發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的研究

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1、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置研究綜述摘要：介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的研究現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的被動(dòng)式橡膠懸置和液壓懸置不能滿(mǎn)足轎車(chē)多工況減振、降噪要求，主動(dòng)懸置由于其優(yōu)良的減振、降噪性能必將成為新一代懸置的發(fā)展方向。在了解懸置系統(tǒng)的功能殛發(fā)動(dòng)機(jī)總成所受外部激勵(lì)的基礎(chǔ)上，給出了確定懸置支承點(diǎn)最佳位置和剛度的方法；針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總成在怠速工況下出現(xiàn)晃動(dòng)較大現(xiàn)象的研究。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和道路交通環(huán)境的不斷改善，以及能源和污染問(wèn)題的日益突出，使得轎車(chē)設(shè)計(jì)向著大扭矩、輕量化方向發(fā)展。這在很大程度上惡化了轎車(chē)的振動(dòng)特性，嚴(yán)重影響車(chē)輛的乘坐舒適性。大量理論和實(shí)驗(yàn)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)噪聲已構(gòu)成車(chē)內(nèi)振動(dòng)噪聲的主要成份，其特點(diǎn)是多

2、振源，寬頻帶，形態(tài)復(fù)雜。特別是國(guó)產(chǎn)轎車(chē)大都采用平衡性較差的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)隔振問(wèn)題尤為突出。轎車(chē)的振動(dòng)和噪聲控制逐漸成為汽車(chē)設(shè)計(jì)人員需要解決的首要問(wèn)題。因而對(duì)隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)噪聲向車(chē)內(nèi)傳遞的關(guān)鍵部件一發(fā)動(dòng)機(jī)懸置(支承)的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的最基本的功能是1、固定并支承汽車(chē)動(dòng)力總成；2、承受動(dòng)力總成內(nèi)部因發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)和平移質(zhì)量產(chǎn)生的往復(fù)慣性力及力矩；3、承受汽車(chē)行駛過(guò)程中作用于動(dòng)力總成上的一切動(dòng)態(tài)力；4、隔離由于發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)而引起的車(chē)架或車(chē)身的振動(dòng)；5、隔離由于路面不平度以及車(chē)輪所受路面沖擊而引起的車(chē)身振動(dòng)向動(dòng)力總成的傳遞。理想的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置，為衰減因路面和

3、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速燃?xì)鈮毫Σ痪鶆蛞鸬牡皖l大幅振動(dòng)，應(yīng)具有低頻高剛度、大阻尼特性；為降低車(chē)內(nèi)噪聲，提高操縱穩(wěn)定性，應(yīng)具有高頻小剛度、小阻尼特性。客觀上要求發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)具有頻變和幅變特性。如圖1所示為一理想的懸置動(dòng)剛度曲線。另外，為了獲得較低的力傳遞率，懸置系統(tǒng)在指定方向上的固有頻率必須低于發(fā)動(dòng)機(jī)擾動(dòng)頻率的倍發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的功用及激振力發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)懸置系統(tǒng)）應(yīng)該具備：①隔振功能；②支承限位功能；③10降噪等功能。發(fā)動(dòng)機(jī)總成本身是一個(gè)內(nèi)在的振動(dòng)源，同時(shí)叉受到來(lái)自外部的各種振動(dòng)干擾，使其處于復(fù)雜的振動(dòng)狀態(tài)，引起周?chē)慵膿p壞和乘坐的不舒適等。其中：燃燒激振頻率，是由

4、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)混合氣燃燒，曲軸輸出脈沖扭矩，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)上反作用矩的波動(dòng)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生周期性的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，其振動(dòng)頻率實(shí)際上就是發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火頻率，計(jì)算公式為——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r／rain---發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程系數(shù)(2或4)。慣性力激振頻率，是由發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量所引起的慣性激振力和激振力矩的頻率。它與發(fā)動(dòng)機(jī)的缸數(shù)無(wú)關(guān)。但慣性力的不平衡量與發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)和結(jié)構(gòu)特征有著密切關(guān)系。計(jì)算公式為其中：；慣性力激振頻率Hz；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r／min；比例系數(shù)(一級(jí)不平衡慣性力或力矩Q=I、二級(jí)不平衡慣性力或力矩Q=2)選用的直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要激振力為低速區(qū)段的二階扭矩波

5、動(dòng)和高速區(qū)段的二階慣性力，表達(dá)式為(1-3)式中，為總成布置傾斜角(通常指布置后曲軸與水平面的夾角)；m為單缸活塞及往復(fù)運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量；r為曲柄半徑；A為曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度之比(A=r／L)；為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角速度=2~n／60)；Me0為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩平均值；A為2、3缸中心線至動(dòng)力總成重心的縱向X距離發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)支承點(diǎn)位置的最佳設(shè)計(jì)在確定懸置系統(tǒng)支承點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)該考慮到低速(怠速)10和高速時(shí)的不同要求。發(fā)動(dòng)機(jī)總成在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其自身的彈性振動(dòng)影響較小。將其看成剛體，按照剛體運(yùn)動(dòng)理論進(jìn)行研究：高速時(shí)自身彈性振動(dòng)影響較大，必須通過(guò)試驗(yàn)得到其彈性振動(dòng)形態(tài)，選擇振幅最小的

6、位置，即將懸置系統(tǒng)支承點(diǎn)布置在彈性振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)位置上。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)，首先以較低頻率為對(duì)象，從剛體的振動(dòng)理論出發(fā)進(jìn)行研究，然后以高頻率為對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)振動(dòng)分析確定支承點(diǎn)最合適的位置。當(dāng)激振頻率較低時(shí)，接近懸置系統(tǒng)的固有頻率。有可能發(fā)生共振，此時(shí)應(yīng)該盡量避免各階振動(dòng)的耦合．至少要保證變位行程大或角變位大的主振動(dòng)。例如由激振力和力矩引起的垂直方向的振動(dòng)和側(cè)傾方向的轉(zhuǎn)動(dòng)獨(dú)立而不耦合。以皮卡車(chē)為例，其發(fā)動(dòng)機(jī)總成在作自由扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，是以主慣性軸作為扭轉(zhuǎn)中心軸線，在實(shí)際運(yùn)行中。受到來(lái)自曲軸的扭轉(zhuǎn)外力矩，而主慣性軸與曲軸之問(wèn)有一個(gè)夾角，故發(fā)動(dòng)機(jī)總成在作扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)實(shí)際環(huán)繞的曲線是扭

7、矩軸（如圖1所示)，它與主慣性軸之間存在一個(gè)夾角，角的大小可按式(1-4)計(jì)算其中．Ix和Iz分別為發(fā)動(dòng)機(jī)總成對(duì)x軸及Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。懸置系統(tǒng)布置時(shí)，要盡量使懸置軟墊的彈性中心落在扭矩軸線上，這樣隔振效果最佳。通常將前懸置盡量布置在發(fā)動(dòng)機(jī)總成一階彎曲模態(tài)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，以減小振動(dòng)傳遞，將后懸置布置在與前懸置互為撞擊中心的共軛點(diǎn)上現(xiàn)在皮卡車(chē)采用的是發(fā)動(dòng)機(jī)前置、縱置，四點(diǎn)布置方式，前懸置是V型4Oo布置。后懸置是平置。由于空間條件的限制，未能滿(mǎn)足撞擊中心理論布置，故要對(duì)懸置支承點(diǎn)的位置進(jìn)行優(yōu)化。3發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)支承點(diǎn)剛度的最優(yōu)選取懸置系統(tǒng)的剛度選取要從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮