发动机悬置系统设计
发动机悬置的结构、作用、设计要求
发动机悬置得结构、作用、设计要求1.概述:随着当前底盘、发动机技术得日臻完善，车辆得振动、噪声得控制转而成为各个整车厂在研发上得重中之重。
据统计分析在一个车辆系统得上万个零部件中,对振动起关键作用得大概有二百个。
它们又分别在整车得振动系统中起不同得作用。
这里仅对发动机产生得振动经由发动机悬置到车身得振动系统得结构、作用、设计要求给出一定程度得阐述与说明.振动情况及位置频率Hz路面激励得频率范围车体1～3座椅与驾驶员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发动机得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基于汽车振动学得相应设计优化,应最大可能得避免整车主要部件在各种工况下得振动耦合.悬置得作用概括来说就就是对发动机振动与路面激励得隔离与吸收，减少乘客舱中人所受得影响，降低其她零部件因为过多振动产生得疲劳破坏。
2.悬置系统得结构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得驱动转距Ｔ全部得驱动转距T转距纵向横向方向●动力总成横置,如尊驰、骏捷等。
4G63 4G64 4G934G18 等动力总成中华1、8T 宝来等车得动力总成。
2.2结构概念：●橡胶悬置悬置结构为橡胶+金属支架，在低频、大振幅得动刚度与滞后角变化小。
在高频、小振幅激励下得动刚度与滞后角变化不大，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、大振幅得激励下具有大阻尼；在高频、小振幅得激励下具有小刚度。
可根据实际与成本情况决定采用一个液压悬置还就是采用多个液压悬置。
常用于发动机左右悬置。
某轻卡发动机悬置系统的设计
摘要发动机动力总成悬置系统是发动机应用工程重要部分，它的好坏直接影响着汽车的NVH性能，进而影响该车的市场份额。
本论文主要阐述了动力总成悬置系统设计的基本理论，对悬置系统的各项参数的收集作了简单介绍，并利用MATLAB完成了悬置系统的初步设计计算，得到悬置系统的6阶固有频率在6个自由度方向的解耦率未达到要求，悬置系统需要进行参数优化。
在本论文动力总成悬置系统优化设计中，其优化设计目标是6个自由度方向的解耦率达到一定水平，设计变量是前后悬置三个方向的刚度值，约束条件是6个固有频率的范围，优化得到的结果在固有频率分配和解耦率方面都有了明显的改善。
最后对悬置系统其中的一个托架基于hypermesh软件进行了三种工况下的强度校核和约束模态第一阶频率的校核，校核结果均满足设计要求。
关键词：悬置系统；设计计算；MATLAB；优化；托架；CAEAbstractThe engine mounting system is an important part of the engine application engineering, which directly affects the NVH performance of the vehicle and the market share of the vehicle. This paper mainly expounds the powertrain mounting system design of the basic theory, and briefly introduced collection of suspension system parameters. Then it has completed the preliminary design of the suspension system by using the MATLAB, the result is that six order natural frequency of the mounting system and each order modal in the rirection of six degree of decoupling ratedoes not meet the requirements and the mounting system parameters need to be optimized. In the power assembly mounting system optimization design, the design goal of this paper is the six degree of freedom decoupling rate reached a certain level, the design variables are three direction stiffness values of front and rear suspension and constraint conditions is six order natural frequency constraints.The optimized results in frequency assignment and the decoupling rate are significantly improved. Finally, the intensity in three cases and the first order frequency of a bracket of the suspension system is checked based on Hypermesh. The checked results meet the design requirements.Keywords:mounting system; Design calculation; MATLAB; optimization; bracket; CAE目录第一章概论 .......................................................... - 1 -1.1 概述.......................................................... - 1 -1.2 发动机悬置系统研究概况........................................ - 1 -1.2.1 悬置元件的研究进程 ...................................... - 1 -1.2.2 国内外悬置系统优化理论的研究概况 ........................ - 3 -1.3 课题的研究意义和内容.......................................... - 6 -第二章悬置系统设计理论 .............................................. - 7 -2.1 悬置系统的隔振机理分析........................................ - 7 -2.1.1 发动机自身的激励分析 .................................... - 7 -2.1.2 发动机隔振原理 .......................................... - 8 -2.2 动力总成悬置系统的动力模型的建立............................. - 11 -2.2.1 动力总成悬置系统力学模型的建立 ......................... - 12 -2.2.2 动力总成悬置系统数学模型的建立 ......................... - 13 -2.2.3 动力总成悬置系统振动耦合特性分析 ....................... - 14 -2.2.4 刚度矩阵各刚度的计算 ................................... - 15 -第三章动力总成悬置系统初步设计 ..................................... - 18 -3.1 动力总成悬置系统的设计流程................................... - 18 -3.2 动力总成物理参数的获取....................................... - 18 -3.2.1 动力总成系统的重量和质心 ............................... - 19 -3.2.2 动力总成的惯性参数 ..................................... - 19 -3.3 动力总成悬置系统的结构布置................................... - 21 -3.3.1 悬置点的点数 ........................................... - 21 -3.3.2 悬置布置形式 ........................................... - 22 -3.3.3 发动机悬置配置特点 ..................................... - 23 -3.3.4 动力总成悬置布置方案及位置 ............................. - 24 -3.4 悬置系统的初步设计计算....................................... - 25 -3.4.1 飞轮壳后端面静弯矩校核 ................................. - 25 -3.4.2 发动机内激扰频率 ....................................... - 25 -3.4.3 前后悬置的额定负荷 ..................................... - 25 -3.4.4 前后悬置软垫的刚度 ..................................... - 26 -3.4.5 动力总成悬置系统的固有频率和解耦率求解 ................. - 26 -第四章动力总成悬置系统的参数优化和托架CAE分析 ..................... - 28 -4.1 动力总成悬置系统的参数优化设计............................... - 28 -4.1.1 优化目标 ............................................... - 28 -4.1.2 优化设计变量 ........................................... - 29 -4.1.3 约束条件 ............................................... - 29 -4.1.4 MATLAB优化流程........................................ - 30 -4.1.5 MATLAB优化结果......................................... - 31 -4.1.6 悬置系统的试验 ......................................... - 32 -4.1.7 小结 ................................................... - 34 -4.2 悬置托架的强度分析........................................... - 34 -4.2.1 悬置托架的有限元模型 ................................... - 35 -4.2.2 强度分析工况 ........................................... - 36 -4.2.3 强度分析结果 ........................................... - 36 -4.2.4 托架约束模态分析 ....................................... - 38 -4.2.5 小结 ................................................... - 38 -第五章总结与展望 ................................................... - 38 -5.1 全文总结..................................................... - 39 -5.2 展望......................................................... - 39 -致谢 ................................................................ - 41 - 参考文献 ............................................................ - 42 - 附录 ................................................................ - 43 -第一章概论1.1 概述随着生活水平的提高，人们除了对汽车的动由于力性和经济性有了高要求，还对汽车的舒适性越来越关注。
汽车发动机悬置设计说明
Ｓtan/
Dec. 18. 2006
连接世界的解决方案 Your link to global solution
一:发动机悬置系统的设计流程
二:发动机悬置系统设计简介
1.外部需求:
发动机悬置系统的功能： ● 隔离所有的振动。 ● 支持发动机的重量。 ● 在加速，制动，转弯时控制
二:发动机悬置系统设计简介
10.发动机悬置系统的优化选择和验证方法: 通过ADAMS和FEA分析,我们可以得到设计完成的发动机悬置的NVH
结果,并通过调整悬置弹性中心的位置坐标和悬置的刚度,阻尼来进行调 整系统,使之能够达到最优化的结果.
三:整车NVH性能评估
1.车身. 2.子系统. 3.车门. 4.玻璃. 5.发动机前仓盖. 6.悬架. 7.轮胎. 8.内饰件. 9.方向盘. 10.发动机和边变速箱. 11.传动轴. 12.排气系统. 13.连接件. 14.风扇和空调压缩机,液体. 15.司机 16.载荷(人员和行李)
二:发动机悬置系统设计简介
4.发动机悬置系统输入条件:
4.1 发动机规格型号, XX L,XX缸,活塞排列方式,最高转速,最大扭矩,怠速转 速,点火顺序,重量等.
4.2 变速箱型号,重量,X档,传动比等. 4.3 动力总成安装倾角以及移动转动的约束量. 4.4 动力总成的重心和转动惯量(在发动机坐标系下). 4.4 动力总成和悬置在前仓允许的安装位置以及悬置的弹性中心在发动机
主动悬置
成本和复杂程度
液压悬置
以前
橡胶悬置
传统悬置 现在
半主动悬置 将来
被传递到基础的力 激励力 隔振水平
二:发动机悬置系统设计简介
6.发动机悬置的隔振原理和理论:
01-发动机悬置设计_20200225211148
p 弹性中心：作用于动力总成上的外力，如果通过悬置系统的弹性中心，则动力总成 只会发生平动而不产生转动。反之，动力总成在产生平动的同时还会产生转动，即 运动耦合。 同样，如果一个外力矩绕弹性中心主轴线作用于动力总成上时，动力总成只会 产生转动而不产生平动。反之，在产生振动的同时还会产生平动，出现两自由度运 动耦合。 弹性中心是由弹性原件的刚度和几何布置决定的，与被支承物体的质量无关。 理论上如果动力总成的质心通过发动机悬置的弹性中心时，就可获得六个自由度上 的振动解耦。 但在实际中是很难实现的，发动机的激励主要是垂直和扭转，因此只要在主要 振动方向进行解耦即可。
纵置取二阶张量矩阵逆阵中的第一列进行归一化，而横置对第二列进行归一化。 横置动力总成扭矩轴与动力总成坐标系下x，y，z轴夹角的方向余弦为：
February 25, 2020
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February 25, 2020
Ø 解耦设计-扭矩轴
弹性中心
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左悬置
右悬置
主惯性轴、扭矩轴及曲轴位置中心 线相对位置示意图
横置动力总成悬置系统扭矩轴的计算 横置动力总成悬置系统中扭矩轴的计算方法与纵置的计算方法类似，不同点在于
另外，由于各自由度振动的互为耦合，很难对某个产生共振的自由度上的频率进行 个别改进而不影响其它自由度上的隔振性能。
汽车发动机悬置系统的设计指南
1 发动机悬置系统的设计指南1.1 悬置系统的设计意义及目标简介现代汽车发动机无一不是采用弹性支承安装的，这在汽车行业称之为“悬置”，在力学及振动工程中则是个隔振问题。
如果不用中间弹性元件而直接将发动机刚性地固紧在汽车车架（底盘）上，则当汽车在不平坦的路面上行驶时将导致机身由于车架的变形、冲击而损坏；而当汽车在平坦光滑的路面上行使时来自发动机的振动将导致车架、车身产生令人厌恶的结构噪声。
此外弹性悬置还能补偿在发动机安装及运动过程中由车架变形导致的相对位置的不精确。
由此可知，悬置系统的设计目标值：1) 能在所有工况下承受动、静载荷，并使发动机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其它零部件发生干涉；2) 能充分地隔离由发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递，降低振动噪声；3) 能充分地隔离由于地面不平产生的通过悬置而传向发动机的振动，降低振动噪声；4) 保证发动机机体与飞轮壳的连接弯矩不超过发动机厂家的允许值。
1.2 悬置系统的布置方式选择每个隔振器（悬置系统）不论其结构形状如何都可以看作由三个相互垂直的弹簧组成，按照这三个弹簧的刚度轴线和参考坐标轴线间的相对位置关系，悬置系统弹性支承的布置可以有常见的三种不同方式：1) 平置式。
这是常用的、传统的布置方式，其特征是布局简单、安装容易。
在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴各自对应地平行于所选取的参考坐标轴。
2) 斜置式。
这是一种目前汽车发动机中用得最多的布置方式。
在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴相对于参考坐标轴的布置是：除一个轴平行于参考坐标外，其他两个轴分别与参考坐标轴有一夹角。
一般斜置式的弹性支承都是成对地对称布置于垂向纵剖面的两侧，但每对之间的夹角可以不同，坐标位置也可任意。
这种布置方式的最大优点是：它既有较强的横向刚度，又有足够的横摇柔度，因此特别适用于象汽车发动机这样既要求有较大的横向稳定性，又要求有较低的横摇固有频率以隔离由不均匀扭矩引起的横摇振动。
发动机悬置设计1
Fig.5 隔振橡胶的特征—1 1. 材料本身具有弹性要素的同时、还具有衰减性
2. 具有三方向的弹性主轴
橡胶材料本身就具有弹性要素的同时，还具有衰减性。而且从产品状态上来分析，还同时具有X、Y、Z 三个弹性主轴。 一般来考虑弹性要素、衰减特性的大小、以及各悬置的弹性主轴方向等参数，来设计隔振橡胶。
隔振橡胶以及发动机悬置的基础知识
１．发动机悬置的实例（V6-FF) ２．历史 ３．悬架方式 ４．隔振橡胶的基础特性理论（１－７）
Fig.2
在右悬置上方还有一个拉杆
发动机悬置实例
后悬置
前悬置
左悬置
Fig.2: 搭载在V6发动机的FWD车型上所使用的发动机悬置案例： 前悬置、后悬置以及左悬置三点来支撑起发动机。然后通过拉杆来控制加、减速时发动机的位移。
Fig.17 橡胶材料的特征-2
天然橡胶 丁苯橡胶 顺丁橡胶 丁基橡胶 乙丙橡胶 氯丁橡胶
隔振橡胶所使用的橡胶材料特征示意 天然橡胶在隔振橡胶元件里是使用最多的，但是根据要求性能的要求，为了取得更好的性能平衡性，也 有采取各种配方的橡胶。
１．系统设计 ２．悬置系统的例 ３．系统和特性分析（roll刚性） ４．6自由度固有频率分析 ５．怠速振动分析 ６．单体特征分析 ７．液压悬置的基本构造（１－２） ８．主动悬置
剪切方向（S）的刚度计算方法示意： 此处的Gap是只当做横刚度来表示。当然其中，包含有支配和压缩（C）方向一样的h/a形状的项目。但是 剪切方向的变形一般来说厚度（h）变化小，因此剪切方向的刚度是比较线性的。
Fig.8 隔振橡胶的特征—4 倾斜搭载的场合
倾斜搭载的场合时刚度计算方法示意： 一般来说，纵置发动机的悬置系统会有一个倾斜角度。作为整车的上下（Z）方向的刚度要求，可根据悬 置单体以及压缩（C）方向、剪切（S）方向的刚度来计算出来。
发动机悬置设计4
〇
Nissan Note
1.2supchgDI CVT
O-balance Pendulum
〇
China A test-car
1.0TDI 6AT +N-idle
Nothing Pendulum
〇
Engineering judgement for NVH
1)Outer-balance and Pendulum is OK ⇒we need check our design
2nd gear toothing
Motor noise
100
600
rotation unbalance
2K
12K
Electro-magnetic noise
power-plant bending1 power-plant bending2
Igen values AC compressor
distribution
Φ85mm
Type B
4点Pendulum和Upper T-rod的案例（１）
数值Upper T-rod的案例
2-3. Pendulum悬置的案例 1) 右 2) 左
3) T-rod 4) 三缸机
3)Engine-mount for new 3cylinder
If we put hydraulic resonance at 15Hz, New peak comes up at 20-24Hz
Diff order noise
Typical EV acceleration Noise 3D MAP
400Hzat3000rpm
3) 2)
800Hzat1000rpm
基于ADAMS的某三缸发动机悬置优化设计
基于ADAMS的某三缸发动机悬置优化设计ADAMS是一款用于机械系统仿真的工程软件，可以用于进行各种工程设计、分析和优化。
在这篇文章中，我们将基于ADAMS对某三缸发动机悬置进行优化设计。
三缸发动机是一种常见的汽车发动机类型，它通常具有较小的体积和重量，并且能够提供较高的动力输出。
悬置系统则是发动机在车辆中的固定方式，对于发动机的性能和寿命都有很大的影响。
通过ADAMS对三缸发动机悬置系统进行优化设计，可以提高发动机的性能和寿命，同时减少成本和能源消耗。
我们需要建立三缸发动机的虚拟模型，并将其导入ADAMS中进行仿真。
在建立虚拟模型时，需要考虑到发动机的各个零部件的几何形状、材料性质、连接方式等，以确保仿真结果的准确性。
在导入ADAMS后，我们可以对发动机的运动学、动力学等性能进行分析，并根据仿真结果对悬置系统进行优化设计。
在进行优化设计时，我们可以设置不同的设计变量，如悬置点的位置、角度、连接方式等，并通过ADAMS的多体动力学仿真功能对不同设计方案进行比较。
还可以考虑到发动机在不同工况下的振动、冲击等负载情况，以确保悬置系统在各种工况下都能够稳定可靠地工作。
通过这些仿真和分析，我们可以找到最优的悬置系统设计，以提高发动机的性能和寿命。
除了提高发动机的性能和寿命外，优化设计还可以降低成本和能源消耗。
通过ADAMS的仿真分析，我们可以评估不同设计方案的成本和能源消耗，并找到最经济和环保的设计方案。
通过优化悬置系统可以减少发动机在工作时的摩擦损失和能量消耗，同时降低对环境的影响。
通过ADAMS对某三缸发动机悬置进行优化设计，可以提高发动机的性能和寿命，同时降低成本和能源消耗。
这将对汽车制造业和环保事业都具有重要意义。
希望通过我们的努力，能够为汽车制造业的发展和环境保护做出一点贡献。
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许用应变
15～20％
20～30％
17 可整理ppt
总结
悬置系统设计步骤
18 可整理ppt
液体阻尼悬置介绍
悬置系统理想特性要求 液阻元件结构介绍
19 可整理ppt
培训
发动机悬置系统设计
1 可整理ppt
介绍
概说 设计考虑 支承布置方案 隔振分析计算 橡胶支承元件结构设计计算 总结――悬置系统设计步骤 液体阻尼悬置介绍
2 可整理ppt
概说
悬置系统的历史发展和作用 设计的重要性
悬置设计的含意
3 可整理ppt
设计考虑
要从隔振、防震的角度来考虑振源来自两个 方面
2)系统的匹配 考虑发动机激励，绕θx的固有频率要比发动机怠
速激励频率低至少为1/√2至1/2 考虑路面，要注意避开车架一弯、一扭和车桥的频
率 系统要解耦
14 可整理ppt橡胶支承元Βιβλιοθήκη 结构设计计算弹性元件结构型式
压缩型 剪切型 复合型
橡胶元件刚度计算
k = G•F•D G－橡胶的静态剪切模量 F－和橡胶件形状有关的系 数 D－尺寸因素
λ=ω∕p ζ= c ∕2mp
p=(k∕m)1/2
作用于地基的力的幅值：
8 可整理ppt
隔振分析计算
激振源频率成份分析
发动机的干扰力和力矩 1) 惯性力引起的干扰力
旋转质量 pr =m1rωe2 cos2ωet) 往复质量 pj =m1rωe2 (cosωet +λ
λ =r/l 总体合成：对直立四缸机有 pj II
10 可整理ppt
隔振分析计算
振动模型简化理论基础
发动机振动模型是以刚体弹性支承理论作为基础，认为发动机 是一空间自由刚体，通过3～4个具有三维弹性的元件支承在刚性的、 质量为无限的机架上，它具有6个自由度运动（图示），它已被汽车工 程界广为接受，且有较好的效果。 为了计算方便，现导出其矩阵形式的振动微分方程式 无阻尼自由振动运动微分方程式，一般具有如下形式
- 发动机自身的振动
- 来自路面或轮胎不平衡输入激励
支承重量 承受各种负荷，如汽车加速、制动、转弯时的惯性力，
发动机反扭矩 容纳发动机一定运动 注意使用环境――高温、高寒、油污等 注意动力总成的静变矩 有足够的使用寿命
4 可整理ppt
支承布置方案
三点式――V形布置前两点后一点呈对称用于轻型FR车 FF车三点无规律
5 可整理ppt
支承布置方案
四点式――V形布置前两点后两点，用于较重的发动机
6 可整理ppt
支承布置方案
支点位置初选
弯曲振动节点 打击中心理论
7 可整理ppt
隔振分析计算
单自由度振动系统隔振原理
强迫振动微分方程
m(d2x/dt2)
响应振幅 A：
+
c(dx/dt)
+kx
=F0ejωt
A= F0∕[k((1-λ2) +4ζ2λ2)1/2]
U=1/2{q}T[K]{q}
这样，就可得到6自由度振动微分方程式
12 可整理ppt
隔振分析计算
发动机子系统与 整车匹配
1)隔振与解耦
数学上理解 运动学上的理解 在一定条件，解耦 对于隔振只是一种用起 来方便的措施 用计算机寻优的方法 可以解决
13 可整理ppt
隔振分析计算
发动机子系统与整车匹配
六、八缸机有 pj=0
9 可整理ppt
隔振分析计算
2) 工作过程不均衡引起的干扰力矩 Me呈周期化的变化 周期函数可展开成富里哀级数
Me=Mo + ΣMrsin(rωt+φr) [ω=2π/T]
对单缸机而言: 多缸机而言，直立、四冲程发动机
f=n•i/120 Hz n － 发动机转速 i － 缸数
G = G50•H/(100-H) H为肖氏硬度
15 可整理ppt
橡胶支承元件结构设计计算
橡胶元件刚度计算
16 可整理ppt
橡胶支承元件结构设计计算
元件的材料和许用应力
大多用天然胶，特殊情况用合成胶 元件损坏在于疲劳，平均应变对疲劳寿命影响很大， 拉伸工作对元件寿命很不利
压缩 剪切
许用应力
100～150N/cm2
[M]{d2q/dt2} + [K]{q} = 0
[ M]－质量阵
[K]－刚度阵 {q}－广义坐标列向量
11 可整理ppt
隔振分析计算
振动模型简化理论基础
振动系统的动能可以写成广义速度的函数，其二 次型表达式为：
T=1/2{dq/dt}T[M]{dq/dt}
其势能可以写成广义坐标函数，其二次型表达式 为：