基于梁结构的准零刚度汽车座椅减振系统的设计与分析

摘要

随着生活质量的不断提高，人们对汽车舒适性的要求也与日俱增。汽车座椅减振系统对汽车的乘坐舒适性至关重要，汽车在行驶时，来自道路的各种激励通过汽车座椅减振系统传递到人体，其中人体对低频振动最为敏感，容易造成身体不适。对传统线性汽车座椅减振系统而言，实现低频减振的代价就是大幅降低系统的刚度，这就无法保证其承载能力。而同时兼备高静刚度和低动刚度的准零刚度汽车座椅减振系统就能很好地解决这个问题，准零刚度系统能够在保证其承载能力的情况下还具有较低的动刚度，因此其能够减小低频振动，提高汽车乘坐舒适性。本文采用梁结构分别设计正负刚度单元，将之并联成准零刚度汽车座椅减振系统，并在此基础上引入柔性机构以改善其适用性。 首先，分别对应用梁结构实现正刚度和负刚度的机理进行研究，经公式推导得到其载荷-位移关系，并通过算例比较MATLAB计算的理论结果和ANSYS得到的仿真结果，证明用梁结构构建正刚度单元和负刚度单元的可行性。 然后，采用梁结构分别设计正刚度单元和负刚度单元，并分别分析梁结构参数对正刚度单元及负刚度单元力学特性的影响。之后选择适当的梁结构参数建立正负刚度单元，将它们并联成应用于汽车座椅的准零刚度系统，使系统的工作载荷大约为一个普通成人的体重。随后研究分析该系统的静力学及动力学特性，得到该系统载荷和刚度随位移变化的关系曲线，通过计算准零系统工作区间的传递率并将其与线性系统对比，证明该系统的减振性能明显优于线性系统，且其具有较好的低频减振能力。 最后，在准零刚度汽车座椅减振系统中引入柔性机构，研究柔性机构结构参数对准零刚度系统力学特性的影响，并将其与未添加柔性机构的准零刚度系统进行比较，证明添加柔性机构的准零刚度系统虽然在低频减振性能方面相比于未添加柔性机构的有所下降，但其达到平衡位置所需的位移更少，且工作载荷范围更大，这就意味着引入柔性机构的准零刚度汽车座椅减振系统更稳定，适用性更强。

目录

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 汽车座椅减振系统的研究现状

1.2.2 准零刚度系统的研究现状

1.2.3 梁结构减振的研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 基础理论

2.1 振动理论基础

2.1.1 单自由度有阻尼系统振动分析

2.1.2 单自由度无阻尼系统振动分析

2.2 有限元理论基础

2.2.1 有限元基本思想

2.2.2 振动问题的有限元法

2.3 本章小结

3 准零刚度系统的实现机理

3.1 准零刚度的实现机理

3.2 正刚度的实现机理

3.2.1 公式推导

3.2.2 算例验证

3.3 负刚度的实现机理

3.3.1 公式推导

3.3.2 算例验证

3.4 本章小结

4 准零刚度汽车座椅减振系统的设计

4.1 设计正刚度单元

4.1.1 建立正刚度单元有限元模型

4.1.2 正刚度单元的力学特性

4.1.3 梁结构参数对正刚度单元力学特性的影响

4.2 设计负刚度单元

4.2.1 建立负刚度单元有限元模型

4.2.2 负刚度单元的力学特性

4.2.3 梁结构参数对负刚度单元力学特性的影响

4.3 设计准零刚度汽车座椅减振系统

4.3.1 建立准零刚度系统有限元模型

4.3.2 准零刚度系统的力学特性

4.4 本章小结

5 引入柔性机构的准零刚度汽车座椅减振系统的设计

5.1 柔性机构

5.1.1 柔性机构的简介

5.1.2 柔性机构的设计

5.2 引入柔性机构的准零刚度汽车座椅减振系统

5.2.1 建立引入柔性机构的准零刚度系统有限元模型

5.2.2 引入柔性机构的准零刚度系统的静力学特性

5.2.3 柔性机构参数对准零刚度系统静力学特性的影响

5.2.4 引入柔性机构的准零刚度系统的动力学特性

5.3 添加柔性机构与未添加柔性机构的准零刚度汽车座椅减振系统对比

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢