汽车悬置

汽车悬置（精选6篇）

汽车悬置 篇1

前言

悬置支架是动力总成悬置系统中核心的支承部件,悬置支架的可靠性直接影响到整个动力总成的匹配安全;由于动力总成及底盘系统受力及运动的复杂性,对于目前悬置系统支架的可靠性开发,重要的验证方法就是强化道路的可靠性验证;针对可靠性出现的问题,主要的解决方法是通过增加冲压件料厚、增加加强筋等加强结构的方法进行强化。本文针对一款车型的悬置支架开裂问题,进行CAE结构强度分析、焊接工艺确认、故障件的金相分析,完成悬置支架的优化,解决悬置开裂问题,为后期悬置系统的开发积累经验指导。

1、悬置支架开裂故障

根据道路可靠性验证,强化路10427km(折合普通公路156405km)悬置支架出现开裂,具体如下:

根据对故障件的具体失效模式及实物进行确认,并进行故障原因的分析,重点从理论设计、焊接工艺、金相分析等方面进行分析确认,具体如下。

2、悬置支架理论分析确认

根据整车数模及悬置布置,建立有限元模型,约束全部自由度,在forward vertical down&leteral left loading (最恶劣工况)工况下,左右前悬置的Z方向分别施加大小相等方向相反的载荷(载荷为±2565N),边界条件如图4所示。

根据建立CAE分析模型,并进行计算分析,重点进行焊缝处分析确认,根据分析结果,相关四条焊缝处的应力均小于40MPa,远小于屈服应力,安全系数达到9;应变为0;根据分析结果,悬置支架在焊缝开裂处不存在应力集中,设计不存在风险。

3、悬置支架开裂部位金相分析

根据以上对悬置支架的结构分析计算结果,悬置支架安全系数满足设计要求,为进一步确认失效的原因,对于焊缝开裂处的母材、焊接开裂部位进行取样,组织开展金相分析,确认裂纹的具体分布、母材材质焊接后相变、焊接工艺合理性等,准确的判断焊接裂缝、夹杂物、气孔、未焊透等缺陷。

针对故障件,组织取样,分析如下:

通过金相分析,母材组织铁素体+珠光体铁素体晶粒度10级,正常,焊缝组织为柱状的铁素体魏氏组织+珠光体,铁素体晶粒度1级,粗大;裂纹存在于焊缝尖角应力集中处;焊缝处无其他缺陷;支撑板和加强板之间搭接焊接间隙不均匀,未达到图纸要求0-2mm要求。

4、整改验证

根据以上分析,悬置支架失效的主要原因是支撑板、加强板之间间隙未达到设计要求,焊缝组织晶粒粗大;针对以上分析结果,调整优化支撑板、加强板模具及焊夹具,确保焊接缝隙满足0-2mm设计要求,同时优化焊接电流,提升焊接质量。

整改件组织进行可靠性验证,经过1.2万强化路验证,悬置支架未产生开裂失效,有效解决了悬置开裂问题。

5、结论

通过以上有限元CAE理论分析和金相试验结果,表明致裂悬置支架开裂失效的主要原因是母材搭接缝隙不满足设计要求,焊缝铁素体晶粒粗大,导致在高强度试验过程中,焊缝受到连续冲击,在应力连续作用下,金属基体与焊缝处产生裂纹,随着试验的开展,裂纹逐步扩大,导致悬置支架失效。

通过以上分析优化,明确了失效的具体原因,在悬置支架开发的过程中需要进行理论计算分析,同时也必须对工艺进行确认,保证开发部件能够符合设计的目的,为后期相关部件的开发积累有效的经验。

参考文献

[1]孙靖民,梁迎春.机械优化设计[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京:机械工业出版社,2002:213—216.

[3]姜莞,史文库,滕腾,等.基于有限元方法的发动机悬置强度改进设计.汽车技术,2011;(1):20—24.

汽车悬置 篇2

关键词：能量解耦；悬置系统；匹配优化

中图分类号：U461.2 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）04-0025-03

Parameters Design of Vehicle Powertrain Mounts Based on Energy Decoupling

LI Zheng，JI Jin-liang，YANG He-zhou，ZHU Cheng-hui

（Zhengzhou Nissan Auto Co. LTD.，Zhengzhou 450016，China）

Abstract：ADAMS model of a powertrain system whose vibration at idle speed was poor was built.using the model，it found that the vibration energy coupling between the 6DOFs was serious. Then the theory of vibration energy decoupling was concluded and based on the theory，parameters of mounts were redesigned. The effective of the new parameters were validated from the results of another new vibration analysis. Obviously，it is a solution to improve the performance of powertrain mounts.

Keywords：energy decoupling；mounts system；optimization

车身的振动不仅影响车辆的乘坐舒适性品质，而且还会影响操纵稳定性。分析振源主要来自于两个方面：不平路面激励或发动机运转产生的往复倾覆力矩激励。为了隔振降噪，在发动机与车身或车架之间用较软的橡胶或液压悬置连接，一方面隔离动力总成振动，包括控制发动机怠速时较大幅度的低频抖动，隔离并降低高速时的高频振动与噪声，同时作为一吸振器，吸收路面传递到车身或车架上的振动。因此悬置系统的空间布置及性能匹配是车辆设计的重要环节。

本文结合某一怠速振动性能较差的实例车型，借助建立其动力总成系统ADAMS模型，从振动解耦设计理论上进行了参数验证和重新设计。使用优化后的参数，从ADAMS模型提取系统总成的振动线性模态，得到各自由度间的能量分布，验证了所达到的各阶频率和主要自由度解耦目标。

1 悬置系统的振动分析

本文采用FR车型，纵置4缸发动机、4点悬置。由于怠速振动性能较差，为分析动力总成悬置系统的振动特性，建立了其ADAMS动力学模型。

1.1 动力学模型的建立

动力总成悬置系统的临界频率一般在30 Hz以下，大大低于动力总成本身作为弹性体振动模态（最低60 Hz），图1 为动力总成悬置系统的ADAMS模型。

在工程上认为动力总成的振动只存在刚体模态。因此将动力总成简化为空间刚体，并把它通过悬置橡胶垫固连在地上［1］。输入系统质量参数和各悬置的坐标位置、弹性参数（见表1、表2），建立ADAMS模型（见图1）。

1.2 振动特性分析

对上述系统进行VIBRATION分析，抽取线性模态数据，并借助ADAMS计算各阶模态振型在坐标系各方向上的能量分布。结果见表3。

该发动机怠速为850 r/min，则发动机怠速激励频率为850/30≈28.33 Hz，由于系统刚体振动最高模态频率10.17 Hz小于发动机怠速激励频率的0.707倍，即10.17<28.33×0.707=20.03，满足悬置系统刚体模态频率的要求，说明该系统具备一定的隔振性能。

从表3中看出，6个刚体模态中Z/Y轴能量解耦程度较高，然而在绕x轴旋转方向的耦合较严重，在X/RY/RZ方向上的振动能量耦合也很明显。显然在该动力总成悬置设计时，未充分考虑各自由度间的能量解耦或部分解耦。

由于当动力总成悬置系统六个自由度间振动耦合时，会导致动力总成的振幅增大，振动频率范围过宽，对隔振极为不利。且各自由度振动如果互为耦合，很难对产生共振的自由度上的频率进行个别改进而不影响其他自由度上的隔振性能，所以在设计悬置系统时用尽量采用解耦布置［1-5］。下面就着重介绍悬置系统振动解耦的结构和性能参数设计原则。

2 悬置系统振动解耦的理论基础

2.1 动力总成两端垂向运动解耦

依据刚体撞击中心理论，将后（前）悬置布置在前（后）悬置点的共轭点上，使前（后）悬置所受的冲击在后（前）悬置处引起的动反力最小，从而达到良好的隔振效果。

LfLr=Iyy /m（1）

式中，Lf /Lr分别为动力总成质心到前后悬置组的距离；Iyy为动力总成绕主惯性轴Y的惯性矩；m为动力总成质量。

2.2 单轴平动及转动振动解耦

为使动力总成垂向和俯仰自由度振动解耦，前后悬置在垂向上的刚度要满足：

Kzf Lf=KzrLr（2）

式中，Kzf /Kzr分别为前后悬置组等效垂向刚度值。

2.3 扭矩轴理论

如果前后悬置的平面和扭矩轴垂直，并且前后悬置组的弹性中心均落在扭矩轴线上，则可使发动机在Y方向的横向振动、Z方向的垂直振动和绕X轴的扭转振动解耦。

对于V型悬置组，其弹性中心O点确定如图2示。

式中，L=Kw /Kv称为悬置的剪压比；Kw 为悬置剪切方向刚度，Kv为悬置压缩方向刚度，θ为悬置安装倾斜角。

3 悬置系统参数的优化设计

根据表1发动机坐标系下的转动惯量值，可计算得到系统的主惯性矩：Ixx=16.44 kg·m2，Iyy=43.74 kg·m2，Izz=35.47 kg·m2。主惯性轴X和扭矩轴在参考坐标系中的相对空间位置见图3。

代入悬置系统其他参数，运用第2章中的设计原则，可以得到一组优化的系统参数，见表4、表5。这里为使悬置系统其他自由度间尽可能解耦，把后悬置组也设计成倾斜放置，使其弹性中心也落在扭矩轴上。

把上述重新匹配优化后得到的参数代入ADAMS系统模型，重新计算VIBRATION性能，结果见表6。

从表6可看出：采用优化的悬置布置方式及刚度参数后，系统模态频率在限制范围内，Z方向振动能量解耦率达到100%，绕X方向扭转振动解耦率也达到86%，Y/RZ方向的能量解耦率也都在90%以上。虽然X/RY方向上解耦改善不明显，但在这两个方向并不存在主要激励，因此对系统隔振性能影响不大。

4 悬置位移控制

为保证悬置系统的寿命，发动机在正常工作区悬置位移不能太大，而在启动、加速、制动、大侧向加速度转向、冲击等极限工况条件下，悬置系统要有足够的刚度，以避免发动机与周围部件干涉。而这些验证也都可以在ADAMS中快速实现。

5 结论

（1）振动能量解耦率是动力总成悬置系统设计好坏的重要评价指标之一。本文从振动解耦设计理论出发，对某一悬置系统重新进行了参数设计与优化，使得系统具有良好的振动解耦率，为设计改进提供了方案。

（2）为使悬置系统具有良好的隔振吸能效果，在进行车辆总体设计及发动机开发时，就应该遵循设计原则，对悬置点的位置、安装角度及悬置橡胶垫性能进行充分考虑。

（3）对于重量较大的动力总成，在使用四点悬置时，根据工程实际，可以采用不对称的布置方式，但要尽量倾斜布置前后悬置组，以使它们的弹性中心都落在扭矩轴线上，从而最大限度的实现6个自由度上的振动解耦。

参考文献：

［1］ 许立峰. 汽车动力总成悬置系统NVH性能优化与试验验证［D］.北京: 北京林业大学，2009.

［2］ 吕振华，罗捷，范让林. 汽车动力总成悬置系统隔振设计分析方法［J］. 中国机械工程，2003，14（3）： 265-269.

［3］ 阎红玉，徐石安. 发动机悬置系统的能量法解耦及优化设计［J］. 汽车工程，1993，（6）.

［4］ 徐石安. 汽车发动机弹性支承隔振的解耦方法［J］. 汽车工程，1995，（4）.

汽车悬置 篇3

在传统的产品设计中,往往以生产技术经验为依据,对产品结构作定性分析和经验类比估算。为了强调零件的可靠性,一般都取较大的安全系数,造成产品零件质量增加,材料的潜力得不到充分发挥,产品的性能也难以充分把握。汽车轻量化设计在汽车发展中占有重要地位,是汽车节能减排的主要手段,而结构优化设计是汽车零部件轻量化的主要途径[1]。基于有限元分析的拓扑优化技术就是一种新型设计方法,它可用于全新产品的概念设计及已有产品的改进设计,能给出零部件甚至车身原型合理的材料布局,减轻结构质量,提高结构的强度和刚度[2,3]。

本文以某卡车驾驶室后悬置支架为研究对象,在实际工况结构分析的基础上,利用HyperWorks-Optistruct软件平台建立了结构拓扑优化模型,通过设置各类制造工艺参数及铸造约束条件,得到满足工程约束性要求的结构拓扑优化结果。通过与传统优化结构的对比分析,证明结构拓扑优化方法在悬置支架结构优化设计上的可行性和有效性。

1基于变密度法的拓扑优化理论及方法

1.1拓扑优化变密度法的数学模型

结构拓扑优化的基本思路是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域寻求最优材料分布的问题求解,对于连续结构拓扑优化,较成熟的优化方法有均匀法、变密度法、渐进结构优化法等[4]。由于只有在变密度法中才可以使用制造工艺约束,所以文章采用变密度法进行悬置支架的拓扑优化,其基本思想是引入一种假想的密度值在0～1之间的密度可变材料,将连续结构体离散为有限元模型后,以每个单元的密度为设计变量,将结构的拓扑问题转化为单元材料的最优分布问题[5]。

以结构的最小柔度设计问题为例,其拓扑优化模型可表示为:

求X=(X1,X2,…,XN)T,使得

min:C=FTU (1)

st:V=fV0 (2)

F=KU (3)

0

式中:C为结构的总体柔度,F为力矢量,U为位移列阵,K为结构总刚度矩阵,V0为整个设计域的初始体积,V为优化后的结构体积,f为优化体积比,Xmin为单元相对密度下限,Xmax为单元相对密度上限。

在多工况的情况下,对各个子工况的柔度进行加权求和,目标函数变化为:

min:C=∑WiCi

式中:Wi为第i个子工况的加权系数,Ci为第i个子工况的柔度。

1.2悬置支架拓扑优化设计流程

利用HyperWorks软件做优化分析时,通常的流程是首先读入CAD模型,然后划分网格,添加边界条件,设置优化分析模型参数;优化分析模型一般是由目标函数、约束条件、优化设计变量三方面组成。在轻量化分析过程中,一般选取优化设计变量为结构体积的减少量,然后采用传统的拓扑优化方法,将总体的应变能作为目标函数[6]。在本次后悬置支架的优化分析中,主要采用OptiStruct模块的拓扑优化和形状优化工具。首先,由拓扑优化获得一个最佳的结构布局——即最佳的材料分布;然后在这个最优结构布局的基础上按照实际设计需求形成一个新的设计方案,并反馈到CAD软件中,形成新的CAD模型;最后通过形状优化工具在添加适合铸造的约束条件下,来减少局部的应力集中,增加零件刚度,得到更有效的细节设计。

图1所示,代表了后悬置支架的基本优化设计流程,从最初的模型导入,以及之后的约束条件与目标函数的设定,同时包括制造工艺参数的设定,最后通过形状优化得到的最终设计方案。

2有限元模型建立和边界条件确定

2.1有限元模型建立

2.1.1后悬置支架原始结构分析

由于驾驶室后悬置系统布局方式比较复杂,整个驾驶室后悬置系统由安装于浮动横梁上的左右各一个橡胶缓冲块支撑,两个悬置支架对称垂直安装于车架大梁上,中间用一弧型横梁连接,在悬置支架的两侧对称布置两个筒式减震器,而本文所述后悬置支架是整个系统中受力最为复杂的关键零件。该零件在原始设计中,由于整个机构的复杂性,对产品的性能未能充分把握,在进行设计时只能作定性分析和类比估算,确定实际结构时,选择的安全系数过大,致使设计出来的产品结构过于笨重,粗大,缺乏美观。另外由于对实际的受力点未能准确把握,导致结构材料分布不够均匀,铸造工艺性较差。原始结构如图2所示。

2.1.2有限元网格划分

选择合理的网格单元对整体模型的分析有重要的影响。结合后悬置支架结构的复杂程度以及优化分析的要求,悬置支架采用实体单元网格划分,同时在非干涉和装配部位进行必要的材料填充;另外对分析过程中涉及到的弧形横梁因结构简单,属于简化梁结构,采用壳单元的划分方式。

具体网格划分如图3所示。其节点数和单元数见表1。

2.2确定边界条件及设置优化参数

2.2.1确定边界条件

由于驾驶室后悬置系统是以垂直方式布置,车辆在高速行使时,主要考虑三方面因素:路面通过悬挂系统传递到驾驶室的冲击;发动机、传动系传递到驾驶室上的振动;以及侧向减振器所带来的瞬时冲击。

计算时考虑驾驶室受垂直方向4g(瞬时)和侧向2.5G(稳态)的冲击,同时对支架底端与车架大梁连接处用螺栓固定,悬置支架系统受力工况及约束条件如图4所示。

2.2.2材料属性及性能参数

悬置支架材料为精铸钢ZGD410-700,材料参数如表2所示。

3拓扑优化和形状优化

3.1后悬置支架的拓扑优化

后悬置支架的拓扑优化,主要考虑的问题是支架结构的合理布置,以及准确模拟支架所受的垂直载荷和侧向载荷。在拓扑优化过程中,采用后悬置支架与横梁整体分析,但对后悬置支架单独优化的方式,这样获得的结果更趋近于真实情况。由于拓扑优化对加强筋及凸缘刚度的敏感性较高,因此定义设计变量时,将体积和应变能作为目标响应,优化的约束是体积,总体结构的应变能为目标函数。这里结构的应变能就是结构柔度,在一定工况下结构应变能小其柔度就小,则结构的应变和应力相应则小[7]。总体应变能即包括设计空间也包括非设计空间的应变能。

最后根据拓扑优化结果云图,返回CAD模型,结合精密铸造工艺,尽可能的凸出筋骨,减少大平面,在遵循实体最小原则下重新进行三维设计造型。优化云图及结构优化方案如图5、图6所示。

3.2后悬置支架的形状优化

根据以上拓扑优化结果,确定了一个在给定载荷条件下满足设计要求的最佳结构布置方案,在此方案的基础上,对后悬置支架进行细节优化——形状优化。在形状优化中,同时考虑结构应力和屈曲变形。为了突出筋骨,保持整个结构布置的均匀化,同时减少局部应力的集中,只对有限元模型做局部形状优化,避免整体优化时间上的浪费,如图7所示。

针对该有限元模型,将适合铸造的工艺参数、应力标准和屈曲要求作为形状优化的设计约束,质量最小为目标函数。对于应力约束,不允许该处的最大应力超出材料的屈服极限,同时在实际优化过程中,该处结构的厚度只能向内侧移动,高度只能向上移动。最终经过形状优化后结构如图8所示。

4结构验证与对比分析

经过拓扑优化和形状优化,得到了较为理想的设计方案,为了验证该优化方案的可靠性,对其进行有限元分析计算,同时对用传统的经验类比方法设计的优化方案进行分析对比。结合实际受力情况,传统优化设计方案和拓扑优化方案的有限元验证分析应力与变形云图如图9、图10所示。

通过应力与变形云图的分析可知,传统优化设计方案最大应力高达726MPa,出现在台肩处,而拓扑优化方案的最大应力虽然达到576MPa,但是位置出现在弧型横梁上,与传统优化设计方案相比,相同位置的最大应力由710MPa减少到216MPa。其对比参数如表3所示。

5结语

文章对某驾驶室后悬置支架结构进行了基于有限元分析的拓扑优化与形状优化设计。优化结构与验证结果表明,传统优化和拓扑优化结构,质量分别下降了35%和35.5%;但在同等工况条件下,传统方式优化的产品,其结构多处应力超出材质屈服极限,且最大应力达到了726MPa,远远超出了材料的屈服极限,在实际使用过程中存在安全隐患;而采用Hyper Works的拓扑与形状优化方案最大应力为230MPa,低于使用材质的屈服极限,且同一部位的应力由传统优化结构的710MPa减少到216MPa,同比强度增加了2.65倍,刚度增加了1.27倍,优化后的产品结构更适合于铸造工艺。

后悬置支架的优化设计打破了生产单位不能独立改善产品结构的历史,体现了拓扑优化设计在汽车零部件设计过程中的工程应用价值。

参考文献

[1]朱颜.CAE技术在汽车轻量化设计中的应用[J].农业装备与车辆工程,2008,207(10):31-34.

[2]郭中泽,张卫红,陈裕泽.结构拓扑优化设计综述[J].机械设计,2007,24(8):1-5.

[3]梁江波,吕景春.基于HyperWorks发动机支架的拓扑优化设计[J].重型汽车,2009,(3):16-17.

[4]张荭蔚,顾力强.基于有限元分析技术的大客车车门结构拓扑优化设计研究[J].机械设计与研究,2002,(18):46-47.

[5]蔡新,郭兴文,张旭明.工程结构优化设计[M].北京:中国水利水电出版社,2003.

[6]张卫红,王敏.拓扑优化技术在汽车工业的应用[J].昆明理工大学学报,2005,(30):77-81.

背景的悬置与提供 篇4

在第二课时, 我让学生分析人物形象, 有同学忽然联系到刚学的《伟大的悲剧》, 提出问题, 为什么本课中的人物性格都差不多, 而《伟大的悲剧》中人物的性格却丰富多彩?我的心头一紧, 正想如何回答这一突发问题时, 语文课代表丛岑从人物的总体出发, 分析了《登上地球之巅》中的人物突出的是集体主义精神, 而《伟大的悲剧》则突出的是团队精神。这两种精神的相同之处是, 在共同完成一个任务时, 都讲究团结和协作;不同之处, 集体主义在强调共性时却淹没了个性, 而团队精神则在强调共性时每个人又有强烈的个性。然后发问:“老师, 这两篇文章, 您更喜欢那一篇?”

我喜欢哪一篇呢?《登上地球之巅》是曾任新华社社长的韩超人在1960年写的一篇通讯, 主要表现新中国登山队员“高、大、全”式的英雄形象, 具有浓重的时代特色和意识形态写作特点, 人物形象平面静止化;《伟大的悲剧》写的主要是斯科特探险队一行五人筋疲力尽却又满怀希望奔向南极点, 却悲哀地发现已经有人捷足先登, 只好垂头丧气地踏上归途, 最后一个个悲壮地死去。一方面, 作者描写气候的恶劣, 探险队与严寒的搏斗;另一方面, 写探险队员牺牲的详情。先是被认为最身强力壮的埃文斯突然精神失常, 在一天夜里死去。接着是奥茨为了不拖累同伴而独自走向暴风雪──像一个英雄似的走向了死神。最后, 三个“疲惫、羸弱”之人爬进各自的睡袋, 等待着死亡的到来。很显然, 后一篇中的人物形象更加丰满真实, 他们除了有英雄般伟大的理想和斗志外, 还有平常人的恐惧、无奈、妥协和绝望。

为了了解丛岑的具体想法, 我反问:“那你喜欢哪一篇呢?”

这一问, 丛岑好像早有准备, 底气十足地说道:“我当然喜欢《伟大的悲剧》, 因为其中的人物活得更真实, 每个人都有独特的个性, 使人过目不忘;而《登上地球之巅》虽然写了四个人物, 但他们的想法、语言、行动却惊人的一致, 四个人好像一个模子刻出来的, 他们的每句话好像都是在喊口号, 很假。”

此时, 讲授《伟大的悲剧》时被我悬置的背景, 在讲授《登上地球之巅》时就得提供了。在上世纪60年代, 中国被西方世界所封锁, 作者赋予了作品更多的工具性特点, 对作者和作品来说, 再没有比鼓舞人民斗志更重要的事情了。

当我给学生提供了这篇课文的背景之后, 这篇文章虽没有因此得到他们的欣赏, 但作品的问题还是得到了他们的理解和原谅。

课后我想, 在阅读作品时, 背景的悬置和提供暗含玄机, 既不能按照“文本中心主义”者所坚持文本的封闭性而将背景简单悬置, 也不能按照模式化的方式, 每篇课文都在学生接触文本前为其提供背景。那么, 我们该如何处置作品的背景?

按照建构主义的知识观, 学生对知识的“接受”只能靠他自己的建构来完成, 以他自己的经验、信念为背景来分析知识的合理性。在学生阅读那些反映普遍人性的作品时, 他们的经验足以支撑起对新学习知识的建构, 过多的背景提供会妨碍和干扰学生对知识的主动建构;但当他们阅读那些有年代久远, 饱含时代特点、民族风情、意识形态、价值判断的作品时, 在学生的经验中很难找到必要的背景知识。这时, 老师就要为其提供背景知识, 为其知识建构提供脚手架, 帮助学生克服阅读障碍。就是说, 背景的提供要视学生的实际需要而定, 要看准时机, 在学生认知困难, 出现阅读障碍时恰当地提供, 在其可能干扰学生正常的认知时就将其悬置或者切断。

例如, 在学习本册书第一课《从百草园到三味书屋》时, 若学生在接触文本前, 先看到了课前提示、课后练习或教参中的一些背景介绍———所谓“封建教育对少年天性的压抑和毒害”, 这种先入为主会严重干扰学生和文本的对话及知识的自主建构, 只能导致文本在百草园和三味书屋间留下空白, 被“二者之间是对比关系”这种解读所独占, 二者的和谐统一关系被剔除。

这样, 就引起我们对现行教材结构的反思。摆在学生面前的语文课本中的每一篇文章往往前有“阅读提示”, 中有“旁批导读”, 后有“思考练习”, 它们像“伏敌”“内奸”和“追兵”一样, 把他们的阅读“逼”向编者根据所谓的知识系统与能力层级而设定的“训练目标”。在这种前后夹击的阅读处境中, 学生已很难完成对知识的主动建构, 编者的好心提示和引导在某种意义上也成了一种阅读障碍。大胆地设想一下, 语文教材能否这样编写, 阅读教材由两部分组成, 有一本薄薄的供学生诵读的经典文章 (只有文本, 没有提示和练习) , 另有一本厚厚的开阔学生眼界、增长学生见识、供学生自由阅读的文章。教师和学生根据实际需要, 去决定背景的悬置和提供, 去搜集和了解背景知识, 使阅读障碍得以克服, 使学习的主动建构得以实现。

参考文献

[1].黄耀红.《没有语文的语文课》.湖南教育报.2001.05.08

[2].冯忠良, 姚梅林, 伍新春, 王健敏.《教育心理学》.人民教育出版社, 2000年12月第一版

发动机悬置研究综述 篇5

乘坐舒适性是汽车尤其是轿车一项重要性能指标, 随着人类社会的技术进步, 乘坐舒适性作为汽车性能的一项重要指标越来越受到重视。车辆的振动多种多样, 发动机作为主要振源之一, 其振动经发动机悬置传递到车架进而传递到驾驶室内。为了提高车辆乘坐的舒适性, 必须合理设计动力总成悬置系统, 达到衰减振动的目的。

发动机悬置系统的最基本的两个功能是支撑发动机的重量, 隔离发动机的振动。发动机工作产生的激励力包括两个部分:其一是由发动机点火不均匀形成的缸内脉冲气压及发动机工作不平衡所致;其二是由于行驶路面不平引起的振动激励。当振动固有频率与汽车某阶固有振动频率相等时, 将引起共振, 形成较大的振动和噪声。动力总成悬置是发动机与车身的连接部件, 其主要功能在于衰减发动机的低频大幅振动、抑制驾驶室内产生高频噪音。

汽车动力总成悬置设计考虑以下技术要求:

(1) 悬置的静刚度应较高, 以保证能够支承动力总成重量和输出转矩的平稳。为快速衰减发动机的低频大幅振动应具有大阻尼。

(2) 为降低动力总成到驾驶室的振动传递率, 同时有效抑制驾驶室内的高频噪音。悬置在高频时应具有小阻尼和低的动态刚度。

动力总成悬置的发展经历了由橡胶悬置到液压悬置再到主动悬置的发展过程。

1 橡胶悬置[1]

橡胶作为一种隔振材料由于其优良的性能广泛应用于悬置生产领域, 其特点如下:

优点:

(1) 三个方向刚度值可选, 通过合理设计橡胶悬置的形状尺寸, 可以优选悬置的铅垂、横向、纵向刚度值。

(2) 橡胶作为一种优良的高分子材料, 其硫化后产生的分子间的内摩擦比金属材料高出上千倍, 可以有效衰减车辆的低频大幅振动。

(3) 橡胶材料的来源广泛, 生产成本低廉, 广泛应用于机械隔振领域。

缺点:

(1) 橡胶悬置由于自身的原因, 耐高低温性能较差, 通常工作于70℃以下, 有些橡胶可以经受以上高温, 但粘接性能较差。

(2) 橡胶悬置不耐油。

图1为几种典型的橡胶悬置:

1930年Lord对橡胶悬置进行了结构研究[6], 从此以后橡胶悬置由于其结构紧凑、价格便宜、便于维护、使用寿命长等优点而得到广泛应用。但是橡胶悬置在高频时具有较大的动刚度, 见图4, 试验表明当激振频率高于200 Hz时橡胶悬置的动刚度会突然增加。这一特性使得设计人员不能设计出符合悬置设计要求的高性能悬置系统。因为大的刚度和阻尼可以抑制低频大幅振动, 但却恶化了悬置系统的高频降噪性能, 而小的刚度和阻尼可以抑制高频振动噪声, 却降低了悬置系统的低频隔振性能。因此, 设计人员只能采取折中的办法来设计悬置系统[3]。

2 液压悬置

20世纪80年代中期, 科研人员研制出了液压悬置, 其性能能够满足动力总成隔振和降噪两方面的技术要求。它在低频时可以提供低刚度和较大的阻尼, 高频时可以提供小的动态刚度, 而且液压悬置结构紧凑, 安装方便。所以, 推出后便得到广泛的重视, 各大汽车制造商纷纷推出各自的基于液压悬置的隔振系统。

液压悬置的发展经历了由简单节流孔式液压悬置 (图2) 到惯性通道式液压悬置 (图3) 再到惯性通道一解耦膜式液压悬置 (图4) 的发展历程。

1978年, 德国奥迪公司率先在奥迪5缸发动机上应用了液压悬置, 并提出了三种液压悬置系统模型, 首次将液阻悬置应用于实车, 其后的理论分析和试验结果表明:该液压悬置系统能够较理想地满足动力总成悬置系统隔振和降噪两方面的要求。其特点是利用液压阻尼来增加悬置的低频刚度和阻尼, 同时对高频的刚度影响较小。

1985年Berned等对发动机液压悬置系统进行了解耦优化, 实验结果表明同橡胶悬置相比可降低噪声5 d B。

1987年美国一家公司开发了惯性通道-固定解耦膜式液阻悬置, 并将其应用于一台发动机前置前轮驱动直列6缸汽油发动机悬置系统的车上, 取得良好积减振效果。

1986年美国通用公司规定A型和K型车全部采用液阻悬置, 同年福特公司将液压悬置应用于轻型货车上, 表明液压悬置已经开始普及。

液压悬置经历了不断发展和完善的过程, 主要包括简单节流孔式、惯性通道式、惯性通道-解耦膜式等几种, 液压悬置以其优良的性能及低廉的价格广泛应用于各种类型的轿车及轻型车上。

但由于液压悬置自身的结构问题, 在高频下出现动态硬化现象, 使其减振降噪能力仍无法满足现代中高级轿车日益增长的对车内舒适性的要求。解耦膜式液压悬置虽然较好地解决了动态硬化问题, 但由于解耦膜具有很强的非线性特性, 导致悬置系统对阶梯信号和复合信号隔振效果较差, 不能满足发动机隔振的要求[7]。

3 半主动悬置

半主动悬置主要是液压悬置的进一步发展, 具有阻尼可调的特性。半主动悬置指可根据输入信号, 调整悬置的结构参数, 进而优化动态特性, 实现最佳减振降噪的目的。

例如半主动控制式液阻悬置可通过动态调节液压悬置惯性通道的截面积的方法改变减振器动刚度和阻尼的大小, 从而达到改变悬置动态特性的目的。半主动悬置按其结构方式和工作原理可以分为:控制节流孔开度的半主动悬置、电流变液体半主动悬置、磁流变液体半主动悬置等几种。

1989年美国Avon公司开发了控制气体弹簧压力、调整悬置动特性的半主动液压悬置。

1990年德国Freudenberg公司推出了根据路况提供最优阻尼的半主动控制液压悬置。

1947年Willis Winslow发表了制作电流变液体的方法, 被认为是最早的电流变理论。利用电流变液体的性质, Petek设计了一种半主动悬置, 该悬置有一对平行的电极板, 当施加电压的时候, 电流变液体须克服屈服阻力才能流经电极, 在上下两液室之间流动, 此时阻尼值很大, 可以有效衰减发动机的振动。在此基础上, Metzeler公司在世界上首先开发出电流变液体半主动液压悬置, 标志着液压悬置由被动式向主动式发展的飞跃。

4 主动悬置

主动悬置一般由被动式液压悬置、作动器、传感器和控制机构组成。被动式液压悬置用于在低频作动器失效时支撑动力总成的质量, 高频时作动器对控制信号作出快速反应, 提供主动力用于衰减高频振动抑制造影。因此, 主动悬置系统低频时具有较高的刚度、较大的阻尼快速消除发动机的大幅振动, 高频时具有较低的刚度和较小的阻尼用以隔绝高频噪声, 能够有效地提高车辆的乘坐舒适性。

主动悬置按作动器的形式可分为电磁式主动悬置、压电式主动悬置和电致伸缩式主动悬置等几种。

1988年Freudenberg公司在FWD式4缸发动机上应用了主动控制式液压悬置, 取得了满意效果。

1988年Peter L.Graf等人设计了一种采用液压作动器的主动悬置。该悬置利用液压泵的压力驱动液体在悬置的上下液室之间流动。使作用在上液室的支反力与施加在其上的发动机不平衡扰动力相叠消。实验表明, 使用该悬置后, 汽车动力总成系统振动情况比被动式悬置降低了5~10 d B。

1994年德国人Michael Muller等研究了带有电磁作动器的主动液压悬置, 研究试验结果表明, 可以降低驾驶员右耳处的声压至少10 d B。

2004年吉林大学郑瑞清等人提出了一种电致伸缩作动器液压悬置, 该悬置利用电致伸缩材料的伸长位移与施加的电压平方成正比这一特性对发动机振动进行主动控制。

总的来说, 发动机主动悬置技术的研究还不很成熟, 成本较高, 其性能和可靠性有待于进一步提高。但随着技术水平和加工工艺的提高, 主动悬置必将成为新一代悬置系统的发展方向。

5 结束语

发动机悬置系统是车辆的重要的组成部分, 其结构复杂, 作用重要, 存在一定的设计难度, 动力总成悬置系统的发展经历了由橡胶悬置到液压悬置再到半主动悬置和主动悬置的发展过程, 对于动力总成悬置系统而言, 从橡胶悬置到半主动悬置虽然较好地解决了动力总成低频大幅振动的问题, 但对动力总成高频噪声的衰减能力有限, 随着科学技术的进步, 控制技术不断发展, 同时人们对车辆乘坐舒适性要求越来越高, 国内外一大批科技人员加大了发动机主动悬置技术的研究, 并取得了一系列重要成果。国内从事发动机主动悬置技术研究的人相对较少。为提高国产轿车的市场竞争力, 我们应从中国的国情出发, 大力开发性能优异的发动机主动悬置技术, 形成自主知识产权的动力总成主动悬置技术, 提高国产车辆的整车隔振降噪水平, 为国产车辆的发展提供技术支撑。

摘要：本文介绍了动力总成悬置系统的研究现状, 阐述了动力总成悬置系统的设计方法及边界要求, 传统的被动式橡胶悬置和液压悬置由于自身的特点不能满足轿车多工况减振、降噪要求, 主动及半主动悬置由于其优良的减振、降噪性能必将成为新一代悬置的发展方向。

关键词：汽车动力总成悬置,控制

参考文献

[1]王立公.轿车动力总成液压悬置隔振降噪技术的理论和应用研究[D].中国:吉林工业大学博士论文, 1996.

[2]严济宽.机械振动隔离技术[M].中国:上海科技文献出版社, 1985.

[3]季晓刚.汽车动力总成悬置研究的发展[J].中国:汽车科技, 2004.

[4]武一民等.车用橡胶悬置减振块的分析与研究[J].中国:汽车研究与开发, 2002.

[5]D.A.Swanson, Active engine mounts for vehicles[C].The U.S.A.:SAE Paper, 932432.

[6]H.C.Lord, Vibration dampening mounting[P].The U.S.A.Patent 1, 1930.

某型叉车悬置支架的刚度分析 篇6

关键词：叉车,支架,刚度,模态

1 引言

近年来叉车的振动噪声越来越受到关注,客户对振动噪声的要求越来越严格。振动噪声也是衡量整车质量水平的重要指标,因此研究叉车的振动噪声控制方法来降低振动噪声显得越来越迫切。而在叉车的整车振动控制中,动力总成悬置设计的优劣直接影响整车振动的好坏。在动力总成悬置的设计中,隔振垫的安装位置和方位、动静态刚度和阻尼都都是悬置设计时要考虑的重要因素[1,2],在悬置设计时不仅要考虑这些参数,同时还要考虑悬置支架的刚度和结构形式,支架的刚度不足会降低整个悬置系统的固有频率,同时支架本身受发动机的激励还可能会发生共振[3]。

2 悬置模型简化分析

软连接叉车动力总成悬置由4组支架和4个减振垫组成,减振垫一边与动力总成连接、一边与车架连接,支架-减振垫-支架组成了减垫系统,动力总成装置的悬置系统减振效果的好坏不仅与减振垫结构、安装位置、安装方式以及本减振性能有关,还与支架-减振垫-支架系统的刚度组合有关系。这3个元件组成的系统可以简化成如图1所示的模型,单个系统总刚度K的计算公式为其中K1是连接发动机支架刚度;K2是减振垫的刚度;K3是连接车架支架的刚度;由式(1)可以看出这个减振系统的总刚度大小不仅受减振垫的刚度影响,同时受两个支架刚度的影响,K1、K3刚度无限大时,系统刚度约等于减振垫的刚度,实际刚度接近预期刚度,但支架的结构型式对自身刚度的影响较大,当支架的刚度较低时会对悬置系统的总刚度影响较大。由于支架刚度的准确数值不易测得,一般减振垫刚度参数设计时常常不把支架刚度计算其内。通常的做法是使设计的支架刚度足够大。而一旦支架设计不够合理,刚度不足时,隔振垫的性能将难以发挥到最佳效果。

为了避免支架刚度不足带来的不利影响,需要将支架的刚度提高到一定数值,支架的刚度可以通过模态固有频率高低来评估,支架刚度的大小变化会对系统的低阶固有频率产生明显影响[4],因此一般要求动力装置支架最低模态固有频率在500Hz以上[3]。

3 某叉车悬置支架的模态分析

为了分析该型叉车的支架刚度,分析悬置支架的不同刚度的影响,先通过CAE方式预测支架的刚度大小情况。在Pro/E中建立支架的几何模型,转化step格式导入到HyperWorks,由于支架为铸造模型,相对复杂,需要对模型进行几何简化处理,如小孔、过渡圆角、倒角、搭接边或小凸台等。有限元网格划分后要对网格单位进行检查,并控制单元的质量。网格检查内容一般为是否有重复的节点、重复的或缺少的单元,以及高度畸变或翘曲的单元。控制单元的尺寸,如单元长宽比≤10;单元内角≥30°;单元翘曲角≤20°;单元尺寸应尽量均匀,要避免特别小的单元。模拟支架的实际情况施加约束,利用HyperWorks的Optistruct求解后,提取支架的一阶模态固有频率。计算得到原支架的一阶固有频率约390Hz(如图2所示),支架刚度远没有达到设计的刚度要求。在原支架的基础上增加厚度,调整筋的尺寸大小,得到改进后的支架一阶固有频率约为650Hz(如图3),支架的一阶模态频率大大提高。

4 试验验证

为了进一步分析支架刚度的影响,将两种支架分别安装并对其进行测试。试验中使用加速度计测量振动信号,利用数据采集与分析系统进行采集和频谱分析。通过控制油门调整发动机转速,使发动机转速从怠速到全速递增,同时记得各测点的振动信号。试验系统连接情况如图4。

图5和图6分别是原支架和改进后支架的转速谱振,幅值是加速度的自功率幅值。通过比较可以明显看到,改进的后支架加速度幅值在200～500Hz明显改善。同时传递率也有了一定的下降(如图7)。通过对支架的刚度进行分析并提高支架的刚度,不仅提高了支架的安全可靠性,而且降低了振动的传递率。

5 结论

(1)悬置支架的刚度大小对悬置系统有一定的影响,悬置设计时要保证支架的刚度足够大。

(2)通过CAE的模态计算来预测支架的刚度能够大大缩短开发周期,减少实验次数和费用。

参考文献

[1]周昌水,邓兆祥.动力总成悬置系统建模与解耦优化[J].客车技术与研究,2007(3):6-7.

[2]吕振华,范让林.汽车动力总成隔振悬置布置的设计思想论析[J].内燃机工程,2004,25(3):37-43.

[3]庞剑,谌刚.汽车噪声与振动理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2008.