发动机-悬置参数设计要求
动力总成悬置系统优化设计与匹配---基本理论
目录
一、悬置系统的典型结构及基本理论 二、悬置系统的主要布置方式 三、悬置系统的设计原则 四、悬置系统对汽车N&V特性的影响 五、悬置系统的设计流程和计算方法 六、悬置系统的匹配样车要求及N&V匹配方法
一、悬置系统的基本理论及典型结构
1、悬置的定义：装配在动力总成与车身（架）之间起支撑连接作用并使二者间 的力的传递产生衰减的弹性减振元件。
动力总成的完全解耦布置
动力总成的部分解耦布置
四、悬置系统的设计原则
撞击中心理论：
撞击中心理论主要用于选择前后悬置的位置。当动力总成视为 刚体，前后悬置如果处于互为撞击中心的位置上时，当一个悬置受 到干扰时或冲击时，另一个悬置上的响应为零。
扭轴理论：
当发动机的主惯性轴偏离曲轴轴线 一定角度, 在发动机激振力矩作用下, 发动机体将绕某一固定的“扭轴”作 白由振动。这时悬置布置应围绕“扭 轴”布置更为合理。
2、悬置系统（悬置+发动机+变矩器+变速箱）典型结构
3、各种类型悬置结构
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置的结构型式日趋复杂。主要分为：橡胶悬置、液压悬置、 半主动/主动悬置。
橡胶悬置：结构简单，成型容易、成本低廉，被大量的使用在各型 车辆。缺点：存在高频硬化现象。下面为橡胶悬置常见结构：
压缩式
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置系统六自由度力学方程的建立（势能）
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置系统六自由度力学方程的建立（势能）
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置系统六自由度力学方程的建立（耗散能）
一、悬置系统的基本理论及典型结构
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
整车技术部设计指南73发动机悬置设计5.1 概述汽车的乘坐舒适性——NVH（Noise-噪声、Vibration-振动和 Harshness-声振舒适性）越来越受到人们的重视和关注，因为噪声、振动和舒适性，是衡量汽车制造质量的一个综合问题，它给汽车用户的感觉是最直接和最表面的。
作为汽车动力源的发动机是汽车主要的振动激励源之一，其气缸燃气压力、转速及输出转矩的周期性波动及不平衡惯性力（矩）既激起发动机动力总成本身的刚体振动和弹性振动，又激起汽车动力传动的扭转振动和弯曲振动等，从而导致十分严重的振动、噪声及结构问题，最终传递给车身，引起整车振动与噪声。
汽车动力总成悬置系统是指动力总成（包括发动机、离合器及变速箱等）与车架或车身之间通过弹性悬置元件连接而成的系统，发动机动力总成的振动与路面激励力是通过弹性悬置元件传给车身，该项系统性能设计的好坏直接关系到发动机振动向车体的传递，影响整车的 NVH 特性。
因此，最大限度的减小发动机动力总成所产生的振动及噪声向车身传递，是汽车减振和降噪的主要研究内容之一。
5.2、悬置系统功能介绍5.2.1 悬置总成的功用a)悬置系统的首要作用即最基本的作用是支承动力总成的动、静载荷，并使发动机动力总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与前舱内其它零部件发生干涉；b)隔离发动机动力总成的振动，最大限度地降低从发动机动力总成传递到车身/车架上的振动，能有效的降低振动及噪音；c)在汽车做紧急制动、加速或受其它外界负荷的作用下时，发动机不应有过大的位移；d)隔离由于轮胎及车身的抖动而产生的振动和噪音通过悬置系统而传向发动机动力总成，降低振动及噪音；e)悬置系统元件需有足够的使用寿命。
5.3 动力总成悬置系统设计方法5.3.1 设计需解决的问题a)主要起支撑减振的作用，因而，悬置必须要能够支撑起动力总成，并且保证其三整车技术部设计指南74个方向的位移和绕三个轴的转角在一定的限度内；b)发动机自身振动的隔离,即不让发动机不平衡力所造成的振动过分地传向车向车f i f IDLE / 2身,这就要求各悬置的固有频率与各激励源的频率必须满足的条件，其中，f i为各悬置的固有频率，f IDLE为怠速时各激励源的频率。
发动机悬置设计
动力总成悬置系统的设计是很复杂的。
一般来说对于悬置系统是一个6自由度的系统，要求对动力总成在各个方向上解耦。
但是也要控制一定的位移。
悬置是将发动机的震动（扭矩变化，发动机离心惯性力，往复惯性力等）尽量隔离，将路面对发动机的激励和急加速急减速以及急转弯造成的发动机的位移与震动尽量降低。
一般说来，动力总成悬置的正向设计是复杂的，要对动力总成的质心，转动惯量，主惯性轴等参数获得，通过一定的计算对发动机悬置的布置点进行布置，当然要考虑到发动机舱的实际情况。
将悬置在3个方向的弹性轴与动力总成三个方向的主惯性轴重合就能使动力总成在6个方向上解耦（似乎是这样的）。
对于发动机舱而言，要控制动力总成相对发动机舱的距离，有文献说要控制在20mm以上，建议在25mm 以上，在各个方向上的绕轴旋转控制在6度，推荐3～4度，在三个方向的位移控制在正负15mm以内。
对悬置的位置，和个数(3个以上)确定之后才是设计悬置单个件，橡胶悬置的静刚度曲线一般是3刚度曲线，需要在一定的方向上有限位，限位处为静刚度曲线的拐点。
动刚度曲线在低频大幅震动刚度基本是随着频率增大而增大，高频时容易出现动态硬化的现象，即刚度值理论上非常大。
液压悬置在动刚度曲线的走向上比较而言好控制，因为他的工作原理不同，有点像单筒式液压减震器，通过液体（乙二醇）在惯性通道或者节流管道的阻尼力减少振动，将振动的能量转化成内能。
液压悬置的静刚度曲线与橡胶悬置没什么区别，也就是说漏液的液压悬置与好的液压悬置静刚度曲线相同。
动刚度曲线就截然不同，一般说来，在最大阻尼角附近，动刚度曲线突然升高，在一定频率之后，动刚度曲线呈下降趋势，不会出现橡胶悬置随频率增大而增大，出现动态硬化。
悬置设计主要是考虑高频低幅振动和低频大幅振动的工况。
减少发动机高频的噪声和低频的振动，同时使发动机不会出现过大的位移，造成发动机舱内零件干涉以致于破坏零件，使零件失效。
建议在设计时进行ADMAS分析。
发动机悬置系统的设计
发动机悬置系统的设计悬置系统发动机本身是一个内在的振动源，同时也受到来自外部的各种振动干扰。
引起零部件的损坏和乘坐的不舒适等。
所以设置悬置系统，把发动机传递到支承系统的振动减小到最低限度。
成功地控制振动，主要取决于悬置系统的结构型式、几何位置及悬置软垫的结构、刚度和阻尼等特性。
确定—个合理的悬置系统是一件相当复杂的工作，它要满足—系列静态及动态的性能要求，同时又受到各种条件的约束，这些大大增加了设计的难度。
一般来讲对发动机悬置系统有如下要求。
①能在所有工况下承受动、静载荷，并使发功机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其他零部件发生干涉。
同时在发动机大修前，不出现零部件损坏。
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能充分地隔离由于路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面弯矩不超过发动机厂家的允许值。
悬置系统的激振源作用于发动机悬置系统的激振源主要如下：①发动机起动及熄火停转时的摇动；②怠速运转时的抖动；③发动机高速运转时的振动；④路面冲击所引起的车体振动；⑤大转矩时的摇动；⑥汽车起步或变速时转矩变化所引起的冲击；⑦过大错位所引起的干涉和破损。
作用在发动机悬置上的振动频率十分广泛。
按着振动频率可以把振动分为高频振动和低频振动。
频率低于30Hz的低频振动源如下：①发动机低速运转时的转矩波动；②在发动机低速运转时由于惯性力及其力偶使动力总成产生的振功；③轮胎旋转时由于轮胎动平衡不好使车身产生的振动；④路面不平使车身产生的振动；⑤由于传动系的联轴器工作不佳产生附加力偶和推力，使动力装置产生的振动。
频率高于30Hz的高频振动源如下：①在发动机高速运转时，由于惯性力及其力偶使动力总成产生的振动；②变速时产生的振动；③燃烧压力脉动使机体产生的振动；④发动机配气机构产生的振动；⑤曲轴的弯曲振动和扭振；⑥动力总成的弯曲振动和扭振；⑦传动轴不平衡产生的振动。
发动机悬置设计介绍-中文译文
固有频率的决定 弹性模数的决定
振动传递率→固有频率 固有频率→动弹性模数
悬置(INSURATOR)的决定
材料、形状的选定 目标规格设定
表达机械防振时， 设机械的加振力为F0（机械的强制振幅为a0）， 传到基础的力为F（机械的振幅为a）。 其传递的比例叫做传递率，由（1）式表示。
频率比和防振效果
振动传递率由机械的强制振动频率和防振支承时的固有频率之 比决定。
计算实例
动力总成载荷 发动机转速 200kg(支承载荷100kg) 700rpm(12Hz)
固有频率(f) 根据振动传递率10～15%的振动传递率曲线 N/f=3
f=N/3=700/3=233.3(rpm)=4Hz
动弹性模数(Ｋ) kd=(2πf)2xｍ/ 1000 =(2xπx4)2x100/1000 =59.7 (N/mm) 静弹性模数(Ｋ) ks=kd/α =42.6 (N/mm) α=1.4
Butadiene Rubber 苯 丁 橡 胶 ) 胶)
・ BR (Polybutadiene Rubber 聚 丁 二 烯 橡
・IR (Isoprene Rubber异戊二烯橡胶)
（２）特别要求耐油性加硫橡胶・NBR (Acrylonitrile Butadiene Rubber丙烯 氰聚丁橡胶) （３）特别要求耐候性加硫橡胶 ・CR (Chloroprene Rubber) ・PDM
中间连接板
倾斜配置
3-2.发动机悬置支架设计必要条件
(ａ)振动必要条件 目标：ｆｎ＞５００Ｈｚ； 通常因发动机振动产生噪声的频率为２００～ ４００Ｈｚ，设计时让支架在此频率之间不产 生共振。 (ｂ)強度必要条件 ①在坏路行驶时由路面输入的上下载荷； ②由起步、停止和加减速引起的驱动反力。 发动机和变速器悬置 ＦＦ車 上:10G，下:20G 前、后滚动阻尼器 加速0.6G 减速0.3G
悬置系统设计基本要素
动力总成是汽车的重要振源之一，它对乘坐舒适性有重要影响。
合理选择动力总成悬置系统，可明显降低动力总成和车身的振动，减少动力总成经悬置传递给车架的力以及由此激发的车身钣金件和底盘相关零部件的振动噪声，因而可明显提高汽车的耐久性和乘坐舒适性。
降低动力总车和车架之间的振动传递主要有两项措施:第一是改进现有动力总成悬置的结构，使之产生最佳隔振特性，例如采用液压悬置等；第二是改进悬置系统的配置方案。
改进现有动力总成悬置的结构，要受到生产工艺、成本、可靠性和安装条件的制约，实施的难度较大。
而改进悬置系统的配置方案，则可以在现有一悬置的基础上，通过优化分析，正确选择各悬置的位置参数和性能参数，合理匹配动力总成悬置徐彤的各项固有频率，最大限度地发挥已有选址的潜能，该措施是达到最优减振目的的捷径。
动力总成悬置系统设计是指:在已经确定动力总成基本参数及有关整车基本参数的前提下，正确设计发动机悬置的刚度和阻力系数，悬置的数量及相对动力总成质心的坐标位置和布置型式，各悬置的具体结构形式，合理设置动力总成各阶模态参数，最大限度的减少由发动机引起的振动向车体的传递，提高悬置系统的工作可靠性，改善整车舒适性。
1.动力总成悬置系统的基本设计要求发动机本身是一个内在的振源，同时受到来自外部的各种干扰，引起零部件的损坏和乘坐不舒适性。
一个良好的悬置系统一档能充分减小由于发动机引起的振动噪声，延长零件的使用寿命。
悬置系统设计的好坏，主要取决于悬置系统的结构型式、几何位置以及选址的结构、刚度、阻尼等特性。
确定一个合理的悬置系统是一项相当复杂的工作，它需要满足一系列静态特性和动态特性要求，同时又受到各种条件的约束。
1.1静特性要求动力总成悬置的静特性要求即基本要求是：固定并支承动力总成；支承动力总成的内部作用力（例如发动机的往复惯性力、输出扭矩等）和尾部作用力（汽车其他部分对动力总成的作用力）；最大限度地双向隔离动力总成与车体之间的振动；保证汽车生产和装配过程中工艺要求。
汽车发动机悬置设计
汽车发动机悬置设计的目标有哪些？发动机本身是一个内在的振动源，同时也受到来自外部的各种振动干扰。
引起零部件的损坏和乘坐的不舒适等。
所以设置悬置系统，把发动机传递到支承系统的振动减小到最低限度。
成功地控制振动，主要取决于悬置系统的结构型式、几何位置及悬置软垫的结构、刚度和阻尼等特性。
一般来讲对发动机悬置系统有如下要求。
1，能在所有工况下承受动、静载荷，并使发功机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其他零部件发生干涉。
2，固定并支承汽车动力总成的重量,每个悬置上分配的重量尽可能均匀;3，承受动力总成内部因发动机旋转和平移质量产生的往复惯性力及力矩;4，隔离由于发动机激励而引起的车架或车身的振动，降低振动噪声5，隔离由于路面不平度以及车轮所受路面冲击而引起的车身振动向动力总成的传递。
，降低振动噪声6，保证发动机机体与飞轮壳的连接面弯矩不超过发动机厂家的允许值。
,如何进行发动机悬置设计？发动机悬置系统设计流程可用下图表示：确定动力总成物理参数及所受激振力确定悬置点数目及布置型式计算悬置元件的静、动态载荷计算发动机机体与飞轮壳接合面上的静态弯矩确定安装点位置与方位的变动范围并确定初始值确定悬置元件刚度变化范围并确定初始值分析此悬置系统固有频率、振型、振动解耦水平优化设计弯矩值是否在许可范围内是否设计、校核悬置支架并选定悬置元件设计定型校核悬置元件静、动态载荷及静、动态变形校核各零部件空间位置是否干涉满足要求满足要求不满足要求道路试验验证满足要求不满足要求不满足要求发动机悬置对整车平顺性有哪些影响？悬置是将发动机的震动（扭矩变化，发动机离心惯性力，往复惯性力等）尽量隔离，将路面对发动机的激励和急加速急减速以及急转弯造成的发动机的位移与震动尽量降低。
减少发动机高频的噪声和低频的振动，减少振动向车架的传递,降低车内噪声,提高乘坐舒适性,同时使发动机不会出现过大的位移，造成发动机舱内零件干涉以致于破坏零件，使零件失效。
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发动机－悬置参数设计要求
根据人体生理学的研究，人体对振动最敏感的频率范围为4～8Hz，车辆的振动特性要保证人的乘坐舒适性，就要避开4～8Hz时的振动。
在车辆设计中，车身－悬挂系统的设计频率一般在1.9～3Hz，簧下质量的振动频率即轴头跳动频率一般在11～15Hz左右，发动机－悬置系统作为一个振动子系统，它其中的悬置是连接发动机和车身的唯一部件，它不但要支承发动机的重量，而且还起到在发动机和车身之间隔振的作用。
悬置的刚度太大，就起不到有效的隔振作用，太软又会降低其使用寿命。
根据隔振原理，发动机－悬置系统振动的频率要大于车身－悬挂频率的1.4倍，才能起隔振作用。
最理想的是2倍以上。
(最大不大于2.5倍) ，因此发动机－悬置系统振动的最低频率要保证不小于3×2＝6Hz，其次，发动机动力总成作为整车动力减振器，其垂向振动频率应为轴头跳动频率的0.8～0.9倍，换成频率就是12～13.5Hz，另外，发动机怠速时的转速约为750～800转∕分，对应激励频率为28Hz(四缸机)，它要大于发动机动力总成绕曲轴轴线转动频率的2倍，即28∕2＝14Hz。
所以，发动机－悬置系统的设计频率就是6～14Hz。
在这个范围内，频率设计区间越小越好。
根据这个设计原理，如果把发动机－悬置系统的频率固定在6～14Hz的话，就要求车架的最低阶频率(一般即为扭转频率)要保证在大于3Hz和小于6Hz之间。
或者大于15Hz以上。
这要根据车辆设计具体的要求而定。
没有统一的模式；但如果发动机悬置的参数达到合理设计(如刚度、布置角度，安装位置等)，能够使发动机动力总成－悬置系统的振动频率在6～14Hz内区间更缩小的话，如8～12Hz，那么对车架的频率要求就会宽松一些。
因此，这是一个系统参数优化与合理匹配的问题。
在汽车研究领域，国内还没有成熟的经验和有用的参考数据，还需作长期、大量的工作来解决。