基于MATLAB的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)振動(dòng)烈度分析

1、 基于MATLAB的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)振動(dòng)烈度分析一、研究目標(biāo)和內(nèi)容汽車的乘坐舒適性越來(lái)越受到人們重視。引起汽車振動(dòng)的振源主要有汽午行駛時(shí)的路面隨機(jī)激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)激勵(lì)。隨著道路條件的改善和汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完善，路面隨機(jī)激勵(lì)對(duì)汽車乘坐舒適性的影響得到了緩解。現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)向著提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和車身輕量化的方向發(fā)展，采用新型高強(qiáng)度輕質(zhì)材料可以減輕整車質(zhì)量，而發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量卻難以減輕，使發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量在整車質(zhì)量中所占比例有所上升。發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)整車的影響有所提高，成為車輛的一個(gè)主要振源，其振動(dòng)經(jīng)懸置系統(tǒng)傳遞后引起車身的振動(dòng)。所以建立合理的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)模型快速準(zhǔn)確地獲得動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特

2、性顯得尤為重要。通常釆用懸置元件的靜剛度建立懸置系統(tǒng)MATLAB力學(xué)模型，而在實(shí)際工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)是在一定頻率下振動(dòng)的，建立系統(tǒng)實(shí)際工況下動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，用懸置元件動(dòng)剛度代替靜剛度，以發(fā)動(dòng)機(jī)的一種工況為例，給出一種懸置系統(tǒng)實(shí)際工況條件下MATLAB建模的方法，具有較高的工程實(shí)用價(jià)值。二、分析發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的振動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的主要振源，其振動(dòng)經(jīng)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)傳遞到車架或車身上。因此動(dòng)力總成懸置隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于汽車減振降噪是非常重要的。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)懸置元件安裝在車架上,懸置元件既是彈性元件，乂是減振裝置，其特性直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向車體的傳遞，并影響整車的振動(dòng)與噪聲。合理的懸置不但可以減小

3、振動(dòng)、降低噪聲以改善乘坐舒適性，還能提高零部件和整車壽命。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置設(shè)計(jì)越來(lái)越受到重視。8V150發(fā)動(dòng)機(jī)所用的懸置隔振元件在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上安裝時(shí)，一端固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，另一端固定在與發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架剛性連接的支架上。懸置隔振元件在三維方向上都有彈性，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)的各支承點(diǎn)相距較近，故常略去其扭轉(zhuǎn)彈性，而將其簡(jiǎn)化為分別沿其三個(gè)彈性主軸的三彈費(fèi)阻尼元件，其垂向剛度和阻尼待辨識(shí)。二、建立發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架物理數(shù)學(xué)模型汽牛的動(dòng)力總成（發(fā)動(dòng)機(jī)、飛輪殼、變速箱等）通常用橡膠懸置支承在車架上，因此可把發(fā)動(dòng)機(jī)看作是空間彈性支承著的剛體。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在空間做任意方向的運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡膠件都將阻止這種運(yùn)動(dòng)。因此，橡膠支承在空間三維方

4、向都有彈性，并由扭贊作用。但是發(fā)動(dòng)機(jī)的各支承位置相距較近，扭贊作用不其顯著，常略去不計(jì)，僅把橡膠件簡(jiǎn)化為沿著空間三個(gè)正交軸線具有彈性的彈費(fèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)總成及其懸置系統(tǒng)組成的彈性振動(dòng)系統(tǒng)，固有頻率不超過(guò)30Hz,發(fā)動(dòng)機(jī)組的質(zhì)量和剛度一般比隔振器大得多，且前者的固有頻率高于激勵(lì)頻率，故將發(fā)動(dòng)機(jī)組視為剛體。因此，可以把發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化為一空間剛體。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架物理學(xué)模型即為空間六自由度的彈性振動(dòng)系統(tǒng)，其臺(tái)架動(dòng)力學(xué)6自由度模型如下圖所示。定義坐標(biāo)系為：一一坐標(biāo)系的原點(diǎn)為在平衡位置時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)的質(zhì)心;X一平行于曲軸軸線指向前方；y一一垂直于曲軸軸線水平向右；z一按右手定則為垂直于曲軸軸線豎直向上；乞一

5、一發(fā)動(dòng)機(jī)繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移；y一發(fā)動(dòng)機(jī)繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移；2一發(fā)動(dòng)機(jī)繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移。則系統(tǒng)的六個(gè)自由度，用廣義坐標(biāo)描述為:q=xyz2%對(duì)于上述動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)力學(xué)模型，根據(jù)第二類拉格朗日方程式，振動(dòng)微分方程為:dt術(shù)j_|如術(shù)jJ得出系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)六自由度運(yùn)動(dòng)微分方程：M醪C斟Kq=Q四、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)振動(dòng)烈度的求解與仿真為了求得方程Mq+Cq+Kq=P(t)的解，可以將位移和速度都看作獨(dú)立的變量,將原來(lái)的1】個(gè)二階微分方程作為21】個(gè)一階常微分方程來(lái)處理，也就是對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行求解?，F(xiàn)對(duì)方程補(bǔ)充下列方程：Mq-Mq=0方程Mq+Cq+Kq=P(t)和Mq-Mq=0可寫為如下?tīng)顟B(tài)方程：

6、Mq+Cq+Kq=P(t)Mq-Mq=0即:其中銀+By=Q(t)A=-MOOQ(t)=OP(t)狀態(tài)方程標(biāo)準(zhǔn)形式:y=_/lBy+*Q(t)1)發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡激勵(lì)8V150發(fā)動(dòng)機(jī)采取平衡措施后，只有傾覆力矩，圖2為轉(zhuǎn)速n=2200ipm時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)傾覆力矩隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。6000-1oooo100200300400500600700800曲軸轉(zhuǎn)角。傾覆力矩隨轉(zhuǎn)角的變化0050O40000O00300020發(fā)動(dòng)機(jī)傾覆力矩隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系(11=2200ipill)2)仿真流程發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量：1577.75kg靜變形:3.7082mm,初始剛度：1042.4N/nun仿真時(shí)間：0

7、.0545s,一個(gè)工作循環(huán)(720)3）仿真結(jié)果根據(jù)仿真流程，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)的懸置系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果如下圖所示。3OO4OO.5OO6OO減振器垂向變形1042.551042.51042.451042.41042.35左后A/左前Ann丿1Jdff、亠kff1&V“0/右前1|1/(11/U/1丿1/1/1f11/丨1uVJIu11/J丿1r/wJir1/L藝JIJ1fp/c/V1/1Jif111f1JJJJJ1v(右后0.010.020.03時(shí)間S減振器垂向剛度變化040506位移mm/s位移mm/s位移mm/srboOr-cnf0020030040050.00ooo00200300

8、40050.00oooOo002003s.ss0040.050.00oXocnXocnOCDOOoo8ooo8oXo速度mm/s速度mm/s速度mm/sXo5。心o2Xo7速度mm/sohooooo速度mm/sO速度mm/sCDp06 o1X21X向加速度0503021y向加速度5a06050302Z向加速度060503O022S1翌瑕旨1ex向加速度06050403020100106y向加速度0605040302ez向加速度0605043.0間O時(shí)02010-L一一O0000000O551-OJS/UIE翌瑕旨4）結(jié)果評(píng)價(jià)振動(dòng)烈度計(jì)算結(jié)果：31.4733mm/s 五、對(duì)求解的結(jié)果進(jìn)行分析用懸置元件動(dòng)剛度代替靜剛度，一種懸置系統(tǒng)實(shí)際工況條件下MAELAB建模的方法，通過(guò)建立一定參數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，算出此種工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)烈度計(jì)算結(jié)果為31.4733nini/So發(fā)動(dòng)機(jī)是車輛的“心臟”部分。隨著功率和速度的不斷提高，其振動(dòng)和噪聲不僅影響車體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和性能。為了提高午體的穩(wěn)定性和降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)與噪聲的傳播，一般在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成與車體底甲板之間加入隔離系統(tǒng)一懸置。合理的選擇發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的懸置，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的波及