【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 M 文件，從而為進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。并且利用 MATLAB 進(jìn)行編程計(jì)算，初步分析了 分析懸置動(dòng)態(tài)特性對(duì)動(dòng)力總成振動(dòng)的影響 。 4．根據(jù)動(dòng)力總成的測(cè)試參數(shù)，在 ADAMS 里面建立了該發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總 成懸置系統(tǒng)的六自由度模型。此模型計(jì)算結(jié)果與 MATLAB 程序的計(jì)算結(jié)果的一致性，說(shuō)明兩個(gè)模型的正確性。 5．利用在 Matlab 里建立的模型對(duì)此發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，并說(shuō)明優(yōu)化結(jié)果的正確性和可信性。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 12 2 動(dòng)力總成懸置的基本理論 動(dòng)力總成隔振基本理論 發(fā)動(dòng)機(jī)隔振理論概述 汽車是一個(gè)具有質(zhì)量、彈性和阻尼的復(fù)雜振動(dòng)系統(tǒng)，由汽車各個(gè)子振動(dòng)系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)都有各自的固有頻率和特性。汽車在行駛時(shí)，常因?yàn)槁访娌黄?、車速變化、轉(zhuǎn)向、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)不平衡等外部和內(nèi)部的激勵(lì)，產(chǎn)生整車和局部的劇烈振動(dòng)。其中發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的主要振源之一，由它產(chǎn)生的振動(dòng)如果得不到很好的控制，會(huì)引起車身板筋件及與車架相連的其它零件產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，同時(shí)還會(huì)影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性，使乘員產(chǎn)生不舒服和疲憊的感覺(jué)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞汽車的零部件，大大縮短汽車的使用壽命。 經(jīng)濟(jì)性和乘坐舒適性是現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中追求的兩 個(gè)重要指標(biāo)。為了獲得良好的經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)中采用輕型材料，而這種設(shè)計(jì)會(huì)引起更復(fù)雜的車體振動(dòng)，增大了駕駛室和車身的噪聲和振動(dòng)，對(duì)乘坐舒適性產(chǎn)生不利的影響。這就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與車體之間的隔振提出了更高的要求，因此如何更有效的進(jìn)行隔振已成為汽車設(shè)計(jì)的重要課題。 發(fā)動(dòng)機(jī)隔振設(shè)計(jì)的要求 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(wèn)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(lái)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： 1) 支撐作用：發(fā)動(dòng)機(jī)懸置應(yīng)能將發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)固定在一定的區(qū)域內(nèi)，使其 不至于產(chǎn)生過(guò)大的靜態(tài)位移，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 13 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：隔振作用包括兩方面，其一是降低動(dòng)力總成振動(dòng)向車身的傳遞，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)不會(huì)影響到整車的性能；其二是衰減由于路面激勵(lì)引起的動(dòng)力總成振動(dòng)，使得路面引起的車身振動(dòng)盡量不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。 一般地，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成系統(tǒng)在空間六自由度系統(tǒng)內(nèi)是耦合的，一個(gè)方向上的激勵(lì)可以引起多個(gè)方向上的振動(dòng)。耦合振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致 動(dòng)力總成的共振頻率范圍擴(kuò)大，這時(shí)要達(dá)到較好的隔振效果就需要使用較軟的懸置。但這會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力總成位移變大，產(chǎn)生干涉。所以發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合各方面的因素，綜合考慮的過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外主要是通過(guò)兩種途徑來(lái)設(shè)計(jì)和改善發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的性能 [4]： 1) 通過(guò)研究懸置本身的特性來(lái)提高懸置的性能，保證發(fā)動(dòng)機(jī)懸置在工作的過(guò)程中表現(xiàn)出最佳的狀態(tài)； 2) 通過(guò)隔振理論對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，保證發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的各個(gè)自由度解耦、各個(gè)懸置的位移幅值最小等較佳的狀態(tài)。 本文將通過(guò)第二個(gè)方面來(lái)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 作用在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成上的激勵(lì)力 從發(fā)動(dòng)機(jī)隔振作用中看到發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的兩個(gè)隔振目標(biāo)可以看到，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成主要受到兩個(gè)振源激勵(lì)作用，一個(gè)是路面的不平通過(guò)車輪和車架即懸掛系統(tǒng)作用在發(fā)動(dòng)機(jī)上，另一個(gè)則是發(fā)動(dòng)機(jī)自身在運(yùn)行中產(chǎn)生的周期力所產(chǎn)生的振動(dòng)。路面激勵(lì)的幅度雖然變化很大，但是基本屬于低頻范圍的，其頻率一般在 以下；而汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)強(qiáng)烈的振動(dòng)源及噪聲源，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率降低耗油率，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的爆發(fā)壓力不斷提高，因此激振力也大大增加了，相應(yīng)的噪聲振動(dòng)也更加劇烈了。發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)激勵(lì)主要是由曲軸 旋轉(zhuǎn)的不平衡及氣缸內(nèi)燃?xì)獗ㄍ鶑?fù)做功產(chǎn)生的。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 14 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多自由度振動(dòng)系統(tǒng) 。 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)質(zhì)量分布也總是不均勻的，因而懸置的剛度必須是不同的。發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心與懸置頂點(diǎn)不位于同一平面內(nèi)，并且通常有幾種激振力同時(shí)作用，如發(fā)動(dòng)機(jī)的一階和二階往復(fù)慣性力，它們的作用線沒(méi)有一個(gè)是通過(guò)系統(tǒng)重心的，會(huì)產(chǎn)生力矩，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。 因此，在建立發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)時(shí)，需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成必須包含三個(gè) 平移 和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，并考慮存在不同方向間運(yùn)動(dòng)的耦合。這種運(yùn)動(dòng)耦合可能是不利的，例如某懸置布置方式可用于有效的隔離豎直方向的激振力，但如果這個(gè)激振力含有水平分量且擾動(dòng)頻率又接近于水平振動(dòng)的固有頻率時(shí)，因?yàn)椴粚?duì)稱，耦合將激勵(lì)起過(guò)分大的斜向一邊的幅值。振動(dòng)的型式取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)心位置、主慣性軸的位置、激振力的方向和作用點(diǎn)、懸置的剛度特性及布置位置等等。多一種振動(dòng)形式就多一種固有頻率，多一次引起共振的機(jī)會(huì)，從隔振方面分析， 當(dāng)然是不利的，特別是耦合振動(dòng)更應(yīng)力求避免，因?yàn)樗鼣U(kuò)大了共振的頻率范圍，從而增加了隔振的困難。因此在實(shí)際 工程中，總是讓懸置布置具有一定的規(guī)律，力求最大程度地減少耦合振動(dòng)的發(fā)生 [5]。 發(fā)動(dòng)機(jī)總成動(dòng)力學(xué)模型 機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)特性，主要決定于系統(tǒng)本身的慣性、彈性和阻尼。實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)的這些性質(zhì)都是比較復(fù)雜的，為了能運(yùn)用數(shù)學(xué)工具對(duì)它們的振動(dòng)特性進(jìn)行分析計(jì)算，需要將實(shí)際系統(tǒng)作一定程度的簡(jiǎn)化：忽略次要因素，簡(jiǎn)化其質(zhì)量、剛度、阻尼等參數(shù)的性質(zhì)和分布規(guī)律，建立起既能反映實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性又有可能進(jìn)行計(jì)算的動(dòng)力學(xué)模型。當(dāng)一個(gè)實(shí)際振動(dòng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)，建立的模型越復(fù)雜，越能接近實(shí)際情況，也越能進(jìn)行逼真的模擬，但往往使分析困難；建立模型越簡(jiǎn)單，分析越容易，但得到的結(jié)果可能不精確。所以在建立的模型時(shí)，總是在求得簡(jiǎn)化表達(dá)和逼真模擬二者之 間的折衷。 發(fā)動(dòng)機(jī)總成的固有頻率一般在 200～ 500Hz 之間，而整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 15 統(tǒng)的固有頻率根據(jù)設(shè)計(jì)要求只能在 3～ 20Hz 之間，也就是說(shuō)橡膠墊相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)非?！败洝保钥梢园寻l(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成簡(jiǎn)化成剛體。 懸置橡膠 墊的動(dòng)力學(xué)模型 使用彈性元件連接發(fā)動(dòng)機(jī)和車架能有效地隔離振動(dòng)，早在 20 世紀(jì)初，人們就開始用橡膠作為連接發(fā)動(dòng)機(jī)和車架的部件，并能夠很有效的減少振動(dòng)的傳遞。直到現(xiàn)在由于橡膠懸置的隔振性能、經(jīng)濟(jì)性以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，這種懸置仍然被廣泛使用。本文的研究的懸置系統(tǒng)就是傳統(tǒng)的橡膠懸置系統(tǒng)，所以首 先要建立單個(gè)懸置軟墊的動(dòng)力學(xué)模型?，F(xiàn)在汽車用的懸置軟墊采用橡膠 (天然橡膠或金屬橡膠 )塊制成，屬于空間粘性彈簧，能阻止任意方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)一般采用多個(gè)懸置軟墊聯(lián)合組成，各個(gè)懸置位置的間距比懸置軟墊本身的尺寸大得多，因此作為單個(gè)懸置軟墊由角剛度產(chǎn)生的恢復(fù)力矩比由各個(gè)懸置軟墊聯(lián)合產(chǎn)生的恢復(fù)力矩小得多，并且各個(gè)方向的角剛度測(cè)量比較困難，所以在建立單個(gè)懸置軟墊動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，角剛度可以忽略不計(jì)。因此，單個(gè)懸置軟墊可以等效為固定于發(fā)動(dòng)機(jī)與車架之間的 3 個(gè)正交的粘性彈簧 [6]。 圖 21 橡膠懸置動(dòng)力學(xué)模型 橡膠懸置的一般動(dòng)力學(xué)模型如圖 21 所示。其中， u、 v、 w 為 3 個(gè)彈性主軸的方向， ku、 kv、 kw 為 3 個(gè)彈性主軸方向的剛度，相應(yīng)的 cu、 cv、cw 為 3 個(gè)彈性主軸方向的阻尼， e 為彈性中心。 對(duì)于單個(gè)懸置點(diǎn)，在局部坐標(biāo)系 euvw 下， u、 v 和 w 方向上的力與其變形的關(guān)系式為 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 16 { } [ ]{ } 寫成矩陣形式 {F} = [k]{U} 懸置 橡膠墊 的布置 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成是通過(guò)橡膠懸置支承在副車架上的，而橡膠懸置塊是粘彈性元件，二者構(gòu)成了振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于這個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)，懸置點(diǎn)的數(shù)量和懸置軟墊的布置形式直接影響著整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性以及振動(dòng)的解耦情況。 懸置點(diǎn) 的個(gè) 數(shù) 1) 三點(diǎn)支撐 三點(diǎn)支承的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置 ,在我國(guó)大客車行業(yè)是一種較為常見的形式。上柴 D6114 系列發(fā)動(dòng)機(jī)和康明斯 B 系列、 C 系列及 M 系列發(fā)動(dòng)機(jī)均可采用這種結(jié)構(gòu)形式。三點(diǎn)支承具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間少、容易設(shè)計(jì)和不易產(chǎn)生定位干涉等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是穩(wěn)定性較差 ,特別是對(duì)冷卻系統(tǒng)由皮帶驅(qū)動(dòng)和裝非獨(dú)立式空調(diào)的大客車 ,發(fā)動(dòng)機(jī)的定位不可靠 ,懸置系統(tǒng)容易損壞。 本文研究的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)就是采用的三 點(diǎn)懸置。 2) 四點(diǎn)支承 四點(diǎn)支承是大客車最為普遍的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī) ， 如斯太爾 WD615 系列、 WD612 系列和 WD618 系列 ， 日野 J08C， 杭發(fā) X6130 等均為四點(diǎn)支承；上柴 D6114 系列發(fā)動(dòng)機(jī)和康明斯 B 系列、 C 系列發(fā)動(dòng)機(jī)也可采用四點(diǎn)支承。四點(diǎn)支承具有發(fā)動(dòng)機(jī)定位可靠、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生定位干涉 ,對(duì)有關(guān)零件設(shè)計(jì)和加工的尺寸精 度要求較高 ,前懸置支架容易和水箱支架發(fā)生干涉。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 17 懸置 的 布置形式 根據(jù)上面懸置軟墊動(dòng)力模型分析可知，每個(gè)橡膠懸置都可以看作由三個(gè)相互垂直的粘彈簧組成的隔振器，按照這三個(gè)彈簧的剛度軸線和參考坐標(biāo)系軸線間的相對(duì)位置關(guān)系，懸置系統(tǒng)橡膠墊的布置方式可以分為以下三種 [6~8]： 1) 平置式： 這是一種傳統(tǒng)的布置型式，布局簡(jiǎn)單，安裝容易，易于控制。在這種布置方式中，每個(gè)懸置的三個(gè)互相垂直的剛度軸 u、 v、 w 分別和懸置系統(tǒng)的坐標(biāo)系 ox、 oy、 oz 平行，如圖 22 所示。由于通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)重心的各坐標(biāo)軸方向平行于懸置的各彈簧作用線，故沿著某一軸方向的線位移在其余兩彈簧中不產(chǎn)生恢復(fù)力；同樣，繞某一軸回轉(zhuǎn)的角位移在平行于此軸的彈簧中不產(chǎn)生恢復(fù)力。 2) 斜置式： 這是目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中用的最多的懸置布置方式，既有較強(qiáng)的橫向剛度、又有足夠的側(cè)傾柔度。在這種布置方式中，每個(gè)懸置的三個(gè)互相垂直的剛度軸 相對(duì)于系統(tǒng)坐標(biāo)系為： u 軸平行于 ox 軸， v 和 w 軸分別與 oy 軸和 oz 軸有一夾 角 。一般斜置式的懸置都是成對(duì)對(duì)稱布置在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成縱剖面的兩側(cè)，但每對(duì)懸置之間的夾角可以不相同 ,坐標(biāo) 位置也可以任意，如圖 23 所示。 斜置式懸置布置還有一個(gè)特點(diǎn)：系統(tǒng)六個(gè)自由度的剛度都和懸置的傾斜角 有關(guān)，因此只要合理選擇傾斜角，就能使系統(tǒng)的六個(gè)固有頻率落在所期望的范圍內(nèi)。在實(shí)際工作中選擇傾斜角要比消除耦合振動(dòng)容易實(shí)施，并且能夠取得良好的隔振效果。 圖 22 平置式 圖 23 斜置式 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 18 3) 會(huì)聚式： 這種布置方式的特點(diǎn)就是所有懸置的主要?jiǎng)偠容S會(huì)聚相交于同一點(diǎn)，如圖 24 所示。除了有良好的穩(wěn)定性外，會(huì)聚式的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以通過(guò)調(diào)節(jié)懸置傾斜角和安裝位置，來(lái)獲得六個(gè)完全獨(dú)立的懸置系統(tǒng)的振動(dòng)模態(tài)，而無(wú)需將各懸置布置在包含發(fā)動(dòng)機(jī)重心的平面內(nèi)，因此具有一定的價(jià)值。但是這種布置型式實(shí)施起來(lái)并不容易，而且一般汽車發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有縱向激勵(lì)，斜置式完全能夠滿足隔振要求，因此會(huì)聚式懸置布置方式應(yīng)用并 不廣泛。 圖 24 會(huì)聚式 動(dòng)力 總成安裝角 發(fā)動(dòng)機(jī)支承的基本形式如圖 25 所示， 為發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝角 ， 為發(fā)動(dòng)機(jī)主慣性軸與曲軸中心線的夾角 ， 一般為 12176?！?15176。主慣性軸位置可由試驗(yàn)測(cè)得。發(fā)動(dòng)機(jī)本體相對(duì)其主慣性軸振動(dòng) ， 因此 ， 主慣性軸的位置是發(fā)動(dòng)機(jī)支承設(shè)計(jì)的基點(diǎn) , 支承點(diǎn)的布置與發(fā)動(dòng)機(jī)主慣性軸密切相關(guān)。理想的支承系統(tǒng)是各支承點(diǎn)位于通過(guò)主慣性軸的平面上 ， 且關(guān)于主慣性軸對(duì)稱分布。但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙空間及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的安裝要求，不可能把懸置支承點(diǎn)安裝在過(guò)主慣性軸的平面內(nèi)，所以發(fā)動(dòng)機(jī)總成安裝時(shí)一般都有一個(gè)傾角 ，使懸置支承點(diǎn)靠近過(guò)主慣性軸的平面。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 19 圖 25 發(fā)動(dòng)機(jī)安裝角及主慣性軸 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的振動(dòng)模型是以剛體彈性支撐理論作為基礎(chǔ)的，即認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成為一個(gè)空間自由剛體，通過(guò) 3～ 4 個(gè)具有三維彈 圖 26 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)動(dòng)力