到目前为止,液压悬置已经发展到了第三代。分别是:第一代 惯性通道型液压悬置;第二代 惯性通道-解耦盘/解耦膜型液压悬置;第三代惯性通道-解耦盘-节流盘型液压悬置。
对于一个液悬置来说,它应该具备以下理想的动态特性
1) 阻尼频变特性 低频(小于30HZ)时要求大阻尼,以衰减发动机或路面激励引起动力总成发生共振时的振幅;高频时(50-200HZ)要求小阻尼,以提高悬置系统的隔振效果。
2) 阻尼幅变特性 大振幅时要求大阻尼,用于消耗振动能量,减小振幅;小振幅时要求小阻尼,有利于提高悬置的隔振效果。
3) 动刚度频变特性 低频时要求大动刚度、大阻尼、以降低在发动机启动、熄火时和汽车加速、换挡、转弯、减速、制动以及受到路面冲击时动力总成瞬态振动,以及减小发动机与车架间的相对行程;高频时要求小刚度、小阻尼、以降低振动传递率。
4) 刚度幅变特性(非线性弹性特性) 小振幅时要求小动刚度,大振幅时要求大动刚度,另外,悬置的静刚度不应有突变,即其变形随载荷变化要平滑。
第一代 惯性通道型液压悬置:
(图1-1) 第一代液压悬置的结构示意
除了上面的结构,还有一种液压衬套式的悬置结构。其结构特点类似于惯性通道型的液阻悬置,上液室为工作室,下液室为液体密封室。由于体积小,在其中加入解耦膜/板比较困难。由于本手册专门针对悬置系统设计的,所以将此种悬置归纳在第一代液压悬置中。其典型结构,如我公司的B14-1001310CA;
(图1-2) B14-1001310CA的液压悬置结构
特点:
在很宽的频率范围内都具有较大的阻尼,可以减少来自路面的冲击激励。但由于起大阻尼,无法隔离小振幅的激励。
第一代液压悬置的动态特性:
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(图1-3)液压悬置动态特性曲线
从上面的动态曲线中,可以一目了然的看到第一代液压悬置的特点:阻尼在15HZ左右出现峰值,之后随着频率的增加阻尼逐渐的下降,最终趋近于一个定值。随着频率的增加,动刚度却始终保持上升趋势。根据悬置的隔振原理,在高频率下需要较小的阻尼和刚度值。所以第一代悬置,只是在低频条件下有较好的动态性能。在高频率下,动态性能无法很好的满足隔振要求。
第二代 惯性通道-解耦盘/解耦膜型液压悬置:
第二代液压悬置又可分为:惯性通道-解耦盘型液压悬置、惯性通道解耦膜型液压悬置
(图1-4)惯性通道-解耦盘型液压悬置 (图1-5)惯性通道-解耦膜型液压悬置
在我们公司,惯性通道解耦膜型的液压悬置有很多。解耦盘式和解耦膜式的液压悬置都未能从本质上解决高频时动态硬化严重的问题。下面将以解偶盘式的液压悬置的动态曲线为例,介绍其动态性能。
(图1-6) 在两种典型激励下悬置的动态性能
由(图1-6)可见解偶盘式液压悬置的动态特性与激振位移幅值是密切相关的,即具有十分显著的非线性特征。当A=1.0mm时, 其滞后角在f =7Hz处达到最大值.当A =0.2mm时,在低于110Hz的频率范围内,其动刚度小于A =1.0mm激励下的值。当激振频率大于110Hz后,其动刚度显著增大,出现了动态硬化现象;与此相应地,滞后角在100Hz附近达到峰值,在65~160Hz范围内超过了20°。这种液压悬置的高频动态硬化是由于橡胶主簧和解耦盘的动态响应特性衰减所致。
(图1-7)惯性通道-解耦盘型液压悬置与橡胶悬置低频率动态特性比较
(图1-8)惯性通道-解耦盘型液压悬置与橡胶悬置高频率动态特性比较
由图1-7、1-8可知液阻悬置的动刚度和滞后角远大于其橡胶悬置的动刚度和滞后角,说明液阻悬置的液体阻尼机构( 液体、惯性通道、解耦盘等)对其低频动态特性具有决定性的作用。
第二代液压悬置虽然未能从根本上解决液压悬置的高频高动态性的问题。但也极大的提升的悬置的高频性能。从下图的动态曲线对比中,我们将可以看到解偶盘/膜在解决高频问题中所发挥的关键性作用。
(图1-9)惯性通道-解耦盘型液压悬置(悬置1)与惯性通道型液压悬置(悬置2)动态特性比较
由图1-9可以看出,在低频大振幅区,液压悬置2的滞后角峰值大于液压悬置1的,在此峰之后的动刚度也大于液阻悬置1的动刚度。当激振幅值增大为某值时,液阻悬置1和2的动态特性的规律基本相同。在高频小振幅区,液压悬置2的动刚度大于液阻悬置1的动刚度。液阻悬置1的滞后角大于液阻悬置2的滞后角,并且在100Hz附近出现了较大的峰值,这是由解耦盘的惯性所引起的,是所不希望的。
第三代 惯性通道-解耦膜-节流盘型型液压悬置:
第三代液压悬置在第二代的基础上,增加了节流盘。有效率的增加的高频下的动态性能。使得悬置在高频振动的衰减性能明显改善。
(图1-10)惯性通道-解耦膜-节流盘型型液压悬置
第三代液压悬置的相对与前两代液压悬置的动态性能在高频区有较大改善。其动态性能对比如下图1-11
图1-11 三代液压悬置动态性能对比
由图1-11可以看出,在高频(50HZ以上)范围内第一代液压悬置的动刚度明显上升,出现了严重的动态硬化。但第二代液压悬置因为解偶膜的存在,可以大大减小动态硬化的频带范围,直到110HZ时才出现上升趋势。对于第三代液压悬置来说,起动态硬化的频率提高到500HZ。而且起动态硬化的趋势在整个频段都具有较好的性能。