商用汽车减振座椅设计_毕业设计

河 北 工 业 大 学 毕业设计说明(论文) 作 者： 学 号： 学 院： 机械学院 系(专业)： 机械设计制造及其自动化 题 目： 商用汽车减振座椅设计 指导者： 李欣业 教授 (姓 名) (专业技术职务) 评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 毕业设计（论文）中文摘要 本文首先给出了现在被广泛运用的并联型减振座椅模型，即阻尼器和弹性棒成并联布置（也称集中式减振模型）]，给出了其数学模型；然而并联式减振座椅的有效工作频率范围较窄，本文给出串联型减振座椅模型，即阻尼器和弹簧串联布置（也称为分布式减振模型），并给出其数学模型，有关文献[13]称它能宽频范围内放大阻尼，大大提高减振效果；本文还尝试将串联、并联机构进行整合，组成复合型减振座椅模型，并且给出了其数学模型。 本文根据多种文献，确定了模型中阻尼系数、弹簧刚度系数，进而运用MATLAB中仿真模拟技术，对各种减振座椅的数学模型在相同系数下进行了模拟，综合比较仿真结果，得出串联型弹性棒在上时减振座椅具有更好的减振效果，为座椅生产提供参考。 关键词：减振座椅 并联式减振模型 串联式减振模型 复合式减振模型 MATLAB仿真 1 绪论 1.1 汽车座椅动力学及其研究 随着社会的发展，汽车在世界各国国民经济和社会生活中起到越来越重要的作用，它与人们的生活息息相关。有车族们与车相伴的时间越来越长，这使得汽车座椅减振研究成为汽车技术中重要得一个环节。 车辆在行驶过程中，因不平路面（如搓板路面）激励而引起车身振动，通过车底板、坐垫传递给人的身体，引起人全身的振动。超过人体生理界限的振动会对驾乘人员的生理和心理造成不良的影响，主要表现为视力疲劳下降，身体疲劳，腰酸悲痛，从而导致驾驶中注意力不集中，甚至引发恶性交通事故。 振动影响人体健康主要取决于4方面：1)振动的振幅值；2)组成振动的各种频率；3)处于振动的时间长短；4)振动方向。 人体工程学指出：在正常重力作用下，人体对4-8Hz，10--12Hz，20--25Hz的频率垂直振动能量传递较大。有关文献[13]还指出，人体各个器官的共振频率大致如下：头部为2-3Hz，眼部为18-50Hz，腹部为4-5Hz，手为30---40Hz，神经系统为250Hz左右，为此避开人体各个器官的共振频率将减小振动对人体的影响。振动对人体的危害严重影响到人体健康，消除或最大限度地减少振动对人是有好处的。座椅是“人---车---路”系统中一个重要的组成部分，提高座椅的减振性能，会改善车辆的平顺性，提高乘坐舒适度。 汽车座椅动力学主要研究在弹性棒和阻尼器在各种组合布置的情况下，调节弹性棒的刚度系数k和阻尼器的阻尼系数c以达到最佳的减振效果。 这里最佳的减振效果是指：1)降低振源激励导致坐垫振动的坐垫振幅;2)要争取更短时间内把坐垫振动幅值衰减到最小;3)还要争取座椅的固有频率避开车身的固有频率，避免产生共振;4)避免减振座椅对振源激励减振后座椅达到稳定后的频率与人敏感频率区重合，更应该避开人体器官的固有频率。 汽车动力学的主要研究内容就是上述几个方面，在动力学研究中不断有新的力学模型提出，这使得减振座椅的优化成为可能。 1.2 汽车座椅减振研究中的参数设定 振动是由不同的路面激励引起的,在车辆座椅的研究中振源来自车辆的底板。振源是由振幅和振动频率合成的,同时振动危害的大小还取决于振动的时间与方向。 振幅、振频、振动时间和振动方向,直接与路况和车辆运行状态有关,其合成是一个随机变量。 因为驾乘人员是坐在座椅上的,因此我们首先对设计参数的确定做出如下规定:1)由于在重力场的作用下,垂直振动的能量传递最大,因此本课题主要研究垂直振动的隔离和减少；2)振动通过支承面（即座椅坐垫）而整体地传递给身体的各个部分；3)对人体最有害地频率是 4—8Hz在引起的振动最大幅度地降低；4)驾乘人员的体重适应范围是45-110kg,确保不同体重的人都会有最佳隔振、减振效果；5)隔振减振架地固有频率控制在1--2Hz,其目的是为了避免与车辆底板发生共振。 有关文献[12]指出，在减振座椅设计中考虑到以下原则： 1)框架应有足够的强度和刚度,确保与座椅连接方便；2)支承运动部件采用锰钢矩管,确保重量轻,强度高；3)运动部件全部采用滚动轴承,最大限度减少阻尼,有利于整个减振架固有频率地降低；4)对不同体重均有最佳减振效果,调节灵活方便；5)用水平拉伸弹簧克服垂直振动。 1.3 本论文研究目的及内容 对于先在存在的多种减振座椅模型，本文运用MATLAB数值计算功能，图形仿真功能，针对几种减振座椅模型的仿真比较，得出其中减振效果最佳的，作为汽车生产的理论依；本文的仿真分析过程提供了一种新的座椅模型比较方法。 不平路面激励引起车身振动，振动会使驾乘人员视力疲劳下降，身体疲劳等症状，在人们对汽车驾驶舒适度要求越来越高的时候，出现了各种减振座椅模型，如传统的被广泛运用的并联型减振模型，有关文献[13]提到的串联模型（即弹性棒与阻尼器串联后布置在两个质量块之间，又称分布式减振模型），本文还研究了并联减振装置与附加串联装置组成的复合型减振模型。 本文在第2章中首先给出了并联型减振模型，串联型减振模型，复合型减振模型的简述；然后给出了各种减振模型的数学模型，为以后运用MATLAB技术仿真打下基础。 在第3章中，先做了仿真的方程转换，然后进行了仿真，来确定各个系数对减振效果的影响，在串联和并联模型仿真时，先取某个确定的弹簧刚度系数，然后依次取阻尼系数10、20、30、50 ；再取另外一个弹簧刚度系数，再依次取阻尼系数为10、20、30、50 。这样在每种模型中取四组数据，经过详实的数据分析，可以得到更准确的规律，进行合理的系数匹配，达到更好的减振效果。 在复合型减振模型的仿真中，主弹簧弹性系数取300、500 时, 主阻尼系数分别取20、30 , 附加弹簧弹性系数也分别取300、500 , 附加阻尼系数2也分别取20、30 ，在这16中组合数据下进行仿真，这样可以得到更加准确的规律。 在第4章中，首先比较了两种串联型减振座椅模型的减振效果，得到弹性棒在上时减振效果更好；而后比较了并联型和串联型中弹性棒在上型两种模型的减振效果，得出后者明显具有更佳的减振效果；然后比较复合型两种模型的减振效果，得出复合型附加阻尼器在上时具有更好的减振效果；最后比较复合型附加阻尼器和串联型弹性棒在上时两种模型的减振效果。 在比较不同的模型时，通过大量的MATLAB仿真结果得出不同模型的衰减时间和达到稳态后的稳态振幅，根据各种模型出的数据表，可以看出几种模型的减振效果。 本文最后综合得出，这几种模型中最优的减振模型，为汽车座椅研究提供理论和数据上的支持。 2 减振座椅力学模型 减振座椅的减振装置由弹簧和阻尼器组成，它们布置在两个物体（质量）之间，其中一个物体受到激振，并因而影响另一个物体。通过弹簧和减振器的这种布置以及它们与上述2个物体块的连接构成动力学模型。 2.1 并联型减振座椅力学模型 图2.1 并联式减振座椅力学模型 图中，m为减振座椅和司机质量和； k为弹簧刚度系数；c为阻尼器阻尼系数；zs表示座椅位移，z0表示车底板位移。 人们称这种动力学模型为刚性连接模型，又称为集中式弹簧-质量-阻尼系统[10]，弹簧减振装置上出现周期性的震荡过程，是由弹簧交替的加载和减载引起的。其主要缺点是有效工作频率范围较窄，高频时减振效果差。 其数学模型可以写作： …… (1) 2.2 弹簧与减振器串联连接 如图2.2-1和2.2-2所示，这种结构称为分布式结构单元，有关文献[13]指出：在阻尼设计时，分布式结构单元具有独特的优点，即能在宽频范围内放大阻尼，因而它和传统的集中式减振器相比，能在宽频带范围有效的对结构减振，其减振效果要高好几个数量级。如图所示的有弹簧（弹性棒）和阻尼成串联布置得阻尼器是最简单的一种形式。 2.2-1 串联型阻尼器在上时的力学模型 图2.2-1 串联式减振座椅力学模型1 图中，m为减振座椅和司机质量和； k1为弹簧刚度系数；c1为阻尼器阻尼系数, zs表示座椅位移，zk表示弹簧和阻尼器连接点的位移，z0表示车底板位移。 其数学模型可以写作： …… (2) …… (3) 2.2-2 串联型弹性棒在上时的力学模型 图2.2-2 串联式减振座椅力学模型2 图中，m为减振座椅和司机质量和； k1为弹簧刚度系数；c1为阻尼器阻尼系数, zs表示座椅位移，zk表示弹簧和阻尼器连接点的位移，z0表示车底板位移。 其数学模型可以写作： …… (4) …… (5) 2.3 弹簧和减振器的串并连接 这种连接称作弹性连接模型，因为弹簧和减振器间是弹性连接的。它是由圆柱形软弹簧和液力（粘性）减震器组成。本文由串联模型提出了两种复合型减振座椅模型，在第四章中同样运用MATLAB仿真技术进行参数优化，通过多组数据的仿真，得出各个系数对减振效果的影响。 2.3-1 复合型附加阻尼器在上时力学模型 图2.3-1 复合式减振座椅力学模型1 图中，m为减振座椅和司机质量和； k为弹簧刚度系数；c为阻尼器阻尼系数；k1为附加弹簧刚度系数；c1为附加阻尼器阻尼系数, zs表示座椅位移，zk表示弹簧和阻尼器连接点的位移，z0为车底板位移。 其数学模型可以写作： …… (6) …… (7) 2.3-2 复合型附加弹性棒与坐垫连接时的力学模型 图2.3-2 复合式减振座椅力学模型2 图中，m为减振座椅和司机质量和； k为弹簧刚度系数；c为阻尼器阻尼系数；k1为附加弹簧刚度系数；c1为附加阻尼器阻尼系数, zs表示座椅位移，zk表示弹簧和阻尼器连接点的位移，z0为车底板位移。 其数学模型可以写作： …… (8) …… (9) 3 基于MATLAB的仿真分析 3.1 并联系统仿真分析 对并联型减振座椅模型进行仿真，首先必须进行方程式的转换，令zs=z1,那么方程(1)可以写成： …… (10) 运用MATLAB仿真时，需要将上式写成以下的方程组： …… (11) …… (12) 在并联型减振座椅模型中，本文进行仿真时，我们先把弹簧刚度系数固定下来，然后变化阻尼器的阻尼系数，得到一组坐垫的位移在时间域上的输出。再取另外一个弹簧刚度系数，再依次变化阻尼器阻尼系数，得到另外一组坐垫的位移在时间域上的输出。在进行参数优化中，本文取了以下几组数据。 第一组 k=300 , c=10、20、30、50 图3.1-1 并联式减振座椅仿真结果 k=300 , c=10 图3.1-2 并联式减振座椅仿真结果 k=300 , c=20 图3.1-3并联式减振座椅仿真结果 k=300 , c=30 图3.1-4 并联式减振座椅仿真结果 k=300 , c=50 第二组：k=500 , c=10、20、30、50 图3.1-5 并联式减振座椅仿真结果 k=500 , c=10 图3.1-6 并联式减振座椅仿真结果 k=500 , c=20 图3.1-7 并联式减振座椅仿真结果 k=500 , c=30 图3.1-8 并联式减振座椅仿真结果 k=500 , c=50 第三组：k=1000 , c=10、20、30、50 图3.1-9 并联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=10 图3.1-10 并联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=20 图3.1-11 并联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=30 图3.1-12 并联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=50 第四组：k=3000 , c=10、20、30、50 图3.1-13 并联式减振座椅仿真结果 k=5000 , c=10 图3.1-14 并联式减振座椅仿真结果 k=5000 , c=20 图3.1-15 并联式减振座椅仿真结果 k=5000 , c=30 图3.1-16 并联式减振座椅仿真结果 k=5000 , c=50 从上面四组数据和仿真图，本文得出如下表的统计结果： 表-1 图号 刚度系数k n/m 阻尼系数c ns/m 衰减时间t s 稳态振幅A cm 3.1-1 300 10 80 1 3.1-2 20 30 1.2 3.1-3 30 18 1.6 3.1-4 50 12 2.3 3.1-5 500 10 70 1.8 3.1-6 20 27 2 3.1-7 30 19 2.2 3.1-8 50 12 2.5 3.1-9 1000 10 60 3 3.1-10 20 25 3.5 3.1-11 30 15 4.2 3.1-12 50 10 5 3.1-13 3000 10 60 11 3.1-14 20 25 12 3.1-15 30 18 13 3.1-16 50 10 14 从上表可以看出，当k一定时，c越大衰减时间越短，稳态振幅稍有增加；c一定时，k值越大，稳态振幅越大，衰减时间稍有变化；k=3000后稳态振幅太大，所以为了取得更好的减振效果，我们取较小的k，取较大的c，综合各组数据，我们取k=300或500,c=20或30时，减振座椅有理想的减振效果。 3.2 串联系统仿真分析 3.2-1对串联联型减振座椅模型进行仿真，首先必须进行方程式的转换，令zs=z1, zk=z2, 那么方程(2)和(3)可以写成： …… (13) …… (14) 运用MATLAB仿真时，令 ,那么方程(13)和（14）需要写成： …… (15) …… (16) …… (17) 在仿真时，我们先取某个弹簧刚度系数k，然后阻尼系数c依次取10、20、30、50 ，得到一组坐垫位移在时间域上的输出。再取另外一个弹簧刚度系数k，阻尼系数c依次取10、20、30、50 得到另外一组坐垫位移在时间域上的输出。 第一组：k=300 , c=10、20、30、50 图3.2-1 串联式减振座椅仿真结果 k1=300 , c1=10 图3.2-2 串联式减振座椅仿真结果 k1=300 , c1=20 图3.2-3 串联式减振座椅仿真结果 k1=300 , c1=30 图3.2-4 串联式减振座椅仿真结果 k1=300 , c1=50 第二组：k=500 , c=10、20、30、50 图3.2-5 串联式减振座椅仿真结果 k1=500 , c1=10 图3.2-6 串联式减振座椅仿真结果 k1=500 , c1=20 图3.2-7 串联式减振座椅仿真结果 k1=500 , c1=30 图3.2-8 串联式减振座椅仿真结果 k1=500 , c1=50 第三组：k=1000 , c=10、20、30、50 图3.2-9 串联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=10 图3.2-10 串联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=20 图3.2-11串联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=30 图3.2-12 串联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=50 第四组：k=3000 , c=10、20、30、50 图3.2-13 串联式减振座椅仿真结果 k=3000 , c=10 图3.2-14 串联式减振座椅仿真结果 k=3000 , c=20 图3.2-15 串联式减振座椅仿真结果 k=3000 , c=30 图3.2-16 串联式减振座椅仿真结果 k=3000 , c=50 根据以上的几组仿真结果，我们可以得到以下的统计数据： 表2 图号 刚度系数k1 阻尼系数c1 衰减时间t t 稳态振幅A cm 3.2-1 300 10 11 0.4 3.2-2 20 8 0.7 3.2-3 30 6 0.9 3.2-4 50 4 1.0 3.2-5 500 10 12 0.5 3.2-6 20 8 0.9 3.2-7 30 6 1.2 3.2-8 50 4 1.4 3.2-9 1000 10 12 0.5 3.2-10 20 8 1.0 3.2-11 30 6 1.4 3.2-12 50 4 2.0 3.2-13 3000 10 12 0.5 3.2-14 20 8 1.0 3.2-15 30 6 1.6 3.2-16 50 4 2.4 从上表可以看出，当k一定时，c越大衰减时间越短，稳态振幅稍有增加；c一定时，k值越大，稳态振幅稍有增加，衰减时间基本不变；为了取得更好的减振效果，我们取较大的c，取较小的k。但是当激励振幅为20cm时，稳态振幅都稳定在10cm上下，所以这种模型不适合被座椅生产选用。 3.2-2 串联型减振座椅模型仿真时，首先对方程(4)和(5)进行如下变换：令zs=z1, zk=z2, 那么方程(4)和(5)可以写成： …… (17) …… (18) 运用MATLAB仿真时，需要将上式写成以下的方程组： …… (19) …… (20) …… (21) 在此种串联型仿真时，我们同样先取弹簧刚度系数k一定，然后阻尼系数c依次取10、20、30、50 ，得到一组坐垫位移在时间域上的输出。然后再取另外一个弹簧刚度系数k，在这个刚度系数k下再次变换阻尼系数c，依次取10、20、30、50 得到另外一组坐垫位移在时间域上的输出。这样我们在取四组数据后，得到详实的数据结果，以期得到准确的规律。 第一组：k=300 , c=10、20、30、50 图3.2-17 串联式减振座椅仿真结果 k=300 , c=10 图3.2-18 串联式减振座椅仿真结果 k=300 , c=20 图3.2-19 串联式减振座椅仿真结果 k=300 , c=30 图3.2-20串联式减振座椅仿真结果 k=300 , c=50 第二组：k=500 , c=10、20、30、50 图3.2-21串联式减振座椅仿真结果 k=500 , c=10 图3.2-22串联式减振座椅仿真结果 k=500 , c=20 图3.2-23串联式减振座椅仿真结果 k=500 , c=30 图3.2-24串联式减振座椅仿真结果 k=500 , c=50 第三组：k=1000 , c=10、20、30、50 图3.2-25串联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=10 图3.2-26串联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=20 图3.2-27串联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=30 图3.2-28串联式减振座椅仿真结果 k=1000 , c=50 第四组：k=3000 , c=10、20、30、50 图3.2-29串联式减振座椅仿真结果 k=3000 , c=10 图3.2-30串联式减振座椅仿真结果 k=3000 , c=20 图3.2-31串联式减振座椅仿真结果 k=3000 , c=30 图3.2-32串联式减振座椅仿真结果 k=3000 , c=50 从以上几组数据得到的仿真结果，得出下面图标中的数据： 表3 图号 刚度系数k1 阻尼系数c1 衰减时间t s 稳态振幅A cm 3.2-17 300 10 30 0.3 3.2-18 20 15 0.6 3.2-19 30 10 0.8 3.2-20 50 5 1 3.2-21 500 10 35 0.3 3.2-22 20 15 0.7 3.2-23 30 10 1 3.2-24 50 5 1.4 3.2-25 1000 10 35 0.3 3.2-26 20 15 0.8 3.2-27 30 10 1.7 3.2-28 50 5 2 3.2-29 3000 10 35 0.5 3.2-30 20 15 1.1 3.2-31 30 10 1.8 3.2-32 50 5 2.5 从上图可以看出，当k一定时，c越大衰减时间越短，稳态振幅稍有增加；c一定时，k值越大，稳态振幅稍有增加，在刚度系数低于1000n/m时，刚度系数对稳态振幅基本没有影响，衰减时间基本不变；为了取得更好的减振效果，我们取较大的c，取较小的k。当激励的振幅为20cm时，稳态振幅都稳定在0cm上下，所以这种模型比cc型具有更好的减振效果。 3.3 复合型减振座椅模型 鉴于前面所述串联型减振座椅较传统的串联型减振座椅具有更好的减振效果，它不仅比后者能更快的使坐垫振动趋于稳态，而且可以使振幅Ａ衰减到更低，使驾乘人员感觉更舒适。本文提出了复合型减振座椅模型（即在传统的串联型减振座椅中增加附加弹性棒k1和阻尼器c1），在接下来的分析中，将选取多组数据综合比较复合型减振座椅，对弹簧的刚度系数和阻尼器的阻尼系数进行优化。 3.3-1 对复合型减振座椅数学模型进行仿真时，必须对方程（6）（7）进行如下变换：令zs=z1, zk=z2, 那么（6）（7）可以写成： …… (22) …… (23) 运用MATLAB仿真时，需要将上式写成以下的方程组： …… (24) …… (25) …… (26) 鉴于前面串联和串联模型仿真得到的规律，为了使座椅具有更好的减振效果，应该取较大的阻尼系数，取较小的弹簧刚度系数，所以在fc型仿真中本文只选了较典型的几组数据，在表-3中有详细的说明。 在复合模型fc的仿真时，我们先取主弹簧刚度系数k=300 和主阻尼系数c=20 一定，然后固定附加弹簧系数k1=300 ，只把附加阻尼系数c1依次取为20、30 ，得到一组坐垫位移在时间域上的输出；改变附加弹簧刚度系数k1=500 , 把c1依次取为20、30 ，得到另外一组坐垫位移在时间域上的输出。这样主弹簧刚度系数k依次取300、500 ，主阻尼系数c依次取20、30 ，附加弹簧刚度系数k1也依次取300、500 ，主阻尼系数c1也依次取20、30 ，这样共有16组数据，这样取值可以更准确的反映模型的减振性能。 仿真结果如下： 本文仿真结果中k的单位均为 ，c的单位均为 ，以下各节相同。 复合型仿真结果3.3-1 k=300 c=20 k1=300 c1=20 复合型仿真结果3.3-2 k=300 c=20 k1=300 c1=30 复合型仿真结果3.3-3 k=300 c=20 k1=500 c1=20 复合型仿真结果3.3-4 k=300 c=20 k1=500 c1=30 复合型仿真结果3.3-5 k=300 c=30 k1=300 c1=20 复合型仿真结果3.3-6 k=300 c=30 k1=300 c1=30 复合型仿真结果3.3-7 k=300 c=30 k1=500 c1=20 复合型仿真结果3.3-8 k=300 c=30 k1=500 c1=30 复合型仿真结果3.3-9 k=500 c=20 k1=300 c1=20 复合型仿真结果3.3-10 k=500 c=20 k1=300 c1=30 复合型仿真结果3.3-11 k=500 c=20 k1=500 c1=20 复合型仿真结果3.3-12 k=500 c=20 k1=500 c1=30 复合型仿真结果3.3-13 k=500 c=30 k1=300 c1=20 复合型仿真结果3.3-14 k=500 c=30 k1=300 c1=30 复合型仿真结果3.3-15 k=500 c=30 k1=500 c1=20 复合型仿真结果3.3-16 k=500 c=30 k1=500 c1=30 表4 图号 主弹簧k (n/m) 主阻尼c (ns/m) 附加弹簧k1 (n/m) 附加阻尼c1 (ns/m) 衰减时间t （s） 稳态振幅A (cm) 3.3-1 300 20 300 20 13 1.6 3.3-2 30 12 1.9 3.3-3 500 20 14 1.4 3.3-4 30 12 1.7 3.3-5 30 300 20 11 1.7 3.3-6 30 9 2.0 3.3-7 500 20 12 1.8 3.3-8 30 10 2.1 3.3-9 500 20 300 20 14 2.2 3.3-10 30 11 2.4 3.3-11 500 20 14 2.2 3.3-12 30 11 2.4 3.3-13 30 300 20 11 2.4 3.3-14 30 9 2.8 3.3-15 500 20 11 2.4 3.3-16 30 9 2.8 通过上面的结果可以看出，在其他参数确定的情况下，附加阻尼系数增加，振动衰减到稳态的时间变小，稳态振幅稍有增大；在其他参数确定的情况下，改变附加弹簧刚度系数，振动衰减到稳态的时间和稳态振幅变化很微小。所以附加弹簧刚度系数对减振效果的影响不大，而附加阻尼系数的改变可以改变振动衰减到稳态的时间和稳态振幅的大小。 其他系数固定，改变主阻尼系数，可以看出衰减到稳态的时间变小，而稳态振幅稍变大，我们还可以看出在其他系数固定的情况下，当主阻尼系数和附加阻尼系数改变相同大小时，对衰减到稳态的时间和稳态幅值的影响是基本一致的。 其他系数固定，增大主弹簧刚度系数，衰减到稳态的时间变化不大，而稳态幅值增加明显。在主弹簧刚度系数和附加弹簧刚度系数变动幅度一样的情况下，改变主弹簧刚度系数时对稳态幅值的影响更加显著，而改变附加刚度系数对二者的影响很微小。所以为了达到更好的减振效果，主弹簧系数尽可能取较小值，而附加弹簧刚度系数可以适当的变动，其选择相对宽松。 综上所述，适当加大主阻尼系数或者附加阻尼系数，或者两者都适当取大时，可以使衰减到稳态的时间变短；适当取小主弹簧刚度系数可以有效地降低稳态振幅，而附加弹簧刚度系数可以在较宽地范围内选取。 3.3-2 附加装置中附加弹性棒在上时, 进行仿真需要对方程(8)和(9)进行变换：令zs=z1, zk=z2, 那么上式可以写成： …… (27) …… (28) 运用MATLAB仿真时，需要将上式写成以下的方程组： …… (29) …… (30) …… (31) 在fk型减振模型的仿真中，跟在fc型仿真中一样本文只选了较典型的几组数据，在表-5中有详细的说明。 在复合模型fk的仿真时，我们同样先取主弹簧刚度系数k=300n/m和主阻尼系数c=20ns/m一定，然后固定附加弹簧系数k1=300，只把附加阻尼系数c1依次取为20、30ns/m，得到一组坐垫位移在时间域上的输出；改变附加弹簧刚度系数k1=500, 把c1依次取为20、30ns/m，得到另外一组坐垫位移在时间域上的输出。这样主弹簧刚度系数k依次取300、500n/m，主阻尼系数c依次取20、30ns/m，附加弹簧刚度系数k1也依次取300、500n/m，主阻尼系数c1也依次取20、30ns/m，这样共有16组数据，这样取值可以更准确的反映模型的减振性能。 仿真图如下： 本文仿真结果中k的单位均为 ，c的单位均为 ，以下各节相同。 复合型仿真结果3.3-17 k=300, c=20, k1=300, c1=20 复合型仿真结果3.3-18 k=300, c=20, k1=300, c1=30 复合型仿真结果3.3-19 k=300, c=20, k1=500, c1=20 复合型仿真结果3.3-20 k=300, c=20, k1=500, c1=30 复合型仿真结果3.3-21 k=300, c=30, k1=300, c1=20 复合型仿真结果3.3-22 k=300, c=30, k1=300, c1=30 复合型仿真结果3.3-23 k=300, c=30, k1=500, c1=20 复合型仿真结果3.3-24 k=300, c=30, k1=500, c1=30 复合型仿真结果3.3-25 k=500, c=20, k1=300, c1=20 复合型仿真结果3.3-26 k=500, c=20, k1=300, c1=30 复合型仿真结果3.3-27 k=500, c=20, k1=500, c1=20 复合型仿真结果3.3-28 k=500, c=20, k1=500, c1=30 复合型仿真结果3.3-29 k=500, c=30, k1=300, c1=20 复合型仿真结果3.3-30 k=500, c=30, k1=300, c1=30 复合型仿真结果3.3-31 k=500, c=30, k1=500, c1=20 复合型仿真结果3.3-32 k=500, c=30, k1=500, c1=30 综合以上几组数据，得出下图结果： 表5 图号 主弹簧k 主阻尼c 附加弹簧k1 附加阻尼c1 衰减时间t s 稳态振幅A cm 3.3-17 300 20 300 20 14 2.0 3.3-18 30 11 2.1 3.3-19 500 20 14 2.1 3.3-20 30 11 2.4 3.3-21 30 300 20 11 2.4 3.3-22 30 9 2.6 3.3-23 500 20 12 2.6 3.3-24 30 9 3.0 3.3-25 500 20 300 20 14 2.6 3.3-26 30 11 2.8 3.3-27 500 20 14 2.6 3.3-28 30 12 3.2 3.3-29 30 300 20 11 3.0 3.3-30 30 9 3.2 3.3-31 500 20 11 3.2 3.3-32 30 9 3.8 通过复合型附加弹性棒在上时的仿真结果和表5可以总结出下面的规律： 1．其他系数固定的情况下，增大附加阻尼系数，衰减到稳态所用时间变短，而稳态幅值增加。所以为减振效果更佳可以取较大的c1。 2．其他系数固定地情况下，增加附加弹簧刚度系数，衰减到稳态所用时间基本没有变化，而稳态幅值增加明显。所以为减振效果更佳可以取较小的附加k1。 3．其他系数固定，只改变主阻尼系数时，衰减到稳态所用时间变短，而稳态幅值增加。所以为减振效果更佳可以取较大的c。此外，主阻尼系数和附加阻尼系数的变化对衰减到稳态的时间和稳态幅值的影响大致相同。 4．其他系数固定，增加主弹簧刚度系数时，衰减到稳态的时间基本没有变化，而稳态幅值有明显的增加。 在主弹簧和附加弹簧刚度系数变化相同幅度时，两者对衰减到稳态的时间影响大致一样，但前者对稳态振幅的影响显著，而后者对稳态振幅的影响较小。所以为了具有更好的减振效果，主弹簧刚度系数尽可能取小，而附加弹簧刚度系数选取范围较宽。 4 分析与结论 4.1 串联模型间的比较 在两种串联减振系统中，都存在这样的规律：当k一定时，c越大衰减时间越短，稳态振幅稍有增加；c一定时，k值越大，稳态振幅稍有增加，衰减时间基本不变。为了取得更好的减振效果，我们取较大的c，取较小的k。 然而根据串联两种模型仿真图可以看出，串联型阻尼器在上时，在幅值为20cm的搓板路面激励下，达到稳态时座椅坐垫上升了10cm；而串联型弹性棒在上时，却可以在0cm上下达到稳态，这样弹性棒在上式更复合汽车设计要求，复合生产实际，所以后者较之前者减振效果更优，更可取。 4.2 串联型弹性棒在上式和并联型的比较 并联型减振系统中，当k一定时，c越大衰减时间越短，稳态振幅稍有增加；c一定时，k值越大，稳态振幅越大，衰减时间稍有变化；k=3000 后稳态振幅太大，所以为了取得更好的减振效果，我们取较小的k，取较大的c，综合各组数据，我们取k=300 或500 ,c=20 或30 时，减振座椅有理想的减振效果。 在串联型弹性棒在上式减振系统中，当k一定时，c越大衰减时间越短，稳态振幅稍有增加；c一定时，k值越大，稳态振幅稍有增加，在刚度系数低于1000 时，刚度系数对稳态振幅基本没有影响，衰减时间基本不变；为了取得更好的减振效果，我们取较大的c，取较小的k。当激励的振幅为20cm时，稳态振幅都稳定在0cm上下。 我们可以通过3.1和3.2中仿真结果的比较，以及表1和表3很直观地比较出这两种模型的优劣。在取相同地参数时，两者达到稳态所用时间大致相同，串联型弹性棒在上式的稳态振幅较之并联型要稍小。在同样给以0.2sin5 t的路面激励，其他各个参数均相同时，并联型减振系统的衰减过程是坐垫以平衡位置为中心大幅振动而后趋于稳态；而串联型弹性棒在上式减振系统的衰减达到稳态的过程是坐垫缓慢下降，最后在平衡位置上下稳态振动。在趋于稳态的过程中串联型弹性棒在上式系统振幅小很多，采用这种减振模型会增加乘坐舒适度。 4.3 复合型间的比较 从第3章表4和表5可以很直观的看出，在完全相同的系数下，复合型附加阻尼器在上时稳态振幅明显比复合型附加弹性棒在上要小，两者达到稳态所用的衰减时间大致相同。所以复合型附加阻尼器在上是减振系统具有更好的减振效果，更可取。 4.4 讨论与总结 串联型弹性棒在上型和复合型中附加阻尼器在上型的比较中，同样参考前面3.2-2和3.3-1中的仿真结果，比较表3和表4中数据，可以看出在合适的参数匹配下，两种模型都可以使振幅衰减到很小；而且阻尼系数在20 或30 时，弹簧的刚度系数在300 或500 左右时，两种模型使振动衰减到稳态所用的时间也相差无几，主要的并且是最明显的区别也在于衰减过程是坐垫以平衡位置为中心大幅振动而后趋于稳态；而串联型弹性棒在上式减振系统的衰减达到稳态的过程是坐垫缓慢下降，最后在平衡位置上下稳态振动。在这个层面上说，串联型弹性棒在上型较之其他所有模型具有更好的减振效果，但是复合型附加阻尼器在上型减振座椅比传统的并联型减振座椅具有很显著的优势，所以复合型附加阻尼器在上型减振座椅仍可以用于生产。 最后，本文所取的数据有限，在这有限的数据基础上不能明确复合型附加阻尼器在上型和串联型弹性棒在上型的优劣；本文所运用的MATLAB仿真手段不能明确的比较出复合型附加阻尼器在上型和串联型弹性棒在上型的优劣，至少不能强有力的说明后者的优势。随着其他技术的采用，并、串联的比较可以得出更详细的结果。 结论 通过前面4章的仿真结果分析可以看出，在各种模型中都大致存在这样的规律：当k一定时，c越大衰减时间越短，稳态振幅稍有增加；c一定时，k值越大，稳态振幅越大，衰减时间稍有变化。也就是说各种模型中的弹性棒主要控制达到稳态后的稳态幅值，弹性棒的刚度系数越大，稳态振幅越大；而阻尼器主要控制减振系统把振动衰减到稳态所用的时间，阻尼系数越大，所用时间越短。所以为了取得较好的减振效果，可以将弹性棒的刚度系数适当取小，而将阻尼器的阻尼系数适当取大。 在复合型和串联型减振系统的比较中，因为所取数据有限，而且由于MATLAB技术的局限性，不能十分确凿的比较出复合型附加阻尼器在上型和串联型弹性棒在上型的优劣。但本文可以十分清楚地表明这两种模型地减振效果较之传统地并联型减振模型要好很多。 致谢 本论文是在导师李欣业教授的悉心指导和鼓励下完成的，首先对李老师表示衷心的谢意。 在论文完成过程中，李老师给予我不仅仅是学术上的指导，他更是传递给我一种精神，对学生亲切和蔼，精心指导，诲人不倦；对学术一丝不苟，精益求精；自始至终，老师都诚恳以对，对我关怀备至；他强烈的事业心和责任感给我留下深刻的印象。 李老师有着严谨的治学风范，开阔的思维，他认真的治学态度将令我受益终身。在指导过程中，老师的谆谆教诲，鼓励与关怀更让我心存感激，老师学识渊博而平易近人，虽然只是跟随老师短短数月，已经使我的思想更加成熟。 论文的完成，及我的点滴进步都是老师关心与栽培的结果，在此再次表示衷心的感谢，师恩永驻我心。 衷心感谢同宿兄弟们的帮助！祝兄弟们前程似锦！ 衷心感谢对论文进行评审的导师们，祝工作顺利，万事如意。 _1180790411.unknown _1181204537.unknown _1181397279.unknown _1181379844.unknown _1181379933.unknown _1181379947.unknown _1181379871.unknown _1181204572.unknown _1181363488.unknown _1180790690.unknown _1181202318.unknown _1181204493.unknown _1180791533.unknown _1180791731.unknown _1180790545.unknown _1180790608.unknown _1180790477.unknown _1180788940.unknown _1180789920.unknown _1180790080.unknown _1180790105.unknown _1180790216.unknown _1180790008.unknown _1180789816.unknown _1180789833.unknown _1180789579.unknown _1180789605.unknown _1180789172.unknown _1180789433.unknown _1180789030.unknown _1180722991.unknown _1180723190.unknown _1180788778.unknown _1180776654.unknown _1180723141.unknown _1180722586.unknown _1180722858.unknown _1180722533.unknown