动力总成悬置系统匹配设计方法及规范北汽....doc

动力总成悬置系统匹配设计方法及规范编制:赵涛审核：批准：部门:研究院乘用车所单位：北汽福田汽车股份有限公司一、悬置系统主耍作用1二、元件的主要种类1三、悬置系统的设计指标2四、悬置系统设计参数的输入31、动力总成的惯性参数32、动力总成悬置系统的位置数据43、动力总成悬置系统的刚度数据44、变速器的各挡速比和主减速比55、发动机的其他参数56、动力总成悬置系统及周边的相关数模5五、总成悬置系统的解耦设计及固有频率的合理配置51、解耦设计的原因52、固有频率的合理配置63、悬置系统解耦特性和固有频率的计算方法64、解耦和固有频率的合理配置的评价方法95、悬置系统解耦计算和固有频率配置的目的9六、悬置系统的工况计算10七、悬置支架设计12八、置系统设计时应遵循的主要规范12九、结语16#一、悬置系统主要作用发动机悬置是指专门设计制造的可以作为一个独立系统进行装备使用的安装在发动机与汽车底盘之间，以隔离（减少）发动机振动能量向周围环境的传播和影响为目的的隔振系统合理设计和使用发动机悬置，可以明显降低动力总成及车体的振动水平，减少系统传递给车体的激振力，以及由此激发的车身飯合金和底盘相关零件的振动和噪声，从而明显提高车辆的耐久性和乘坐舒适性。

悬置系统的主要作用如下：1、固定并支承汽车动力总成；悬置首先是一个支撑元件、它必须能支承发动机总成的重量，使其不至丁•产生过大的静态位移而影响正常工作从支承的角度考虑，耍求悬置刚度越高越好；从隔振的角度考虑，耍求悬置的刚度越低越好因此悬置耍有合适的刚度2、限位作用＞发动机在受到各种干扰力（如制动、加速或其他动载荷）作用的情况下,悬置能有效的限制其最大位移，以避免发生与相邻件的碰撞与干涉，确保发动机能正常工作＞衰减作用于动力总成上的一切动态力和对车身造成的冲击3、隔振降噪作用承受和衰减动力总成内部因发动机不平衡旋转和平移质量产生的往复惯性力、力矩和不平衡扭矩；隔离发动机激励而引起的车架或车身的振动4、隔离由丁•路面不平度以及车轮所受路而冲击而引起的车身振动向动力总成的传递二、元件的主要种类橡胶悬置是一种传统的隔振元件，它的结构和工作原理较为简单，将橡胶硫化到一定结构的金属骨架上就形成了橡胶悬置，其中金属骨架的作用主要是作为悬置的连接部分，同时可以防止橡胶悬置发生过大的变形，橡胶可以提供刚度和内摩擦阻尼來衰减振动由丁•橡胶悬置结构简单，制造方便，价格低廉，并且具有相当的隔振减振性能，目前在NVH性能耍求较低的车辆上仍有较为广泛的应用。

橡胶悬置的主要种类如下：图1橡胶悬遇的各种种类压缩型在动力总成前置前驱的午辆上还采用一种双衬套结构的悬置，其结构图如图2所示这种悬置在国外车辆上应用比较普遍，它的英文名称为torquestnito这种悬置主耍用丁•控制发动机沿曲轴线的摆动振动，不承受动力总成的静态载荷，因此需耍将其布置在动力总成的运动轨迹的切线方向上这种悬置成对使用时，布置在动力总成两侧，有时也只采用一个悬置水平布置在动力总成的后底侧或垂直布置在动力总成的前侧液压悬置相对丁•橡胶悬置其结构较为复杂，一个典型的液压悬置的基本结构如图3所示它主要有连接螺栓、橡胶主簧、上液室、下液室、解耦膜、惯性体通道等儿部分组成图2torquestmt图3液压悬遥结构简图三、悬置系统的设计指标悬置系统在设计中耍满足以下指标:＞悬置系统耍约束动力总成的位移在合理的范围内，各个悬置的变形分布在合理的范围内动力总成位移在各工况下限制设计为：X:±10nun：Y:±10nmi；Z:±15nun,转角正负3度＞悬置系统八•方向的固有频率设计值为5—20HZ,不同的方向有具体耍求＞对于悬置支架固有频率大于1.4倍的发动机最高二阶频率＞对于悬置支架刚度大于20倍的软垫刚度。

＞动力总成与周围零部件的间隙的设计值大于2011U11＞悬置系统尽量做到解耦布置，推荐值为：垂向和侧滚两个方向耍求大于85%,其他耍求大T60%o、悬置系统设计参数的输入##1、动力总成的惯性参数动力总成的惯性参数包括动力总成的质量、质心位置以及动力总成的转动惯量10个数据质心位置的描述采用发动机坐标系，发动机坐标系的定义：坐标原点0为发动机缸体后端面和发动机曲轴中心线的交点，X轴正向为过0点平行与曲轴中心线指向发动机前端，z轴正向为过质心点平行于气缸中心线垂宜向上，y轴正向根据右手定则确定，如下图示：ENGINECOORDINATESYSTEM转动惯量的描述采用动力总成质心坐标系下质心坐标系定义如下：坐标原点o为动力总成的质心，坐标方向和发动机坐标系相同，如下图所示：#ENGINEINERTIAREFERENCESYSTEM##动力总成的惯性参数如表1所示:表1动力总成的惯性参数质量(kg)质心位置(min)转动惯彊(kg*nim2)【XXlyyIzz】XYIyzIzx动力总成惯性参数的测定可采用三线摆法测定，误差耍求在5%以内2. 动力总成悬置系统的位置数据动力总成的位置数据包括所有悬置弹性中心的位置及布置倾角、发动机坐标原点位置、变速箱输出轴的位置。

所有坐标均采用整车坐标系其中位置参数表如表2所示：表2动力总成悬代系统的位用数据悬置1悬置2悬置3XnunXmniXnmiXminYnunYmniYnmiYminZnunZmniZnunZmm发动机坐标位置变速箱输出轴位置XmniXminYmniYminZmniZmin3、动力总成悬置系统的刚度数据动力总成悬置系统的刚度参数为各个悬置的三向刚度，刚度参数采用悬置h身的坐标系坐标原点为悬置的弹性中心，三个方向为悬置的弹性主轴方向3、q、r)o参数表如下所示：表3动力总成悬代系统的位用数据悬置1悬置2悬置3kPN/nunN/ninikPN/minkPN/mmkqN/nunN/ninikqN/minN/mmkrN/nunkrN/niniN/nunkrN/mm4、变速器的各挡速比和主减速比5、发动机的其他参表4变速箱各档速比和主减速比一档串四档五档倒档主减速比这些参数包括发动机的额定功率、最大扭矩、气缸数、发动机的怠速转速、最高转速、扭矩随转速的关系曲线参数表如下：表5发动机的其他参数额定功率最人扭矩气缸数怠速转速最高转速KWNMn/mui1VH1U16、动力总成悬置系统及周边的相关数模五、总成悬置系统的解耦设计及固有频率的合理配置1、解耦设计的原因进行动力总成悬置系统设计时一般要求尽量做到解耦布置，我们希望动力总成悬置系统在动力总成质心坐标系下是完全解耦的，即系统沿某一广义坐标的激励只会引起系统一个模态的振动。

通常发动机悬置系统的八•个H由度的振动是耦合的，沿悬置系统广义坐标的任意一个激励都将激起系统的多个模态，这样导致发动机的振幅加大，且易与周围零件发生干涉，并且振动频带过宽，为了约束动力总成的位移，避免与其它零部件干涉，则需使用刚度更高的悬置元件，这会导致动力总成的激励传递到车身上的激励过大，影响整午的NVH特性因此在设计时将悬置的空间位置尽量按解耦布置举例说明如下：当动力总成悬置系统存在转动和上下移动的运动耦合时（如图1所示），如果系统受到垂直方向的激励时将引起动力总成的垂肖•运动以及旋转运动，这样将造成变速箱末端运动位移较大例如在前后方向完全解耦（如图2所示），则系统前后方向的振动不会引起其它方向上的运动，这样动力总成在受到外界激励时其运动位移向对较小因此系统按照解耦布置时有利丁•控制动力总成的振动图1动力总成悬世系统琏直振动和转动耦合图2动力总成询后方向解耦2、固有频率的合理配置悬置系统匹配设计时在尽量保证悬置系统解耦的同时，耍保证悬置系统各方向的固有频率在合理的范围内一般耍求系统的各阶固有频率都耍大T-5Hz：各阶固有频率的最小差值在1Hz左右对丁•总成Z方向的固有频率应避开前桥和午身垂H振动固有频率。

对丁•绕曲轴方向的固有频率应小丁•汽午怠速振动频率的1/2,同时也耍远离汽年俯仰方向的固有频率悬置系统的最高固有频率一般在20Hz以下3、悬置系统解耦特性和固有频率的计算方法在进行动力总成悬置系统匹配计算时首先需耍建立动力总成悬置系统的动力学模型，一般将动力总成和车身简化为刚体，而将悬置简化为具有刚度和阻尼#的三维弹性元件，如图3所示:#图3动力总成悬代系统的力学模型动力总成悬置系统的振动力学方程为：[M]{0}+[C]{0}+[K]{0}={F(/)}其中：[M]为系统的质量矩阵，##[C]为系统的阻尼矩阵，[K]为系统的刚度矩阵[K]=^[E1]7[Tn],[^][TVf.][E1]i=l式中：[化]=kvi为第1个悬置的刚度矩阵cos%“・[7J=cos/cos%cos久cos人cosA.,cos人COS血COS/H.如、九、人为第i个悬置的口弹性主轴与动力总成坐标系三个坐标轴的夹角其它符号的含义类似'1000-z01o0001X_兀0兀、片、©为第i个悬置在动力总成坐标系下的坐标阻尼矩阵[C]和刚度矩阵类似悬置系统的模态动能可由下式求出：由系统的动力学方程求出系统的六阶固有频率©，…,4和六阶振型｛仇｝,...,｛06｝，根据频率和振型可以求出系统在做第丿•阶主振动时第k方向的模态动能：(0)/系统在做第丿•阶主振动时的总的模态动能为:zrTCO；叫｛0$[M]｛0｝=-当系统做第J阶主振动，在第k个广义坐标上的能量分布为：必厂需"00%1max通过DIPkj值可以求出当系统以第丿阶固有频率振动时，第R个广义坐标方向所占的能量比，如果DIPkj=100时，表示系统作第丿阶模态振动能量全部集中在第k个广义坐标上。

求出各个方向所占的能量比値后便可判断出系统在以第丿阶固有频率振动时各坐标间的振动耦合情况系统以第丿阶固有频率振动时其振动占优方向的能量代表了该方向的解耦程度求出在6阶主振动下各个方向的固的模态动能就得到系统的能量解耦分布矩阵如下表（表中的数值为某个例子）：表6动力总成悬代系统模态动能分布频率Hz能鼠分布百分比XYZRXRYRZ7.985.6%<1%7.7%<1%6.6%<1%11.0<1%98.4%<1%<1%<1%1.5%9.15.6%0%90.8%<1%3.5%<1%10.2<1%<1%<1%95.2%<1%4.6%12.08.6%<1%1.3%<1%89.9%<1%14.7<1°01.4%<1%4.6%<1°093.1%对角线的数値代表了各个方向的解耦程度在进行悬置系统匹配分析计。