CN112373285B - 提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能的方法，属于振动与噪声控制领域；该方法的五个步骤分别为(1)根据具体家用轿车发动机气缸数及怠速转速确认发动机振动频率；(2)根据确认的发动机振动频率选用具体孔铝或其复合材料作为增加的隔振材料；(3)根据孔铝或其复合材料压缩曲线图选择新增隔振材料构件的形变长度；(4)根据振级落差或插入损失最大化原则匹配耗能系数与吸能系数；(5)根据台架筛选试验结果确定轿车发动机前悬置怠速隔振最终有效方法。采用振级落差或插入损失衡量隔振效果。该方法使4缸家用轿车发动机前悬置隔振效果提升21％至61％，达到发明目的。

Description

提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能的方法
技术领域
本发明涉及提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能的方法。特别是涉及以多孔铝-珍珠岩复合材料为新增隔振构件，通过在轿车发动机前悬置增加该多孔金属-非金属复合材料，以降低发动机怠速期间的振动传递与减少次声波二次振源强度为目的，使前悬置在10Hz至50Hz内的低频段隔振效果获得改良的方法。
背景技术
“悬置”(suspension system)是汽车制造业“发动机悬置”(engine mountingsystem)的简称，该行业更多的将发动机前悬置称为“机爪垫”(engine claw rubbergasket或engine claw suspension)；其是隔离发动机振动传递到车身的主要或关键隔振部件。
家用轿车(car)前悬置的壳体通常由橡胶-阻尼金属构成，其中液压悬置，其空腔内需要注入阻尼液，以提高悬置的耗能系数。现有家用轿车的前悬置，绝大多数在振动与噪声控制理论属于二级振动模型，其如附图2左侧的(1)所示的振动控制模型。表1例举了近年来中国专利局公开或授权的关于汽车发动机悬置的一些改进发明的专利。
表1中国专利局公开的国内外汽车厂或汽车配件厂改进“悬置”的一些代表性专利
Figure GDA0003261280750000011
Figure GDA0003261280750000021
表1例举的代表性悬置发明专利属于二级减振模型，没有本发明附图2中右侧三级减振模型，也没有使用多孔技术或其复合材料注重低频减振的现有技术。
怠速(idle speed)是指汽车发动机运转的一种状态，汽车行业内形象的称其为“发动机出工不出力”状态。怠速的发动机转速是汽车4S店或汽车修理店根据具体汽车牌号的设计参数调制而获得。家用7人座以下的家用轿车普遍使用4缸发动机，其发动机怠速转速通常被调节到600转/分至800转/分；新车比旧车的怠速好调整。不管新车或旧车，怠速的发动机转速调整不好，不仅耗油量大，而且车在怠速期间发生“抖振”与噪声过大，影响乘车人乘坐的舒适性，甚至使得乘车人产生焦虑感、烦躁感或直至愤怒感。
汽车发动机被驾驶员调整到怠速状态，通常原因是一种“不得不”的行为，诸如高寒地区临时停车或执行紧急任务的军车或警车或救援车，发动机熄火影响任务完成而不得不将汽车发动机调整到怠速状态。在城市化或城镇化的今天，汽车发动机被驾驶员调整到怠速状态，在发展中国家已经变成常态化；交通拥堵导致城市路况的“红绿灯”变多，车辆在等待“红灯”变“绿灯”放行过程中，常常将汽车发动机调整到怠速状态；许多城市中普遍出现的“早”或“晚”“高峰”堵车，临时拥堵车队排在“靠前”，抑或是靠近“红绿灯”车辆，担心“变灯”影响后方车辆通过数量，更多的使发动机处于怠速，以使得“通过拥堵路口车辆最大化”。
发展中国家城市“早晚高峰”交通状况不佳，导致行车怠速状态几率的增加，如果怠速期间因因悬置等隔振或减振不良并且同时产生次声波，乘车人轻则不舒适，重则产生焦虑感与烦躁感。频繁产生的焦虑感与烦躁感，伴随着高速发展的发展中国家的工作者，经常面临较高的工作压力与生活压力，这种“风驾火势，火助风威”的“催化作用”，很容易使得“频繁产生的焦虑感与烦躁感”上升到愤怒感，该“愤怒感”长期存在或个体控制不佳，导致驾驶员出现“路怒症”。
在车辆设计过程中，汽车行业对包括怠速期间产生的振动与噪声控制，还是比较关注与重视的。然而，汽车行业这种对振动与噪声控制的关注度与重视度，与特种船艇(潜艇与舰船)行业相比还有很大差距，诸如：
对20Hz以下的振动与噪声控制；发动机次声频的(hubaudible)振动，如果通过车底盘或车体其它路径传递到家用轿车内部，车内汽车驾驶面板等容易成为二次振源，并由此产生次声(infrasound)。声学同行周知：人耳能够听到声波振频段为20Hz至20000Hz，少于或高于分别属于次声波或超声波；人耳虽然听不到次声波，但人体能感知到次声；次声波使得人体产生烦躁感、焦虑感与恐惧感，抑或是人体莫名其妙的感觉到恐惧感与“烦心”(烦躁感或焦虑感)；次声波也被认为是人体“晕车”与“晕船”的主要诱因之一。特种船艇检测标准中包括20Hz以下振动检测已经习以为常，而汽车行业检测噪声绝大多数停留在“dB(A)”层面；dB(A)是人耳能听到噪声的“单位”，上已述及，其声波振频段为20Hz至20000Hz。
特种船艇(潜艇与舰船)20Hz以下振动与噪声控制技术与新材料的应用，行业的特殊性等原因，移植到汽车行业还具有很大的“时滞”(时间滞后)。
上已述及，“大众化的”家用轿车，普遍使用4缸发动机，其发动机怠速转速通常被调节到600转/分至800转/分；汽车设计同行根据这一参数简单计算可周知：发动机怠速振动的基础频率为20Hz至26.66Hz，可粗略认为该怠速发动机振动的“一阶频”落在20Hz至26.66Hz频段，通常“一阶频”振动对于总振动的“贡献率”在70％，所以，对发动机怠速振动控制主要表现为控制好20Hz至26.66Hz频段的控制，当然，将频段范围拉伸至20Hz至80Hz，使其包括“二阶频”与“三阶频”更好，显然，怠速期间最好的振动频段为1Hz至80Hz。之所以称其为“最好”，因为该1Hz至80Hz频段振动控制包含了考虑到控制次声波在内的“振动与噪声”控制，本发明折中一下工作量与创新难度与成本控制“三要素”，将三者平衡优化，对该发动机怠速振动与噪声控制频段选择在1Hz至50Hz。在材料与构件选用上，选用在1Hz至50Hz频段，对振动与噪声控制低成本与高效率的材料或构件。
特种船艇(潜艇与舰船)行业对1Hz至50Hz频段的低频振动与噪声控制的新材料，见到公开的虽然不多，然而，解密或者“跑马占荒”等专利公开还是有的，诸如：
其一：美国专利商标局于1999年4月20日公开的美国海军部(The United Statesof America as represented by the Secretary of the Navy)所申请的专利，该专利的发明名称为“轻量化和高阻尼的多孔金属-丁腈复合材料”(Lightweight high dampingporous metal/phthalonitrile composites)；该专利的申请号为US5,895,726号。该发明揭示：
在高连通孔率的多孔金属中充填高分子材料，该多孔金属材质包括铝合金与钛合金等，高分子材料主要为丁腈橡胶；甚至可获得1Hz至10Hz频段阻尼系数接近4的高阻尼材料(该专利说明书的附图4)；显然，该多孔金属复合材料，单靠耐高温的丁腈橡胶，不可能获得1Hz至10Hz如此低频段内高阻尼，“多孔金属低频减振贡献率大于橡胶”的推测，多半为从事振动与噪声控制新材料领域研究人员的共识。该发明也直接明示：其用于潜艇与舰船隔离门密封等用途，显然，该1Hz至10Hz低频段对于降低特种船艇的涌浪振动与控制次声波等有良好作用。
其二，2016年7月6日，中国专利局授权了题目为“具有低频隔振功效的可焊悬臂梁风机基座”的201521053903.2号(申请号)专利，该专利说明书中揭示：
(1)主要解决舰船“机基座低频隔振及其次声波问题，对舰船或舰艇上其它往复或轮转的基座低频隔振，也具有一定实用性”。
(2)该构件在1Hz至100Hz隔振或减振效果良好，最好的隔振效果峰值出现在50Hz的频率(该专利的附图4)。
(3)该专利说明书中“有益效果”部分明示：“对于10Hz频率，其振动烈度降低了50.1％；对于20Hz振动烈度降低了43.6％”。
(4)该专利说明书中“背景”部分明示：该构件“制备方法在中国专利局公开的CN103586441A号(其申请号为201310506577.5号)的专利文件中有较全面的揭示”。
另外，溯源该中国专利局公开的CN103586441A号专利，其说明书的“背景部分”对中国专利局授权了题目为“具有低频隔振功效的可焊悬臂梁风机基座”的201521053903.2号(申请号)的专利中关键材料——孔铝珍珠岩复合材料，有系统与完整的揭示。
总之：对于家用轿车发动机悬置设计与制造，由于汽车行业与舰艇制造行业之间信息不对称或技术保密等人为造成的技术壁垒，如何通过悬置设计与制造新技术减少轿车发动机振动经由底盘或车身其它部位传递到车内，提高城市内道路因“堵车”或“早晚高峰”期间乘车人员怠速期间的舒适度，距离人们期望值尚有较大差距；尤其是普遍使用的低价位与中等价位的家用轿车怠速期间的舒适度，必须提升更大的关注度，因为使用这类轿车的人员较多处于工作压力与生活压力较大的群体，不能排除因悬置隔振性能差与不注重次声波检测，成为一部分“路怒症”产生的生物学“助因”。
发明内容
鉴于现有4缸发动机家用轿车悬置存在的在50Hz内振动与噪声控制距离乘车人在城市行驶怠速期间舒适度的期望值存在一定差距的相关技术缺陷，尤其是价格中低端家用轿车怠速期间，由于次声波等造成乘车人焦虑感甚至引发的“路怒症”等技术缺陷；本发明的目的是发明一种提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能的方法。
本发明的目的是采用如下“五步法”技术方案实现的：
一种提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能的方法，该方法包括：
第一步：根据具体家用轿车发动机气缸数及怠速转速确认发动机振动频率。
其中本发明选用的轿车发动机气缸数为4缸，确认怠速转速为600转/分至800转/分，由此确认的发动机主要振动频率为20Hz至26.66Hz。
第二步：根据确认的发动机振动频率选用具体孔铝或其复合材料作为增加的隔振材料。
其中本发明针对确认的发动机振动频率在20Hz至26.66Hz之后，选用孔铝复合材料为差压铸造的连通孔铝合金珍珠岩复合材料，该复合材料密度为2.0克/厘米3；该复合材料中的铝合金成分为：含有0.8wt.％金属镁，0.15wt.％金属铈，其余为金属铝及熔铸过程中带入的不可避免的痕量杂质；选用该用稀土增强防锈铝类铝合金材质的多孔复合材料作为增加的隔振材料。
第三步：根据孔铝或其复合材料压缩曲线图选择新增隔振材料构件的形变长度。
以前研究证明，物理量化特征复合材料密度为2.0g/cm3的孔铝合金珍珠岩复合材料在50Hz内低频范围内，在材料弹性变形范围内，吸能与低频减振或耗能效果显著，在屈服强度形变点附近具有很高的疲劳寿命；以前研究也普遍证明，合金成分中加入稀土元素，能够提高合金强度与疲劳寿命。本发明根据所选该密度为2.0g/cm3的孔铝合金珍珠岩复合材料的压缩曲线选择新增隔振材料的形变长度，该材料的构件形变长度⊿L范围确定在2.5％至10％，抑或是压缩形变长度⊿L＝2.5％～10％。
第四步：根据振级落差或插入损失最大化原则匹配耗能系数与吸能系数。
本发明第四步的具体方案是在不改变液压悬置阻尼液前提下，通过增加多孔铝珍珠岩复合材料作为新增梯度减振模式进行的。
第五步：根据台架筛选试验结果确定轿车发动机前悬置怠速隔振最终有效方法。
本发明第五步的具体方案是：台架是模拟发动机在轿车中固定方式的模拟台架，筛选试验是通过测定在10Hz至50Hz频段内的振级落差或插入损失的数值并以原悬置为空白的对照试验，振级落差或插入损失的数值大于空白21％至61％为本发明“前悬置怠速隔振最终有效方法”。
本发明的有益效果是：采用本发明的“五步法”并精准选材，能够有效的控制轿车发动机怠速期间的振动；提升乘车人与驾驶员在怠速期间乘车的舒适性，由此减缓了驾车人及乘车人焦虑感，这为降低“路怒症”的发生几率奠定了基础，达到发明目的，其列举的代表性证据如附图5，由附图5对照试验结果可见：
其一：在20Hz与26Hz两个发动机振动基频，抑或是发动机1阶频的振动频率，增加梯度减振孔铝珍珠岩构件后的插入损失获得明显提升，尤其是在靠近26Hz提升更为显著；振动控制的业内人士周知：对于轮转振动体系，一阶频的振动对总振动贡献率约为70％，在总振动贡献率的递减顺序中，一阶频远远大于二阶频，二阶频大于三阶频；(本发明选用的发动机二阶频振动频率为40Hz至53.3Hz；三阶频为60Hz至80Hz)；控制住一阶频振动，就约等于控制住总振动的70％。显见，本发明方法对家用轿车发动机怠速的振动控制效果较为有效。
其二：图5中两条曲线对比，差值最大的频率点落在10Hz，其相差约14dB，抑或是本发明方法对家用轿车发动机在10Hz处比原有悬置的插入损失提升了约14倍；振动与噪声控制的业内人士周知：“振动是噪声之母”，人耳能听到的噪声频率20Hz至20000Hz；低于20Hz噪声人耳听不到，称为次声波，人耳虽然听不到次声波，但人体能感知到次声波的存在，次声波通常被认为是人晕车或晕船的主要原因之一，也是人体莫名其妙的恐惧感产生的主要原因之一；显然，本发明方法对家用轿车怠速期间，极大的阻断了次声波振源向轿车传递的振动，提升乘车人在怠速期间乘坐的舒适性，由此减缓了驾车人及乘车人焦虑感，这为降低“路怒症”的发生奠定了基础。
附图说明
图1是本发明提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能“五步法”的技术流程图。
图2是本发明提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能“五步法”的减振模型技术原理图；附图2左侧(1)代表改进前(空白)时隔振机理，其中的K1和K2分别代表悬置阻尼锌合金外壳与橡胶对吸能系数的贡献，其中C代表阻尼液对耗能系数的贡献；图2右侧的(2)中的K3代表本发明新增的连同孔铝复合材料的贡献。
图3是本发明揭示连同孔铝或其复合材料作为阻尼减振材料或构件具有弹簧作用的原理示意图；该图3“等号”的左侧：代表一个长度为L的弹簧在弹性范围内被压缩了一个⊿L，而该图3“等号”的右侧：代表一个长度为L的孔铝或其复合材料在压缩弹性变形范围内，也被压缩了一个⊿L；而该图3的“等号”寓意：有高阻尼的多孔金属作为隔振子，其在x、y和z轴三个方向都具有弹簧作用，产生这种作用的源泉是多孔金属骨架在三维方向受力都可产生变形，在任何一维的受力都可通过孔骨架分散到其它两维；仅仅考虑多孔金属棒在z轴方向被压缩，等同于一个弹簧被压缩。
图4是本发明选择密度为2.0g/cm3孔铝复合材料胚料的材料构造说明图；图4中(1)为胚料外表面的整体所表现出的构造，(2)为代表性的珍珠岩在整体构造中的放大形貌；引入该图的目的在于：其一：孔铝及其复合材料“五花八门”，不同构造对减振影响各异，引入该材料构造说明图便于审查员确认本发明选用的是何种构造孔铝复合材料，以利于审查过程中通过视觉可见图片，能够快速、清楚和准确的理解本发明；其二：视觉可见说明图片可节省大量文字描述，减少审查员与同行不必要的阅读量。
图5是本发明在10Hz至50Hz频段内，代表性插入损失对照测定图。图5中的曲线(1)是原悬置的插入损失变化曲线，抑或是“空白”的插入损失变化曲线；曲线(2)是增加梯度减振孔铝珍珠岩构件后的插入损失变化曲线；从图可见：
其一：在20Hz与26Hz两个发动机振动基频，抑或是发动机1阶频的振动频率，增加梯度减振孔铝珍珠岩构件后的插入损失获得明显提升，尤其是在靠近26Hz提升更为显著；振动控制的业内人士周知：对于轮转振动体系，一阶频的振动对总振动贡献率约为70％，在总振动贡献率的递减顺序中，一阶频远远大于二阶频，二阶频大于三阶频；(本发明选用的发动机二阶频振动频率为40Hz至53.3Hz；三阶频为60Hz至80Hz)；控制住一阶频振动，就约等于控制住总振动的70％。显见，本发明方法对家用轿车发动机怠速的振动控制效果较为有效。
其二：图5中两条曲线对比，差值最大的频率点落在10Hz，其相差约14dB，抑或是本发明方法对家用轿车发动机在10Hz处比原有悬置的插入损失提升了约14倍；振动与噪声控制的业内人士周知：“振动是噪声之母”，人耳能听到的噪声频率20Hz至20000Hz；低于20Hz噪声人耳听不到，称为次声波，人耳虽然听不到次声波，但人体能感知到次声波的存在，次声波通常被认为是人晕车或晕船的主要原因之一，也是人体莫名其妙的恐惧感产生的主要原因之一；显然，本发明方法对家用轿车怠速期间，极大的阻断了次声波振源向轿车传递的振动，提升乘车人在怠速期间乘坐的舒适性，由此减缓了驾车人及乘车人焦虑感，这为降低“路怒症”的发生奠定了基础。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
以下每个实施例中，选用的孔铝-珍珠岩复合材料的材质、发动机、前悬置、测试台架、操作步骤、测试方法与测试设备等均相同；尤其是选用的孔铝-珍珠岩复合材料的材质的量化特征均为密度2.0g/cm3，每个实施例唯一自变量是孔铝-珍珠岩复合材料构件的压缩的形变长度⊿L，该⊿L自变量取值范围：2.5％至10％。
实施例1：一种提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能的方法，如图1所示，
第1步：根据具体家用轿车发动机气缸数及怠速转速确认发动机振动频率(rhythmofengine)：
本发明选择的发动机为四缸及其排量为1.8L的家用轿车发动机，之所以选用该发动机，是其市场上占有量较多；其怠速转速范围为600转/分至800转/分，抑或是10转/秒至13.33转/秒，其发动机振动频率为20Hz至26.66Hz，确认该振动频率依据是：
对于四缸机，发动机每个工作循环曲轴转动2圈，每个工作循环4缸按照1342的顺序点火爆炸各一次；也就是说发动机每转爆炸两次，或称产生振动两次。所以对于4缸发动机的怠速为600转/分，振动频率为：600rpm/60秒＝10转/秒；再乘以2，等于20Hz；怠速为800转/分计算振动频率方法类同，其结果为26.66Hz。
第2步：根据确认的发动机振动频率选用具体孔铝或其复合材料作为增加的隔振材料：
对于本发明发动机固有振动频率在20Hz至26.66Hz范围，本发明选择孔铝-珍珠岩复合材料作为新增的隔振材料，本发明所选用的该孔铝-珍珠岩复合材料密度为2.0g/cm3，该复合材料中的铝合金成分为：含有0.8wt.％金属镁，0.15wt.％金属铈，其余为金属铝及熔铸过程中带入的不可避免的痕量杂质；该复合材料中的珍珠岩矿石来源：其是由蛭石(roseite)或松脂石(fluolite)经高温膨化而成，选用该孔铝-珍珠岩复合材料作为新增的隔振材料的依据及其原理有三：
其一，“对症下药”：据中国专利局公开的申请号为201521053903.2的专利揭示：使用该孔铝-珍珠岩复合材料作为隔振材料所构造出的夹芯梁构件，在频率为20Hz时，可使得振动烈度降低43.6％；并在该专利的附图4的振动烈度与频率的关系图中进一步可见：频率在20Hz至26.66Hz范围内，该材料降低振动烈度的能力不低于43.6％；而且在40Hz至53.3Hz,降低振动烈度的能力更高。
振动与噪声控制同行周知，对于本发明发动机怠速时的20Hz至26.66Hz的一阶振动，占振动贡献率70％，而二阶与三阶的振动贡献率递减，所以控制好20Hz至26.66Hz与40Hz至53.3H两个频段内的振动,抑或是控制好一阶与二阶的振动，其振动控制效率可在80％以上。
其二，便于获得：该孔铝-珍珠岩复合材料的及其具体制备方法，在中国专利局公开的另一申请号为201310506577.5号的专利揭示充分，通过简易调整合金成份便于获得。
其三，孔骨架敦实：多孔铝业内同行周知，多孔铝分为开孔与闭孔。所谓“开孔”就是连通孔铝，其所用的造孔剂通常为盐丸或珍珠岩颗粒等，盐丸或珍珠岩颗粒起到前驱体的支撑作用，在渗流铸造工程中，前驱体盐丸或珍珠岩颗粒之间的接触点即为成型后开孔铝连通孔的中心点。而闭孔的多孔铝，俗称为“发泡铝”或“泡沫铝”，其造孔剂通常为TiH4等发泡剂，其孔与孔之间多半不连通，且密度值很小。不管是开孔铝还是闭孔铝，通过其制品的(重量/体积)密度数值的大小即可知道其孔骨架是否敦实，所谓的“敦实”，对于闭孔铝而言，孔壁相对较厚为敦实的基础，而对于开孔铝，孔骨架较为粗壮称为“敦实”。例如：本发明孔铝复合材料的密度为2.0g/cm3，其中的珍珠岩如此轻飘，其在制品中所占重量可忽略不计，该孔铝复合材料的密度非常接近纯连通孔铝的密度。金属学同行周知：一般铝合金的密度按照2.8g/cm3计算，而多孔铝密度为2.0g/cm3时，孔隙率仅仅为28.6％，可见其孔骨架粗壮。另外，本发明孔铝复合材料的铝材质选用含稀土的防锈铝成分，使得该粗壮的孔骨架力学强度升高，达到了“敦实”的设计目的。显然，汽车发动机运转起来无时无刻的不在振动，减振材料达不到一定的力学强度，也就难以达到使用寿命的要求。
本发明具体选择密度为2.0g/cm3孔铝复合材料胚料实际构造图揭示在图4，该图构造揭示图中(1)为胚料外表面的整体表现；(2)为代表性的珍珠岩在整体构造中的放大形貌。
第3步：根据孔铝或其复合材料压缩曲线图选择新增隔振材料构件的形变长度。
本发明新增隔振材料为孔铝-珍珠岩复合材料，其密度为2.0g/cm3，依据其压缩曲线，本实施例选择的形变长度⊿L为2.5％；如此选择的原理与依据是：
多孔金属领域业内人士周知：
Ⅰ、具有高阻尼的多孔金属作为隔振子，其在x、y和z轴三个方向都具有弹簧作用，产生这种作用的源泉是多孔金属骨架在三维方向受力都可产生变形，在任何一维的受力都可通过孔骨架分散到其它两维。如本发明附图3所示，多孔金属棒在z轴方向被压缩，等同于一个弹簧被压缩，孔骨架在z轴方向被压缩的压缩力，可以通过孔骨架变形被分散到x和y轴两个方向。
Ⅱ、多孔金属及其复合材料被压缩，首先经过塑性变形阶段，然后进入弹性变形阶段，将形变长度⊿L选定在压缩曲线的弹性变形阶段，优点是可获得相对较高的阻尼系数，缺点是使用寿命较短；反之，将形变长度⊿L选定在压缩曲线的塑性变形阶段，优点是使用寿命较长，但阻尼系数相对较小，因为此种选择相当于把多孔金属作为阻尼合金来用。所以，本领域业内人士，为了平衡阻尼性能与寿命两个指标，通常会将形变长度⊿L选定在压缩曲线比较靠近屈服点的弹性变形阶段。对于孔铝-珍珠岩复合材料，在靠近屈服点的振动使用寿命，经测定一般在106以上(10万次以上)。
第4步：根据振级落差或插入损失最大化原则匹配耗能系数与吸能系数。
Ⅰ、被动隔振或减振，其隔振子性能的好坏指标是振级落差或插入损失，当隔振子的质量远远小于振源质量时，振级落差与插入损失的数值相等，本发明就属于这种情况，因为汽车发动机的质量远远大于悬置的质量。插入损失就是采取被动隔振措施前后加速度响应的有效值之比的常用对数的20倍，用L1代表插入损失，其公式可表示为：L1＝20lg(a1/a2)，该公式中的a1代表未通过悬置直接安装到发动机上的振动加速度探头测得的数值，a2代表通过悬置安装到发动机台架上的振动加速度探头测得的数值。
振级落差表征隔振性能，必须将所选择的频段每个频率点振级落差都考虑进去，每个频率点的振级落差值得到后作算术平均值来表征，抑或是用频段内隔振振级落差总振级平均值来表征隔振性能，本发明隔振效果给出的振级落差数据，其频段为10Hz—50Hz，表示隔振效果的绝对值为该频段内，新增隔振构件后与原来不增加新构件(空白)的差值，而相对值为该差值作分子，空白悬置的振级落差作为分母，二者相除之后得到的“商”的百分比值。
振级落差或插入损失常规测定方法是：将加速度探头分别固定在隔振或减振子的对应两端的X,Y,Z轴方向来采集数据；本发明抑或是将仪器加速度探头分别固定在发动机与台架外侧来采集X,Y,Z轴三个方向的振级数据。
振级落差或插入损失数值越大，表示隔振或减振的性能越好。
Ⅱ，对于本发明选用的悬置，选用的为家用轿车发动机的前悬置，其为液压悬置类，其阻尼锌合金外壳与橡胶贡献了振动与噪声控制公式中吸能系数部分，而密封在橡胶内的阻尼液贡献了该公式耗能系数部分，如附图2减振模型所示；附图2左侧(1)代表改进前(空白)时隔振机理，其中的K1和K2分别代表悬置阻尼锌合金外壳与橡胶对吸能系数的贡献，其中C代表阻尼液对耗能系数的贡献。当本发明增加连通孔铝复合材料后，相当于增加一级梯度阻尼，其隔振模型相当于转变成附图2右侧的(2)，其中K3代表本发明新增的连通孔铝复合材料的贡献，显然，根据振动与噪声控制理论，这种新增加一级梯度的阻尼，必然涉及到耗能系数与吸能系数的匹配，只有二者匹配，才能达到最佳的隔振或减振效果，抑或是在实际中可以或得到振级落差或插入损失的最大值。
如何匹配，显然，在实际中一种做法为不改变悬置阻尼液，相当于固定图2减振模型中C值，仅仅通过在新增的K3值变化来获得振级落差或插入损失的最大值，抑或是通过新增隔振材料构件的形变长度来寻找振级落差或插入损失的最大值。而另一种方法同时改变阻尼液配方，选用改变阻尼液等同双变量研究，不仅是增加研究工作量的问题，更重要的是研究结果适用性的问题，本发明选用前者，抑或是不改变阻尼液的单因素变量研究，仅仅通过改变新增的连通孔铝复合材料形变长度，来寻找振级落差或插入损失的最大值，如果获得该最大值，就说明所改变的耗能系数与吸能系数自然匹配；抑或是采用单因素变量法的研究方法。
第5步：根据台架筛选试验结果确定轿车发动机前悬置怠速隔振最终有效方法
按照发动机在家用轿车内固定的构造，设置台架，将发动机安装在对应台架上，以所选择的典型悬置为空白，以增加不同形变长度⊿L的孔铝复合材料后的新梯度减振悬置为筛选对象，将发动机转速控制在600转/分至800转/分，测量振级落差或插入损失，整理数据，找出在哪个形变长度⊿L范围内可获得优于空白的振级落差或插入损失；以此最终确定⊿L数值。本发明的具体步骤与对应操作为：
Ⅰ，选择发动机与悬置对应类型：本发明选用试验发动机为一汽生产的家用轿车上发动机与对应悬置，该发动机所在车的牌号为“大众宝来”，该发动机为四缸，排量＝1.8L；该发动机固定方式为三支点悬置；本发明选择的悬置为其前悬置(机爪垫)，该前悬置牌号为1J0-199-262，在台架上不做任何改动与改变的该前悬置为本发明试验的“空白”。
Ⅱ，选择孔铝复合材料并对材料冷加工后安装到空白悬置上：牌号为1J0-199-262的前悬置4个声学空腔的孔深均为20毫米，空腔平面为原有悬置与固定架的接触平面，如果本实施例选择的形变长度⊿L为2.5％，则填充到4个声学空腔中的孔铝-珍珠岩复合材料长度需要加工成20.5毫米长，安装悬置用螺栓紧固至空腔平面与固定架平面接触，这样，20.5mm长的孔铝-珍珠岩复合材料被紧固压缩至20mm，其压缩的形变长度⊿L正好为2.5％；所以，将附图4密度为2.0g/cm3孔铝-珍珠岩复合材料的胚料，用线切割机加工出13X 14X20.5mm矩形构件4个，安装到牌号为1J0-199-262的前悬置4个声学空腔中，接着紧固到发动机台架上，孔铝-珍珠岩复合材料构件承担梯度减振的K3功用(如图2)，该孔铝-珍珠岩复合材料构件4个与台架接触总面积为728mm2。
Ⅲ，按照测定插入损失或振级落差相关规范或标准，将仪器的6个加速度探头分别固定在悬置两端的发动机与台架上，其中X轴方向的发动机与对应台架各使用1个探头，共计2个，Y与Z轴探头固定模式类同。采用的振动噪声测试信号分析仪牌号为AWA6290A/B，以该振动噪声测试信号分析仪为下位机收集数据，连接计算机作为上位机存储并利用其中软件处理数据。
Ⅳ，对收集到数据处理与比较，得出取舍或是否可行的结论：发动机与台架之间放入原有前悬置，其在10Hz至50Hz频段内的振级落差平均值为5.5644；以此为衡量隔振效果的“空白”值，而增加4个13X 14X 20.5mm矩形构件悬置的振级落差平均值为7.8631，二者振级落差的绝对差值为2.2987，显然，其相对差值，抑或是改进后隔振效果，其提高了40.31％。
实施例2
选用的孔铝-珍珠岩复合材料的材质、发动机、前悬置、测试台架，与测试设备均与实施例1相同，操作步骤与测试方法也与实施例1相同，与实施例1不同的是：
孔铝-珍珠岩复合材料构件的压缩的形变长度⊿L被设计与加工成10％，抑或是⊿L＝10％；该⊿L＝10％的构件后的振级落差为8.9551，改进后隔振效果提高了60.94％。
实施例3
选用的孔铝-珍珠岩复合材料的材质、发动机、前悬置、测试台架，与测试设备均与实施例1相同，操作步骤与测试方法也与实施例1相同，与实施例1不同的是：
孔铝-珍珠岩复合材料构件的压缩的形变长度⊿L被设计与加工成5％，抑或是⊿L＝5％；该⊿L＝10％的构件后的振级落差为6.732，改进后隔振效果提高了20.98％。

Claims (2)

1.一种提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能的方法，其特征在于：包括以下五个步骤：
第一步：根据具体家用轿车发动机气缸数及怠速转速确认发动机振动频率；
第二步：根据确认的发动机振动频率选用具体孔铝或其复合材料作为增加的隔振材料；
第三步：根据孔铝或其复合材料压缩曲线图选择新增隔振材料构件的形变长度；
第四步：根据振级落差或插入损失最大化原则匹配耗能系数与吸能系数；
第五步：根据台架筛选试验结果确定轿车发动机前悬置怠速隔振最终有效方法；
所述的所选用孔铝或其复合材料为差压铸造的连通孔铝合金珍珠岩复合材料，该复合材料密度为2.0g/cm3，该复合材料中的铝合金成分为：含有0.8wt.％金属镁，0.15wt.％金属铈，其余为金属铝及熔铸过程中带入的不可避免的痕量杂质；
所述的孔铝或其复合材料的构件形变长度⊿L范围确定在2.5％至10％；
所述的第四步的具体方案是在不改变液压悬置阻尼液前提下，通过增加多孔铝珍珠岩复合材料作为新增梯度减振模式进行的；
所述的第五步中的台架是模拟发动机在轿车中固定方式的模拟台架，筛选试验是通过测定在10Hz至50Hz频段内的振级落差或插入损失的数值并以原悬置为空白的对照试验，振级落差或插入损失的数值大于空白21％至61％为前悬置怠速隔振最终有效方法。
2.根据权利1所述的一种提升家用轿车发动机前悬置怠速隔振性能的方法，其特征在于：所述的轿车发动机气缸数为4缸，怠速转速为600转/分至800转/分，由此确认发动机主要振动频率为20Hz至26.66Hz。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11878696B2 (en) * 2019-05-16 2024-01-23 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Anomaly detection apparatus, method, system and program

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5895726A (en) * 1997-04-28 1999-04-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Lightweight high damping porous metal/phthalonitrile composites
CN1792505A (zh) * 2005-12-26 2006-06-28 中国科学院长春应用化学研究所 镁合金－珍珠岩泡沫复合材料的制备方法
CN201281100Y (zh) * 2008-02-27 2009-07-29 中国科学院长春应用化学研究所 一种梯度阻尼件
CN103586441A (zh) * 2013-10-24 2014-02-19 中国科学院长春应用化学研究所 提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法
CN105200275A (zh) * 2015-08-18 2015-12-30 宁波乾豪金属制品有限公司 一种用于发动机悬置的支架及其制造方法
CN205372008U (zh) * 2015-12-17 2016-07-06 中国科学院长春应用化学研究所 具有低频隔振功效的可焊悬臂梁风机基座

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5895726A (en) * 1997-04-28 1999-04-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Lightweight high damping porous metal/phthalonitrile composites
CN1792505A (zh) * 2005-12-26 2006-06-28 中国科学院长春应用化学研究所 镁合金－珍珠岩泡沫复合材料的制备方法
CN201281100Y (zh) * 2008-02-27 2009-07-29 中国科学院长春应用化学研究所 一种梯度阻尼件
CN103586441A (zh) * 2013-10-24 2014-02-19 中国科学院长春应用化学研究所 提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法
CN105200275A (zh) * 2015-08-18 2015-12-30 宁波乾豪金属制品有限公司 一种用于发动机悬置的支架及其制造方法
CN205372008U (zh) * 2015-12-17 2016-07-06 中国科学院长春应用化学研究所 具有低频隔振功效的可焊悬臂梁风机基座

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