发动机悬置的结构、作用、设计要求

bycmgs

1. 概述：
随着当前底盘、发动机技术的日臻完善，车辆的振动、噪声的控制转而成为各个整车厂在研发上的重中之重。据统计分析在一个车辆系统的上万个零部件中，对振动起关键作用的大概有二百个。

    它们又分别在整车的振动系统中起不同的作用。这里仅对发动机产生的振动经由发动机悬置到车身的振动系统的结构、作用、设计要求给出一定程度的阐述和说明。


整车不同的部件都有自己的固有频率，见下表：

振动情况及位置
频率Hz


路面激励的频率范围
车体
1~3

座椅和驾驶员
4~8

发动机总成
5~18

前后桥
10~16

车轮共振
11~15

排气管机械系统
12~22



发动机的振动频率范围
怠速抖动
20~30

车体弯曲扭转
25~40

方向盘抖动
25~40

发动机总成弯曲
130~230

排气管气体系统
100~1000

变速器噪声
350~600

进气系统噪声
100~600

发动机噪声
1000~5000

基于汽车振动学的相应设计优化，应最大可能的避免整车主要部件在各种工况下的振动耦合。悬置的作用概括来说就是对发动机振动和路面激励的隔离和吸收，减少乘客舱中人所受的影响，降低其他零部件因为过多振动产生的疲劳破坏。

2. 悬置系统的结构
2.1 布置概念：
* 前轮驱动——较低排量，
* 后轮驱动——较大排量。

质量
发动机+变速箱
发动机+变速箱+驱动轴
转距
约1/4的驱动转距T
全部的驱动转距T
转距方向
纵向
横向

* 动力总成纵置，如海狮、阁瑞斯。


* 动力总成横置，如尊驰、骏捷等。


2.2 结构概念：
* 橡胶悬置
悬置结构为橡胶＋金属支架，在低频、大振幅的动刚度和滞后角变化小。在高频、小振幅激励下的动刚度和滞后角变化不大，容易产生动态硬化现象，常用于发动机前后悬置，阻止发动机过渡扭转。

* 液力悬置
悬置结构为橡胶形腔＋液体（乙二醇）＋金属支架，在低频、大振幅的激励下具有大阻尼；在高频、小振幅的激励下具有小刚度。可根据实际和成本情况决定采用一个液压悬置还是采用多个液压悬置。常用于发动机左右悬置。

3. 发动机悬置系统的设计要求

3.1 确定发动机悬置系统的主要因数：
悬置的位置和静态刚度：
自重，加减速，弯道行驶，启动关车及交变载荷。
悬置的动态刚度：
怠速振动的隔离，加减速和常速行驶，与轮胎车桥的振动耦合。
悬置的阻尼：
     橡胶，液力和空气悬置的阻尼，特性是频率和位移的函数。  
     
3.2 静刚度曲线，如下图。表示悬置受载荷与位移的关系。
  

* 静态下沉与固有频率有如下图关系。

* 悬置刚度曲线上各工作区：
线性工作区是指在一般载荷下，悬置能对振动起很好隔离和吸收的工作段。
设定某一载荷工况为曲线的拐点，橡胶刚度曲线进入非线性区。并最终设定一个限位，以避免在任何工况下发生刚性零件的干涉。约束动力总成在空间运动的最大位移和最大角度。如下图：


3.3 动力总成的固有频率和振型
根据理论力学的理论，当我们视动力总成为一个刚体的时候，它在发动机舱中运动分别包含沿X、Y、Z三轴向的平动及绕X、Y、Z轴的转动，即横向、纵向、垂直、偏转、俯仰、滚转六个自由度。
对于振动系统来说，它的振动传递率跟振动激励的频率、振动系统自身的频率及系统阻尼有关，振动系统的传递率公式如下：
，其中为振动传递率；为频率比；为阻尼比，下图所示为不同阻尼比的系统传递率曲线。

从而可以看出，只有当时，系统才能起到隔振的作用。而发动机的振动激励频率大于等于25Hz，也就要求动力总成刚体振动固有频率上限为17.68Hz。



为避免振动耦合，所有着六个动力总成的刚体模态必须高于驱动轴固有频率又要低于轮胎的固有频率，在5—15Hz之间。大致的分布如下：


3.4 横置发动机的颠簸分析。
另一方面，作为发动机悬置系统的另一环。路面激励传至发动机再经由悬置反馈于车体，在车内也会产生相应的振动及噪声特征。

在轮下加载相应路面激励功率谱，悬置在发动机侧和车身测会产生相应位移，进而在座椅滑轨上将激出相应的加速度。下图是模拟和测试值的差别。


3.5 怠速抖动分析
怠速是发动机的一个常用工况，所以通常情况下，发动机的一阶振动可以通过发动机内部的平横轴等部件消除（有的装有双平衡轴的发动机对二阶的振动也能起到很好的抑制作用）。二阶的振动在怠速区的频率约为20-35Hz，这个频率刚好又和车体弯曲和转向系统的固有频率段比较接近，所以发动机的怠速区在二阶的振动一定要避开动力总成的刚体模态，又要和车体弯曲和转向系统的固有频率段由很好的区分。而把不合避免的振动耦合放到不会引起长时间不适的启动停车阶段。见下图：


通过实际工程经验，可以根据悬置力和动刚度在设计之初估算振动和噪声水平。

bycmgs

那请你提出复杂点的问题

weisn001

东西好多都没粘贴到位，请LZ检查，求跟帖！

weisn001

不错的帖子，不知楼主是否能将所有部件的固有频率更细化一些做成表的形式贴上呢？或者传一些模态资料

zqz0222

我们可爱的图片在哪里？