《NVH与汽车发展》PPT课件.ppt

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1、NVHNVH与汽车发展与汽车发展长春一汽实业合成材料有限公司长春一汽实业合成材料有限公司孙大伟孙大伟未来整车发展趋势舒适低噪音低振动驾驶平稳NVH低成本清洁能源轻量化可回收利用环保安全吸能车身骨架增强市场的需求及NVH机理随着振动及噪声危害逐渐被人们认识,要求减振降噪的呼声日益高涨。作为噪声及振动控制的主要方法之一，粘弹性阻尼减振技术特特别适合于宽频多峰共振响应的控制，而宽频多峰共振则正好是现代飞机、舰船、汽车等行业亟待解决的问题，因此这种减振技术引起了广泛的重视，并开始得到应用。粘弹性阻尼减振技术，是利用高分子材料受到外部交变应力时，通过高分子链内部或链之间的内摩擦将机械能转化为热能而消耗,

2、从而达到减振降噪的目的。对该项技术来说,阻尼材料是核心。围绕着开发高性能的新型阻尼材料，人们进行了不懈的努力。汽车噪声来源分析 进排气系统噪音 风扇噪音 发动机噪音 传动系统噪音 轮胎噪音 制动噪音 车身结构噪音 气动噪音吸气发动机风扇轮胎排气风阻传动制动结构汽车噪音方面控制改善汽车需要从设计时考虑以下原因：改善汽车需要从设计时考虑以下原因：提高零部件加工精度和装配质量，减少运动噪声提高零部件加工精度和装配质量，减少运动噪声 改进发动机结构、提高激振频率改进发动机结构、提高激振频率 改善悬挂系统，阻断振动传递改善悬挂系统，阻断振动传递 改善车身结构，提高刚度，提高一阶模态改善车身结构，提高刚度

3、，提高一阶模态 解决车身钢板振动低频噪音时需要考虑以下措施：解决车身钢板振动低频噪音时需要考虑以下措施：采用吸音、吸振材料吸音、吸振材料 精细密封、采用隔音、隔振材料精细密封、采用隔音、隔振材料 根据车身二阶模态频率设定相应的阻尼、减振材料根据车身二阶模态频率设定相应的阻尼、减振材料 采用加强板对钢板补强、改变激振形态采用加强板对钢板补强、改变激振形态 自由阻尼：其作用机理,一般认为是基体与填充物界面间的滑移所造成的。束缚阻尼：是在体系内的动能转变为热能的过程。产生阻尼的原因产生阻尼的原因1974 年美国科学家Sperling 将IPN 材料引入阻尼材料研究领域以来,IPN 一直是研究的热点之

4、一。互穿聚合物网络互穿聚合物网络(Interpenetrating Polymer Networks IPN(Interpenetrating Polymer Networks IPN)是由两种或者两种以上交联聚合物的共混物是由两种或者两种以上交联聚合物的共混物。该类聚合物材料具有强迫互容、界面互穿、双相连续、协同作用等独特的结构与性能特征,形成物理互锁,从而得到玻璃化转变区温度范围宽、阻尼峰高的阻尼材料。互穿聚合物网络阻尼材料互穿聚合物网络阻尼材料阻尼材料在特定频率下其性能随温度变化的典型曲线阻尼材料在特定频率下其性能随温度变化的典型曲线衡量材料阻尼特性的参数是材料的损耗因子()。其定义为=

5、G/G=tg。式中,是材料受激励后,应变滞后于应力的相位角;G和G分别是材料复合剪切模量的实部和虚部。阻尼材料消耗的能量正比于G和的乘积,与阻尼材料的减振降噪有关,因此G和是衡量阻尼材料的一般性能指标。阻尼材料在特定温度范围内有较高的阻尼性能。阻尼性能随温度变化的原因 这种复合阻尼结构如图所示，与自由阻尼结构相比，它的不同在于基本弹性层与阻尼层之间加了隔离层，隔离层的特点是用轻质高刚度的材料制造(如硬质泡沫塑料、纸蜂窝。铝峰窝等)。当基本弹性层产生弯曲振动时此隔离层有类似于杠杆的放大作用，这样便可增加拉压变形，从而增加阻尼层材料能耗。因此，该隔离层又称为扩变层。具有隔离层的复合阻尼结构具有隔离

6、层的复合阻尼结构图5 吸收低频振动的复合阻尼结构中间的泡沫却不是高刚度材料，而是较软的聚氨酯泡沫。该种结构与一般的自由阻尼结构相比，更适合于低频振动。一般的阻尼结构,是靠它的阻尼层材料随基本弹性层的伸缩运动来消耗能量的,但如果基本弹性层作的是低频振动，这种方法常常失效。因此,有人就想出了图中所示结构,在此结构中,首先泡沫层的有效使用频率就要比普通阻尼层更低,故它加到普通阻尼层下边之后,自然使整个结构适用频率更低。此外重要原因是:该泡沫层就相于一根很软的弹簧,而普通阻尼层就相当于一个质量块,故其本身就构成质量弹簧减振系统,根据隔振理论,其有效隔振频率范围为 E 2 P,式中P 为质量弹簧的固有频

7、率,可由下式求出:p=k/m 式中m 为上层普通阻尼材料的质量,k 为泡沫层 的刚度,只要泡沫层很软,就意味着P 很小,有效隔振频率就更低。适当选择质量及弹簧,便可控制有效隔振频率范围。图6 给出了只有普通阻尼层、只有泡沫层以及它们组成复合阻尼结构之后，损耗因子与频率的关系，从图可看出,复合阻尼结构的损耗因子在很宽的范围内,一直保持较大数值,即有效使用频率既低又宽。类似的结构还有上层用阻尼较小但强度较高的天然胶,下层用阻尼较高但强度较低的丙烯腈-异戊二烯橡胶组成的复合阻尼结构,倨报道这种阻尼结构适用频率范围也很宽。目前的理论普遍认为：聚合物基阻尼复合材料的阻尼主要来自于基体材料的粘弹性和增强纤

8、维与基体界面的滑动。图 6损耗因子与频率关系 传统聚合物阻尼材料的吸振机理基于粘弹阻尼,所以其适用温度和阻尼性能强烈依赖于聚合物的玻璃化转变温度，上世纪90 年代,日本东京工业大学住田雅夫教授提出将导电炭黑与压电陶瓷粒子填充到聚合物基体中,制备导电压电型阻尼复合材料的设想。由于该类复合材料的吸振机理基于振动机械能电热能的转换损耗而非传统的粘弹阻尼,故不依赖于聚合物基体的玻璃化转变,这将大大拓展阻尼复合材料范围，理论上可以用任何一种聚合物作为基体,具有传统聚合物吸振材料无可比拟的优越性,引起了广大阻尼材料研究者的兴趣。导电压电型阻尼材料导电压电型阻尼材料电流变流体电流变流体美国科学家发现由极微小

9、的极性粒子与绝缘介质构成的悬浮液，在外加电美国科学家发现由极微小的极性粒子与绝缘介质构成的悬浮液，在外加电场的作用下可随强场发生变化，其场的作用下可随强场发生变化，其悬悬浮液的物理状态可由液体变成半固浮液的物理状态可由液体变成半固体，甚至是固体，这个变化是在瞬间完成，在这个过程中损耗因子可由体，甚至是固体，这个变化是在瞬间完成，在这个过程中损耗因子可由0 0急剧增至高达急剧增至高达15-18.15-18.因此结构的振动响应传递给微机系统，微机系统对所因此结构的振动响应传递给微机系统，微机系统对所需的外加电场发出指令则密封于结构夹层用的电流变流体材料可在瞬间将需的外加电场发出指令则密封于结构夹层

10、用的电流变流体材料可在瞬间将其阻尼因子提高至所需值，以控制结构振动。其阻尼因子提高至所需值，以控制结构振动。图7 电流变流体阻尼消除噪声的手段利用先进的进口设备进行不同材料的阻尼分析消除噪声的手段利用先进的仿真手段进行车体模态分析8通道数据采集前端消除噪声的手段利用先进的测试手段进行车体不同部位的噪声频谱分析8通道数据采集前端消除噪声的手段根据不同分析数据建立数据库根据不同的部位，噪声的频率我们设计出不同类型的产品阻尼板类 asphalt damping pad 热熔型沥青阻尼板自粘型沥青阻尼板磁性沥青阻尼板约束型沥青阻尼板发泡型沥青阻尼板毛毡型阻尼板结构密封胶类 sealer&pad&tap

11、e乳胶型发泡密封胶 抗石击密封胶点焊胶 膨胀型PVC 涂料折边胶 油箱用密封胶 车身焊缝胶 高发泡立柱填充 环氧加强板特种油性胶 丁基橡胶防振垫丁基胶带 消除噪声的手段约束型沥青阻尼板在汽车NVH上应用l前地板位置温度高，振动大，车在行走过程地板会产生扭变，采用树脂约束层阻尼板，可以克服扭变产生，起到减少振动及噪音的效果。本产品常温下为柔性状态，利用中途烘干的温度使产品硫化，产品经过硫化后变成刚性材料。消除噪声的手段热熔型阻尼板在汽车NVH上应用地板部位适合使用热熔型阻尼板，利用中涂油漆烘干温度使产品熔化，冷却后牢固粘提在车身地板上，起到减轻车声钢板振动的效果。根据钢板的振动频率确定产品厚度在

12、24mm之间。此产品在汽车上应用最多，各个供应商产品质量不一致，阻尼效果差距1-5倍。阻尼值之间，产品价格 略有不同。消除噪声的手段发泡型阻尼板在汽车NVH上应用我们本着保证整车设计质量、降低开发成本的宗旨，把整车地板细分前、中、后三部分，在前部又细分三段，设计不同结构、尺寸、材料的阻尼板。主机厂追求减轻车身重量，此位置使用沥青发泡阻尼板，既减轻车身重量又对振动噪音有很好的改进效果。消除噪声的手段车门、侧围和顶棚：为减轻整车重量，整车减少加强筋的设计，相应带来强度的减弱和震动的提高，同步设计减弱设计不足，添加自粘、磁性或是丁基产品。1、钢板薄可以采用环氧树脂加强板对此位置钢板补强2、采用丁基阻

13、尼板粘贴，减轻车身振动。（减震效果最好但价格高）3、采用磁性阻尼板粘贴，减轻车身振动。（产品单位面积较重）4、还可以采用自粘型沥青阻尼板。（在油漆烘干以后粘贴）磁性、自粘、环氧、丁基阻尼板在汽车NVH上应用消除噪声的手段发泡型阻尼板在汽车NVH上应用机舱和乘员舱隔板：此位置紧邻发动机，震动频率和噪音较大。需要采用双层结构，在两层钢板之间添加发泡阻尼板。利用电泳烘干温度使产品发泡，填充所有空隙。起到减震隔音的作用。如果前隔板是单层可以采用磁性产品，产品本身带有吸附性，定位粘贴在车身上，利用油漆烘干后牢固粘贴在车身上轮罩部位也适用以上两种产品消除噪声的手段用于在车门,发动机盖、顶棚等钢板与加强筋之

14、间的部位的粘接，烘烤过程中膨胀，使钢板与加强筋之间牢固地粘接，起到粘结、加固钢板、减震的作用,并吸收行驶中产生的噪音。乳胶发泡材料在汽车NVH上应用消除噪声的手段用在车钢板的卷边部位，具有很强的粘着力的结构用胶粘剂，是无溶剂型，作业时使用规定的泵，不出现喷嘴堵塞、拉长丝等现象，附着性好、耐清洗剂性能优良，在前处理工程中没有脱落、流出等现象。在钢板上很容易附着，即使被冲击并脱落时也能发挥其防锈性能。折边胶在汽车NVH上应用消除噪声的手段以特种橡胶为主体材料制成的发泡型块状制品，属加热后发泡型产品，用于车身立柱空腔部位的填充，也可用在门窗边缘以及其它部位两块钢板之间的缝隙里，起到填充、减振和隔音的

15、作用。特别是在汽车行进时可以阻断产生的风声以及噪音，其防锈性能也很好。加热后膨胀,填充缝隙,起到减振降噪的作用。空腔较大位置采用带支架的膨胀材料，通过卡扣直接装在空腔内，加热后发泡，填充较大的空腔。高发泡立柱填充在汽车NVH上应用消除噪声的手段此产品属加热硬化型浆糊状涂料，一般涂在车身底部，以防止汽车行驶过程因飞石的刮、碰，漆面的龟裂而发生的返修等现象。触变性比较大，容易形成厚的涂膜。加热硬化时没有流动现象。利于压送泵作业，容易喷涂，在各种气候变化下，工作（喷雾）效率良好，固化后形成防止飞石损害的涂膜。PVC防石击涂料在汽车NVH上应用消除噪声的手段板和板之间的焊接部位采用涂布、点焊接组装后，

16、在电泳板干燥炉内进行固化，是以防震、防尘、防锈为目而使用的一种漆封剂，涂刷前进行清洗，不会发生流动及脱落现象。对电泳液及清洗液没有污染现象。其主要效果是保持连接部位的密封性。点焊胶在汽车NVH上应用消除噪声的手段一般应用于汽车涂装过程中所有钢板的连接部位，为了防水、防锈、防震及美观而使用的产品。涂装性能良好，对中、对上涂没有不良影响。车体震动及各种气候变化中的耐久性良好。PVC焊缝密封胶在汽车NVH上应用存在的问题存在的问题 目前国内使用的阻尼材料大都是沥青或目前国内使用的阻尼材料大都是沥青或 PVC,PVC,产品的耐寒性、弹性、产品的耐寒性、弹性、耐老化性较差耐老化性较差,且含有对人体有害物

17、质和对环境污染。且含有对人体有害物质和对环境污染。缺点：缺点：a.受热分解出致癌物,影响驾乘人员身体健康。b.冬季材料失去弹性,发硬、发脆,施工困难,破损严重。c.容易老化分解而发生龟裂,失去防振、隔热作用。d.汽车报废时污染环境。为克服以上缺点为克服以上缺点,跟上世界汽车工业发展的潮流跟上世界汽车工业发展的潮流,研制新型高性能、研制新型高性能、无污染阻尼材料是刻不容缓的。无污染阻尼材料是刻不容缓的。未来的发展趋势未来的发展趋势发展的方向1、日本株式会社日本触媒用减振降噪用的水基乳液由丙烯酸核壳结构组成，丙烯酸共聚物玻璃化温度不低于9。日本三菱自动车工业株式会社发现用水基高分子粘弹材料，固体含

18、量1020%，填料3070%，交联剂15%,水1540%的用于车体 减振涂料装置基施工方法,是用一个机械手，两个喷嘴，其中A喷嘴在底层,B喷嘴在上层，从而形成双喷涂的束缚层结构。2、美国杜邦公司制成降低车内噪声和减振组合物，由乙烯单体，如氯乙烯、丙烯酸、偏二氯乙烯等组成其填料为云母，2090%，它的特点是在高温及零度以下可以连续使用。美国罗姆和哈斯公司、福特发动机公司共同申报专利新型车辆减振组合物，由至少两种热塑性弹性体聚合物（其中弹性体由烯烃类核不饱和单体）、聚合物共混物组成，其组成比为1：2，用于福特汽车的减振。3、德国在本国内汽车正在研发水性阻尼材料。未来的发展趋势未来的发展趋势我们的成绩 我国目前在汽车环保材料开发刚刚开始。国内尚无水基材料代替原汽车底盘防石击涂料和取代沥青的阻尼材料。我们已经开展了新型环保阻尼材料的研制,在主体树脂的选择、增粘树脂的使用、纤维状填料的选择及使用,以及制做工艺等方面做了大量试验探索工作,取得可喜的进展。未来的发展趋势未来的发展趋势谢 谢END