汽车发动机橡胶悬置产品的结构介绍

第27
卷　第2期2006年4月特种橡胶制品
Special Purpose Rubber Products Vol.27　No.2　April 2006
汽车发动机橡胶悬置产品的结构介绍
赵季勇,李晓武,刘彩萍
(中鼎密封件有限公司,安徽宁国　242300)
摘　要:介绍了发动机常规结构橡胶悬置的特点和应用,以及液压悬置结构的发展历程和应用。

关键词:减振橡胶;发动机悬置;静刚度;动刚度
中图分类号:336.4+2 文献标识码:B 文章编号:1005-4030(2006)02-0047-03
收稿日期:2005-07-06
作者简介:赵季勇(1973-),男,安徽宣城人,工程师,从事汽车减
振橡胶制品的开发研究。

现实生活中振动无处不在,振动现象不容忽
视。

怎样将振动产生的不利影响减到最小程度,是当前减振技术发展的方向。

1　普通标准结构
发动机是通过悬置系统与车身相连接,发动机是振动源,车身是防振对象,这就要求发动机悬置能够有效地吸收振动或降低振动;发动机工作时振动频率与振幅有如下关系,低频振动时振幅较大,高频振动时振幅较小,因此对发动机悬置要求是在低频振动时有较大的损耗系数,以便能够迅速将大的振幅消减下来,而在高频振动时有较小的动刚度,以便能够更好地吸收振动。

通过近几十年来的研究开发,一些悬置的结构
被确定为基础结构,实际使用的发动机悬置大部分
是这些结构的改型。

如图1-1,发动机前悬置大多采用这种压缩/剪切结构,一般情况3点支撑的发动机都是采用前端2点后端1点的支撑形式,且2个前悬置采用一定的倾斜角度对装,在工作中同
时受到压缩和剪切载荷的作用。

发动机后悬置大多采用图1-2所示的楔形座结构,这种楔形对称结构在工作中易受到压缩和剪切变形,同时把弹性体部分设计成平行四边形结构还可以消除悬置所受的弯曲应力,这种楔形悬置在3个方向上的刚度可以由空间尺寸和角度来决定,为各个方向上的刚度调整提供了方便。

图1-3是一种衬套式发动机悬置,这种结构是由内外金属套管和橡胶硫化在一起,
它能实现较大的径向与轴向刚度比。

图1　发动机悬置常用的标准结构型式
以上这些悬置都是属于常规的普通结构形
式,在减振性能上都存在一定的局限性。

对发动机悬置在高频振动时具有低的动刚度,低频振动
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时具有高的阻尼系数的要求,实际上是一对矛盾体,因为悬置的动刚度和损耗系数都是橡胶自身的固有特性,且都随振动频率的增大而增大,在提高其损耗系数时动刚度也会随之增大,因此一般的减振橡胶已无法满足发动机悬置的这一特殊要求。

2　液压悬置
为了改善减振橡胶性能,使之达到发动机悬置的高频低动刚度、低频高阻尼系数的特殊要求,采用了液体封入结构形式。

最早的液压悬置是德国大众公司于1979年开发的奥迪车发动机液压悬置,现在这种液体封入技术已被广范应用。

发动机液压悬置从开始应用到今天经过了以下几个发展阶段。

图2　单通道液压悬置结构
1—主体;2—主液室;3—流道上盖板;4—流道下盖板;
5—流道;6—从液室;7—膜片;8—下底板总成
211　单通道液压悬置
发动机液压悬置的最初形式是(见图2)单通
道液压悬置。

在液体封入之前,其性能与一般减振橡胶相似,当液体封入后,液压悬置在低频振动区受到外力作用,主体受压变形,压力传递到液体上,迫使液体从主液室向从液室流动,液体在流动过程中受到流动阻力,从而产生很大的损耗系数,使液压悬置在低频时具有较好的减振效果;当外加振动频率等于液体固有频率时,产生的损耗系数达到最大值。

液体固有频率与液封结构及液体性能有关。

液压悬置设计时应使液体固有频率与防振对象的频率一致,使液封具有最佳的防振效果。

212　双通道液压悬置
当外界施加的振动频率超过液体固有频率
后,液压悬置的动刚度有增大的趋势,这时动刚度就不能满足使用要求,需要对液压悬置结构进行改进(见图3),在开设低频通道的同时应增设可动板结构(或叫解偶膜)。

当汽车正常行驶时振动频率低振幅较大,可动板移动量大,能够把可动板附近的高频通道封住,此时液体只在低频通道中流动,通道阻力产生了较大的阻尼系数
,提高减振效果。

图3　双通道液压悬置结构
1—主体;2—主液室;3—高频通道;4—流道上盖板;5—可动板;6—流道下盖板;7—低频通道;8—从液室;
9—膜片;10—下底板总成
当发动机空转时,振动频率高振幅较小,因为
液体的流动相对于外力存在一定的滞后性,致使液体无法跟随外加振动而流动,在低频通道中不会产生液体的流动,此时因振幅较小,可动板的移动量小,不能将可动板附近的高频通道封住,可动板运动时带动周围的液体运动,使得液压悬置的动刚度降低,从而改善液压悬置在高频时的减振性能。

213　双通道带翼板液压悬置
当外界施加的频率超过50Hz 时,可动板的振动滞后性也使它无法跟随外界的振动而振动,可动板的结构效应达到极限,动刚度又会有增大的趋势,见图4,在主体上增加翼板使液压悬置在可动板的结构效应达到极限后,翼板能始终跟随主体振动而振动,能对液室中的液体起到搅拌作用,使得动刚度有所降低,达到对高频振动有较好
2006年　赵季勇　汽车发动机橡胶悬置产品的结构介绍49
　的防振效果。

图4　双通道带翼板液压悬置结构
1—主体;2—翼板;3—主液室;4—高频通道;5—流道上盖板;
6—可动板(解耦膜);7—流道下盖板;8—低频通道;
9—;10—膜片;11—
下底板总成
图5　可转换装置液压悬置结构
1—主体;2—主液室;3—高频通道;4—流道上盖板;5—可动板(解耦膜);6—流道下盖板;7—低频通道;8—从液室;9—膜片;10—下底板总成;11—气室;
12—附加膜;13—真空气管
214　可转换装置
随着人们的乘坐舒适性要求不断提高,开发
了可转换装置的悬置,实现动刚度和阻尼的相互转换。

图5介绍了一种可转化装置的悬置,在传统液压悬置的主体和主液室间增加了一个附加膜,当发动机空转时,附加膜和主体间的空气对降低小振幅的动刚度有一定效果;当汽车行驶时,真空
泵将空气全部抽出,附加膜直接和主体连在一起,
整个装置就成了一个传统结构的液压悬置,实现在低频下的高阻尼作用。

这样就可以随着发动机的信号,通过真空泵开关,实现降低动刚度和增大阻尼间的随意切换。

215　主动装置
在新开发的产品中,有一种叫主动装置的悬置。

主动意味着在短时间内对阻尼、动刚度这样的参数可以调整。

图6介绍了一种主动装置的悬置,在该结构中将通道壁设计成电极装置,通过对电极施加不同的电压,使得通道内的液体粘度发生变化,从而实现从高弹性低阻尼状态转变到高阻尼状态。

该装置中使用的液体主要是可导电硅
油树脂、硅酸盐悬浮液,但这些液体的长期稳定性
不佳,在静止状态下会出现沉淀,在振动状态下沉淀物不能分散,同时液室内的硅酸盐产生研磨作用影响装置的耐久性。

图6　主动装置液压悬置结构
1—主体;2—主液室;3—高频通道;4—流道上盖板;5—可动板(解耦膜);6—流道下盖板;7—低频通道;8—电极;
9—从液室;10—膜片;11—下底板总成
3　结束语
随着汽车工业的高速发展和人们对乘坐舒适性的要求不断提高,与此相适应的是人们不断开发出各种结构特性的发动机悬置来满足要求;随着化工、振动学和电子控制等多学科的综合运用,发动机减振技术的发展前景非常广阔。