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汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論研究
2021-09-21 18:19:49· 來(lái)源：時(shí)代商家 作者：陳林奇
摘要：在振動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，動(dòng)力總成系統(tǒng)是重要的振動(dòng)子系統(tǒng)，是由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱等零部件共同組合而成的，動(dòng)力總成系統(tǒng)是通過(guò)懸置元件連接在車架（底盤）上
摘要：在振動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，動(dòng)力總成系統(tǒng)是重要的振動(dòng)子系統(tǒng)，是由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱等零部件共同組合而成的，動(dòng)力總成系統(tǒng)是通過(guò)懸置元件連接在車架（底盤）上的。對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行研究并做合理的優(yōu)化，在完善系統(tǒng)隔振水平以及提升解耦能力有著非常重要的意義。
關(guān)鍵詞：動(dòng)力總成；懸置系統(tǒng)；振動(dòng)傳遞率
引言
在振動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，動(dòng)力總成系統(tǒng)是重要的振動(dòng)子系統(tǒng)，是由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱等零部件共同組合而成的，動(dòng)力總成系統(tǒng)是通過(guò)懸置元件連接在車架（底盤）上的。對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行研究并做合理的優(yōu)化，在完善系統(tǒng)隔振水平以及提升解耦能力有著非常重要的意義。
一、動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的假設(shè)
一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)不是一個(gè)線性系統(tǒng)，而是有著許多零部件一起組合而成的，這也是十分繁雜的汽車振動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中的子系統(tǒng)之一。對(duì)于這樣的非線性系統(tǒng)而言，要對(duì)其進(jìn)行減振性能的分析是十分困難的。因此，要對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行一些合理假設(shè)：
（1）假設(shè)動(dòng)力總成為絕對(duì)缸體構(gòu)造；
（2）發(fā)動(dòng)機(jī)在水平、垂直及其回轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生的振動(dòng)互不干涉；
（3）發(fā)動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)上的角速度為一固定值。
以此為基礎(chǔ)，進(jìn)而來(lái)分析懸置系統(tǒng)的主要振動(dòng)源有：
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)由于上下運(yùn)動(dòng)，而產(chǎn)生的垂直方向振動(dòng)；
（2） 發(fā)動(dòng)機(jī)自身繞橫軸而產(chǎn)生的振動(dòng)；
（3）發(fā)動(dòng)機(jī)由于回轉(zhuǎn)力矩的作用，所引起的振動(dòng)。
二、動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)激勵(lì)形成的說(shuō)明
經(jīng)研究得出，影響汽車動(dòng)力總成的振動(dòng)的因素有許多，且各種因素的產(chǎn)生也十分多變。但是依據(jù)振動(dòng)的主要來(lái)源，可分為以下幾種形式：
（1）因路面激勵(lì)而引起的激勵(lì)振動(dòng)，頻率小于2.5Hz ；
（2）因汽車忽然加減速造成的縱向振動(dòng)，是汽車慣性力出現(xiàn)所導(dǎo)致的；
（3）因發(fā)動(dòng)機(jī)剛性過(guò)低導(dǎo)致的彎曲振動(dòng)；
（4）因各個(gè)氣缸受力不同所導(dǎo)致的振動(dòng)，主要原因是氣缸燃燒不均而引發(fā)的；
（5） 由于不平衡作用導(dǎo)致的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；
（6）由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)與不平衡回轉(zhuǎn)導(dǎo)致力和力矩的產(chǎn)生。
要滿足懸置系統(tǒng)的減振效果，必有兩個(gè)激振作用于動(dòng)力總成之上，第一種是由路面較差的因素所引起的頻率較低的振動(dòng)，這種振動(dòng)的傳遞主要是通過(guò)懸架系統(tǒng)傳至動(dòng)力總成來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第二種激勵(lì)更為重要，雖然當(dāng)今世界具有先進(jìn)的制造工藝和合理的設(shè)計(jì)理念，但是動(dòng)力總成在工作時(shí)自身會(huì)引發(fā)振動(dòng)情況的現(xiàn)象仍然存在。第一種激勵(lì)源會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)幅度，但是激勵(lì)的產(chǎn)生大多數(shù)都是屬于低頻范圍內(nèi)的，總體上小于2.5Hz，因此可以說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)的主體振動(dòng)激勵(lì)是由燃?xì)獗扒S的不平衡轉(zhuǎn)動(dòng)在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)產(chǎn)生的往復(fù)扭矩激擾而產(chǎn)生的。
三、動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的減振原理
由于6 自由度汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的懸置系統(tǒng)特別復(fù)雜，其振動(dòng)過(guò)程研究起來(lái)也繁瑣，因此便于研究，可以將懸置系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為單自由度振動(dòng)過(guò)程，其結(jié)構(gòu)顯示在圖1 中。
將發(fā)動(dòng)機(jī)豎向所具有的激振力設(shè)為方程Feq=Fsin(ωt)， 方程中Fsin(ωt) 用Fejwt 表示，動(dòng)力總成在激振力作用下產(chǎn)生的垂向位移用x 表示，那么動(dòng)力微分方程如下
用激振力表示在垂直方向上發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的位移幅值X
傳遞到基礎(chǔ)上的力大小FT 為
產(chǎn)生力的幅值大小A 為
傳遞率TR 用FT 和Feq 的幅值比來(lái)表
示，即
式中：f ——頻率，單位MHz ；
k ——彈簧自身剛度，單位N/mm ；
ωn——系統(tǒng)自身頻率，單位Hz，ωn=
；
ω ——激振頻率，單位Hz ；
m——系統(tǒng)集中的重量，單位kg ；
ζ——阻尼比， ；c 是粘性阻尼系數(shù)，單位N·s/mm ；
Cc——粘性阻尼系數(shù)臨界值，單位N·s/mm， ；
λ ——頻率比， 。
由上述公式可得：
（1）當(dāng)λ＜1 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較低的激振頻率，汽車幾乎保持靜止?fàn)顟B(tài)。
（2）當(dāng)λ=1 時(shí)，為共振點(diǎn)，此點(diǎn)也可稱為系統(tǒng)的危險(xiǎn)點(diǎn)，在這一點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的振幅會(huì)隨著阻尼比的輕微變動(dòng)而發(fā)生較大的變動(dòng)，具有相當(dāng)大的破壞性，應(yīng)盡可能避免此類情況的發(fā)生；
（3）當(dāng)0.75＜λ＜
時(shí)，為隔離區(qū)，傳遞率TR 在此區(qū)域內(nèi)大于1，在此區(qū)域內(nèi)振動(dòng)幅值較之前變化更大，這是在經(jīng)過(guò)隔振處理之后的表現(xiàn)，所以這并沒(méi)有起到很好的隔振作用，因此在進(jìn)行研究時(shí)必須避讓隔離區(qū)。
（4）當(dāng)λ＞
時(shí)，是工作區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)振動(dòng)一般不大，而且不管阻尼值為多大，當(dāng)阻尼比數(shù)值增加時(shí)，傳遞率會(huì)無(wú)限趨于0，達(dá)到良好的隔振效果。
所以目前可以研究出，考慮頻率范圍時(shí)，應(yīng)盡量選取工作區(qū)內(nèi)的頻率比值，選用合理的阻尼參數(shù)。
四、動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)彈性元件布置
目前駕駛員及乘客對(duì)汽車乘坐舒適性的要求越來(lái)越高，研究工作者多數(shù)都是將彈性元件直接安裝在車架結(jié)構(gòu)上，從而降低振動(dòng)所造成的影響。如果在彈性元件表面出現(xiàn)作用力，同時(shí)只會(huì)在力的產(chǎn)生方向上出現(xiàn)彈性位移，那么就可以將作用力方向稱作彈性主軸方向。就汽車動(dòng)力總成懸置而言，屬于非常復(fù)雜的振動(dòng)體系，系統(tǒng)的特性和系統(tǒng)的解耦程度是與懸置點(diǎn)的布置方式及個(gè)數(shù)有一定關(guān)系的。
（1）懸置點(diǎn)常用數(shù)量
目前，實(shí)車當(dāng)中多數(shù)都運(yùn)用三點(diǎn)式和四點(diǎn)式類型的懸置布置。
①三點(diǎn)式布置：由于該類型的布置能夠確定一個(gè)面，所以布置方式產(chǎn)生的影響不會(huì)因車架變動(dòng)而發(fā)生變化，并且這種懸置具有空間需求小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單及固有頻率低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于實(shí)車當(dāng)中。
②四點(diǎn)式布置：因四點(diǎn)式布置形式能更大范圍的抵抗作用力，所以會(huì)大大減小頻率的布置區(qū)間，這樣會(huì)造成不易避開(kāi)低頻振動(dòng)的結(jié)果，導(dǎo)致極其不理想的減振效果。
（2）懸置常用到的布置形式
在實(shí)際過(guò)程中，對(duì)彈性懸置體系進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常都會(huì)將布置是否對(duì)稱規(guī)律放在考慮之列，目的在于避免布置形式不正確而導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生耦合現(xiàn)象。圖2 介紹了廣泛采用的懸置分布方式：
①平置式。如圖2（a）所示，結(jié)構(gòu)相對(duì)不復(fù)雜、設(shè)計(jì)起來(lái)較為方便，不需要很高的裝配精度，在后置發(fā)動(dòng)機(jī)布局上廣泛應(yīng)用，且系統(tǒng)坐標(biāo)軸x、y、z 三軸方向與彈性主軸的三個(gè)方向相同，此布置方式固定可靠，并且具有良好的隔振效果。
②斜置式。如圖2（b）所示，如今被廣泛應(yīng)用的一種布置方式，懸置元件成V 型傾斜布置且左右對(duì)稱。較比平置式，這種布置方式更為復(fù)雜，此布置形式能把系統(tǒng)總成位移控制在很好的范圍內(nèi)，且具有良好的橫側(cè)向剛度。
五、結(jié)語(yǔ)
對(duì)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是目前整車降噪減振的重要研究領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)基本理論的研究，說(shuō)明了橡膠懸置元件在動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)中的功用，并對(duì)減振的理論進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，可以將懸置系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)而改善汽車的振動(dòng)性能。
作者：陳林奇
作者單位：鐵嶺師范高等專科學(xué)校，遼寧 鐵嶺 112000
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