徑向阻尼方向但垂直安裝； 4、副車架襯套徑向方向阻尼但垂直安裝副車架襯套徑向方向阻尼但垂直安裝 5、扭力梁徑向阻尼方向傾斜安裝； 6支柱上支撐，軸向阻尼方向垂直安裝7、衰減由前輪剎車不平衡力導致的Judder激勵8、衰減副車架的徑向和側向振動模態(tài)，阻尼方向為徑向方向。9、后扭力梁液壓襯套， 用于抑制當車輛行駛在粗糙路面上的激勵，同時保證toe correction. 10、液壓支柱上支撐，用于控制車輪的1017Hz的Hop模態(tài)，其動態(tài)特性的作用獨立于筒氏減震器。三、扭轉減振器 (Torsional Vibration Dampper) （一）曲軸系統(tǒng)與減振器功能1、曲軸承受由于氣缸壓力和往復慣性力產生的彎曲和扭轉振動； 2、TVD 減少曲軸扭轉振動以保持曲軸動應力在可接受范圍而不至于破壞 ； 3、TVD傳遞曲軸輸出扭矩、減小扭矩波動； 4、TVD提高整車的NVH性能；（二） 曲軸振動源1、氣缸壓力產生的激勵 2、慣性質量如活塞、連桿與曲柄產生的慣性力 3、運動部件重力引起的激勵 （三） 工作原理 曲軸系統(tǒng)簡化成2自由度系統(tǒng)， MM , MM , KK 和和KK 分別為曲軸與減振器的等效 質量和等效剛度（四） 設計原則 1、通過過調整系統(tǒng)的轉動慣量、扭轉剛度及其其分布布而調整曲軸系統(tǒng)的固有有頻率； 2、裝配扭轉減振器吸收曲軸前端的扭轉振動； 3、扭轉減振器提供大量的阻尼，損耗能量； 4、扭轉減振器利用其動態(tài)效應，使共振扭矩峰值偏移，并改變曲軸系統(tǒng)的固有頻率； 5、通常，配置減振器對減小曲軸系統(tǒng)振動最為有效、經濟。（五） TVD類別 1、單扭轉模態(tài)TVD * 減少曲軸扭轉振動2、雙扭轉模態(tài)TVD * 減少曲軸扭轉振動 * 平滑皮帶輪運動3、雙模態(tài)（扭轉+彎曲）TVD * 減少彎曲振動及懸置、車內振動； * 減少扭轉振動；4、硅油與硅油橡膠型減振器TVD * 硅油減振器則是大功率硅油減振器則是大功率、高轉速車用發(fā)動機最常用的高轉速車用發(fā)動機最常用的一種減振裝置種減振裝置。 * 通過硅油增大減振器阻尼，吸收一部分振動能量使之轉變成熱氣耗出去，進一步降低發(fā)動機的扭振振幅和噪聲步。四、排氣管吊耳 （一）排氣系統(tǒng)的振動源 1、發(fā)動機的扭矩激勵 2、發(fā)動機氣流沖擊 3、聲波激勵 4、路面激勵 （二）排氣管吊耳的作用1、懸掛排氣系統(tǒng)于車身 2、隔振隔振 3、位移控制 （三）排氣管吊耳系統(tǒng)及零件設計原則 1、階垂直彎曲和橫向彎曲模態(tài)應該與發(fā)動機的激勵頻率解耦，并與車身的固有頻率解耦固有頻率解耦； 2、盡量采用比較直的排氣系統(tǒng)以減少模態(tài)密度； 3、F/A模態(tài)要解耦并且無縱向預緊模態(tài)要解耦并且無縱向預緊 ； 4、排氣管吊耳須布置在排氣管的模態(tài)節(jié)點； 5、排氣管吊耳須布置在車身硬點排氣管吊耳須布置在車身硬點 ； 6、吊鉤需要足夠硬以避免與連接結構共振； 7、應選擇更多吊耳點，使解耦更好，并須有更好的阻尼（四） 設計要求 1、小尺寸； 2、高可靠性； 3、剛度可調性好； 4、垂直和橫向沒有相關性； 5、容易裝配；6、耐久性好； 7、耐高溫 8、良好的隔振性能 （五） 結構特點 1、上軸銷孔與車身側支架相連； 下軸銷孔與排氣管側吊鉤相連； 2、沖擊工況時，上下限位塊起著可以限制排氣系統(tǒng)的位移，提高疲勞； 3、彈性支撐橡膠主要起減振作用； 4、金屬骨架可以限制位移； * 設計原則 鑒于吊耳一般工作在較高的溫度環(huán)境，須選擇耐高溫和耐環(huán)境性能良好的材料，如EPDM和VQM； 從耐久性能考慮，須考慮材料的強度、預載和位移要求，以選擇合適的耐高溫或強度更好的材料、是否設置限位、零件的靜剛度和是否設置骨架等； 基于NVH要求，希望零件的動剛度足夠低，并且在較寬的頻率范圍（1- 400Hz）內無共振現象發(fā)生；五、動力吸振器* 用途1、經常被用于由共振導致的噪聲或振動問題，這些問題一般通過單純的隔振策略無法解決略無法解決； 2、作為二階系統(tǒng)進行減振降噪； 3、在車上的一般應用包括，在變速箱上添加動力吸振器抑制動力總成的彎曲 模態(tài)；在方向盤上設置動力吸振器抑制轉向管柱的模態(tài)；在后差速器、排氣管、車身、傳動軸等。* 設計原則1、按照溫度要求選擇適當的材料，如排氣管需要考慮高溫要求，VQM用的較多； 2、基于空間要求須對體積進行控制基于空間要求須對體積進行控制，須選擇密度大的材料作為質量塊的材料須選擇密度大的材料作為質量塊的材料。如方向盤由于安裝安全氣囊且要求的動力吸振器的質量又較大，須使用鉛等重金屬才能滿足要求屬才能滿足要求 ； 3、被作用系統(tǒng)對動力吸振器的固有頻率非常敏感，但橡膠的實際性能又很難控制 ，因此控制橡膠的穩(wěn)定性是設計和制造的重點因素因此控制橡膠的穩(wěn)定性是設計和制造的重點因素； 4、同時須考慮動力吸振器支架對固有頻率的影響。 六、支柱橡膠支撐 (Upppper Strut Mount) * 功能連接車身和懸架，減少振動和噪聲傳遞； USM 的柔性允許支柱角度隨著的柔性允許支柱角度隨著下球鉸的位移球鉸的位移而發(fā)生變化發(fā)生變化； 承受車身反力，傳遞彈簧和車身載荷； 在USM里邊加入軸承，具有上旋轉點并形成轉向軸，當前輪 Strut mount轉向時，整個支柱將以下軸承和USM的軸線旋轉。單通道- 支柱和彈簧力由相同的橡膠截面隔離，較長的線性段可以提高NVH性能，同時設置限位塊提高疲勞性能雙通道 支柱和彈簧力由不同的橡膠截面隔離雙通道車身彈簧和筒氏減震器的力通過兩個通道傳遞到車身. 內部：獲得良好的減振降噪功能，并提高車身的Roll性能，高剛度可以提供橫向位移控制功能；外部：彈簧力通過外部通道直接到車身，一般剛度較高。雙通道雙隔振 支柱和彈簧力由不同的橡膠截面隔離，每個截面都有兩層隔振。這種設計提供更好的隔振，但是比雙通道更加復雜并且價格昂貴。 集成式USM 支柱與外部的部件直接卡緊。剛度非常容易調整，并且耐久并性也非常好。但價格昂貴，且性能穩(wěn)定性不是很好。七、汽車減振應用中的橡膠種類及特點* 1、天然橡膠NR 優(yōu)點：回彈性非常好、強度高、撕裂和抗磨損性能好、用于Snap時彈性好、且低溫柔性較好低溫柔性較好，與織物或者金屬的粘接性能好與織物或者金屬的粘接性能好 缺點：抗熱、抗臭氧和太陽光照射等性能較差，同時對油、汽油和溶劑的抵抗性不足。 應用：通常用于懸置、襯套和輪胎。 2、丁苯橡膠SBR 良好的回彈性，卓越的碰撞強度，良好的拉伸和磨損性能； 但是抗臭氧和陽光直射性能較差，且耐油、汽油和溶劑性能也較差； 價格低，用于一般的批量較大的聚合物。 3、丁基合成橡膠IIR優(yōu)點：與氣體和蒸汽互不滲透性能好，高能量吸收（高阻尼），良好的抗臭氧和太陽光輻射和太陽光輻射，相當好的抗熱和抗氧化特性相當好的抗熱和抗氧化特性 ，良好的抗水和蒸汽良好的抗水和蒸汽 缺點：但壓縮永久變形大，彈性差，且對油、汽油和溶劑的抵抗性差 應用 ：用于車身用于車身、駕駛室駕駛室、副車架襯套副車架襯套、防撞塊等防撞塊等 4、三元乙丙橡膠三EPDM EPDM是另一種優(yōu)良的橡膠減振材料，廣泛應用于各種減振產品中。它具有較好的耐氧化好的耐氧化、抗臭氧和抗侵蝕的能力抗臭氧和抗侵蝕的能力。EPDMEPDM對各種惡劣氣候的適應能力較強對各種惡劣氣候的適應能力較強，其物理性能穩(wěn)定，且成本較低。EPDM的另一個優(yōu)勢是易于硫化，因此與金屬黏合時附著性好屬黏合時附著性好。 EPDM的缺點是耐高溫性能不如的缺點是耐高溫性能不如VQM ，可承受的最高工作溫度為150。 5、 氯丁橡膠CR優(yōu)點：耐火性能好，具有一定的抗油和抗汽油特性，與金屬粘接性能好，耐候性、耐臭氧和耐老化性能好耐臭氧和耐老化性能好； 缺點：低溫柔性一般； 應用：軟管護套套，懸置等等。 6、硅橡膠VQM VQM具有硅-氧鏈狀結構，其鍵能是443.5KJ/MOL，比一般碳-碳鍵能（355KJ/MOL)355KJ/MOL)高得多高得多，因此因此VQMVQM具有極好的耐高具有極好的耐高、低溫特性低溫特性，其工作溫度區(qū)間其工作溫度區(qū)間可在-60300之間。VQM還具有較好的耐臭氧特性和生物惰性，使零件不易因氧化失效易因氧化失效，且使用過程中不釋放對人體有害的物質且使用過程中不釋放對人體有害的物質。但機械強度相對較差但機械強度相對較差。因此一般可用于排氣系統(tǒng)的熱端、部分承受高溫的動力吸振器，甚至最新報 道的被用于液壓懸置的主簧道的被用于液壓懸置的主簧。八、汽車橡膠減振相關的檢測手段* 動態(tài)性能測試 1、MTS813道路載荷實驗室在線模擬 2、雙軸向加載軸向加載 3、700Hz4、MTS813動態(tài)實驗測試 5、單軸向加載6、200，400，700，1000Hz* 通用材料測試機器1、計算機控制 2、單軸向加載單軸向加載 3、準靜態(tài)* 道路載荷模擬實驗道路載荷模擬實驗 1、道路載荷數據采集 2、道路載荷實驗室在線模擬道路載荷實驗室在線模擬 3、三軸向加載 4、溫度控制 5、50Hz* 多軸道路載荷模擬多軸道路載荷模擬 1、道路載荷數據采集 2、道路載荷實驗室在線模擬道路載荷實驗室在線模擬 3、三軸向加載 4、溫度控制 5、50Hz* 耐久試驗 1、單軸 2、雙軸軸 （平動平動+平動或平動平動或平動+轉動轉動） 3、道路實驗模擬 4、溫度控制* 消聲室和轉鼓1、車內噪聲測量 2、振動測量振動測量 3、傳遞路徑測量* 模態(tài)測試和 & 2 Postost Rigg1、模態(tài)測試 2、傳遞路徑分析傳遞路徑分析* 液壓伺服動態(tài)儀1、頻率: 100Hz, 200Hz，400Hz, 1000Hz及以上2、測量減振器的動、靜態(tài)特性靜態(tài)特性* 鹽霧實驗鹽霧實驗 * 臭氧實驗 * 耐高溫測試耐高溫測試 九、汽車橡膠減振相關的分析手段（一）、橡膠材料動靜態(tài)參數測試及擬合 * 材料應力應變測試* 材料應力應變測試結果及擬合（二）、橡膠靜剛度分析* 力-位移分析1、橡膠的靜態(tài)特性的預測需要進行材料的超彈性基本實驗，目前認為比較有代表性的實驗組合為單軸拉伸、雙等軸拉伸、平面拉伸（純剪切）實驗，至少用使用包含單軸拉伸的兩種以上實驗才能獲得比較精確的預測結果； 2、由于Muillin效應的存在，橡膠材料出現應力軟化現象，在Mullin效應的作用下，橡膠懸置的初始循環(huán)的剛度較穩(wěn)定狀態(tài)的剛度高510%左右，Mullin效應的影響不可忽略； 3、須根據實際應變選擇材料實驗應變水平。 4、在汽車的減振應用中可認為橡膠是為不可壓縮材料，體積變形的影響體幾乎可忽略（三）橡膠動剛度分析* 實驗參數獲取 （多選一） 1、簡單剪切實驗（頻域） 2、應力松弛實驗 （時域）3、應力松弛實驗* 動態(tài)計算計算橡膠減振器隨頻率和振幅變化的動態(tài)特性（四）橡膠流固耦合分析 預測橡膠-液阻減震器的隨頻率變化的動態(tài)剛度和阻尼角態(tài)剛度和阻尼角 （五）系統(tǒng)級分析 * 懸置系統(tǒng)分析1、模態(tài)解耦優(yōu)化 2、懸置系統(tǒng)位移控制懸置系統(tǒng)位移控制 3、頻響分析 4、懸置系統(tǒng)穩(wěn)定性設計* 系統(tǒng)敏感性分析* 混合建模技術 （測試和分析、）