【正文】 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程及其分析與優(yōu)化摘 要發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的主要噪聲、振動(dòng)源之一，合理設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)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(jié)國內(nèi)外文獻(xiàn)，介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的理論基礎(chǔ)和發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。通過在ADAMS中建立某款發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的參數(shù)化模型，對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，得到了模態(tài)頻率和各階振動(dòng)能量分布。通過分析模態(tài)頻率和振動(dòng)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(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過靈敏度分析得到對(duì)關(guān)鍵響應(yīng)影響最大的設(shè)計(jì)變量。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到滿足優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)計(jì)變量較優(yōu)解。最后對(duì)懸置系統(tǒng)的參數(shù)化模型進(jìn)行了二次開發(fā)，形成四點(diǎn)懸置系統(tǒng)的專用分析優(yōu)化模塊。用戶可以通過菜單、對(duì)話框的交互功能，按照操作流程快速、便捷、高效的進(jìn)行類似發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的分析與優(yōu)化。關(guān)鍵詞：懸置系統(tǒng) 設(shè)計(jì)流程 多剛體動(dòng)力學(xué)仿真 能量法解耦 優(yōu)化設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)階段即將過去，在過去三年的日子里，無論在學(xué)習(xí)、科研、還是生活方面都得到了許多老師、同學(xué)和朋友的鼎力相助，這些我將永遠(yuǎn)銘記于心。首先，感謝我尊敬的導(dǎo)師陳心昭教授。在三年攻讀碩士學(xué)位期間，陳老師無論是在學(xué)習(xí)上還是在生活上都給了我極大的關(guān)心和幫助，使我得以順利完成碩士研究生階段的學(xué)習(xí)。其次，衷心的感謝在三年來一直關(guān)心我和培養(yǎng)我的噪聲振動(dòng)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(xué)習(xí)上都給了我很大的支持和鼓勵(lì)。陳老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的學(xué)術(shù)思想、以及積極進(jìn)取的科研精神是我終生學(xué)習(xí)的楷模。在此謹(jǐn)向陳教授致以衷心的感謝和崇高的敬意！感謝我的同學(xué)范習(xí)民、鐘秤平、吳趙生、汪念平、陳輝和高煜三年來在學(xué)習(xí)和生活上給予我的幫助。同時(shí)也要感謝噪聲振動(dòng)工程研究所的徐小軍老師在我工作上的鼓勵(lì)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(xué)業(yè)才得以順利完成。三年時(shí)間在人生旅程中只是短暫的一段，但在這里所學(xué)到的一切將讓我受用終身，再次感謝所有幫助和關(guān)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(dòng)機(jī)懸置設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ) 6 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的激振力 6 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立 7 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成動(dòng)力學(xué)模型 8 懸置元件的動(dòng)力學(xué)模型 8 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立 10 懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程及其分析 10 隔振理論分析 12 隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的激振力 13 隔離來自路面的振動(dòng) 14 傳遞率分析 14 發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié) 17第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 18 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成參數(shù)的測量 18 懸置點(diǎn)布置方法 19 懸置點(diǎn)數(shù) 19 懸置布置形式 21 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的配置特點(diǎn) 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(shè)計(jì) 29 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的評(píng)價(jià) 29 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的優(yōu)化 30 懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 31 本章小結(jié) 33第四章 在ADAMS中發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析與優(yōu)化 34 懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(píng)價(jià) 37 發(fā)動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)變量 43 創(chuàng)建設(shè)計(jì)目標(biāo) 44 產(chǎn)生仿真分析腳本 44 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 44 靈敏度分析 47 優(yōu)化設(shè)計(jì) 48 本章小結(jié) 49第五章 對(duì)ADAMS進(jìn)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(jié) 57第六章 總結(jié)與展望 58 全文總結(jié) 58 展望 59參考文獻(xiàn) 60攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文 63插 圖 清 單圖21 橡膠懸置的三維力學(xué)模型 8圖22 橡膠懸置的一維力學(xué)模型 9圖23 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)一般動(dòng)力學(xué)模型 10圖24發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔離發(fā)動(dòng)機(jī)激振力原理簡圖 13圖25 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔離路面振動(dòng)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(diǎn)支承懸置系統(tǒng) 20圖32 四點(diǎn)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(huì)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(jié)構(gòu) 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(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 32圖41 線性彈簧阻尼器力學(xué)模型 36圖42 ADAMS中發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)話框 52圖53 基于ADAMS二次開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析界面 55圖57 對(duì)模態(tài)頻率、能量分布結(jié)果進(jìn)行分析界面 56圖58 試驗(yàn)設(shè)計(jì)后按腳本運(yùn)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(diǎn)坐標(biāo) 36表42 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)模態(tài)的固有頻率 38表46發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)六個(gè)模態(tài)中各個(gè)自由度的能量分布百分比 41表47 響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)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(dòng)）和Harshness（聲振粗糙度或不平順性）三項(xiàng)內(nèi)容。它是衡量汽車品質(zhì)的一個(gè)綜合性指標(biāo)，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(dòng)問題并不突出。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的不斷提高，噪聲與振動(dòng)也隨之增加。與此同時(shí)，由于以下三點(diǎn)因素[1]：1）政府法規(guī)對(duì)通過噪聲的要求越來越嚴(yán)格；2）大多數(shù)顧客在購買汽車時(shí)非常在意汽車的振動(dòng)與噪聲性能，汽車的振動(dòng)與噪聲性能與顧客對(duì)汽車總體印象和評(píng)價(jià)直接相關(guān)；3）汽車的舒適性能如振動(dòng)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(dòng)噪聲性能，噪聲與振動(dòng)開始成為汽車開發(fā)工程中最主要的問題之一。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源，也是汽車最主要的噪聲與振動(dòng)源，其激勵(lì)力主要有兩類：一是發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和上下運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)通常是與變速箱連在一起組成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成，因此隔振減振不僅僅是發(fā)動(dòng)機(jī)的問題，而且是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的問題[2]。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成（發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱）以及三到四個(gè)懸置元件，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成通過懸置元件與車架或車身相連。發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)通過懸置系統(tǒng)傳遞給車身，從而引起車身的振動(dòng)并通過車廂壁板的振動(dòng)產(chǎn)生輻射噪聲。因此發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的性能不僅僅依靠單個(gè)懸置元件的性能，而且和整個(gè)系統(tǒng)有關(guān)。懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括[3]：1）發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心位置和方向；2）每個(gè)懸置元件的位置和方向；3）每個(gè)懸置元件的剛度系數(shù)。因此我們需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)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(shè)計(jì)流程，對(duì)設(shè)計(jì)出的懸置系統(tǒng)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化。這些工作在理論和實(shí)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(dòng)機(jī)振動(dòng)引起的各種問題日益突出，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究受到越來越多的重視。理想的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)應(yīng)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(dòng)機(jī)動(dòng)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(dòng)機(jī)動(dòng)力總成受到各種干擾力（制動(dòng)、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(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)必須盡量衰減隔離發(fā)動(dòng)機(jī)向車架傳遞的振動(dòng)，同時(shí)，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(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的振動(dòng)。 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的剛體振動(dòng)在六個(gè)自由度上是耦合的，即某個(gè)自由度上的激