【正文】 27。本文中，是根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律來(lái)建立系統(tǒng)的振動(dòng)微分方程。拉格朗日動(dòng)力方程是從系統(tǒng)的能量和功的角度出重慶理工大學(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) 20 發(fā)，只考慮三個(gè)標(biāo)量：動(dòng)能、勢(shì)能以及虛功。 在圖中： O 點(diǎn)為動(dòng)力總成的質(zhì)心處， OXYZ 為固結(jié)于車(chē)架上的定坐標(biāo)系 ，X 軸指向發(fā)動(dòng)機(jī)右方（橫向）， Y 軸為平行曲軸中心線(xiàn)指向發(fā)動(dòng)機(jī)前端面（縱向）， Z 軸為豎直向上（豎向）， 為固結(jié)于發(fā)動(dòng)機(jī)剛體上的動(dòng)坐標(biāo)系，在動(dòng)力總成處于平衡狀態(tài)時(shí) , 這兩個(gè)坐標(biāo)系重合在一起。 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)力學(xué)模型 性的橡膠懸置支撐在剛性的、質(zhì)量為無(wú)限大的車(chē)架上。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(chēng)分布。主慣性軸位置可由試驗(yàn)測(cè)得。 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(xiàn)的夾角 ， 一般為 12176。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。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。一般斜置式的懸置都是成對(duì)對(duì)稱(chēng)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。 2) 斜置式： 這是目前汽車(chē)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 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。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。 2) 四點(diǎn)支承 四點(diǎn)支承是大客車(chē)最為普遍的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置結(jié)構(gòu)。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(chē) ,發(fā)動(dòng)機(jī)的定位不可靠 ,懸置系統(tǒng)容易損壞。 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(chē)行業(yè)是一種較為常見(jiàn)的形式。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。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(chē)架之間的 3 個(gè)正交的粘性彈簧 [6]?，F(xiàn)在汽車(chē)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)。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。 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。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。 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。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。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(chēng)，耦合將激勵(lì)起過(guò)分大的斜向一邊的幅值。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(xiàn)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)。 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) 。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(chē)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。 本文將通過(guò)第二個(gè)方面來(lái)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。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。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。 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(chē)身的傳遞，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)不會(huì)影響到整車(chē)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(chē)身振動(dòng)盡量不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。理想的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)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。這就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)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(chē)設(shè)計(jì)的重要課題。 經(jīng)濟(jì)性和乘坐舒適性是現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)中追求的兩 個(gè)重要指標(biāo)。汽車(chē)在行駛時(shí)，常因?yàn)槁访娌黄健④?chē)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(chē)和局部的劇烈振動(dòng)。 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。 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。 3．根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置振動(dòng)分析的動(dòng)力學(xué)模型，然后 利用 MATLAB 編寫(xiě)該懸重慶理工大學(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) 11 置系統(tǒng)的 分析 計(jì)算程序，即 M 文件，從而為進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。同時(shí) 了解掌握 了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論與方法。 近些年來(lái)，國(guó)內(nèi) 一 些 學(xué)者和研究人員通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量得到動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)基本參數(shù)，然后采用 動(dòng)力學(xué)分析軟件 ADAMS 建立具有六自由度的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的三維動(dòng)力學(xué)模型 ,利用參數(shù)化分析方法對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化分析 , 通過(guò)對(duì)比分析 ,優(yōu)化后響應(yīng)力振幅以及質(zhì)心加速度響應(yīng)和優(yōu)化前相比均有明顯降低 ,說(shuō)明參數(shù)化優(yōu)化方法基本是成功的 ,從而有效提高了動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振性能 [3]。 20xx 年，呂振華等人對(duì)國(guó)內(nèi)一種轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)液阻懸置建立了集總參數(shù)的力學(xué)和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性仿真，并與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，其研究方法有一定的指導(dǎo)意義。 1994 年，王立公等人率先在國(guó)內(nèi)對(duì)液阻懸置結(jié)構(gòu)發(fā)展進(jìn)行了系統(tǒng)論述，王立公等人率先在國(guó)內(nèi)對(duì)液阻懸置結(jié)構(gòu)發(fā)展進(jìn)行了 系統(tǒng)論述。1985 年，潘旭峰等人結(jié)合某型客車(chē)動(dòng)力總成懸置參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題，應(yīng)用模糊集理論，通過(guò)移頻、解耦，降低懸置處響應(yīng)力等各種途徑，對(duì)懸置參數(shù)進(jìn)行模糊多目標(biāo)化，得到了較好的綜合效果。 國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行了積極的研究工作。 國(guó)內(nèi)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)研究的概況 隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展以及人們對(duì)汽車(chē)乘坐舒適性要求的提高促使了我國(guó)汽車(chē)科研工作的廣泛深入。液壓懸可以具有理想的動(dòng)態(tài)特性 [2]。之后，外國(guó)汽車(chē)公司在液壓懸置進(jìn)行了大量研究并投入使用。于是，新一代的液壓懸置應(yīng)運(yùn)而生了。如圖 11 所示為理想的動(dòng)力總成懸置的特性曲線(xiàn)與橡膠懸置特性對(duì)比。 國(guó)外學(xué)者和廠(chǎng)家在優(yōu)化動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的位置和剛度的同時(shí)，對(duì)懸置本身的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性也做了大量的研究工作。 1982年， 以限制空間、懸置位置、剛度、固有頻率和振動(dòng)解耦等方面來(lái)考慮懸置的減振隔振性能，對(duì)傳統(tǒng)的 FR 式懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面總結(jié)。 最近三十年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和更有效的振動(dòng)分析方法的應(yīng)用，使懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究、仿真分析的開(kāi)展更為方便快捷。 早在 1939 年， Illife 就提出了懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些基本原則 20 世紀(jì) 50年代，但比較為人熟知的是 Horison 和 Horovitz 提出的六自由度解耦理論和計(jì)算方法，他們將汽車(chē)動(dòng)力總成和車(chē)架都視 為剛體，將減振橡膠塊視為純彈簧，利用動(dòng)力總成慣性主軸特性和撞擊中心理論闡述了如何調(diào)整橡膠懸置的安裝位置和懸置剛度，使動(dòng)力總成的前后懸置的振動(dòng)相互獨(dú)立，然后分別按單自由度線(xiàn)性振動(dòng)系統(tǒng)處理，他們認(rèn)為系統(tǒng)垂直方向固有頻率和繞曲軸方向的固有頻率應(yīng)小于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)相應(yīng)擾動(dòng)頻率的三分之一，這樣重慶理工大學(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) 8 可以獲得較好的減振效果。 國(guó)外 關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的研究概況 汽車(chē)誕生之初，動(dòng)力總成是直接用螺栓等剛性地固定在車(chē)架上，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲直接傳遞到車(chē)體，造成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和支架很容易損壞，乘車(chē)舒適性也很差。 總的來(lái)說(shuō)，汽車(chē)懸置設(shè)計(jì)是一件非常復(fù)雜的工作。汽車(chē)復(fù)雜而多變的行駛工況，使懸置系統(tǒng)在整個(gè)工作范圍內(nèi)都起到良好的隔振作用成為一件十分困難的事情。懸置系統(tǒng)要隔離的激振力的頻率范圍較寬，路面激勵(lì)的頻率集中在 2～ 3Hz 低頻范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的擾動(dòng)力頻率在亞音頻 (3～ 20Hz)到音頻 (20～ 1000Hz)這一頻率范圍內(nèi)，這同汽車(chē)較寬的行駛速度范圍是相對(duì)應(yīng)的。支承和限位的功能要求懸置剛度足夠大，隔振的功能則要求懸置剛度適度小，這兩者之間存在矛盾，需要折中考慮。限位就是防止發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生過(guò)大位移而與周?chē)牟考l(fā)生擦撞。 國(guó)內(nèi)外 關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的研究 現(xiàn)狀 懸置的基本功能是支承、限位和隔振。 發(fā)動(dòng)機(jī) 懸置設(shè)計(jì)的目的是為了隔離發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)向車(chē)體的傳遞，降低路面激勵(lì)對(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，前者稱(chēng)為主動(dòng)隔振， 后者稱(chēng)為被動(dòng)隔振 。所以，最大限度地減小發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向車(chē)身傳遞是汽車(chē)減振降噪的關(guān)鍵，而動(dòng)力總成的懸置系統(tǒng)作為振動(dòng)傳遞途徑的一個(gè)重要元件，對(duì)于汽車(chē)隔振來(lái)說(shuō)也是一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)。 汽車(chē)的振源主要來(lái)自于兩個(gè)方面 :發(fā)動(dòng)機(jī)和路面。然而在汽車(chē)的行駛過(guò)程中，因路面不平、氣缸內(nèi)燃?xì)獗▔毫?、運(yùn)動(dòng)件的不平衡慣性力周期性的變化都會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)系統(tǒng)和曲軸系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，所以其懸置系統(tǒng)隔振性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向車(chē)體的傳遞以及路面的不平對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響。 energy decoupling。 關(guān)鍵詞： 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng) 振動(dòng)分析 能量解耦 優(yōu)化 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) 5 Abstract Engine is one of the vibration sources in vehicle, which may affects the fort of the passengers apparently. The vibration of vehicle body and powertrain can be reduced in evidence if the powertrain mount system designed appropriately. Moreover, it is not only improve the fortability, but also prolong the durability of ponents in vehicle. In this dissertation, a certain vehicle powertrain mounting system has been studied and optimized using MATLB and dynamic analysis software ADAMS. The most content are as follows: 1. Based on a large number of references, the research status of powertrain mount ponents and mount system optimization is illustrated systematically. At the same time, the