发动机悬置系统的研究

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1、发动机悬置研究综述摘要：介绍了发动机悬置的研究现状，传统的被动式橡胶悬置和液压悬置不能满足轿车多工况减振、降噪要求，主动悬置由于其优良的减振、降噪性能必将成为新一代悬置的发展方向。在了解悬置系统的功能殛发动机总成所受外部激励的基础上，给出了确定悬置支承点最佳位置和刚度的方法；针对发动机总成在怠速工况下出现晃动较大现象的研究。随着经济发展和道路交通环境的不断改善，以及能源和污染问题的日益突出，使得轿车设计向着大扭矩、轻量化方向发展。这在很大程度上恶化了轿车的振动特性，严重影响车辆的乘坐舒适性。大量理论和实验表明，发动机的振动噪声已构成车内振动噪声的主要成份，其特点是多

2、振源，宽频带，形态复杂。特别是国产轿车大都采用平衡性较差的四缸发动机，发动机隔振问题尤为突出。轿车的振动和噪声控制逐渐成为汽车设计人员需要解决的首要问题。因而对隔离发动机的振动噪声向车内传递的关键部件一发动机悬置(支承)的设计要求越来越高。发动机悬置系统的最基本的功能是1、固定并支承汽车动力总成；2、承受动力总成内部因发动机旋转和平移质量产生的往复惯性力及力矩；3、承受汽车行驶过程中作用于动力总成上的一切动态力；4、隔离由于发动机激励而引起的车架或车身的振动；5、隔离由于路面不平度以及车轮所受路面冲击而引起的车身振动向动力总成的传递。理想的发动机悬置，为衰减因路面和

3、发动机怠速燃气压力不均匀引起的低频大幅振动，应具有低频高刚度、大阻尼特性；为降低车内噪声，提高操纵稳定性，应具有高频小刚度、小阻尼特性。客观上要求发动机悬置系统具有频变和幅变特性。如图1所示为一理想的悬置动刚度曲线。另外，为了获得较低的力传递率，悬置系统在指定方向上的固有频率必须低于发动机扰动频率的倍发动机悬置系统的功用及激振力发动机悬置系统（以下简称悬置系统）应该具备：①隔振功能；②支承限位功能；③10降噪等功能。发动机总成本身是一个内在的振动源，同时叉受到来自外部的各种振动干扰，使其处于复杂的振动状态，引起周围零件的损坏和乘坐的不舒适等。其中：燃烧激振频率，是由

4、发动机气缸内混合气燃烧，曲轴输出脉冲扭矩，导致发动机上反作用矩的波动，从而使发动机产生周期性的扭转振动，其振动频率实际上就是发动机的发火频率，计算公式为——发动机转速，r／rain---发动机的冲程系数(2或4)。惯性力激振频率，是由发动机不平衡的旋转质量和往复运动的质量所引起的惯性激振力和激振力矩的频率。它与发动机的缸数无关。但惯性力的不平衡量与发动机缸数和结构特征有着密切关系。计算公式为其中：；惯性力激振频率Hz；发动机转速，r／min；比例系数(一级不平衡惯性力或力矩Q=I、二级不平衡惯性力或力矩Q=2)选用的直列四缸发动机，其主要激振力为低速区段的二阶扭矩波

5、动和高速区段的二阶惯性力，表达式为(1-3)式中，为总成布置倾斜角(通常指布置后曲轴与水平面的夹角)；m为单缸活塞及往复运动部分质量；r为曲柄半径；A为曲柄半径与连杆长度之比(A=r／L)；为发动机曲轴角速度=2~n／60)；Me0为发动机输出扭矩平均值；A为2、3缸中心线至动力总成重心的纵向X距离发动机悬置系统支承点位置的最佳设计在确定悬置系统支承点位置时，应该考虑到低速(怠速)10和高速时的不同要求。发动机总成在低速运转时，其自身的弹性振动影响较小。将其看成刚体，按照刚体运动理论进行研究：高速时自身弹性振动影响较大，必须通过试验得到其弹性振动形态，选择振幅最小的

6、位置，即将悬置系统支承点布置在弹性振动的节点位置上。在实际设计过程时，首先以较低频率为对象，从刚体的振动理论出发进行研究，然后以高频率为对象，通过试验振动分析确定支承点最合适的位置。当激振频率较低时，接近悬置系统的固有频率。有可能发生共振，此时应该尽量避免各阶振动的耦合．至少要保证变位行程大或角变位大的主振动。例如由激振力和力矩引起的垂直方向的振动和侧倾方向的转动独立而不耦合。以皮卡车为例，其发动机总成在作自由扭转振动时，是以主惯性轴作为扭转中心轴线，在实际运行中。受到来自曲轴的扭转外力矩，而主惯性轴与曲轴之问有一个夹角，故发动机总成在作扭转振动时实际环绕的曲线是扭

7、矩轴（如图1所示)，它与主惯性轴之间存在一个夹角，角的大小可按式(1-4)计算其中．Ix和Iz分别为发动机总成对x轴及Z轴的转动惯量。悬置系统布置时，要尽量使悬置软垫的弹性中心落在扭矩轴线上，这样隔振效果最佳。通常将前悬置尽量布置在发动机总成一阶弯曲模态的一个节点上，以减小振动传递，将后悬置布置在与前悬置互为撞击中心的共轭点上现在皮卡车采用的是发动机前置、纵置，四点布置方式，前悬置是V型4Oo布置。后悬置是平置。由于空间条件的限制，未能满足撞击中心理论布置，故要对悬置支承点的位置进行优化。3发动机悬置系统支承点刚度的最优选取悬置系统的刚度选取要从两个方面进行考虑