基于发动机悬置系统的飞轮壳固有特性分析
基于Matlab的发动机悬置系统的固有频率和主振型计算
摘要： 介绍了计算发动机橡胶悬置系统固有频率和主振型的过程， 并利用 Ｍａｔｌａｂ 编程。通过程序运行， 快速获得
悬置振动系统的固有频率， 并对振动占优方向进行判定， 也为进一步分析系统的响应打下了必要的基础。
关键词： 发动机悬置； 固有频率； 主振型； ＭＡＴＬＡＢ； 自由振动； 刚度矩阵； 惯性矩阵； 振动占 优方向
∑ｎ
Ｔ＝
ｉ＝１
１ ２
ｍｉｖｉ２
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１ ２
Ｊθ" ｘ２＋
１ ２
Ｊ
θ" ｙ２＋
１ ２
Ｊθ" ｚ２－
（Ｊｘｙθ" ｘθ" ｙ＋Ｊｙｚθ" ｙθ" ｚ＋Ｊｚｘθ" ｚθ" ｘ）
１ Ｔ＝ ２
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ｚ － ｙ ｙ ｉ ０－ ｘ ｘ０ ｚθ θ ｉ
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飞轮壳_离合器壳_变速器壳破裂原因分析及改进
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故障描述
随着北汽福田时代轻卡社会保有量的快速增
A
原因分析
从两个方面（即计算机有限元分析和整车试验
加， 其在使用过程中不断发生飞轮壳、 离合器壳、 变 速器壳破裂故障。 在所有在用车辆中， 发生了壳体破 裂比率约占 0 !。该故障极难消除， 数次更换无效。 失效特征如下：
测试） 对飞轮壳、 离合器壳、 变速器壳破裂问题突出， 配 装 成 都 内 燃 机 股 份 有 限 公 司 #2" 发 动 机 的
5. L.
板处；
故障主要发生在 平 原 地 区 ， 高速公路上发 飞轮壳、离合器壳破裂部位基本无规律，
生频次高于山区较差的路面上； 变速器壳破裂部位大多集中在与离合器壳螺栓连接 离合器壳、 变速器壳破裂比率为 !T J. 飞轮壳、 +UT+"； （包括更换加强后离合器壳） F. 采用换件办法 不能排除故障再次发生；
% "合 ’ 0432& ’ (402& ( !)32" ’ (0023 ( (4"2& ( ’)12’ ’ 13!20
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变速器与离合器壳之间连接螺栓受力 （! 合 ， 和力矩 （" 合 ， ・ 均方根值 "） " #） 变速器挡位
螺栓序号
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发动机悬置系统设计理论基础
发动机悬置系统常用材料
高强度钢
用于制造承受较大载荷的悬置支架和 连接件，具有较高的强度和刚度。
铝合金
复合材料
如玻璃纤维增强塑料（GFRP）和碳纤 维增强塑料（CFRP），具有轻质、高 强度和耐腐蚀等优点，适用于需要减 轻重量的部件。
质量轻，散热性好，常用于制造需要 轻量化的部件，如悬置支架和连接件 。
引入仿真分析
利用仿真分析工具对悬置系统进行优 化设计，提高设计效率。
强化试验验证
通过试验验证设计的有效性，确保实 际应用中的性能表现。
持续改进与创新
关注行业动态，不断改进和创新发动 机悬置系统设计技术，提高整车性能 。
感谢您的观看
THANKS
材料创新
新型高阻尼材料和复合材料的出现将为发动机悬 置系统的发展提供更多可能性，提高减振效果和 耐久性。
模块化设计
为了便于维护和更换，发动机悬置系统将趋向于 采用模块化设计，降低生产成本和维修成本。
05
发动机悬置系统设计中的 问题与解决方案
发动机悬置系统设计中的常见问题
振动传递
发动机产生的振动通过悬置系 统传递至车架，影响整车舒适
发动机悬置系统设计理论基 础
目 录
• 发动机悬置系统概述 • 发动机悬置系统设计理论 • 发动机悬置系统材料与制造工艺 • 发动机悬置系统设计实例分析 • 发动机悬置系统设计中的问题与解决方案
01
发动机悬置系统概述
发动机悬置系统的定义
发动机悬置系统是汽车动力总成的重 要组成部分，主要负责将发动机固定 在车架上，并隔离发动机的振动和噪 音，以保证车辆的舒适性和稳定性。
它由多个橡胶悬置组成，每个悬置具 有不同的刚度和阻尼特性，以适应不 同的振动频率和幅度。
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。
轿车双质量飞轮动力特性研究的开题报告
轿车双质量飞轮动力特性研究的开题报告一、选题背景轿车双质量飞轮是一种能够减小发动机震动、提高行驶舒适性的技术设备。
它是由一个内圆与转动轴相连的外圆和一个由小圆锥体、盘状弹簧和摩擦片组成的二级摩擦转动平台构成。
由于发动机产生的扭矩不平衡，使得机油膜产生振动，从而造成汽车行驶时的震动和噪音。
轿车双质量飞轮通过内、外转动圆的相位差调控，消除发动机功率的扰动，进而减缓震动和提高行驶的舒适性。
本文旨在探究轿车双质量飞轮的动力学特性，了解其能够如何优化驾驶体验。
二、研究目的1. 分析轿车双质量飞轮的力学特性，探究其优化驾驶体验的原理和途径。
2. 构建轿车双质量飞轮的动力学仿真模型，模拟其在不同工况下的运动变化。
3. 通过实验验证轿车双质量飞轮的性能，评估其对车辆舒适性的提升程度。
三、研究内容1. 分析轿车双质量飞轮内、外圆同步运动的原理和优化方式。
2. 构建轿车双质量飞轮的动力学仿真模型，研究其在车辆加速、制动、起步等不同工况下的运动特性。
3. 设计实验方案，测试轿车双质量飞轮的功效和性能，对其进行评价。
四、研究意义1. 探讨轿车双质量飞轮在提高行驶舒适性方面的作用，为汽车工程师提供优化设计方向。
2. 建立轿车双质量飞轮的动力学仿真模型，为后续的性能研究提供基础数据。
3. 通过实验验证轿车双质量飞轮的性能和优点，进一步加深人们对其理解和认识。
五、研究方法1. 文献资料法：全面收集文献资料，查阅相关专业书籍和论文，了解轿车双质量飞轮的基本原理、历史发展和应用现状。
2. 动力学仿真法：利用ADAMS软件构建轿车双质量飞轮的动力学仿真模型，模拟其在不同工况下的运动变化，定量研究其运动规律和力学特性。
3. 实验验证法：设计实验方案，对轿车双质量飞轮进行性能测试和评价，获得轿车双质量飞轮优化效果的科学数据支撑。
六、研究进度安排1. 第一阶段：文献资料收集和分析，明确论文研究的基本内容和方向，编写开题报告。
2. 第二阶段：构建轿车双质量飞轮的动力学仿真模型，研究其运动特性和力学特性。
汽车发动机悬置系统动刚度模态分析
前言
汽车的乘坐舒适性越来越受到人们重视 。引起 汽车振动的振源主要有汽车行驶时的路面随机激励 和发动机工作时的振动激励 。随着道路条件的改善 和汽车悬架系统设计的完善 ,路面随机激励对汽车 乘坐舒适性的影响得到了缓解 。现代汽车设计向着 提高发动机功率和车身轻量化的方向发展 [ 1 ] ,采用 新型高强度轻质材料可以减轻整车质量 ,而发动机 的质量却难以减轻 ,使发动机的质量在整车质量中 所占比例有所上升 。故发动机振动对整车的影响有 所提高 ,成为车辆的一个主要振源 ,其振动经悬置系 统传递后引起车身的振动 。所以建立合理的发动机 动力总成悬置系统模型 ,快速准确地获得动力总成
图 5 悬置元件动刚度测试方案
励的振幅和频率到对应的悬置元件怠速工况下动态 载荷幅值和主要振动能量所在的频率值 ,可获得悬 置元件怠速工况下的动刚度值 。试验结果见表 2, 同时列出悬置元件各个方向的静刚度值以作对比 。
表 2 悬置元件的静刚度值及 怠速工况下的动刚度值
悬置 元件
主轴 方向
到总成 质心距 离 /m
把测试得到的悬置元件处振动加速度响应数据
积分 2次 ,可以得到振动响应的位移幅值 ,即动态载 荷幅值 。根据橡胶悬置元件的动态载荷幅值 、预载 荷 、主要振动能量所在频率范围 ,工作温度在常温下 由试验测试对应的悬置元件在怠速工况下的动刚度 值 ,试验方案见图 5。激励设备用 D 2200通用型电动 振 动 台 , 数 据 采 集 与 分 析 系 统 选 用 DH5939 和 DH5861动态信号测试分析系统 。动态力传感器与 测试系统相连用于采集动态力信号 。振动台提供一 定频率的正弦激励 ,通过调节振动台水平台面的高 度即可调节预载的大小 ,再通过调节振动台正弦激
车辆悬挂系统的非线性特性分析与控制
车辆悬挂系统的非线性特性分析与控制车辆悬挂系统是车辆运动学和动力学性能的重要组成部分。
传统的线性控制方法针对车辆悬挂系统往往难以满足实际的控制需求，因为悬挂系统具有显著的非线性特性。
因此，本文将对车辆悬挂系统的非线性特性进行分析，并提出相应的控制方法。
一、非线性特性的表现形式车辆悬挂系统的非线性特性主要表现在以下几个方面：1. 阻尼特性的非线性：车辆悬挂系统的阻尼特性随着行程变化呈非线性变化。
在小行程范围内，阻尼力随位移的增加呈线性变化；但在大位移范围内，阻尼力的增加速度减缓，呈非线性变化。
2. 弹簧刚度的非线性：车辆悬挂系统的弹簧刚度也随行程的变化而变化。
在小行程范围内，弹簧刚度随位移的增加基本保持不变；但在大行程范围内，弹簧刚度随位移的增加逐渐减小，呈非线性变化。
3. 悬挂系统的干摩擦力：车辆悬挂系统中存在着干摩擦力，其大小与悬挂行程的方向变化有关。
干摩擦力会导致悬挂系统的非对称性和非线性特性，进而影响车辆的稳定性和悬挂系统的控制效果。
二、非线性特性的影响车辆悬挂系统的非线性特性对车辆的运动稳定性和乘坐舒适性都具有重要影响。
1. 运动稳定性：非线性特性可能引起悬挂系统在行驶过程中出现跳动、抖动等现象，进而影响车辆的稳定性和行驶安全性。
2. 乘坐舒适性：非线性特性使得悬挂系统难以在不同行程范围内提供恰当的减震效果，从而影响乘坐的舒适性和悬挂系统的振动控制效果。
三、非线性特性的控制方法针对车辆悬挂系统的非线性特性，可以采用以下几种控制方法：1. 非线性控制器设计：基于非线性特性的具体表现形式，设计适应于车辆悬挂系统的非线性控制器。
可以采用神经网络、滑模控制等方法来提高悬挂系统的控制性能。
2. 自适应控制：通过在线辨识悬挂系统的非线性特性参数，并实时调整控制策略，使得控制器具有较强的适应性和鲁棒性。
3. 模糊控制：利用模糊逻辑来处理悬挂系统中存在的不确定性，设计模糊控制器来实现对非线性特性的控制。
汽车发动机悬置系统主要特征参数的计算分析
Abstract: Engine is one of most im portant vibration sources and noise sources . It is an effective meas2 ure of imp roving the riding com fort to use a vibration isolating system w ith good performance to separate vibration and noise com ing from the engine from the auto body . This paper studies the characteristic pa2 rameters of the engine mounting system and puts forward a m ethod of emp loying the double - line cush2 ion material for the engine mounting system. Key words: engine; double 2lined type; vibration isolating system
式 ( 4 ) 中 :M 为系统的惯性矩阵 ; K 为系统的 T 刚度矩阵 ; q = ( x, y, z,θ 为广义坐标列向 y ,θ z) ¨ 量 ; q为广义加速度列向量 ; T 为广义激振力列向 量. 2. 1 系统的动能 T 和惯性矩阵 M 对发动机上任一点 m ( x , y , z) , 其微小位移 可表示为广义坐标 q的函数 : Δx = x + z θ θ y - y z Δy = y - z θ θ ( 5) x + x y Δz = z - x θ θ y + y x 则该点相对于固定坐标系 ( X, Y, Z ) 的速度 为: Δx = x + z θ θ y - y z Δy = y - z θ θ + x z x Δz = z - x θ θx y + y 系统的动能 T 为 :
发动机液压悬置动特性分析
发 动 机 液压 悬 置 动 特 性 分 析
陈 种 蒋友进 赵艳杰 ， ，
（． １ 西华大学交通与汽车工程学院 ， 四川 成都 ６ ０ ３ ； ． １０ ９ ２ 十堰职业技术学院汽车工程系 ， 湖北 十堰 ４ ２ ０ ） ４ ０ ０
摘
要： 根据典 型液压悬置的物理结构建立数学模 型和仿 真模 型 ， 并对其 动特性进行 仿真计算 与试验 验证 ， 试
道出、入 口 处为克服液柱惯性而产生的局部能量损
１ 液压 悬置结构及工作原理
液压悬 置 是 由许 多 部 件 组成 的 复杂 装 置 ， 目前
１ ５
经济型轿车使用最多的液压悬置是惯性通道 一 解耦 盘液 压悬 置 。这种类 型 的液 压悬 置 可能在 具体 的元
件 形式 和 液体 介质 等 方 面 略 有 差别 ， 基 本结 构 和 但
ｓ ｉ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｔ ｅ ｔ ａ ｄ ｓｍｕ ａｉｎ ｍｏ ｅ ｏ ｒｃ ｎ ｅ ｉ ｌ ．Ｌ ｓ ，ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｆｖ ｒ ｕ ｏ ｏ ｅ ｔ ａａ ｔｒ ｎ ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔｔｅ ｍａ ｍａｉｌ ａ ｉ ｌ ｔ ｄ ｌｉ ｃ ｒ ｔａ ｄ ｆ ａ ｂ ｅ ａ ｔ ｈ ｆ ｃ ａｉ ｓ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｒｍｅｅ ｓｏ ｓ ｈ ｃ ｎ ｏ ｓ ｅ ｓ ｏ ｏ ｐ ｈ
汽 车设计 向轻 型化 、 济 化发 展 ， 用小 型 、 经 采 大
内往复 流 动 。当液 体 流 经 惯 性 通 道 时 ， 由于 惯性 通 道 内液 柱 的运动 产生 较 大 的沿程 能量 损失 和惯 性通
功率发动机和轻量化的汽车材料使得发动机振动激 励增大 ， 车体刚度减小 ， 从而导致车内振动和噪声特 性恶化。传统的橡胶悬置已经不能很好地满足汽车 减振降噪的性能要求 ， 为改善汽车内部的振动情况 ， 液压 悬置 因其 具有 良好 的 隔振性 能 现在被 广 泛应 用 于汽 车 中。
发动机悬置的简介
发动机悬置的简介1，为什么称为悬置？在现代车辆设计中，发动机均是采用弹性支承安装的，称之为“悬置”。
2，发动机悬置主要功能是什么？- 固定并支承汽车动力总成- 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- 承受汽车行驶过程中作用于动力总成上的一切动态力- 隔离由于路面不平度及车轮所受路面冲击引起的车身振动向动力总成传递理想的发动机悬置，为衰减因路面和发动机怠速燃气压力不均匀引起的低频大幅振动，应具有低频高刚度、大阻尼的特性；为降低车内噪声，提高操纵稳定性，应具有高频小刚度、小阻尼的特性。
所以，总体上要求悬置要具有频变和幅变特性。
现有的发动机悬置有很多类型，主要有橡胶悬置、空气弹簧悬置、液压悬置、半主动悬置和主动悬置等多种结构形式。
每种结构都有其不同的特性特点及优缺点，在不同的发展阶段有不同的应用。
3，发动机悬置主要破坏形式是？发动机悬置的主要材料是橡胶，发动机悬置收到自身振动及其路面振动载荷，使橡胶处于变频变载荷幅值的状态中，由此橡胶悬置主要破坏形式是疲劳破坏而导致橡胶主簧失效，因此橡胶主簧的疲劳对整个悬置系统的寿命起着决定性的作用。
4，如何评价悬置系统的好坏？一，悬置的六个自由度的固有频率（三个平移方向和三个转动）1.要大于地面激励频率（一般为5Hz）；2.要小于发动机激励频率（N*n/30*C,n为怠速转速,N为发动机缸数,C为发动机冲程数一般为4）的1/1.414；3.各个自由度的固有频率要有一定的间隔，1Hz以上；二，悬置系统的解耦率要求，特别是垂直方向和沿曲轴方向的解耦率要求达到80左右。
三，发动机悬置的隔振效果要求在80%或者隔振20dB, 并且怠速下，悬置隔振后的振动加速度在50Hz以内的频谱上的峰值要求小于20mg（对于轿车而言）；在50——500Hz其要求小于5mg。
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基于发动机悬置系统的飞轮壳固有特性分析
黄第云庞威蓝宇翔
（广西玉柴机器股份有限公司广西玉林537000）
摘 要：本文应用ABAQUS求解器模拟发动机动力总成悬置系统，分别求出悬置系统及飞轮壳的固有特性，并根据判据确定是否
在发动机转速范围内共振。
关键词：ABAQUS;悬置系统；飞轮壳、固有特性
一前言
某柴油机为配套某车型设计了液体泵传动箱与飞轮壳合为一体的飞轮壳组合结构，根据设计部门的要求，首
先对该发动机动力总成及飞轮壳进行固有频率分析，以确定是否在发动机转速范围内共振。
二分析模型的建立
飞轮壳壳体前后端分别连着发动机机体和变速箱，另外壳体上的两个较大传动箱端口安装有启动马达和液压
泵。悬置软垫分别安装在发动机机体和飞轮壳的两侧，将整个发动机动力总成固定在车架上。
1、坐标定义及动力学参数
下面分别列出发动机、变速箱、启动马达及液压泵质量、质心及过质心的转动惯量及惯性积，如表1。
表
1 动力学参数
机型
净重
kg质心座标（x、y、z）mm
过质心的转动惯量 kg/m
2
IxxIyyIzzIxyIyzIxz
发动机86011.6，140.2，43391179.8130.6-2.17-3.9518.2
变速箱330-20，0，-677.25262221.51.13.22
启动马达20-200，170，300.050.160.160.010.010.01
液压泵60184，332，-3100.250.930.930.050.060.06
注：以曲轴中心线和气缸体后端面的交点（飞轮壳前端面）为坐标系原点；
X轴：从飞轮端看，发动机前端为正，后端为负；
Y轴：从飞轮端看，向左为正，向右为负；
Z轴：向上为正，向下为负。
2、悬置软垫的模拟
该发动机动力总成为四点悬置，机体上悬置软垫倾斜45°安装，前悬置软垫橡胶静刚度为：水平：160N/mm(X
向)；左右：120N/mm（Y向）；垂直：950N/mm(Z向)。飞轮壳上悬置也采用45度的斜悬置，后悬置软垫橡胶静刚度
为：水平：140N/mm(X向)；左右：150N/mm（Y向）；垂直：960N/mm(Z向)。
3、飞轮壳有限元模型
飞轮壳采用六面体单元（如图1），材料参数见表2。
表2 飞轮壳材料参数
材料弹性模量泊松比密度
HT3001.3×105MPa0.277200 Kg/m
3
图1 飞轮壳FEM
三边界条件
根据模拟需要，发动机、变速箱、启动马达及液压泵分别用点质量单元来模拟，四个悬置软垫用弹簧单元
来代替，飞轮壳作为实体弹性单元通过MPC与各质量单元连接，边界条件如图2。
有限元网格用
Hypermesh软件划分，在Patran里施加边界条件，最后用ABAQUS求解。
图2 边界条件定义
四固有频率分析及判据
1、动力总成及飞轮壳的固有特性
有限元算出整个分析模型前九阶模态，前六阶模态为动力总成悬置系统刚体振动频率（表3），第七阶至第九
阶以后振动为飞轮壳弹性模态（表4）。
表3 动力总成刚体频率值(单位：Hz)
动力总成
（Hz）
第1阶第2阶第3阶第4阶第5阶第6阶
2.93394.11435.31346.45948.282910.515
表4 飞轮壳弹性频率值(单位：Hz)
飞轮壳
（Hz）
第1阶频率第2阶频率第3阶频率
132.43149.77206.71
2、判据及分析
由于发动机输出的扭矩呈周期脉冲，对直列发动机来说，它的扰动频率可按下式计算：260fNnC，式中：
f--扭矩扰动频率Hz；N--气缸数；n--曲轴转速（r/min）；C--发动机冲程数。对该发动机，怠速时转速为n（r/min），
按上式计算输出的扭矩扰动频率为
f
，按隔振要求，动力总成的刚体模态最高频率（f1～f6）应小于
2
2
f
，才能
确保动力总成的悬置系统不会在发动机的转速范围内引起共振。
该发动机最低怠速为650rpm，计算出来的隔振频率为23Hz，根据表2数据，发动机动力总成悬置系统不会
在发动机的转速范围内引起共振。
飞轮壳第1阶弹性频率为132.43Hz，对应的共振转速为2648rpm，大于该发动机最高转速为2500rpm，所以
飞轮壳也不会在发动机的转速范围内引起共振。
3、飞轮壳模态振型
飞轮壳的前三阶振型见图3、4、5，红色区域为振动较大的区域。
图3第1阶模态振型图
图4 第2阶模态振型图