【正文】 發(fā)動機懸置系統(tǒng)設計流程及其分析與優(yōu)化The Design Process of Engine Mounting System and The Mounting System’s Analysis and Optimization發(fā)動機懸置系統(tǒng)設計流程及其分析與優(yōu)化摘 要發(fā)動機是汽車的主要噪聲、振動源之一，合理設計發(fā)動機動力總成懸置系統(tǒng)對改善汽車的乘坐舒適性、降低車內(nèi)外噪聲水平有著重要的作用。本文通過閱讀總結國內(nèi)外文獻，介紹了發(fā)動機懸置系統(tǒng)設計所需的理論基礎和發(fā)動機懸置系統(tǒng)設計時的注意事項，并在此基礎上總結出發(fā)動機懸置系統(tǒng)的設計流程。通過在ADAMS中建立某款發(fā)動機懸置系統(tǒng)的參數(shù)化模型，對其進行模態(tài)分析，得到了模態(tài)頻率和各階振動能量分布。通過分析模態(tài)頻率和振動耦合水平來確定現(xiàn)有懸置系統(tǒng)的好壞。最后在ADAMS/Insight中進行試驗設計，進行靈敏度分析和優(yōu)化設計。通過靈敏度分析得到對關鍵響應影響最大的設計變量。通過優(yōu)化設計，得到滿足優(yōu)化目標的設計變量較優(yōu)解。最后對懸置系統(tǒng)的參數(shù)化模型進行了二次開發(fā)，形成四點懸置系統(tǒng)的專用分析優(yōu)化模塊。用戶可以通過菜單、對話框的交互功能，按照操作流程快速、便捷、高效的進行類似發(fā)動機懸置系統(tǒng)的分析與優(yōu)化。關鍵詞：懸置系統(tǒng) 設計流程 多剛體動力學仿真 能量法解耦 優(yōu)化設計The Design Process of Engine Mounting System and The Mounting System’s Analysis and OptimizationAbstract Engine assembly is one of the main automobile vibration and noise sources. Proper design of the Engine Mounting System can improve the riding fort and decrease the interior noise. Firstly, this paper introduces the theory foundation which be useful in the design of Engine Mounting System. Secondly, the author introduces the problems which should be noticed in the Engine Mounting System design. Thirdly, this paper presents the design process of Engine Mounting system. Fourthly, the author built a parametric 6DOF rigid model for one specific Engine Mounting System in ADAMS. Then he got the modal frequency and the energy distribution of all six order modals. He evaluated the Engine Mounting System’s dynamic performance through its modal frequencies distribution and the vibration decoupling level. He made the Design of Experiment (DOE) in ADAMS/Insight and got the response surface. He made the Sensitivity Analysis and Optimization on the basis of the response surface. Through the Sensitivity Analysis He got the key design variables of the design objectives. Through the Optimization He got the design variables in accord with the design objectives. In the end, the author customizes ADAMS/View. He creates his own set of menus and dialog boxes. Then he automates the work to build, analyze and optimize the Engine Mounting System by using macros. So other engineers can utilize the customized result to analyze and optimize the four point Engine Mounting system quickly and conveniently.Key words: mounting system, design process, multirigid dynamic simulation, energy decoupling, optimization致 謝光陰似箭，轉(zhuǎn)眼間我的碩士學習階段即將過去，在過去三年的日子里，無論在學習、科研、還是生活方面都得到了許多老師、同學和朋友的鼎力相助，這些我將永遠銘記于心。首先，感謝我尊敬的導師陳心昭教授。在三年攻讀碩士學位期間，陳老師無論是在學習上還是在生活上都給了我極大的關心和幫助，使我得以順利完成碩士研究生階段的學習。其次，衷心的感謝在三年來一直關心我和培養(yǎng)我的噪聲振動工程研究所所長陳劍教授。三年來無論是在生活上還是在學習上都給了我很大的支持和鼓勵。陳老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、敏銳的學術思想、以及積極進取的科研精神是我終生學習的楷模。在此謹向陳教授致以衷心的感謝和崇高的敬意！感謝我的同學范習民、鐘秤平、吳趙生、汪念平、陳輝和高煜三年來在學習和生活上給予我的幫助。同時也要感謝噪聲振動工程研究所的徐小軍老師在我工作上的鼓勵和幫助。最后，感謝我的父母和家人，所有的一切都離不開他們的支持和信任，正是有了他們的理解和付出，我的學業(yè)才得以順利完成。三年時間在人生旅程中只是短暫的一段，但在這里所學到的一切將讓我受用終身，再次感謝所有幫助和關心過我的人們！作者：李令兵 2007年4月目 錄第一章 緒論 1 課題的來源與研究意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 國外研究現(xiàn)狀 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3 主要研究內(nèi)容 4第二章 發(fā)動機懸置設計理論基礎 6 發(fā)動機動力總成的激振力 6 發(fā)動機懸置系統(tǒng)動力學模型的建立 7 發(fā)動機動力總成動力學模型 8 懸置元件的動力學模型 8 發(fā)動機懸置系統(tǒng)動力學模型的建立 10 懸置系統(tǒng)動力學方程及其分析 10 隔振理論分析 12 隔離發(fā)動機的激振力 13 隔離來自路面的振動 14 傳遞率分析 14 發(fā)動機懸置系統(tǒng)解耦理論 15 彈性中心法 16 剛度矩陣解耦法 16 能量法解耦 17 本章小結 17第三章 發(fā)動機懸置系統(tǒng)設計流程 18 發(fā)動機動力總成參數(shù)的測量 18 懸置點布置方法 19 懸置點數(shù) 19 懸置布置形式 21 發(fā)動機懸置的配置特點 23 懸置元件的介紹 25 橡膠懸置元件 25 液壓懸置元件 26 懸置支架的設計 29 發(fā)動機懸置系統(tǒng)的評價 29 發(fā)動機懸置系統(tǒng)的優(yōu)化 30 懸置系統(tǒng)設計流程 31 本章小結 33第四章 在ADAMS中發(fā)動機懸置系統(tǒng)進行仿真分析與優(yōu)化 34 懸置系統(tǒng)動力學模型的建立 34 參數(shù)化建模介紹 34 模型的簡化 35 模型的建立 35 懸置系統(tǒng)的分析與評價 37 發(fā)動機懸置系統(tǒng)的參數(shù)化分析 42 ADAMS參數(shù)化分析原理 42 建立設計變量 43 創(chuàng)建設計目標 44 產(chǎn)生仿真分析腳本 44 試驗設計 44 靈敏度分析 47 優(yōu)化設計 48 本章小結 49第五章 對ADAMS進行初步二次開發(fā) 50 定制用戶界面 50 創(chuàng)建宏命令 53 二次開發(fā)成果 53 本章小結 57第六章 總結與展望 58 全文總結 58 展望 59參考文獻 60攻讀學位期間發(fā)表論文 63插 圖 清 單圖21 橡膠懸置的三維力學模型 8圖22 橡膠懸置的一維力學模型 9圖23 發(fā)動機懸置系統(tǒng)一般動力學模型 10圖24發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔離發(fā)動機激振力原理簡圖 13圖25 發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔離路面振動原理簡圖 14圖26 不同阻尼比情況下的傳遞率曲線圖 15圖31 三點支承懸置系統(tǒng) 20圖32 四點支承懸置系統(tǒng) 20圖33 平置式懸置系統(tǒng)簡圖 21圖34 斜置式懸置系統(tǒng)示意圖 21圖35 會聚式懸置系統(tǒng)簡圖 23圖36 理想懸置元件的剛度（阻尼）曲線 25圖37 橡膠懸置元件 25圖38 橡膠懸置元件的基本結構 26圖39 液壓懸置元件 26圖310 簡單液壓懸置原理簡圖 27圖311 慣性通道式液壓懸置原理簡圖 27圖312 非耦合液壓懸置元件與橡膠懸置元件阻尼和剛度的比較圖 28圖313 耦合懸置元件與非耦合懸置元件的剛度曲線比較圖 28圖314 發(fā)動機懸置系統(tǒng)設計流程 32圖41 線性彈簧阻尼器力學模型 36圖42 ADAMS中發(fā)動機懸置系統(tǒng)剛體模型 37圖43 懸置系統(tǒng)一階振型 38圖44 懸置系統(tǒng)二階振型 39圖45 懸置系統(tǒng)三階振型 39圖46 懸置系統(tǒng)四階振型 40圖47 懸置系統(tǒng)五階振型 40圖48 懸置系統(tǒng)六階振型 41圖49 懸置系統(tǒng)一階模態(tài)頻率靈敏度方框圖 47圖410 懸置系統(tǒng)二階模態(tài)頻率靈敏度方框圖 47圖411 懸置系統(tǒng)三階模態(tài)頻率靈敏度方框圖 48圖412 優(yōu)化分析界面 48圖51 自定義菜單 52圖52 參數(shù)輸入對話框 52圖53 基于ADAMS二次開發(fā)的發(fā)動機懸置分析優(yōu)化系統(tǒng)使用流程 54圖54 程序介紹 54圖55 參數(shù)輸入界面 55圖56 對懸置系統(tǒng)進行模態(tài)分析界面 55圖57 對模態(tài)頻率、能量分布結果進行分析界面 56圖58 試驗設計后按腳本運行仿真界面 56圖59 優(yōu)化分析界面 57表 格 清 單表41 參數(shù)化點坐標 36表42 發(fā)動機動力總成質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量及慣性積 36表43 懸置元件靜剛度 37表44懸置元件位置 37表45 懸置系統(tǒng)六個模態(tài)的固有頻率 38表46發(fā)動機懸置系統(tǒng)六個模態(tài)中各個自由度的能量分布百分比 41表47 響應的統(tǒng)計結果 46表48 優(yōu)化后的懸置剛度 49表49 優(yōu)化后系統(tǒng)的模態(tài)頻率及該頻率下的能量分布百分比 49第一章 緒論 課題的來源與研究意義汽車NVH包括Noise（噪聲）、Vibration（振動）和Harshness（聲振粗糙度或不平順性）三項內(nèi)容。它是衡量汽車品質(zhì)的一個綜合性指標，它給汽車用戶的感受是最直接的。早期的汽車主要是低速行駛，噪聲與振動問題并不突出。隨著發(fā)動機功率的不斷提高，噪聲與振動也隨之增加。與此同時，由于以下三點因素[1]：1）政府法規(guī)對通過噪聲的要求越來越嚴格；2）大多數(shù)顧客在購買汽車時非常在意汽車的振動與噪聲性能，汽車的振動與噪聲性能與顧客對汽車總體印象和評價直接相關；3）汽車的舒適性能如振動和噪聲性能常常成為區(qū)分汽車品牌好壞的重要原因之一。因此汽車廠商越來越重視提高汽車的振動噪聲性能，噪聲與振動開始成為汽車開發(fā)工程中最主要的問題之一。發(fā)動機是汽車的動力源，也是汽車最主要的噪聲與振動源，其激勵力主要有兩類：一是發(fā)動機旋轉(zhuǎn)運動和上下運動而產(chǎn)生的慣性不平衡；二是由于燃燒而產(chǎn)生的沖擊力。發(fā)動機通常是與變速箱連在一起組成發(fā)動機動力總成，因此隔振減振不僅僅是發(fā)動機的問題，而且是整個發(fā)動機動力總成的問題[2]。發(fā)動機懸置系統(tǒng)包括發(fā)動機動力總成（發(fā)動機、離合器、變速箱）以及三到四個懸置元件，發(fā)動機動力總成通過懸置元件與車架或車身相連。發(fā)動機的振動通過懸置系統(tǒng)傳遞給車身，從而引起車身的振動并通過車廂壁板的振動產(chǎn)生輻射噪聲。因此發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔振性能的優(yōu)劣直接決定了汽車NVH性能的好壞。發(fā)動機懸置系統(tǒng)的性能不僅僅依靠單個懸置元件的性能，而且和整個系統(tǒng)有關。懸置系統(tǒng)的設計主要包括[3]：1）發(fā)動機質(zhì)心位置和方向；2）每個懸置元件的位置和方向；3）每個懸置元件的剛度系數(shù)。因此我們需要對發(fā)動機懸置系統(tǒng)進行研究：分析懸置系統(tǒng)隔振原理以及懸置元件布置規(guī)律，建立設計流程，對設計出的懸置系統(tǒng)進行分析與評價，對設計變量進行優(yōu)化。這些工作在理論和實踐上都具有十分重大的意義。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀車速的提高和汽車的輕量化，使得發(fā)動機振動引起的各種問題日益突出，發(fā)動機懸置系統(tǒng)的設計研究受到越來越多的重視。理想的發(fā)動機懸置系統(tǒng)應滿足多方面的要求[2]：1）支承作用：懸置系統(tǒng)必須能承受發(fā)動機動力總成的質(zhì)量，使其不至于產(chǎn)生過大的靜位移。2）限位作用：在發(fā)動機動力總成受到各種干擾力（制動、加速、減速等）作用的情況下，懸置系統(tǒng)能有效的限制其最大位移，以避免與相鄰零部件發(fā)生碰撞與干涉。3）隔振作用：發(fā)動機懸置系統(tǒng)必須盡量衰減隔離發(fā)動機向車架傳遞的振動，同時，懸置系統(tǒng)還要衰減隔離地面不平而引起的車架傳遞給發(fā)動機動力總成的振動。 發(fā)動機懸置系統(tǒng)的剛體振動在六個自由度上是耦合的，即某個自由度上的激