汽車懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南

懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南發(fā)動(dòng)機(jī)工程研究二院動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)部主題與適用范圍1、主題本指南介紹了動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的根本知識(shí)和根本過(guò)程，以及所涉及到的根本流程文件核技術(shù)文件。2、適用范圍本指南適用于奇瑞所有裝汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的M1類車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目錄一、懸置系統(tǒng)中的根本概念41.1懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的根本概念4動(dòng)力總成振動(dòng)鼓勵(lì)簡(jiǎn)介6二、懸置系統(tǒng)的作用82.1懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義及目標(biāo)簡(jiǎn)介82.2動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)整車NVH性能的影響8三、懸置系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)113.1懸置系統(tǒng)的布置方式選擇113.2懸置點(diǎn)的數(shù)目及其位置選擇123.3懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的頻率參數(shù)14四、懸置系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)15動(dòng)力總成參數(shù)154.2制約條件16五、懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的相關(guān)技術(shù)文件175.1懸置系統(tǒng)VTS175.2懸置系統(tǒng)DFMEA185.3懸置系統(tǒng)DVP&R185.4其它技術(shù)及流程文件18一、懸置系統(tǒng)中的根本概念1.1懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的根本概念1：整車坐標(biāo)系：原點(diǎn)在車身前方，正X方向從前到后，正Y方向指向右側(cè)〔從駕駛員到副駕駛〕，正Z方向朝上如圖〔1-1〕?！矆D1-1〕整車坐標(biāo)系2：發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系：原點(diǎn)在曲軸中心線與發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱結(jié)合面的交點(diǎn)處；正X方向從變速箱到發(fā)動(dòng)機(jī)，沿著曲軸中心線，正Y方向指向右側(cè)如果沿著正X方向看，正Z方向朝下如圖〔1-2〕?！矆D1-2〕發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系3：主慣性矩坐標(biāo)系：原點(diǎn)在動(dòng)力總成的質(zhì)心位置，正X方向從變速箱到發(fā)動(dòng)機(jī)，沿著最小主慣性矩軸線，正Y方向通常沿著最大主慣性矩軸線，正Z方向朝下并且沿著中等主慣性矩軸線如圖〔1-3〕。〔圖1-3〕主慣性坐標(biāo)系4：扭矩旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)系：原點(diǎn)在動(dòng)力總成的質(zhì)心位置，正X方向從變速箱到發(fā)動(dòng)機(jī)，沿著TRA方向，Y方向和Z方向可任意選擇只要符合右手法那么。由于動(dòng)力總成的不對(duì)稱，MOI坐標(biāo)系永遠(yuǎn)與發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系不平行。所以圍繞曲軸中心線如果有一小的扭矩波動(dòng)，被很軟的像彈簧支撐著的動(dòng)力總成將會(huì)有一個(gè)圍繞TRA旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。5：彈性軸和彈性中心：彈性軸只能由懸置位置、方向和剛度來(lái)確定，而與動(dòng)力總成的質(zhì)量特性無(wú)關(guān)。如果最小靜態(tài)力或力矩沿著某一方向作用到剛性的車身上導(dǎo)致車身在相同的方向產(chǎn)生一個(gè)位移或旋轉(zhuǎn)，那么該方向就定義為某一彈性軸方向。彈性中心是彈性軸線的交點(diǎn)，彈性軸是從靜態(tài)的觀點(diǎn)來(lái)定義的，在靜態(tài)下，動(dòng)力總成移動(dòng)加速度和角加速度為零。因此，質(zhì)量特性可以忽略。6：打擊中心：不用進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)學(xué)解釋，簡(jiǎn)單的剛性鐘擺詳見(jiàn)圖〔1-4〕。鐘擺在點(diǎn)支撐，物體的質(zhì)心位置是。假定在的延長(zhǎng)線上有一點(diǎn)，鐘擺在點(diǎn)受到一個(gè)力，且與聯(lián)機(jī)垂直，這時(shí)在點(diǎn)沒(méi)有反作用力。那么點(diǎn)和點(diǎn)互為打擊中心，也就意味著點(diǎn)和點(diǎn)是可逆的?！矆D1-4〕打擊中心示意圖6：解耦的概念：懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是減少發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，這種振動(dòng)在一定的頻率范圍內(nèi)與一定的發(fā)動(dòng)機(jī)鼓勵(lì)耦合有關(guān)；在某一時(shí)間獲得一個(gè)鼓勵(lì)，例如曲軸扭矩的鼓勵(lì)，如果是一種自然頻率一種純模態(tài)的一種鼓勵(lì)就更好。這樣有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，需要關(guān)注的只是一種頻率，例如，設(shè)計(jì)時(shí)可以遠(yuǎn)離鼓勵(lì)的頻率，如怠速時(shí)的頻率。第二，某些動(dòng)力總成的自由轉(zhuǎn)角和頻率對(duì)整車的結(jié)構(gòu)很敏感。所以，如果受鼓勵(lì)的幾個(gè)動(dòng)力總成的自由轉(zhuǎn)角和幾種頻率只用一種來(lái)代替，產(chǎn)生這種被稱作結(jié)構(gòu)敏感性的模型就是解耦。了解為什么動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)解耦似乎很容易，但怎樣評(píng)估懸置系統(tǒng)是解耦的，并不十分清楚。傳統(tǒng)意義上來(lái)說(shuō)，模型分析是在一個(gè)坐標(biāo)系通常在發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系下進(jìn)行KEF指數(shù)的計(jì)算。把在一定DOF下的KEF的百分比作為在這個(gè)DOF下解耦的百分比。這種評(píng)價(jià)解耦的方法是現(xiàn)在最常用的評(píng)價(jià)方法。但據(jù)說(shuō)國(guó)外有關(guān)資料說(shuō)這種評(píng)價(jià)方法不是最好的方法，而且常常造成很大理解誤差。下面是國(guó)外最新的評(píng)價(jià)解耦的方法?！敖怦钆c某一特定的鼓勵(lì)有關(guān)，對(duì)于位移或力的解耦，在特定的方向上應(yīng)該到達(dá)100%或盡可能高的KEF指數(shù)。這個(gè)方向可以是也可以不是發(fā)動(dòng)機(jī)DOF下的坐標(biāo)系。為了轉(zhuǎn)動(dòng)或力矩的解耦，在運(yùn)動(dòng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)主慣性矩條件下，100%或盡可能高的KEF指數(shù)的力矩旋轉(zhuǎn)軸方向是較好的。例如，為了曲軸力矩的解耦，需要在TRA方向100%或盡可能高的KEF指數(shù)。但是，TRA方向不是發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系下的某個(gè)DOF方向。所以，在發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系DOF下的KEF指數(shù)，不能反映在所有鼓勵(lì)條件下解耦的百分比?！睂?duì)于理論分析來(lái)說(shuō)，解耦的概念顯得就更加復(fù)雜了。他實(shí)際上包括：慣性解耦、彈性解耦以及阻尼解耦〔位移解耦〕。在懸置系統(tǒng)解耦分析當(dāng)中，阻尼解耦通常被省略掉。慣性解耦和彈性解耦成了關(guān)注最多的一種解耦途徑。慣性解耦在實(shí)際工程中比擬容易實(shí)現(xiàn)，由于彈性解耦受到的限制條件較多，所以一般彈性解耦都是十分困難的。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，我們看到的解耦概念表達(dá)在能量的集中率上。但對(duì)于工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，能量集中是個(gè)很抽象的概念。它只可作為評(píng)價(jià)性的結(jié)論，不能作為實(shí)際的懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方向性的參考。對(duì)于解耦的概念這里只作簡(jiǎn)單的介紹。在以后的章節(jié)里，會(huì)介紹實(shí)際工程中解耦的方法。它們都是從“慣性解耦”與“彈性解耦”這兩個(gè)概念出發(fā)，得出的一些實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。動(dòng)力總成系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)的爆發(fā)力、旋轉(zhuǎn)和往復(fù)不平衡力、路面的狀況以及由附件和車身其它零部件傳遞的動(dòng)態(tài)力或運(yùn)動(dòng)而引起鼓勵(lì)。主要的鼓勵(lì)是曲軸上的內(nèi)部震蕩扭矩、汽缸方向上的內(nèi)部力以及相關(guān)的運(yùn)動(dòng)；此外，還有來(lái)自路面和輪胎的鼓勵(lì)。簡(jiǎn)單總結(jié)有如下幾個(gè)振動(dòng)的根源：不平衡的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力及離心力矩〔都為一次〕不平衡的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力及慣性力矩〔一次、二次〕不平衡的反作用簡(jiǎn)諧扭矩〔其次數(shù)為汽缸數(shù)除2及其整數(shù)倍。如6缸發(fā)動(dòng)機(jī)即為3、6、9等次〕個(gè)別氣缸不工作或爆發(fā)壓力不均勻〔其次數(shù)為1/2次及其整數(shù)倍〕因機(jī)身〔曲柄箱〕剛性缺乏導(dǎo)致內(nèi)力矩輸出引起〔多數(shù)是一次機(jī)身彎曲振動(dòng)〕由路面不平坦引起由汽車行駛中加速或剎車時(shí)的慣性力引起〔使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生縱向振動(dòng)〕發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱連接處剛性缺乏，多為200HZ左右的3/2階的振動(dòng)由此可以看出：造成汽車動(dòng)力總成振動(dòng)的原因是多方面的，由它引起的振動(dòng)在階次上、作用方向上、振動(dòng)強(qiáng)弱上不盡相同，情況是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。一般說(shuō)來(lái)他們?nèi)Q于發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡特性，即和發(fā)動(dòng)機(jī)的型式、缸數(shù)、工作轉(zhuǎn)速、曲柄排列以及發(fā)火次序等有關(guān)。對(duì)于懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，前三項(xiàng)是最需要關(guān)注的振動(dòng)源。而由其引起的動(dòng)力總成振動(dòng)模態(tài)主要是平搖，縱搖及橫搖。一般高速下不平衡的慣性力〔力矩〕引起的振動(dòng)大些，而低轉(zhuǎn)速時(shí)〔如怠速〕那么由不平衡的簡(jiǎn)諧扭矩引起的振動(dòng)大些。圖1-5發(fā)動(dòng)機(jī)的三種主要的振動(dòng)模態(tài)作為工程實(shí)例。下表1.1給出了一些發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)特性表缸式，缸數(shù)曲軸轉(zhuǎn)速范圍〔rpm〕發(fā)動(dòng)機(jī)的主要擾動(dòng)頻率不平衡的傾覆力矩不平衡的離心力及離心力矩不平衡的慣性力及慣性力矩第一階主諧第二階主諧直列/V型4缸600~600020~20040~40020~200直列5缸600~600025~25050~50010~100/20~200直列/V型6缸600~5500600~460030~27515~11560~55030~26010~9020~115V型8缸600~600040~40080~80010~100V型10缸600~240050~200100~40020~80V型12缸600~210060~210120~42010~35和一般的機(jī)械不同的是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量分布很不均勻，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量軸線和曲線中心線是不平行的。兩者間的夾角可達(dá)15度~30度；其次，發(fā)動(dòng)機(jī)的各種鼓勵(lì)力和鼓勵(lì)力矩均偏離機(jī)組的重心。因此能激起的振型很多。例如不平衡的回轉(zhuǎn)質(zhì)量，離心力激發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生垂向〔x〕，橫向〔z〕,縱搖〔γ〕，平搖〔α〕等振動(dòng)；由不均勻的簡(jiǎn)諧扭矩能激起發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生橫搖〔β〕平搖〔α〕等振動(dòng)。具體發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波可用以下公式計(jì)算得到：f扭=2Nn/60C其中：C——沖程數(shù)N——?dú)飧讛?shù)n——轉(zhuǎn)速。二、懸置系統(tǒng)的作用2.1懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義及目標(biāo)簡(jiǎn)介現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)一不是采用彈性支承安裝的，這在汽車行業(yè)稱之為“懸置”，在力學(xué)及振開(kāi)工程中那么是個(gè)隔振問(wèn)題。如果不用中間彈性元件而直接將發(fā)動(dòng)機(jī)剛性地固緊在汽車車架〔底盤〕上，那么當(dāng)汽車在不平坦的路面上行駛時(shí)將導(dǎo)致機(jī)身由于車架的變形、沖擊而損壞；而當(dāng)汽車在平坦光滑的路面上行使時(shí)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)將導(dǎo)致車架、車身產(chǎn)生令人厭惡的結(jié)構(gòu)噪聲。此外彈性懸置還能補(bǔ)償在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由車架變形導(dǎo)致的相對(duì)位置的不精確。由此可知，懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)值：1)能在所有工況下承受動(dòng)、靜載荷，并使發(fā)動(dòng)機(jī)總成在所有方向上的位移處于可接受的范圍內(nèi)，不與底盤上的其它零部件發(fā)生干預(yù)；2)能充分地隔離由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)向車架及駕駛室的傳遞，降低振動(dòng)噪聲；3)能充分地隔離由于地面不平產(chǎn)生的通過(guò)懸置而傳向發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，降低振動(dòng)噪聲；動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)整車NVH性能的影響動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)整車NVH性能的影響僅次于排氣系統(tǒng)、整車密封性和懸架系統(tǒng)，成為影響整車NVH性能的第4個(gè)重要因素。經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，懸置系統(tǒng)主要在以下幾個(gè)方面跟NVH性能密切相關(guān)：發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火瞬間的抖動(dòng)；經(jīng)過(guò)顛簸路面引起的動(dòng)力總成過(guò)大的振蕩；發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，方向盤、坐椅、儀表盤面板和前歇腳板等振動(dòng)；整車在中頻〔30-60HZ〕時(shí)的粗躁度；整車在中頻〔30-70HZ〕時(shí)的轟鳴；由于動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)阻抗導(dǎo)致的齒輪嚙合噪聲；1K-5KHZ時(shí)，懸置的金屬結(jié)構(gòu)傳遞的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲；對(duì)于不同的振動(dòng)噪聲形式，其頻率范圍有所區(qū)別。在實(shí)際工程中，人的主觀感覺(jué)是整車NVH性能的一種重要的評(píng)價(jià)的方式。但只有把主觀感覺(jué)跟工程數(shù)據(jù)很好的結(jié)合在一起，才能區(qū)分并解決振動(dòng)噪聲問(wèn)題。實(shí)際上就是把主觀判斷出的振動(dòng)噪聲型式與其對(duì)應(yīng)的頻率范圍結(jié)合在一起。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，下表2.1給出具體的方法表2.1振動(dòng)噪聲與其對(duì)應(yīng)的頻率范圍頻率范圍〔HZ〕0-55-1010-3030-6060——25-7575-25025-15001500——振動(dòng)/噪聲描述振蕩抖動(dòng)顫抖粗糙度嗡嗡聲轟鳴聲嘯嘯聲?shū)Q鳴聲口哨聲結(jié)合表2.1可以看出，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)影響整車的NVH性能主要是在振動(dòng)方面。對(duì)于一個(gè)整車而言，其振動(dòng)的隔離系統(tǒng)包括很多。對(duì)于不同的系統(tǒng)其隔離的振動(dòng)型式又有所區(qū)別。雖然其隔離的振動(dòng)頻率相對(duì)較容易區(qū)分開(kāi)來(lái)，但是其導(dǎo)致的振動(dòng)的表現(xiàn)形式卻很難區(qū)分。比方：方向盤的振動(dòng)于發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的隔振性能密切相關(guān)，它同時(shí)也與底盤的襯套和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)本身的減振性能相關(guān)。所以針對(duì)NVH問(wèn)題評(píng)判的同時(shí)需對(duì)整車的減振系統(tǒng)有個(gè)很好的了解。〔圖2-1〕整車的隔振系統(tǒng)分布整車的振動(dòng)源主要來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)和路面，圖2-1中減振系統(tǒng)的根據(jù)振源也可以分為兩類。這樣的分法，將更加清楚的看出振動(dòng)問(wèn)題的原因。下面將針對(duì)于懸置直接影響NVH的有關(guān)問(wèn)題展開(kāi)表達(dá)。動(dòng)機(jī)點(diǎn)火瞬間的抖動(dòng)：發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火的瞬間，其振動(dòng)頻率應(yīng)為0HZ-25HZ。懸置系統(tǒng)的固有頻率通常分布在7HZ-15HZ。于是，如果懸置系統(tǒng)的固有頻率未能很好的匹配，動(dòng)力總成的剛體模態(tài)將發(fā)生嚴(yán)重的共振。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)，主要的剛體振型為：垂向的平動(dòng)和橫搖〔沿著曲軸中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)〕。在發(fā)動(dòng)機(jī)在點(diǎn)火瞬間，剛體的主要振動(dòng)模態(tài)是自然的耦合在一起的。所以懸置系統(tǒng)在Z向和Pitch這兩個(gè)固有頻率必須≧2HZ。但實(shí)際上很難控制。因?yàn)閼抑孟到y(tǒng)Z向的固有頻率對(duì)應(yīng)的是發(fā)動(dòng)機(jī)的第三階振型；懸置系統(tǒng)Pitch向的固有頻率對(duì)應(yīng)的又恰恰是發(fā)動(dòng)機(jī)的第四階振型。因此兩階模態(tài)的分開(kāi)，是動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)中十分關(guān)鍵的問(wèn)題。通過(guò)懸置系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)，使得Z向Pitch向的耦合剛度為零可以緩解振動(dòng)的幅值。需要指出的是：在點(diǎn)火瞬間，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的共振是不可防止的。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)，人的心臟、胃、肝等身體器官在垂向〔Z向〕的4-8HZ時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，十分敏感。所以，在設(shè)計(jì)懸置系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該將Z向的固有頻率避開(kāi)這個(gè)范圍，實(shí)際工程中應(yīng)該保證在：9-11HZ。經(jīng)過(guò)顛簸路面引起的動(dòng)力總成過(guò)大的振蕩：汽車行使過(guò)顛簸路面所引起的振動(dòng)主要集中在0-5HZ。經(jīng)過(guò)底盤懸架系統(tǒng)的隔振后，其振幅將大大的被降低。對(duì)于動(dòng)力總成懸置來(lái)來(lái)說(shuō)，只要保證其最第階的固有頻率的高于此頻率范圍即可。在這里需要明確一下，本書(shū)中所提出的共振概念都是基于一定的結(jié)構(gòu)阻尼來(lái)說(shuō)的。懸置最低階的固有頻率對(duì)應(yīng)的是動(dòng)力總成在整車上X向的振型。而發(fā)動(dòng)機(jī)在X向的與Z向的平動(dòng)以及與Pitch向的振型無(wú)耦合情況。且，人際工程學(xué)中平動(dòng)的敏感范圍集中在1-2HZ。所以，對(duì)最低階的固有頻率值不作過(guò)多的要求。仍然是需要保證其Z向固有頻率即可。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，方向盤、座椅、儀表盤面板和前歇腳板等振動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，振動(dòng)頻率集中在25-30HZ；在怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)以繞曲軸中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)為主。在動(dòng)力總成剛體的振型中，橫搖〔XX發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)〕與縱搖〔YY發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)〕兩種模態(tài)耦合在一起。對(duì)于懸置系統(tǒng)的固有頻率匹配難度較大。根據(jù)隔振原理，只有當(dāng)隔振器的固有頻率小于鼓勵(lì)頻率的時(shí)候，系統(tǒng)才具備隔振性能。這就導(dǎo)致，如果固有頻率超過(guò)或者接近與這個(gè)要求的時(shí)候。強(qiáng)迫振動(dòng)的衰減差。動(dòng)力總成的振動(dòng)能量完全傳遞到車身中，引起相關(guān)零件的振動(dòng)。而當(dāng)此兩種的模態(tài)接近于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的頻率時(shí)，將產(chǎn)生嚴(yán)重的共振。4〕在中高頻時(shí)影響整車的NVH性能在中高頻時(shí)，懸置系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)硬化將導(dǎo)致系統(tǒng)的整體固有頻率提高。嚴(yán)重影響起隔振效果。其次，在中高頻時(shí)懸置的金屬骨架和連接支架的模態(tài)將被激發(fā)出來(lái)。導(dǎo)致支架共振并傳遞到車體，使得車體的大面積板金振動(dòng)發(fā)出噪聲。所以，應(yīng)該加強(qiáng)懸置的金屬骨架和連接支架的剛度，使其一階的約束模態(tài)在450HZ以上，避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)傳過(guò)來(lái)的主要鼓勵(lì)。三、懸置系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)懸置系統(tǒng)的布置方式選擇每個(gè)隔振器〔懸置系統(tǒng)〕不管其結(jié)構(gòu)形狀如何都可以看作由三個(gè)相互垂直的彈簧組成，按照這三個(gè)彈簧的剛度軸線和參考坐標(biāo)軸線間的相對(duì)位置關(guān)系，懸置系統(tǒng)彈性支承的布置可以有常見(jiàn)的三種不同方式：1)平置式。這是常用的、傳統(tǒng)的布置方式，其特征是布局簡(jiǎn)單、安裝容易。在這種布置方式中，每個(gè)彈性支承的三個(gè)相互垂直的剛度軸各自對(duì)應(yīng)地平行于所選取的參考坐標(biāo)軸。2)斜置式。這是一種目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中用得最多的布置方式。在這種布置方式中，每個(gè)彈性支承的三個(gè)相互垂直的剛度軸相對(duì)于參考坐標(biāo)軸的布置是：除一個(gè)軸平行于參考坐標(biāo)外，其他兩個(gè)軸分別與參考坐標(biāo)軸有一夾角。一般斜置式的彈性支承都是成對(duì)地對(duì)稱布置于垂向縱剖面的兩側(cè)，但每對(duì)之間的夾角可以不同，坐標(biāo)位置也可任意。這種布置方式的最大優(yōu)點(diǎn)是：它既有較強(qiáng)的橫向剛度，又有足夠的橫搖柔度，因此特別適用于像汽車發(fā)動(dòng)機(jī)這樣既要求有較大的橫向穩(wěn)定性，又要求有較低的橫搖固有頻率以隔離由不均勻扭矩引起的橫搖振動(dòng)。此外，它還可以通過(guò)斜置角度、布置位置以及隔振器兩個(gè)方向上的剛度比等適當(dāng)配合來(lái)到達(dá)橫向——橫搖解耦的目的，這是平置式較難做到的。3)會(huì)聚式。這種布置方式的特點(diǎn)是彈性支承的所有隔振器的主要?jiǎng)偠容S均會(huì)聚相交于同一點(diǎn)。除了有良好的穩(wěn)定性外它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)調(diào)節(jié)傾斜角度和布置坐標(biāo)的關(guān)系來(lái)獲得六種完全獨(dú)立的振動(dòng)模態(tài)。但是這種布置方式實(shí)施起來(lái)并不容易，且一般汽車發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有縱向鼓勵(lì)，斜置式完全能夠滿足隔振要求，因此應(yīng)用不多。以上三種布置方式，各有其優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，根據(jù)相關(guān)的邊界條件、整車的開(kāi)發(fā)定位、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的細(xì)化目標(biāo)等設(shè)計(jì)環(huán)境而靈活選擇。懸置點(diǎn)的數(shù)目及其位置選擇汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置系統(tǒng)多采用三點(diǎn)或四點(diǎn)支承。一般較老式的發(fā)動(dòng)機(jī)多在風(fēng)扇端設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)支承點(diǎn)，而在飛輪端設(shè)置兩個(gè)支承點(diǎn)；新式的那么反過(guò)來(lái)，在風(fēng)扇端設(shè)置兩個(gè)支承點(diǎn)，而在飛輪端那么放一個(gè)或兩個(gè)。這主要是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型〔是汽油機(jī)還是柴油機(jī)〕，前后承載重量分配以及激振力情況而定的。三點(diǎn)支承的優(yōu)點(diǎn)是不管汽車怎樣顛簸、跳動(dòng)，它總能保證各支承點(diǎn)處在一個(gè)平面上，這就大大改善了機(jī)體的受力情況。目前有很多汽車發(fā)動(dòng)機(jī)即使是采用四點(diǎn)支承的也力求將飛輪端的那兩點(diǎn)盡量靠攏，以到達(dá)三點(diǎn)支承的效果。此外三點(diǎn)懸置系統(tǒng)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)可以到達(dá)上下方向、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的獨(dú)立解耦，從而大幅減小了耦合振動(dòng)。其中左右懸置通常接近扭轉(zhuǎn)慣性軸位置布置，特別支持上下方向的振動(dòng)解耦。右懸置通常采用效果更佳的液壓懸置，與發(fā)動(dòng)機(jī)連接布置，支持隔離發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒鼓勵(lì)、慣性力鼓勵(lì)、路面鼓勵(lì)。左懸置通常就采用普通的橡膠懸置，與變速箱連接布置，在隔離激振的同時(shí)起到動(dòng)力總成限位的作用。后懸置通常與變速箱連接布置，承受扭矩，重點(diǎn)起到動(dòng)力總成的縱向限位。四點(diǎn)懸置系統(tǒng)，同樣可以到達(dá)上下方向、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的獨(dú)立解耦，從而大幅減小了耦合振動(dòng)的要求。其中左右懸置也接近扭轉(zhuǎn)慣性軸位置布置，特別支持上下方向的振動(dòng)解耦。前后懸置主要承受由行駛工況引起的扭矩，重點(diǎn)起到動(dòng)力總成的縱向限位。相對(duì)于三點(diǎn)懸置系統(tǒng)，四點(diǎn)懸置系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)搖振和怠速工況振動(dòng)效果良好，但此種布置中前后懸置的剛度變化將引起發(fā)動(dòng)機(jī)位置變化，導(dǎo)致怠速時(shí)的預(yù)載變化，其次通常需要前橫梁支撐前懸置，導(dǎo)致減振效果的下降。通常在選擇支承點(diǎn)的布置位置時(shí)除了要滿足整車布置協(xié)調(diào)、系統(tǒng)解耦條件外還有兩個(gè)問(wèn)題需要考慮：一是打擊中心問(wèn)題。設(shè)計(jì)良好的懸置系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)本身的運(yùn)動(dòng)即使是在惡劣的道路條件下也不會(huì)很大，且隔振器也不會(huì)遭受過(guò)大的動(dòng)載荷。但在有些發(fā)動(dòng)機(jī)中，如直列式四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)曲柄間隔為180度時(shí)存在著嚴(yán)重的二次不平衡慣性力，由它將引起機(jī)組劇烈的縱搖振動(dòng)。在這種情況下如應(yīng)用打擊中心理論將發(fā)動(dòng)機(jī)的前支承布置在激振力的作用平面內(nèi)〔氣缸體的橫向中心面處〕，后支承布置在打擊中心處，就可以大大減輕激振力通過(guò)后支承向車身的傳遞，有效地減小汽車振動(dòng)。后支承位置可按下式確定：式中：J——發(fā)動(dòng)機(jī)繞通過(guò)重心的橫向主慣性軸ZZ軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量m——發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量b——發(fā)動(dòng)機(jī)前支承到重心的距離L——發(fā)動(dòng)機(jī)前后支承間距離二是車身一階彎曲振動(dòng)問(wèn)題。現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組作為一個(gè)彈性體其一階彎曲振動(dòng)的固有頻率并不是很高的，而功率強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)的高頻段的鼓勵(lì)頻率卻是很豐富的，因此很有可能導(dǎo)致機(jī)身產(chǎn)生一階彎曲振動(dòng)共振。在這種情況下如能將支承點(diǎn)安置在振型曲線的節(jié)點(diǎn)處，對(duì)于減輕隔振器的附加載荷是很有利的。利用打擊中心布置發(fā)動(dòng)機(jī)懸置示意如圖〔2-2〕動(dòng)力總成質(zhì)心動(dòng)力總成質(zhì)心打擊中心后〔左〕懸置的位置抗擺懸置對(duì)應(yīng)的位置〔圖2-2〕打擊中心布置前后〔左右〕懸置的位置應(yīng)用打擊中心理論和基于扭布置發(fā)動(dòng)的懸置，首先找出扭矩軸,使前〔右〕懸置的彈性中心落在扭矩軸線上,以使垂向、橫向和側(cè)傾三個(gè)自由度之間的耦合剛度為零,同時(shí)盡量使側(cè)傾剛度較小;然后以扭矩軸為基準(zhǔn)，把前后〔右左〕懸置布置在互為撞擊中心的共軛點(diǎn)上。對(duì)于受較大不平衡往復(fù)慣性力擾動(dòng)的動(dòng)力總成,應(yīng)將前〔右〕懸置布置在不平衡往復(fù)慣性力的作用中心點(diǎn),后〔左〕懸置那么布置在與前懸置互為撞擊中心的共軛點(diǎn)上,使不平衡慣性力不會(huì)引起后〔左〕懸置的過(guò)大響應(yīng)。這種布置尤其適合于前〔右〕端裝用液阻懸置后〔左〕端仍裝用橡膠懸置的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng),可充分發(fā)揮液阻懸置的低頻時(shí)大阻尼高頻時(shí)低動(dòng)剛特性的高效隔振緩沖作用。在考慮動(dòng)力總成和車身的彈性彎曲振動(dòng)模態(tài)時(shí),對(duì)前后懸置〔右左〕的布置又提出了更多的要求。僅考慮動(dòng)力總成的垂向第一階彎曲振動(dòng)模態(tài)時(shí),如果使前后〔右左〕懸置分別位于該模態(tài)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)AB上,如圖〔2-3〕所示,那么動(dòng)力總成的第一階彎曲振動(dòng)不會(huì)傳遞到車身上,車身的高頻彎曲振動(dòng)也不會(huì)激起動(dòng)力總成的一階彎曲共振,既可顯著提高汽車的舒適性,又改善了動(dòng)力總成的工作條件和使用壽命?！矆D2-3〕動(dòng)力總成第一階彎曲振動(dòng)模態(tài)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的頻率參數(shù)在工程實(shí)際中懸置系統(tǒng)的振動(dòng)都是按剛體模態(tài)來(lái)處理的，整臺(tái)機(jī)組在空間的運(yùn)動(dòng)具有六個(gè)自由度，即三個(gè)沿相互垂直的通過(guò)重心的軸線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和三個(gè)繞此三根軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣就有六個(gè)振動(dòng)模態(tài)，相應(yīng)就有六個(gè)固有頻率。而理論分析說(shuō)明，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的六個(gè)振動(dòng)模態(tài)并不是完全耦合在一起的，而是形成兩組三聯(lián)耦合振動(dòng)，即垂向-縱向-縱搖及平搖-橫向-橫搖。推薦的懸置系統(tǒng)固有頻率范圍如下：1平搖、橫搖〔以及平搖-橫搖耦合振動(dòng)時(shí)的〕這兩個(gè)固有頻率是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵要素，特別是橫搖fβ，一般推薦值為：，〔或〕≤∽1.4〕*1/21/2*h/2*n/60(Hz)∽1.4)是考慮到底架有限質(zhì)量的影響,當(dāng)?shù)准茉捷p巧而機(jī)器越重時(shí)取大的值,1/21/22垂向、縱搖〔以及縱向-縱搖耦合振動(dòng)時(shí)的〕在選擇這三個(gè)固有頻率時(shí)要考慮到不要引起怠速轉(zhuǎn)數(shù)下的一次激振力共振,以及由于道路不平引起的汽車上、下過(guò)大的振動(dòng)載荷。也即是說(shuō)不宜過(guò)小，一般可取，〔或〕=10∽15〔Hz〕3橫向由于汽車行走時(shí)左、右方向的動(dòng)載荷沒(méi)有上、下方向大，因此的數(shù)值可以取得比小些，只需避開(kāi)怠速轉(zhuǎn)數(shù)下的一次激振力共振即可，一般可取=5∽10〔Hz〕4縱向這個(gè)頻率是無(wú)足輕重的，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)不存在縱向激振力。四、懸置系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)動(dòng)力總成參數(shù)懸置系統(tǒng)在設(shè)計(jì)分析中，動(dòng)力總成的各項(xiàng)特性參數(shù)是懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要輸入條件，它包括：動(dòng)力總成的重量、重心位置、慣性軸的位置、各轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。如下表4.1、表4.2。以上動(dòng)力總成的數(shù)據(jù)由發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱分別提供，根據(jù)實(shí)際情況也可以測(cè)試得到，具體的測(cè)試方法可以參考《動(dòng)力總成質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》。制約條件理論設(shè)計(jì)上的懸置點(diǎn)具體位置以及為到達(dá)各點(diǎn)懸置性能所需的結(jié)構(gòu)、外形尺寸常常受到整車布置中的布置空間、邊界條件等的限制而需要適當(dāng)?shù)匦薷南鄳?yīng)的一些具體設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)。例如：XX車型的前艙相對(duì)于某一款發(fā)動(dòng)機(jī)其布置空間很有限，前前方向上發(fā)動(dòng)機(jī)體與車身的靜態(tài)間隙非常小，這時(shí)候懸置