發(fā)動(dòng)機(jī)懸置設(shè)計(jì)

1、整車技術(shù)部設(shè)計(jì)指南81發(fā)動(dòng)機(jī)懸置設(shè)計(jì)5.1、 述汽車的乘坐舒適性NVH （Noise-噪聲、Vibration- 振動(dòng)和Harshness-聲振舒適性）越來越受到人們的重視和關(guān)注，因?yàn)樵肼?、振?dòng)和舒適性，是衡量汽車制造質(zhì)量的一個(gè)綜合問題，它給汽車用戶的感覺是最直接和最表面的。作為汽車動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車 主要的振動(dòng)激勵(lì)源之一，其氣缸燃?xì)鈮毫Α⑥D(zhuǎn)速及輸出轉(zhuǎn)矩的周期性波動(dòng)及不平衡慣性 力（矩）既激起發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成本身的剛體振動(dòng)和彈性振動(dòng)，又激起汽車動(dòng)力傳動(dòng)的扭 轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎曲振動(dòng)等，從而導(dǎo)致十分嚴(yán)重的振動(dòng)、噪聲及結(jié)構(gòu)問題，最終傳遞給車身， 引起整車振動(dòng)與噪聲。汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是指動(dòng)力總成（包括發(fā)

2、動(dòng)機(jī)、離合器及變速箱等）與車架或 車身之間通過彈性懸置元件連接而成的系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的振動(dòng)與路面激勵(lì)力是通 過彈性懸置元件傳給車身，該項(xiàng)系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向車體的傳 遞，影響整車的 NVH特性。因此，最大限度的減小發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成所產(chǎn)生的振動(dòng)及噪聲 向車身傳遞，是汽車減振和降噪的主要研究內(nèi)容之一。5.2、 懸置系統(tǒng)功能介紹5.2.1 懸置總成的功用a）懸置系統(tǒng)的首要作用即最基本的作用是支承動(dòng)力總成的動(dòng)、靜載荷，并使發(fā)動(dòng)機(jī) 動(dòng)力總成在所有方向上的位移處于可接受的范圍內(nèi)，不與前艙內(nèi)其它零部件發(fā)生干涉；b）隔離發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的振動(dòng)，最大限度地降低從發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成傳遞到車身/車架

3、上的振動(dòng)，能有效的降低振動(dòng)及噪音；c）在汽車做緊急制動(dòng)、加速或受其它外界負(fù)荷的作用下時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不應(yīng)有過大的位移；d）隔離由于輪胎及車身的抖動(dòng)而產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音通過懸置系統(tǒng)而傳向發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力 總成，降低振動(dòng)及噪音；e）懸置系統(tǒng)元件需有足夠的使用壽命。5.3、 力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法5.3.1 設(shè)計(jì)需解決的問題a）主要起支撐減振的作用，因而，懸置必須要能夠支撐起動(dòng)力總成，并且保證其三個(gè)方向的位移和繞三個(gè)軸的轉(zhuǎn)角在一定的限度內(nèi)；b）發(fā)動(dòng)機(jī)自身振動(dòng)的隔離，即不讓發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡力所造成的振動(dòng)過分地傳向車向車身，這就要求各懸置的固有頻率與各激勵(lì)源的頻率必須滿足fi fIDLE /的條件，其中，f i為各懸置的

4、固有頻率，f IDLE為怠速時(shí)各激勵(lì)源的頻率。車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)的降低，十分有利于降低結(jié)構(gòu)的噪聲輻射。C）路面的激勵(lì)下發(fā)動(dòng)機(jī)的晃動(dòng)問題。即在低頻段內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)固有頻率與整車特性不 匹配時(shí)，路面激勵(lì)所造成的發(fā)動(dòng)機(jī)晃動(dòng)可能引起汽車乘坐舒適性問題，也可能影響到汽 車的操縱舒適性。5.3.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的決定因素和最優(yōu)化的目標(biāo)a）布置空間，懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很大程度上受到布置空間的制約，由于轎車的前艙一 般空間很有限，加上其它系統(tǒng)如排氣系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng) 等都在前艙內(nèi)布置，所以懸置系統(tǒng)首先要滿足布置上的要求；b）發(fā)動(dòng)機(jī)的工作模態(tài)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率很寬，通過改變懸置元件的剛度、安 裝

5、位置、安裝角度以及改變懸置元件的阻尼系數(shù)，合理的匹配發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng) 的各向固有頻率，最大限度發(fā)揮現(xiàn)有懸置元件的潛能 ，以達(dá)到減振的目的。5.3.3 滿足的工作環(huán)境懸置系統(tǒng)的工作條件一是持續(xù)承受動(dòng)力總成的重量，克服傳動(dòng)軸對(duì)動(dòng)力總成的反作 用扭矩，二是承受發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的前艙高溫（約100 oC）,三是承受整車啟動(dòng)后一定頻率的來自動(dòng)力總成和車輪的激勵(lì)振動(dòng)。5.3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成設(shè)計(jì)的基本步驟a）動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)方案布置設(shè)計(jì)，這時(shí)，需要了解的是項(xiàng)目背景及與整車項(xiàng)目相 關(guān)的一些信息，比如，整車設(shè)計(jì)的市場定位，對(duì)懸置系統(tǒng)的要求（包括成本投入，綜合 性能的目標(biāo)等），前艙的邊界條件及懸置系統(tǒng)的布置

6、方案的選擇等；因?yàn)閼抑孟到y(tǒng)與動(dòng)力 總成的結(jié)構(gòu)及特性有很大的關(guān)系，為了便于組建數(shù)據(jù)庫，需在設(shè)計(jì)前期就必需了解動(dòng)力 總成的特性（比如，發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)，變速箱的型號(hào)，動(dòng)力總成（或發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱）的 重量，重心點(diǎn)坐標(biāo)及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等；b）動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)零部件的概念設(shè)計(jì)，依據(jù)總布置給的邊界條件及動(dòng)力總成的特性 及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，利用相應(yīng)的理論指導(dǎo)（如撞擊中心理論、剛度矩陣解耦法、能量解耦法等）， 來確定懸置系統(tǒng)的布置方式及懸置點(diǎn)的布置位置。c）動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，依據(jù)懸置系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)過程中得到的邊界 數(shù)模，并利用相應(yīng)的軟件（如 ADAMS NASTRA NANSYS CAE等）分析為指導(dǎo)，以發(fā)動(dòng)機(jī)

7、動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的固有頻率的合理分布為目標(biāo)，詳細(xì)設(shè)計(jì)懸置系統(tǒng)各零部件工藝數(shù)模、 細(xì)化二維圖紙及初步確定懸置系統(tǒng)各方向上的動(dòng)、靜剛度值，這時(shí)除了要更新設(shè)計(jì)構(gòu) 想書及零部件清單之外，技術(shù)裝配說明書、DVR DFME專利分析等需在此階段完成。d）發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸懸置系統(tǒng)零部件試制，按照數(shù)模（或圖紙）及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)在規(guī) 定的時(shí)間內(nèi)制造合格的工裝（或手工）樣件，此時(shí)需按需要裝配幾臺(tái)準(zhǔn)備作試驗(yàn)用的樣 機(jī)；e）動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)零部件驗(yàn)證（包括臺(tái)架試驗(yàn)、懸置系統(tǒng)CAE分析及整車 NVH性能試驗(yàn)等），通過對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行臺(tái)架、相關(guān)的性能分析及測試，檢測動(dòng)力總成懸置系統(tǒng) 在各個(gè)工況下的工作特性、隔振及對(duì)噪音的衰減性能

8、，這一般由供應(yīng)商和整車廠共同進(jìn) 行，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出進(jìn)一步優(yōu)化動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的方案，由于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng) 力總成系統(tǒng)的工作頻率是一個(gè)很寬的范圍（一般會(huì)在10500Hz之間），并且要求懸置系統(tǒng)在低頻大振幅（如發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀況）提供大的陰尼特性，而在高頻低幅振動(dòng)激勵(lì)下提 供低的動(dòng)剛度特性，以衰減高頻噪聲?？墒菍?shí)際上懸置系統(tǒng)由于受到材料（特別是橡膠 懸置）的限制，很難滿足動(dòng)力總成各工作模態(tài)下的要求，我們的目標(biāo)就是最大范圍的滿 足動(dòng)力總成常見工作模態(tài)下響應(yīng)，f）動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)改進(jìn)優(yōu)化，依據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)、CAE分析的反饋信息及整車測試的結(jié)果對(duì)動(dòng)力總成及懸置系統(tǒng)進(jìn)行分析，優(yōu)化懸置元件的結(jié)構(gòu)及橡膠的動(dòng)、

9、靜剛度， 以達(dá)到滿足整車 NVH及相關(guān)的綜合性能，此時(shí)，相關(guān)的文件（比如數(shù)模，二維圖，動(dòng)、 靜剛度曲線圖都需及時(shí)更新）；g）對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)再一輪的樣件制作及試驗(yàn)驗(yàn)證，至到達(dá)到相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)及 滿意的效果為止；5.3.5 設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)還應(yīng)注意的其它幾個(gè)因素a）影響裝配位置因素，因懸置元件大多為鑄造件及沖壓件，因其結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性， 在進(jìn)行懸置系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮懸置系統(tǒng)的可裝配性；b）修理的方便性，指在進(jìn)行懸置系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮懸置系統(tǒng)的可裝配性， 還要考慮懸置軟墊的更換及對(duì)動(dòng)力總成進(jìn)行保養(yǎng)時(shí)的方便動(dòng)力總成的拆卸和安裝。5.4、 懸置系統(tǒng)的布置5.4.1 懸置系統(tǒng)布置的要

10、求及依據(jù)要保證懸置本身在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下不與其他件干涉，要考慮到運(yùn)動(dòng)過程中橡 膠件為彈性體，懸置位置必定會(huì)有約1020mm左右的變動(dòng)。二是要保證由懸置限制位置的動(dòng)力總成不與周圍車身件和發(fā)動(dòng)機(jī)附件干涉，尤其注意與燃油管路，傳動(dòng)軸等安全件 的干涉；懸置點(diǎn)的數(shù)目及其位置選擇，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置系統(tǒng)多采用三點(diǎn)或四點(diǎn)支承。一般 較老式的發(fā)動(dòng)機(jī)多在風(fēng)扇端設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)支承點(diǎn)，而在飛輪端設(shè)置兩個(gè)支承點(diǎn)；新式 的則反過來，在風(fēng)扇端設(shè)置兩個(gè)支承點(diǎn)，而在飛輪端則放一個(gè)或兩個(gè)。這主要是根據(jù)發(fā) 動(dòng)機(jī)類型（是汽油機(jī)還是柴油機(jī)），前后承載重量分配以及激振力情況而定的。三點(diǎn)支承 的優(yōu)點(diǎn)是不管汽車怎樣顛簸、跳動(dòng)，它總能保證

11、各支承點(diǎn)處在一個(gè)平面上，這就大大改 善了機(jī)體的受力情況，目前有很多汽車發(fā)動(dòng)機(jī)即使是采用四點(diǎn)支承的也力求將飛輪端的 那兩點(diǎn)盡量靠攏，以達(dá)到三點(diǎn)支承的效果。此外三點(diǎn)懸置系統(tǒng)，通過合理設(shè)計(jì)可以達(dá)到上下方向、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的獨(dú)立解耦，從而 大幅減小了耦合振動(dòng)。其中左右懸置通常接近扭轉(zhuǎn)慣性軸位置布置，特別支持上下方向 的振動(dòng)解耦。右懸置通常采用效果更佳的液壓懸置，與發(fā)動(dòng)機(jī)連接布置，支持隔離發(fā)動(dòng) 機(jī)燃燒激勵(lì)、慣性力激勵(lì)、路面激勵(lì)。左懸置通常就采用普通的橡膠懸置，與變速箱連 接布置，在隔離激振的同時(shí)起到動(dòng)力總成限位的作用。后懸置通常與變速箱連接布置， 承受扭矩，重點(diǎn)起到動(dòng)力總成的縱向限位。四點(diǎn)懸置系統(tǒng)，同樣可以達(dá)

12、到上下方向、扭 轉(zhuǎn)振動(dòng)的獨(dú)立解耦，從而大幅減小了耦合振動(dòng)的要求。其中左右懸置也接近扭轉(zhuǎn)慣性軸 位置布置，特別支持上下方向的振動(dòng)解耦。前后懸置主要承受由行駛工況引起的扭矩， 重點(diǎn)起到動(dòng)力總成的縱向限位。相對(duì)于三點(diǎn)懸置系統(tǒng)，四點(diǎn)懸置系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)搖 振和怠速工況振動(dòng)效果良好，但此種布置中前后懸置的剛度變化將引起發(fā)動(dòng)機(jī)位置變化， 導(dǎo)致怠速的預(yù)載變化，其次通常需要前橫梁支撐前懸置，導(dǎo)致減振效果的下降。通常在選擇支承點(diǎn)的布置位置時(shí)除了要滿足整車布置協(xié)調(diào)、系統(tǒng)解耦條件外還有兩 個(gè)問題需要考慮：一是打擊中心問題。設(shè)計(jì)良好的懸置系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)本身的運(yùn)動(dòng)即使是在 惡劣的道路條件下也不會(huì)很大，且隔振器也不會(huì)遭受過

13、大的動(dòng)載荷。但在有些發(fā)動(dòng)機(jī)中， 如直列式四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)曲柄間隔為180度時(shí)存在著嚴(yán)重的二次不平衡慣性力，由它將引起機(jī)組劇烈的縱搖振動(dòng)。在這種情況下如應(yīng)用打擊中心理論將發(fā)動(dòng)機(jī)的前支承布置在 激振力的作用平面內(nèi)（氣缸體的橫向中心面處），后支承布置在打擊中心處，就可以大大 減輕激振力通過后支承向車身的傳遞，有效地減小汽車振動(dòng)。二是機(jī)身一階彎曲振動(dòng)問 題?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組作為一個(gè)彈性體其一階彎曲振動(dòng)的固有頻率并不是很高的，而 功率強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)的高頻段的激勵(lì)頻率卻是很豐富的，因此很有可能導(dǎo)致機(jī)身產(chǎn)生一階 彎曲振動(dòng)共振。在這種情況下如能將支承點(diǎn)安置在振型曲線的節(jié)點(diǎn)處，對(duì)于減輕隔振器 的附加載荷是很有利的

14、。5.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)布置圖舉例圖a常見的四點(diǎn)懸置布置形式如圖a為常見的四點(diǎn)懸置布置形式，前、后、左、右各一點(diǎn)，左、右懸置承受動(dòng)力 總成的絕大部分重量，并且布置在動(dòng)力總成的扭矩軸附近，前、后懸置點(diǎn)布置在動(dòng)力總 成彎曲振形的節(jié)點(diǎn)上，可以起到限制動(dòng)力總成的扭轉(zhuǎn)并使懸置軟墊變形量最小。動(dòng)力總 成懸置系統(tǒng)一般存在著彈性耦合和慣性耦合，各懸置點(diǎn)布置遵循以上原則外，還應(yīng)從動(dòng) 力總成的模態(tài)解耦上考慮，應(yīng)盡量使懸置點(diǎn)的彈性中心與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的重心重合。圖b典型的三點(diǎn)懸置軟墊的結(jié)構(gòu)形式如圖b , LHS為懸置軸線垂直布置，該結(jié)構(gòu)有利于提高丫向剛度；RHS軸線水平布置,有利于提高Z向剛度，ROD為

15、扭力桿，其只限制 X方向的剛度，運(yùn)動(dòng)的順從性好，避免造 成車身的扭曲。單個(gè)零件的結(jié)構(gòu)選擇首先考慮的是在允許懸置布置的空間內(nèi)靈活構(gòu)思，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整個(gè)懸置系統(tǒng)就必須考慮各個(gè)方向的剛度限制，圖4.2.2 所示的系統(tǒng)由于XYZ三個(gè)方向的剛度都能得到保證，因而該系統(tǒng)是一個(gè)成功布置的典型范例。5.4.3懸置與周邊間隙布置舉例由于前艙溫度較高，要求前懸置與排氣管間隙50mm為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)傾影響，一般要求右懸置與皮帶輪間隙10mm35mm考慮傳動(dòng)軸的跳動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，要求后懸置與傳動(dòng)軸間隙5.5、 組成懸置元件的材料及性能要求5.5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置的種類a）從類型上分，有金屬彈簧懸置、橡膠懸置

16、、空氣彈簧懸置和液力懸置等多種結(jié)構(gòu)， 在車輛個(gè)常見的是橡膠懸置和液力懸置。橡膠懸置利用橡膠材料的拉伸、壓縮和剪切變 形來實(shí)現(xiàn)能量的吸收和消耗，達(dá)到隔振的目的。對(duì)橡膠懸置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以同時(shí) 調(diào)節(jié)橫向、縱向及垂向的剛度值，實(shí)現(xiàn)全方位的隔振，但研究表明，橡膠懸置僅在低頻 段有較好的隔振性能，高頻時(shí)容易發(fā)生駐波現(xiàn)象，使系統(tǒng)的動(dòng)剛度增大，隔振效果變差。 所以橡膠懸置一般是用在檔次較低的車輛和大型動(dòng)力機(jī)械的隔振處理中，隔振要求較高 的環(huán)境中一般很少使用；液力懸置將橡膠材料的彈性吸振和液體阻尼合為一體，能有效 衰減車輛伯振動(dòng)，降低車內(nèi)噪聲，提高乘坐舒適性，并有助于改善車輛的使用安全性和 操作穩(wěn)定性。b）從控制方式上分，懸置元件可分為被動(dòng)式、半主動(dòng)控制式及主動(dòng)控制式三大類。 目前已經(jīng)在車輛上安裝使用的是兩室被動(dòng)液力懸置，其中兩室分別為工作腔和輔助腔， 有簡單阻尼孔式、慣性通道式、解耦式和液柱共振式等多種結(jié)構(gòu)。半主動(dòng)式及主動(dòng)式隔 振的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元件還處于研究階段，還沒有大批量運(yùn)用于生產(chǎn)。c）懸置元件材料的成分，目前常用的是橡膠，金屬骨架，或內(nèi)部充液（一般是粘值 較低的硅油、酒精或防凍液等）。5.5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置支架的材料a）發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支架因?yàn)樾栌懈叩墓逃蓄l率，所以大部分為鑄造件及復(fù)雜的沖壓件組 成。鑄件材料多采用灰鑄鐵，鋁合金等。少量采用球