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商用车动力系统隔振设计

商用车动力系统隔振设计 弗莱瑞博减震降噪
2022-06-10
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导读:单自

   

                                                 单自由度


                                             


       单自由度隔振系统最简单,有助于讨论基本的隔振理论。

      单自由度隔振系统只有一个固有频率或“模态”,它是弹簧刚度(K)和质量(M)的函数。


                                                   六自由度

                                            3个平动和3个转动

       在实际应用中,例如隔振器上的动力系统或驾驶室,需要用更多自由度建模来描述其动力学。

       六自由度系统主要用来模拟一个通过隔振器连接到刚性基础上的刚体的运动。

       六自由度有六个固有频率或“模态”,它们是弹簧刚度(K)、质量(M)和质量惯性矩(I)的函数

                                           六自由度刚体运动

                                          六自由度刚体运动

                                

                              动力总成隔振系统的六自由度模型




       6自由度模型是设计隔振系统的良好起点,但需要配合更高保真度的建模和物理测试/开发。


                       六自由度隔振系统的固有频率和振型的确定


                                             

                                          动力系统隔振

          

积极隔振: 

       激励力来源于被支撑的对象,例如卡车发动机。隔振器可以减少输入到卡车车架的力。


消极隔振: 

       激励力来源于支撑结构,例如车架。隔振器可以控制发动机/变速器对这些输入的响应。

                                                    发动机

     



积极隔振

       主要激励来自于发动机的点火脉冲。  

       在点火频率下,围绕动力系统滚轴Roll的扭矩脉冲。

       点火频率(Hz) = 

       为了保证所有转速下的良好隔振效果,Roll模态的固有频率应当满足<1/2怠速时的点火频率。

       尽量降低Roll模态的系统刚度来降低Roll模态的固有频率,从而提升隔振效率。


 发动机侧倾轴线(Roll axis)≠ 曲轴中心线


       侧倾轴线(Roll axis)≈ 通过发动机重心和变速箱重心的轴线

      最大限度降低隔振系统关于Roll Axis的刚度,以最大限度隔离发动机的点火激励。

      侧倾轴(Roll axis)是最小的惯性轴, 因此,发动机点火脉冲往往会引起围绕它的旋转,即阻力最小的路径。


典型的卡车发动机三点支撑:

       前悬置安装在曲轴下方,位于机体正面。

       后悬置安装在飞轮壳的两侧。


典型的卡车发动机四点支撑:

       前悬置位于曲轴下方,机体正面。

       后悬置安装在飞轮壳的两侧。



什么是模态耦合?

       模态耦合是指系统的质量和刚度特性是由两个或多个自由度运动组成的两个或多个模态振型。

       耦合会增加悬置系统的固有频率,从而会降低悬置系统的隔振效率。

       耦合还可能会导致发动机产生更大的摇摆振动包络,因此需要更大的自由活动空间或更硬的隔振器来限制发动机的运动。

模态解耦

       如果隔振系统的弹性中心和设备的重心完全重合,则系统理论上是完全解耦的。

        隔振系统的弹性中心类似于质量系统的重心。

        因此所有的弹簧质量系统可以用一个具有适当刚度的等效弹簧代替,从而系统的动态特性就不会改变。

       由于前悬置相对于动力系统重心的位置,典型的卡车发动机悬置系统在本质上是存在耦合的,容易出现侧倾模态和横向模态的耦合,这是不希望看到的现象。

       然而,通过使用“会聚式”前悬隔振系统,有利于侧倾(Roll mode)和横向(Lateral mode)模态解耦。

       

       通过将前悬倾斜一定的角度,使弹性中心向上投影与侧倾轴(roll axis)相交,有助于侧倾模态和横向模态的解耦。


如何确定前悬的倾斜角度

       倾斜角度与下述因素有关:

       1、前悬的横向跨度 (m)

       2、弹性中心高度 (a)

       3、前悬的刚度比 (L)

      一个常见的误解是:会聚式隔振系统的弹性中心与悬置轴线重合。


消极隔振

       来自底盘的输入本质上是宽频带的随机激励。  

       目标不是将动力总成与车架的振动输入隔离,而是控制动力总成对这些输入的响应。


       发动机隔振器中设计了缓冲功能,以限制动力系统相对于车架的行程,并将动力系统的扭矩传递给底盘。


       较低的侧倾刚度是良好的隔振所需要的,因此后悬置要有较小的垂向刚度。

       然而垂向刚度不能无限小,否则会出现耐久和蠕变的问题。

       经验法则是后悬置静态压缩变形量不应超过2.5mm。

       将后悬置向远离重心的方向移动可以降低静态负载,从而可以设置较低的垂向刚度,进而降低侧倾刚度。

       然而,这会增加前悬置承受的静载荷,从而要求前悬的刚度提升,从而降低了改善隔振效果的潜在性。

        降低侧倾刚度也可以通过降低后悬置的横向间距来实现。

       然而这可能会增加车架支撑结构的力臂,这将对隔振性能产生不利影响。

       隔振器的有效性和它们所在的支架的刚度有关。

       经验法则是,支撑结构的刚度应该至少比隔振器的刚度大10倍。


      卡车车架是具有固有频率和模态的动态柔性结构,这增加了隔振系统开发的难度。


       隔振系统应当尽量避开车架结构件的模态。

       为了适应一系列发动机和变速箱的组合,通常需要两种或多种发动机悬置,以在整个产品系列中提供一致的隔振性能。

       刚度小的隔振器用于小或轻的发动机和变速箱,刚度大的隔振器用于大或重的发动机和变速箱。

       动力总成的隔振性能有时会受到“接地”和“侧翼路径”的影响,这些路径允许发动机振动绕过隔振器传递到车架或基础上。例如:

       1、缓冲间隙因公差累计或意外重载而关闭。

       2、半刚性传递路径,如转向器、变速杆、排气、线束等。

       3、动力总成与相邻结构之间的间隙不足或直接接触。

 

【声明】内容源于网络
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弗莱瑞博减震降噪
弗莱瑞博(北京)科技有限公司主要经营产品为橡胶减振、降噪隔音棉、多锲带等减振降噪产品,一直致力于为客户提供优质的减震和降噪的解决方案。尤其在一些多频带、超低频、大冲击等方面有丰富的经验,在国防工业中的一些小负载的电子设备也提供成熟的解决方案
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