橡膠產(chǎn)品在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

汽車中的減振產(chǎn)品

* 懸置

* 副車架襯套

* 襯套

* 液壓襯套液壓襯套

* 曲軸扭轉(zhuǎn)減振器

* 排氣管吊耳

* 動力吸振器動力吸振器

* 支柱上支撐

一、動力總成懸置系統(tǒng)

（一）、 功能

1、降低動力總成振動向車身的傳遞；

2、衰減由于路面激勵引起的動力總成振動衰減由于路面激勵引起的動力總成振動；

3、控制動力總成位移和轉(zhuǎn)角。

（二）、 設(shè)計目標(biāo)

1、系統(tǒng)的高階固有振動頻率應(yīng)小于發(fā)動機工作中的小激振頻率的動機工作中的小激振頻率的 00.717717 倍；

2、 系統(tǒng)的低階固有振動頻率應(yīng)大于發(fā)動機怠速動機怠速 00.55 階激振頻率階激振頻率；

3、 盡可能多的實現(xiàn)各自由度間的解耦；

4、系統(tǒng)在系統(tǒng)共振頻帶內(nèi)應(yīng)有較大的阻尼值；

5、動力總成在諸如汽車起步、制動、轉(zhuǎn)向的特殊工況下位移值不能超過允許取值。

（三）、前驅(qū)橫置動力總成懸置系統(tǒng)常見布局形式

* 三點支承加扭轉(zhuǎn)支撐桿

1、優(yōu)點：懸置布置方便，便于安裝。

2、缺點：跳動與發(fā)動機扭矩有關(guān)跳動與發(fā)動機扭矩有關(guān)， 縱搖與跳動相關(guān)縱搖與跳動相關(guān)，懸置載荷變化較大懸置載荷變化較大，對副車架的共振和沖擊振動敏感。

* 低扭矩軸系統(tǒng)

1、優(yōu)點：懸置布置方便，便于安裝，跳動與縱搖及扭矩分離良好。

2、缺點缺點：縱搖模態(tài)和發(fā)動機轉(zhuǎn)動較難平衡縱搖模態(tài)和發(fā)動機轉(zhuǎn)動較難平衡，對副車架共振和沖擊振動敏感對副車架共振和沖擊振動敏感。

* 平衡扭矩軸系統(tǒng)

1、優(yōu)點：跳動和縱搖幾扭矩解耦性良好。

2、缺點缺點：：縱橫模態(tài)和發(fā)動機轉(zhuǎn)動之間調(diào)整較難縱橫模態(tài)和發(fā)動機轉(zhuǎn)動之間調(diào)整較難，懸置布置及連接較難懸置布置及連接較難。

* 純扭矩軸系統(tǒng)純扭矩軸系統(tǒng)

1、優(yōu)點：跳動和縱搖及扭矩完全解耦。

2、缺點：：懸置布置連接困難懸置布置連接困難， 特別對于手動變速箱特別對于手動變速箱。

（四）、動力總成懸置結(jié)構(gòu)特點

* 長方形液壓懸置

1、 自動防故障裝置的設(shè)計；

2、在垂直方向上剛度可調(diào)性較好在垂直方向上剛度可調(diào)性較好

3、靜態(tài)剛度較低（前后方向，垂直方向） ；

4、側(cè)向剛度較高 （（右圖 a 的懸置側(cè)向靜態(tài)態(tài)剛度低） ）；

5、在垂直方向上有良好的隔振性能；

* 軸對稱液壓懸置軸對稱液壓懸置

1、 自動防故障裝置的設(shè)計；

2、在垂直和徑向上剛度可調(diào)性較好在垂直和徑向上剛度可調(diào)性較好 ； 3、靜態(tài)剛度較低；

4、側(cè)向剛度較高；

5、在垂直方向上有良好的隔振性能；

* Trucuck-Tuuff ” 液壓懸置

1、 自動防故障裝置的設(shè)計；

2、沒有載荷通過卷軸；

3、限位行程更長；

4、為了調(diào)節(jié)剛度，可以很容易調(diào)整懸置的安裝角度。

* 襯套型液壓懸置

1、 自動防故障裝置的設(shè)計；

2、在垂直方向上剛度可調(diào)性較好 ；

3、靜態(tài)剛度較低；

4、在垂直方向上有 良好的隔振性能；

5、動靜態(tài)性能（同液壓拉桿類似液壓拉桿襯套） 。

* 液壓襯套拉桿

1、自動防故障裝置的設(shè)計；

2、在垂直方向上剛度可調(diào)性較好在垂直方向上剛度可調(diào)性較好 ；；

3、靜態(tài)剛度較低，其他方向剛度很?。?/span>

4、在垂直方向上有良好的隔振性能；

* 半主動懸置

1、改變液體流向；

2 單雙流道開關(guān)機理；

3、靜剛度可變型半主動懸置‘’

4、磁流變半主動懸置

在怠速工況，螺線圈開，空氣允許通大氣，振動膜變軟，剛度減??；在行駛工況， ，螺線圈關(guān)，在振動膜下面形成空氣彈簧， ，振動膜變硬，阻尼加大。

半主動式懸置 -靜剛度可變型半主動懸置

半主動式懸置 -磁流變半主動懸置 *

特點：

1、對被動式液阻懸置的慣性通道進行改進設(shè)計，加電極， 在高壓的作用下 ，液慣性通道中液體的粘度可以在瞬間發(fā)生變化。從無阻尼到有阻尼可以在 1ms 內(nèi)完成。

2、性能不是很穩(wěn)定，長時間使用以后，油液沉淀。

二、底盤襯套

（一）、副車架襯套、車身襯套 （懸置 ）

* 功能

1、安裝于副車架和車身之間，起二級隔振作用，典型應(yīng)用于橫置動力總成布置；

2、撐懸架和動力總成載荷支撐懸架和動力總成載荷，隔離來自副車架的振動和噪聲隔離來自副車架的振動和噪聲；

3、輔助功能：承受動力總成扭矩，動力總成靜態(tài)支撐，承受轉(zhuǎn)向、懸架載荷，隔離發(fā)動機機和路面激勵

* 設(shè)計原則

1、隔離頻率或者動態(tài)剛度，阻尼系數(shù)

2、靜態(tài)載荷及范圍靜態(tài)載荷及范圍 ，極限變形要求極限變形要求

3、態(tài)載荷（常規(guī)使用） 、動態(tài)載荷（嚴(yán)重工況）

4、碰撞要求，約束和加載，空間約束，希望和要求的裝配要求；

5、懸置方法（包括螺栓尺寸、類型，方向和防旋轉(zhuǎn)要求等）

6、懸置位置（高導(dǎo)納區(qū)域，不敏感） ；

7、耐腐蝕要求，溫度使用范圍，其它化學(xué)要求等；

8、疲勞壽命要求，已知重要特性要求（尺寸和功能） ；

9、價格目標(biāo)

* 裝配

1、上面為承載型襯墊

2、下面為 RRebboundd 襯墊襯墊

3、上金屬隔板 :

* 支撐承載型襯墊膨脹 * 控制裝配高度

4、整車載荷和懸置剛度控制車身負載高度整車載荷和懸置剛度控制車身負載高度

5、下襯墊控制車身 Rebound 位移；

6、下襯墊總是受壓

（二）、副車架襯套、車身襯套（懸置）

（三）、懸架襯套

* 用途

1、用于懸架系統(tǒng)，提供扭轉(zhuǎn)和傾斜的柔性，并用于軸向和徑向的位移控制；

2、低的軸向剛度具有良好的隔振性能，而軟的徑向剛度具有更好的穩(wěn)定性；

* 結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型 ：：機械粘接式襯套

–應(yīng)用 ：板簧，減震器襯套，穩(wěn)定桿拉桿；

–優(yōu)點 ：便宜，不必關(guān)注粘接強度問題；

–缺點 ：軸向容易脫出，且剛度難調(diào)。

* 結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型： ：單邊粘接式襯套

–應(yīng)用 ：減震器襯套，懸架拉桿和控制臂

–優(yōu)點 ：相對于普通雙邊粘接式襯套便宜，襯套總是會旋轉(zhuǎn)到中性位置

–缺點 ：軸向容易脫出，為了保證壓出力，須飛邊設(shè)計

* 結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型： ：雙邊粘接式襯套

–應(yīng)用 ：減震器襯套，懸架拉桿和控制臂

–優(yōu)點 ：相對于單邊粘接和機械粘接疲勞性能更好 ，且剛度更易于調(diào)節(jié)；

–缺點 ：但價格也比單邊粘接和雙邊粘接更加昂貴。

* 結(jié)構(gòu)類型：：雙邊粘接式襯套——阻尼孔式

–應(yīng)用 ：控制臂，縱臂襯套

–優(yōu)點 ：剛度很容易調(diào)節(jié)

–缺點 ：阻尼孔在扭轉(zhuǎn)力（ > +/- 15 deg ）的作用下存在潛在的失效模式；需要定位特征供壓力裝配，增加費用。

* 結(jié)構(gòu)類型：：雙邊粘接式襯套——球形內(nèi)管

–應(yīng)用 ：控制臂；

–優(yōu)點 ：錐擺剛度低錐擺剛度低而徑向剛度大徑向剛度大；

–缺點 ：相對于普通雙邊粘接式襯套昂貴

* 結(jié)構(gòu)類型：雙邊粘接式襯套——帶剛度調(diào)節(jié)板

–應(yīng)用 ：控制臂；

–優(yōu)點 ：可以將徑、 軸向剛度比從 5-10:1 提高到 15-20:1，使用較低的橡膠硬度即可達到徑向剛度要求，且扭轉(zhuǎn)剛度也可得到控制；

–缺點 ：相對于普通雙邊粘接式襯套昂貴， 且在縮徑時， 內(nèi)管與剛度調(diào)節(jié)板之間的拉應(yīng)力無法得到釋放，致使疲勞強度存在問題。

（四）、穩(wěn)定桿襯套

* 穩(wěn)定桿：

1、穩(wěn)定桿作為懸架的一部分，當(dāng)汽車急劇轉(zhuǎn)彎時，提供扭轉(zhuǎn)剛度以避免汽車過量橫擺量橫擺；

2、穩(wěn)定桿的兩端通過穩(wěn)定桿拉桿與懸架（如控制臂）相連；

3、同時中間部分使用橡膠襯套套與車架車架相連

* 穩(wěn)定桿襯套的功能

1、穩(wěn)定桿襯套作為軸承的功能將穩(wěn)定桿拉桿與車架相連；

2、為穩(wěn)定桿拉桿提供額外的扭轉(zhuǎn)剛度；

3、同時防止在軸向上發(fā)生位移；

4、低溫時須避免異響產(chǎn)生。

（五）、差速器襯套

* 功能 –

四驅(qū)發(fā)動機，差速器一般通過襯套與車身相連，用于減少扭轉(zhuǎn)振動； ；

* 系統(tǒng)目標(biāo)

1、20~1000Hz 的隔振率

2、剛體模態(tài) (Roll, Bounce, Pitch)

3、控制由于溫度變化引起的剛度波動

（六）液壓襯套

* 結(jié)構(gòu)原理：

1、在液壓阻尼方向上兩個充滿液體的液腔有一條相對長、 窄的通道（稱為慣性通道） 相連 ；

2、在液壓方向上的激勵作用下，液體發(fā)生共振并伴隨著體積剛度的放大，產(chǎn)生較高的阻尼峰值。

設(shè)計原則

* 穩(wěn)定和安全性

1、動靜態(tài)載荷；

2、轉(zhuǎn)向精度，側(cè)向柔性轉(zhuǎn)向和 Toe Correction ，徑向柔性轉(zhuǎn)向精度；

3、路面的撞擊激勵，碰撞和濫用工況。

* 駕駛舒適性

1、振動阻尼；

2、動力總成和路面引起的噪聲。

* 空間和裝配

1、空間約束，重量優(yōu)化；

2、易于裝配，拆卸和回收。

* 典型應(yīng)用 ：

1、控制臂襯套徑向阻尼方向；

2、拉桿軸向阻拉桿軸向阻尼方向方向； ；

3、控制臂徑向阻尼方向但垂直安裝；

4、副車架襯套徑向方向阻尼但垂直安裝副車架襯套徑向方向阻尼但垂直安裝

5、扭力梁徑向阻尼方向傾斜安裝；

6 支柱上支撐，軸向阻尼方向垂直安裝；

7、衰減由前輪剎車不平衡力導(dǎo)致的 Judder 激勵；

8、衰減副車架的徑向和側(cè)向振動模態(tài)，阻尼方向為徑向方向。

9、后扭力梁液壓襯套， 用于抑制當(dāng)車輛行駛在粗糙路面上的激勵， 同時保證 toe correction.

10、液壓支柱上支撐，用于控制車輪的 10~17Hz 的 Hop 模態(tài)，其動態(tài)特性的作用獨立于筒氏減震器。

三、扭轉(zhuǎn)減振器 ((Torsional Vibration Dampper)

（一） 曲軸系統(tǒng)與減振器功能

1、曲軸承受由于氣缸壓力和往復(fù)慣性力產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動；

2、TVD 減少曲軸扭轉(zhuǎn)振動以保持曲軸動應(yīng)力在可接受范圍而不至于破壞 ；

3、TVD傳遞曲軸輸出扭矩、減小扭矩波動；

4、TVD提高整車的 NVH 性能；

（二） 曲軸振動源

1、氣缸壓力產(chǎn)生的激勵；

2、慣性質(zhì)量如活塞、連桿與曲柄產(chǎn)生的慣性力；

3、運動部件重力引起的激勵。

（三） 工作原理

–曲軸系統(tǒng)簡化成 2 自由度系統(tǒng)，，MM ,, MM ,, KK 和和 KK 分別為曲軸與減振器的等效質(zhì)量和等效剛度。

（四） 設(shè)計原則

1、通過過調(diào)整系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量、扭轉(zhuǎn)剛度及其其分布布而調(diào)整曲軸系統(tǒng)的固有有頻率；

2、裝配扭轉(zhuǎn)減振器吸收曲軸前端的扭轉(zhuǎn)振動；

3、扭轉(zhuǎn)減振器提供大量的阻尼，損耗能量；

4、扭轉(zhuǎn)減振器利用其動態(tài)效應(yīng)，使共振扭矩峰值偏移，并改變曲軸系統(tǒng)的固有頻率；

5、通常，配置減振器對減小曲軸系統(tǒng)振動有效、經(jīng)濟。

（五） TVD 類別

1、單扭轉(zhuǎn)模態(tài) TVD

* 減少曲軸扭轉(zhuǎn)振動

2、雙扭轉(zhuǎn)模態(tài) TVD

* 減少曲軸扭轉(zhuǎn)振動

* 平滑皮帶輪運動

3、雙模態(tài)（扭轉(zhuǎn) +彎曲） TVD

* 減少彎曲振動及懸置、車內(nèi)振動；

* 減少扭轉(zhuǎn)振動；

4、硅油與硅油橡膠型減振器 TVD

* 硅油減振器則是大功率硅油減振器則是大功率、 高轉(zhuǎn)速車用發(fā)動機常用的高轉(zhuǎn)速車用發(fā)

動機常用的一種減振裝置種減振裝置。

* 通過硅油增大減振器阻尼， 吸收一部分振動能量使之轉(zhuǎn)變成熱氣耗出去， 進一步降低發(fā)動

機的扭振振幅和噪聲步。

四、排氣管吊耳

（一） 排氣系統(tǒng)的振動源

1、發(fā)動機的扭矩激勵 2、發(fā)動機氣流沖擊 3、聲波激勵 4、路面激勵

（二） 排氣管吊耳的作用

1、懸掛排氣系統(tǒng)于車身 2、隔振隔振 3、位移控制

（三） 排氣管吊耳系統(tǒng)及零件設(shè)計原則

1、階垂直彎曲和橫向彎曲模態(tài)應(yīng)該與發(fā)動機的激勵頻率解耦，并與車身的固有頻率解耦有頻率解耦；

2、盡量采用比較直的排氣系統(tǒng)以減少模態(tài)密度；

3、F/A 模態(tài)要解耦并且無縱向預(yù)緊模態(tài)要解耦并且無縱向預(yù)緊 ；；

4、排氣管吊耳須布置在排氣管的模態(tài)節(jié)點；

5、排氣管吊耳須布置在車身硬點排氣管吊耳須布置在車身硬點 ；

6、吊鉤需要足夠硬以避免與連接結(jié)構(gòu)共振；

7、應(yīng)選擇更多吊耳點，使解耦更好，并須有更好的阻尼

（四） 設(shè)計要求

1、小尺寸； 2、高可靠性； 3、剛度可調(diào)性好； 4、垂直和橫向沒有相關(guān)

性； 5、容易裝配； 6、耐久性好； 7、耐高溫 8、良好的隔振性能

（五） 結(jié)構(gòu)特點

1、上軸銷孔與車身側(cè)支架相連； –下軸銷孔與排氣管側(cè)吊鉤相連；

2、沖擊工況時，上下限位塊起著可以限制排氣系統(tǒng)的位移，提高疲勞；

3、彈性支撐橡膠主要起減振作用；

4、金屬骨架可以限制位移；

* 設(shè)計原則

–鑒于吊耳一般工作在較高的溫度環(huán)境，須選擇耐高溫和耐環(huán)境性能良好的材料，如 EPDM和 VQM；

–從耐久性能考慮， 須考慮材料的強度、 預(yù)載和位移要求， 以選擇合適的耐高溫或強度更好的材料、是否設(shè)置限位、零件的靜剛度和是否設(shè)置骨架等；

–基于 NVH 要求，希望零件的動剛度足夠低，并且在較寬的頻率范圍（ 1- 400Hz）內(nèi)無共振現(xiàn)象發(fā)生；

五、動力吸振器

* 用途

1、經(jīng)常被用于由共振導(dǎo)致的噪聲或振動問題，這些問題一般通過單純的隔振策略無法解決；

2、作為二階系統(tǒng)進行減振降噪；

3、在車上的一般應(yīng)用包括， 在變速箱上添加動力吸振器抑制動力總成的彎曲 模態(tài)； 在方向盤上設(shè)置動力吸振器抑制轉(zhuǎn)向管柱的模態(tài)；在后差速器、排氣管、車身、傳動軸等。

* 設(shè)計原則

1、按照溫度要求選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，如排氣管需要考慮高溫要求， VQM 用的較多；

2、基于空間要求須對體積進行控制基于空間要求須對體積進行控制，須選擇密度大的材料作為質(zhì)量塊的材料須選擇密度大的材料作為質(zhì)量塊的材料。 如方向盤由于安裝安全氣囊且要求的動力吸振器的質(zhì)量又較大，須使用鉛等重金屬才能滿足要求屬才能滿足要求 ；

3、被作用系統(tǒng)對動力吸振器的固有頻率非常敏感， 但橡膠的實際性能又很難控制 ，因此控制橡膠的穩(wěn)定性是設(shè)計和制造的因素因此控制橡膠的穩(wěn)定性是設(shè)計和制造的因素；

4、同時須考慮動力吸振器支架對固有頻率的影響。

六、 支柱橡膠支撐 ((Upppper Strut Mount))

* 功能

–連接車身和懸架，減少振動和噪聲傳遞；

–USM 的柔性允許支柱角度隨著的柔性允許支柱角度隨著下球鉸的位移球鉸的位移而發(fā)生變化；

–承受車身反力，傳遞彈簧和車身載荷；

– 在 USM 里 邊 加 入 軸 承 ， 具 有 上 旋 轉(zhuǎn) 點 并 形 成 轉(zhuǎn) 向 軸 ， 當(dāng) 前 輪

Strut mount 轉(zhuǎn)向時，整個支柱將以下軸承和 USM 的軸線旋轉(zhuǎn)。

–單通道 -- 支柱和彈簧力由相同的橡膠截面隔離，較長的線性段可以提高 NVH 性能，同時設(shè)置限位塊提高疲勞性能

–雙通道—— 支柱和彈簧力由不同的橡膠截面隔離

雙通道——車身彈簧和筒氏減震器的力通過兩個通道傳遞到車身 . 內(nèi)部：獲得良好的減振降噪功能，并提高車身的 Roll 性能，高剛度可以提供橫向位移控制功能；外部：彈簧力通過外部通道直接到車身， 一般剛度較高。

–雙通道雙隔振—— 支柱和彈簧力由不同的橡膠截面隔離，每個截面都有兩層隔振。 這種設(shè)計提供更好的隔振，但是比雙通道更加復(fù)雜并且價格昂貴。

–集成式 USM—— 支柱與外部的部件直接卡緊。剛度非常容易調(diào)整，并且耐久并性也非常好。但價格昂貴，且性能穩(wěn)定性不是很好。

七、汽車減振應(yīng)用中的橡膠種類及特點

* 1、天然橡膠 NR

–優(yōu)點 ：回彈性非常好、強度高、撕裂和抗磨損性能好、用于 Snap時彈性好、且低溫柔性較好低溫柔性較好，與織物或者金屬的粘接性能好與織物或者金屬的粘接性能好；

–缺點 ：抗熱、抗臭氧和太陽光照射等性能較差，同時對油、汽油和溶劑的抵抗性不足。

–應(yīng)用 ：通常用于懸置、襯套和輪胎。

2、丁苯橡膠 SBR

– 良好的回彈性，碰撞強度，良好的拉伸和磨損性能；

–但是抗臭氧和陽光直射性能較差，且耐油、汽油和溶劑性能也較差；

–價格低，用于一般的批量較大的聚合物。

3、丁基合成橡膠 IIR

–優(yōu)點 ：與氣體和蒸汽互不滲透性能好，高能量吸收（高阻尼） ，良好的抗臭氧和太陽光輻射和太陽光輻射，相當(dāng)好的抗熱和抗氧化特性相當(dāng)好的抗熱和抗氧化特性 ，良好的抗水和蒸汽良好的抗水和蒸汽

–缺點 ：但壓縮變形大，彈性差，且對油、汽油和溶劑的抵抗性差；

–應(yīng)用 ：用于車身用于車身、駕駛室駕駛室、副車架襯套副車架襯套、防撞塊等防撞塊等。

4、三元乙丙橡膠三 EPDM

–EPDM 是另一種優(yōu)良的橡膠減振材料，廣泛應(yīng)用于各種減振產(chǎn)品中。它具有較好的耐氧化好的耐氧化、抗臭氧和抗侵蝕的能力抗臭氧和抗侵蝕的能力。 EPDMEPDM 對各種惡劣氣候的適應(yīng)能力較強對各種惡劣氣候的適應(yīng)能力較強，其物理性能穩(wěn)定，且成本較低。 EPDM 的另一個優(yōu)勢是易于硫化，因此與金屬黏合時附著性好屬黏合時附著性好。

EPDM 的缺點是耐高溫性能不如的缺點是耐高溫性能不如 VQM ，可承受的高工作溫度為 150℃。

5、 氯丁橡膠 CR

–優(yōu)點 ：耐火性能好，具有一定的抗油和抗汽油特性，與金屬粘接性能好，耐候性、耐臭氧和耐老化性能好耐臭氧和耐老化性能好； ；

–缺點 ：低溫柔性一般；

–應(yīng)用 ：軟管護套套，懸置等等。

6、硅橡膠 VQM

– VQM 具 有 硅 - 氧 鏈 狀 結(jié) 構(gòu) ， 其 鍵 能 是 443.5KJ/MOL ， 比 一 般 碳 - 碳 鍵 能（355KJ/MOL)355KJ/MOL)高得多高得多，因此因此 VQMVQM 具有的耐高具有的耐高、低溫特性低溫特性，其工作溫度區(qū)間其工作溫度區(qū)間可在 -60℃～ 300℃之間。 VQM 還具有較好的耐臭氧特性和生物惰性， 使零件不易因氧化失效易因氧化失效， 且使用過程中不釋放對人體有害的物質(zhì)且使用過程中不釋放對人體有害的物質(zhì)。 但機械強度相對較差但機械強度相對較差。 因此一般可用于排氣系統(tǒng)的熱端、 部分承受高溫的動力吸振器， 甚至報道的被用于液壓懸置的主簧道的被用于液壓懸置的主簧。