动力总成液压悬置惯性通道流场分析[范文]

第1章 绪论

摘 要：动力总成，又叫动力系统，或动力装置，是指在车辆工作时，能够将发动机产生的动力传递到路面的各个部件的总称。发动机，变速器，传动轴，差动齿轮，离合器等被包括。悬置是用于现代汽车行业中，用来控制和降低发动机的振动，并起到承载动力总成零件的重量的。广泛使用的悬置分为传统的纯胶悬置，以及动、静态性能较好的液压悬置。惯性通道是指在液压悬置中的一个流体通道，通过自身的几何机构和材料属性，对进入通道的液体进行减速，通过阻尼产生摩擦，将流体的动能转化为热能释放，从而达到隔离震动的功能。

本文主要是对动力总成液压悬置惯性通道内流体的研究，研究通道内流场的动态特性，同时学习Fluent软件在流体力学仿真分析方面的知识。

1.1  概述

从汽车诞生之初至今，经过了一百多年的时间。汽车行业的到了蓬勃的发展，现今社会人们的生活水平越开越高，人们对汽车产品的要求也越来越高。振动所产生的最直接的影响是噪声，噪声的产生会直接降低汽车的舒适度，降低驾乘体验。大幅度的振动还会产生限位之外的位移，从而发生不必要隔离振动、降低振动这样的碰撞，损害汽车的其他零部件。高频率的振动可能会使振动达到其他零部件的固有频率，从而产生共振，降低零件的使用寿命。因此为了隔离振动、降低振动、减小噪声动力总成的悬置系统的研发被提出。

为了设计出更好的悬置系统，对设计者提出了一下要求：

（1）更小的体积，在现代汽车的动力总成系统中拥有许多零部件，这些零部件紧密的分布在汽车的发动机舱内，悬置系统连接着动力总成系统和车架，更小体积的悬置系统可以为动力总成的其他零部件提供更大的设计空间，从而提高汽车的整体性能；

（2）更强的降振能力，随着现代汽车工业的发展，发动机的输出功率越来越高，起伴随的振动也越来越高，能否更大的减小振动、隔离振动是设计者设计悬置系统指标的重中之重，而更加优秀的悬置系统，也能为动力更强的发动机的设计提供帮助，达到相互要求，相互发展的良好状态；

（3）更良好的稳定性，当汽车在不同路面、不同行驶速度时，汽车发动机的输出功率也不同，悬置系统需要应付各种情况下的振动，包括高频高振幅、高频低振幅、低频高振幅、低频低振幅，各种情况下不同的振动情况对悬置系统的稳定性提出了更高的要求；

（4）更长的使用寿命，普通轿车或越野车型的发动机的功率相对于一些大型的工程机械还是很低的，在大型机械上超高的发动机功率很容易使悬置系统进入疲劳工作状态，为了提高悬置系统的使用寿命，对材料和设计都提出了更高的要求。

在隔离振动、降低振动、减小噪声设计方面，现代汽车行业内有专门的领域，即轿车NVH（Noise Vibration Harshness）性能研究。在研究振动的领域有着较为广范的应用，图1.1显示了这三个性能间的频率范围。

图1.1  Noise Vibration Harshness的频率范围

如图1.2单自由度振动系统的共振曲线可知，悬置系统需要拥有较低的动刚度。假设振动能量密度相同，则发动机在低频时振动位移响应大，在高频时振动位移响应小。一般情况下，橡胶悬置系统的动刚度频谱曲线与作用在其上面的频率和所产生的位移都是无关的。所以可以通过控制频率和位移改变动刚度的液压悬置系统，是现代汽车行业的选择，也是汽车隔离振动、降低振动、减小噪声设计方面方面的重点。

1.2  国内外研究现状

随着对汽车舒适性要求的提高，人们在1920年开始用橡胶件来连接动力总成和车架，橡胶件良好的减振隔振特性，减少了动力总成和车体之间的振动传递。

在最近几十年，汽车行业增速极快，国内外对动力总成液压悬置系统的研究也越来越重视。

1.2.1  国内研究现状

从上世纪90年代开始，国内学者对液压悬置系统进行了积极的研究工作。1994年起，冯振东等人建立了带惯性通道的解耦盘的液压悬置的力学模型和数学模型，对液压悬置的动刚度、滞后角和力传递率进行了仿真计算。1997年，吕振华等人结合某型轿车动力总成悬置参数设计问题，以其原点动特性和跨点动特性进行仿真计算，深入分析了各参数对动特性的影响，初步提出了惯性通道液压悬置的设计原则。2003年，闵海涛等人以某国产轻型客车动力总成液压悬置为研究对象，建立了力学模型和数学模型，并进行了仿真计算，为该元件的国产化提供了理论基础。

2005年，黄鼎友等人对动力总成悬置系统的隔振原理和动特性进行了理论分析，在转向和稳态工况下识别出动力总成液压悬置系统在这些工况下的振动方向和大小，并将实验结果真实地反映在仿真结果上。2008年，丁华等人建立了某轿车液压悬置系统动力总成的动力学模型，对系统的国有频率和力传递率进行了计算，表明了液压悬置具有良好的隔振特性。

1.2.2  国外研究现状

早在1939年，Illife就提出了悬置系统设计的一些基本原则，但比较为人熟知的是在20世纪50年代由Horison和Horovitz提出的六自由度解耦理论和计算方法，他们认为系统垂直方向固有频率和绕曲轴方向的固有频率应小于发动机怠速时相应扰动频率的三分之一，这样可以获得较好的减振效果。他们的研究成果是最早的较成熟的悬置设计理论。

最近三十年来，计算机技术的发展和更有效的振动分析方法的应用，使悬置系统

的设计和研究、仿真分析的开展更为方便快捷。1979年，Johnson首次将优化技术应用于悬置系统的设计，他以合理配置系统固有频率和实现各自由度之间的振动解耦为目标函数，以悬置刚度和悬置安装位置为设计变量进行优化计算，结果使系统各平动自由度之间的振动耦合大为减少，且保证了系统六阶固有频率在所期望的范围内。1经过三十多年的发展，液压悬置的设计生产技术日趋成熟，已成为动力总成悬置未来发展的必然趋势。

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