CN210949634U - 一种车用柴油机单向悬置减振器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种车用柴油机单向悬置减振器，包括一个U形凹槽结构的壳体，壳体中设置有套筒，套筒的下端穿出壳体，套筒的上下端均不与壳体接触，套筒中设置有芯轴，套筒能够与芯轴一起相对于壳体做上下运动；壳体的上端开口处设置有上盖，芯轴的上端穿出上盖，芯轴与上盖固定；上盖、壳体、套筒之间形成一个空腔，该空腔中设置有第一橡胶阻尼元件；所述套筒的下端部设置有垫片和螺母，垫片与壳体底部之间设置有第二橡胶阻尼元件。该减振器通过采用橡胶元件良好的减振性能，上部的橡胶元件能实现减压作用，下部的橡胶元件能实现扛拉作用。该减振器承载能力强，抗疲劳性能好，且结构简单，便于制造和安装维护，适用于多缸柴油机的单向减振。
Description
技术领域
本实用新型属于车用柴油机减振技术领域，尤其涉及一种车用柴油机单向悬置减振器。
背景技术
减振器是应用最为广泛的一类减振器，它具有结构紧凑、工艺性好、成本低等优点。减振器作为车用柴油机的主要减振元件，在隔离振动的同时，还起到隔离冲击的作用。由于柴油机的工作特性，其振动不仅会损坏车辆本身的零部件，恶化工作性能乃至缩短车辆的使用寿命，极大地降低乘坐舒适性，并对周围的环境造成严重的干扰。同时对于柴油车辆而言，除了要有较好的动力性、经济性和排放外，解决其振动问题也是提高产品竞争力的关键。最常用的方法是在柴油机与车架之间安装减振器，通过对振动能量的吸收达到对振动的有效隔离。因此，开展对减振器的研究开发，降低柴油机传递给车架的振动，对于柴油车辆非常重要。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种车用柴油机单向悬置减振器，以保证减振器在工作过程中无前后左右运动，仅实现在现垂直方向上的单向减振。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种车用柴油机单向悬置减振器，包括一个U形凹槽结构的壳体，壳体中设置有套筒，套筒的下端穿出壳体，套筒的上下端均不与壳体接触，套筒中设置有芯轴，套筒能够与芯轴一起相对于壳体做上下运动；壳体的上端开口处设置有上盖，芯轴的上端穿出上盖，芯轴与上盖固定；上盖、壳体、套筒之间形成一个空腔，该空腔中设置有第一橡胶阻尼元件；所述套筒的下端部设置有垫片和螺母，垫片与壳体底部之间设置有第二橡胶阻尼元件。
进一步的，所述芯轴、套筒、壳体同轴。
进一步的，所述上盖中心开设有一个孔，该孔有内螺纹，用于旋入芯轴实现固定。
进一步的，所述上盖的外径与壳体的内径相等，上盖塞于壳体上端开口处。
进一步的，所述套筒的下端部设置有外螺纹，通过螺纹和螺母连接。
进一步的，所述第二橡胶阻尼元件套在套筒上，其上端与壳体底部接触，下端与垫片接触。
进一步的，所述芯轴、上盖、套筒和壳体材质为金属。
进一步的，所述壳体为向下凸出的结构。
本实用新型的车用柴油机单向悬置减振器垂直上下安装在发动机四个底座上，用于垂直上下方向减振。
有益效果：本发明的适用于车用柴油机单向悬置减振器，通过采用橡胶作为减振元件来吸收发动机振动产生的能量，能够实现垂向减压扛拉的作用，减少单缸柴油机垂直上下运动时的振动。其中，壳体为一个U形凹槽结构，能够大大减少减振器的占用空间；套筒用于固定下端螺母位置，防止其在工作过程中松动；上盖直径与壳体内径相等，保证减振器在工作过程中无前后左右运动，实现仅在现垂直方向上的单向减振；芯轴上端突出部分提供减振器的垂直运动工作空间。本发明的单向悬置减振器承载能力强，抗疲劳性能好，且结构简单，便于制造和安装维护，适用于多缸柴油机的单向减振。
附图说明
图1为本发明的适用于车用柴油机单向悬置减振器剖面示意图；
图2为振动传递率曲线；
图3为某共轨柴油机测点振动频谱；
图4为单向悬置减振器实物图；
图5为单向悬置减振器现场安装图；
图6为车架及方向盘处振动测试频谱；
图7为静刚度与使用年限的关系；
附图标记：图1中，1-芯轴，2-上盖，3第一橡胶阻尼元件、4-第二橡胶阻尼元件，5-螺母，6-垫片，7-套筒，8-壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1为本实用新型的一种车用柴油机单向悬置减振器，包括一个U形凹槽结构的壳体8，壳体8中设置有套筒7，套筒7的下端穿出壳体8，套筒7的上下端均不与壳体 8接触，套筒7中设置有芯轴1，套筒7能够与芯轴1一起相对于壳体8做上下运动；其中，芯轴1、套筒7、壳体8同轴；壳体8的上端开口处设置有上盖2，芯轴1的上端穿出上盖2，芯轴1与上盖2固定；上盖2、壳体8、套筒7之间形成一个空腔，该空腔中设置有第一橡胶阻尼元件3；套筒7的下端部设置有垫片6和螺母5，垫片6与壳体8 底部之间设置有第二橡胶阻尼元件4，第二橡胶阻尼元件4套在套筒7上，其上端与壳体8底部接触，下端与垫片6接触。
其中，第一橡胶阻尼元件3实现减压作用；第二橡胶阻尼元件4实现扛拉作用。
上盖2中心开设有一个孔，该孔有内螺纹，用于旋入芯轴1实现固定。
上盖2的外径与壳体8的内径相等，上盖2塞于壳体8上端开口处，保证减振器在工作过程中无前后左右运动，实现仅在现垂直方向上的单向减振。
套筒7的下端部设置有外螺纹，通过螺纹和螺母5连接。套筒用于固定下端螺母位置，防止其在工作过程中松动。
芯轴1、上盖2、套筒7和壳体8材质为金属。
壳体8为向下凸出的结构。
本实用新型的车用柴油机单向悬置减振器垂直上下安装在发动机四个底座上，用于垂直上下方向减振。
本实用新型的一种车用柴油机单向悬置减振器主要用于柴油发动机的减振，故选择设计适当刚度及阻尼的悬置单向减振器，以橡胶为减振材料，利用阻尼耗散能量达到减振目的。并对设计结构进行计算仿真，具体如下：
1.减振器阻尼选择
减振器的隔离和衰减振动的能力是用振动传递率来衡量的，它定义为响应振幅与输入激励振幅之比。减振器标准模型是一刚度为K的线性弹簧和阻尼系数为C的阻尼器组成的系统。减振器的传递率为：
式中：λ＝f/fn为频率比，ξ＝C/Cn为阻尼比。共振频率fn和临界阻尼Cn分别为：
减振器的振动传递特性见图2所示。可以看出：
时，T>1，无减振效果，且会放大振动；
时，T<1，具有减振效果，且λ越大，减振效果越好。另外：理论上阻尼越大，共振区的传递率越小，振动幅值也越小，但高频区域的传递率会随着阻尼的增加而增加。
故一般为了兼顾共振区和高频区的性能，通常选择阻尼比在0.2附近。较高的阻尼对冲击载荷具有较好的减振效果。
2减振器刚度选择
2.1发动机振动分析
分析EH24新风共轨柴油机怠速时测点处数据，位于发动机右侧曲轴箱处，实际位置及振动频谱见图4所示。可以看出测点在50Hz的振动明显，故选择50Hz为起始减振频率。
2.2减振器刚度选择
共振频率与质量、刚度的关系见式(2)。根据起始减振频率为50Hz，则计算得到共振频率为：
再根据发动机的质量，由式(2)得到悬置减振器的刚度大小。
3减振器结构设计
根据规定的设计要求限制和减振理论，进行单向悬置减振器的结构方案设计。设计实物如图4所示，现场安装如图5所示，其设计参数为：
(1)整体高度为63mm，上盖和底座直径为44mm，
(2)橡胶元件的弹性模量为20MPa，密度1.6g/cm3，泊松比为0.49。
(3)金属减振器壳体、上盖和内套的密度为7.85g/cm3，弹性模量为210GPa，泊松比为0.3。屈服强度为355MPa，许用应力为120MPa。
(4)橡胶元件的装配预压缩量为2mm。
(5)底座螺栓采用M12六角头螺栓与车架固定，上盖与M20螺栓焊接成一体与柴油机机体连接。
4试验验证
根据国标GB/T 7184-2008中小功率柴油机振动测量及评级选取测点进行振动测试，得到各测点的加速度均方根值如表1所示，表2为未安装减振器所测得的结果。A、B、 C三点为发动机机体测点，通过对比可以发现，各点振动均方根值有升有降，因其均为发动机本体的振动，在此不做分析，主要考虑其余车身各点的振动值变化情况来验证减振器的减振性能，即车身D、E、F、G、H各点上，分别对应后车架、前车架、方向盘、地板、座椅处。经表1和表2对比可得，无论怠速还是最高速下，其加速度均方根值均有明显降低。其中，在怠速时，前车架Y向振动均方根值由2.64g降到0.6g，降幅达到 77.27％；在最高速时，减振效果最明显的为方向盘X方向，由6.34g降到了0.91g，降幅达85.65％，经现场观察，方向盘抖动问题已基本解决。以怠速和最高速工况下E点频谱为例，结果如图7所示。相比于未安装减振器所测的振动频谱可以看出，安装减振器后测点的频谱峰值均明显降低，且低频段振动也得到了明显抑制：前车架E点在怠速时频谱峰值由2.90g降为0.02g，在最高速时由6.70g降为0.25g。由此说明了所设计的单向悬置减振器在解决农用三轮车振动问题上的优越性能。
表1安装减振器后各测点振动均方根值(RMS)/g
注：X表示前后方向；Y表示上下方向；Z表示左右方向。
表2未安装减振器时各测点振动均方根值(RMS)/g
注：X表示前后方向；Y表示上下方向；Z表示左右方向；-为过载(此次A处为进口传感器，量程较小缘故造成过载)。
5.温度影响减振器橡胶老化的寿命预测模型
5.1橡胶老化寿命预测基本理论
可以使用动力学公式来描述橡胶减振器老化程度P与老化时间t之间的关系，且动力学公式经过修正后符合下列公式(5)，此公式既能反映动力学原理，又体现出减振器橡胶材料老化的实际情况。
式中：B—试验常数；k—速率常数；t—老化时间；a—经验常数，0<a≤1；P—橡胶标准试样的老化程度为任一老化时间t时的拉断伸长率或拉伸强度L与老化前的拉断伸长率或拉伸强度L0的比值。对于橡胶减振器而言，老化程度P为1减去任意老化时间t 时的静刚度永久变化率ε，即
Kj'—老化后橡胶减振器静刚度，Kj—老化前橡胶减振器静刚度。
对于橡胶，速率常数k与老化温度T之间的关系可以用阿累尼乌斯公式描述：
k＝Ae-E/RT (6)
式中：E—表观活化能，J·mol-1；T—老化温度，K；
A—频率因子，d-1；R—气体常数，J·K-1·mol-1。
公式(6)经过对数变化后，下一步就要求得自变量中的经验常数，计算方式是采取的逐次逼近原则。逐次逼近的原则是不断缩小尝试范围和尝试间隔，第一次令为0.5 和0.51，比较I的大小，I的表达式如下式(7)所示。如果0.5时，I值小，则后面的尝试范围选为0～0.5，否则选为0.51～1，同时尝试间隔改为0.1。在后面随着尝试范围不断缩小的情况下，尝试间隔也要相对缩小，缩小到0.05和0.01。在值精确到小数点后两位并且保证此时I值最小，此时的值为最终结果。
式中：Pij是第i个老化温度下，第j个测试点老化程度的试验值：
5.2橡胶老化寿命预测方程的确定
按照式(5)得到某温度下的速度常数如下式子：
得到某一温度下，橡胶减振器老化寿命预测方程式为：
当橡胶减振器的老化程度极限允许临界值为P0，可以得到某温度下减振器的老化寿命预测模型为
6.3数据处理和老化寿命预测
经过MATLAB的编程，使得上述复杂的运算过程程序化，得出当a＝0.64时，I＝0.0032 最小。由老化寿命预测模型可以计算出使用任意年限的橡胶减振器的静刚度，如在工作温度为100℃(373K)，橡胶减振器静刚度初始值Kj取为480N/mm时，计算结果如表3 所示。
表3使用任意年限的橡胶减振器的静刚度
| 年限 | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 | 18 | 21 | 24 | 27 | 30 |
| 老化程度P<sub>0</sub> | 0.854 | 0.786 | 0.733 | 0.689 | 0.651 | 0.618 | 0.589 | 0.562 | 0.537 | 0.515 |
| 静刚度(N/mm) | 550 | 586 | 608 | 629 | 647 | 663 | 677 | 690 | 702 | 713 |
将式(5)、(10)运用MATLAB进行程序化，可以得出橡胶减振器静刚度与使用年限的关系如图7所示，可以看出随着使用年限的不断延长，橡胶减振器的静刚度变化速率逐渐变缓。在使用的前15年，静刚度由初始的480N/mm变化至650N/mm左右；在使用的后15年，静刚度由650N/mm变化至710N/mm左右。
目前许多企业通过静刚度变化率来衡量橡胶减振器的失效程度，本报告以静刚度变化率来评价橡胶减振器静刚度的使用情况，计算公式如下式(11)所示。
查阅资料发现，一般在静刚度变化率超过20-30％时就认为橡胶减振器已经失效。本报告取静刚度变化率为30％时来计算橡胶减振器的寿命。由式(11)可以计算得出，橡胶减振器的使用年限大约为11.2年。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种车用柴油机单向悬置减振器，其特征在于：包括一个U形凹槽结构的壳体(8)，壳体(8)中设置有套筒(7)，套筒(7)的下端穿出壳体(8)，套筒(7)的上下端均不与壳体(8)接触，套筒(7)中设置有芯轴(1)，套筒(7)能够与芯轴(1)一起相对于壳体(8)做上下运动；壳体(8)的上端开口处设置有上盖(2)，芯轴(1)的上端穿出上盖(2)，芯轴(1)与上盖(2)固定；上盖(2)、壳体(8)、套筒(7)之间形成一个空腔，该空腔中设置有第一橡胶阻尼元件(3)；所述套筒(7)的下端部设置有垫片(6)和螺母(5)，垫片(6)与壳体(8)底部之间设置有第二橡胶阻尼元件(4)。
2.根据权利要求1所述的车用柴油机单向悬置减振器，其特征在于：所述芯轴(1)、套筒(7)、壳体(8)同轴。
3.根据权利要求1所述的车用柴油机单向悬置减振器，其特征在于：所述上盖(2)中心开设有一个孔，该孔有内螺纹，用于旋入芯轴(1)实现固定。
4.根据权利要求1所述的车用柴油机单向悬置减振器，其特征在于：所述上盖(2)的外径与壳体(8)的内径相等，上盖(2)塞于壳体(8)上端开口处。
5.根据权利要求1所述的车用柴油机单向悬置减振器，其特征在于：所述套筒(7)的下端部设置有外螺纹，通过螺纹和螺母(5)连接。
6.根据权利要求1所述的车用柴油机单向悬置减振器，其特征在于：所述第二橡胶阻尼元件(4)套在套筒(7)上，其上端与壳体(8)底部接触，下端与垫片(6)接触。
7.根据权利要求1所述的车用柴油机单向悬置减振器，其特征在于：所述芯轴(1)、上盖(2)、套筒(7)和壳体(8)材质为金属。
8.根据权利要求1所述的车用柴油机单向悬置减振器，其特征在于：所述壳体(8)为向下凸出的结构。
9.根据权利要求1所述的车用柴油机单向悬置减振器，其特征在于：所述减振器垂直上下安装在发动机四个底座上，用于垂直上下方向减振。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113685480A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-11-23 | 株洲时代瑞唯减振装备有限公司 | 复合锥形橡胶弹簧及其刚度设计方法 |
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2019
- 2019-08-07 CN CN201921266411.XU patent/CN210949634U/zh active Active
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