汽车悬架系统设计毕业设计和分析

1、金陵科技学院学士学位论文 目录 金陵科技学院学士学位论文 摘要目 录轿车动力力总成悬悬置系统统优化设设计研究究摘 要随着社会会的日益益进步和和科学技技术的不不断发展展，人们们对汽车车舒适性性的要求求也越来来越高，良好的的平顺性性和低噪噪声是现现代汽车车的一个个重要标标志。NNVH已已经成为为衡量汽汽车质量量水平的的重要指指标之一一。而动动力总成成是汽车车最重要要的振源源之一。如何合合理设计计动力总总成悬置置系统能能明显降降低汽车车动力总总成和车车体的振振动已经经成为一一个重要要的课题题。本课题研研究的目目的是在在现有动动力总成成悬置系系统的基基础上，优化动动力总成成悬置系系统参数数，达到到提高

2、整整车平顺顺性和降降低噪声声的目的的。对动力总总成悬置置系统进进行优化化仿真，通过比比较优化化前的性性能可知知，优化化后悬置置系统隔隔振性能能明显改改善。关键词：动力总总成；悬置系系统；优化金陵科技学院学士学位论文 AbstractInveestiigattionn onn Opptimmizaatioon DDesiign of Plaant Mouuntiing Sysstemm off a Passsenngerr CaarAbsttracctWithh thhe iincrreassingg soociaal pproggresss aand thee coontiinuoous de

3、vveloopmeent of sciiencce aand tecchnoologgy, peooplee onn thhe rrequuireemennts of auttomootivve ccomffortt beecomme mmoree soophiistiicatted andd goood ridde ccomffortt annd llow noiise is an impporttantt siign of thee mooderrn aautoomobbilee. NNVH levvelss haave beccomee ann immporrtannt mmeassur

4、ee off veehiccle quaalitty iindiicattor. Thhe vvehiiclee poowerrtraain is onee off thhe mmostt immporrtannt vvibrratiion souurcee. HHow to dessignn moounttingg syysteem ccan siggnifficaantlly rreduuce thee veehiccle powwerttraiin aand boddy vvibrratiion hass beecomme aan iimpoortaant isssue.Thiss st

5、tudyy iss aiimedd att exxisttingg poowerrtraain mouuntiing sysstemm, bbaseed oon pparaametterss opptimmizaatioon oof ppoweertrrainn moounttingg syysteem, to impprovve vvehiiclee riide commforrt aand redducee nooisee.On tthe opttimiizattionn off poowerrtraain mouuntiing sysstemm siimullatiion, thhe p

6、perfformmancce bby ccomppariing thee knnownn beeforre tthe opttimiizattionn, tthe opttimiizedd moounttingg syysteem ssignnifiicanntlyy immproovedd.Key worrds:Poweertrrainn;Mounntinng ssysttem;Optiimizzatiion金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论 PAGE 281绪 论论1.1选选题依据据汽车是日日常生活活中被广广泛应用用的交通通工具，其本身身可以被被看作是是一个具具有质量量、弹性性和阻尼尼

7、的振动动系统。汽车产产生的振振动会导导致车身身与车架架之间的的连接部部件的振振动和噪噪声，严严重的时时候甚至至损坏汽汽车的零零部件，大大缩缩短汽车车的使用用寿命：另外也也可导致致乘客晕晕车，影影响了乘乘客的身身心健康康，那些些长期处处在这种种振动环环境下的的驾驶员员等往往往会患上上腰椎劳劳损、胃胃下垂等等职业病病。引起汽车车振动的的振源主主要有两两个：一一是汽车车行驶时时的路面面随机激激励；二二是发动动机工作作时的振振动激励励。一般般来讲，路面随随机激励励对驾驶驶员的手手、脚以以及乘员员的舒适适性影响响较大，但是随随着道路路条件的的改善和和轿车悬悬架系统统设计的的完善，这方面面的影响响在一定定

8、程度上上得到缓缓解；另另一方面面，现代代轿车的的设计强强调轻量量化，采采用了新新型高强强度轻质质材料以以图降低低整车质质量，而而发动机机的质量量却难以以降低。这样，发动机机的质量量在整车车质量中中所占比比重有所所上升。然而发发动机却却多采用用平衡性性较差的的四缸四四冲程发发动机；轿车多多采用整整体式的的薄壁结结构车身身，这样样的车身身弹性增增加，振振动趋势势上升，发动机机对车身身的振动动激励相相对增加加。随着经济济的发展展和人民民生活水水平的提提高，汽汽车的乘乘坐舒适适性越来来越受到到人们重重视，舒舒适性成成了汽车车，特别别是轿车车的主要要性能指指标。以上诸多多因素使使得如何何布置悬悬置以图图

9、获得较较佳的减减振降噪噪效果显显得尤为为重要。1.2国国内外的的发展状状况1.2.1动力力总成悬悬置元件件的发展展状况悬置的类类型很多多，从其其发展过过程来看看，可以以分为橡橡胶悬置置、被动动式液压压悬置和和半主动动式、主主动控制制式液压压悬置。目前大大部分汽汽车上采采用的是是橡胶悬悬置和被被动式液液压悬置置，半主主动、主主动控制制式液压压悬置在在实车上上应用不不太普遍遍，因此此本章只只对橡胶胶悬置和和被动式式液压悬悬置进行行介绍。本章所所说的液液压悬置置是指被被动式液液压悬置置。在没有动动力总成成悬置装装置之前前，动力力总成是是直接连连接到车车架上的的，其振振动直接接通过车车架传入入驾驶室室

10、而降低低了乘坐坐的舒适适性。特特别是在在上个世世纪二十十年代左左右，在在汽车上上广泛使使用了四四缸动力力总成，其严重重不平衡衡的二阶阶惯性力力致使动动力总成成的振动动尤为突突出。为为此，人人们在动动力总成成和车架架之间尝尝试过很很多的装装置，但但效果都都不明显显。随着着人们对对橡胶产产品的认认识，其其在汽车车的隔振振上得到到了广泛泛的应用用。一、橡胶胶悬置元元件橡胶属于于高分子子材料，具有良良好的弹弹性还具具有天赋赋的内阻阻尼。橡橡胶内阻阻尼产生生的金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论机理是：当外力力作用于于橡胶时时，橡胶胶分子要要克服分分子间的的内摩擦擦力，因因此产生生应变滞滞后于应应力，

11、部部分机械械能转化化为热能能耗散到到周围环环境中。于是，通过将将橡胶硫硫化到金金属骨架架上，这这样各种种各样的的橡胶悬悬置元件件就被设设计出来来了。汽车发动动机用的的橡胶悬悬置一般般是由上上下两片片金属骨骨架，中中间夹一一层橡胶胶组成。金属骨骨架可以以防止橡橡胶悬置置产生过过大变形形和作为为悬置的的连接部部分。通过改变变橡胶的的形状设设计，可可以设定定橡胶悬悬置三个个方向的的刚度之之间的关关系，以以满足隔隔振设计计的要求求。如果果想不改改变橡胶胶悬置某某个方向向的刚度度而增加加其他方方向的刚刚度，可可以通过过在橡胶胶中间装装入钢板板来实现现。橡胶悬置置由于工工艺简单单、性能能可靠、使用和和维修

12、方方便等优优点，至至今仍在在大部分分汽车上上广泛使使用。由于发动动机的工工作频带带很宽，大约在在10-5000Hz范围围内，因因此要求求悬置元元件工作作在低频频大振幅幅时提供供较大的的阻尼和和较大的的刚度特特性。在在高频低低振幅振振动激励励下提供供低的动动刚度和和较小的的阻尼特特性，以以衰减高高频噪声声。但是是激振频频率大于于2000Hz时，橡胶悬悬置的动动刚度会会突然增增加而出出现硬化化现象而而降低舒舒适性。因此液压压悬置是是为了上上述要求求而开发发出来，并在国国外汽车车上得到到了广泛泛应用。汽车发发动机液液压悬置置系统是是在上个个世纪八八十年代代迅速发发展起来来的一种种先进的的机械振振动控

13、制制技术。二、液压压悬置元元件液压悬置置按照控控制方式式分，可可分为：被动式式、半主主动式和和主动式式液压悬悬置三类类。半主主动式和和主动式式液压悬悬置的隔隔振、减减振、降降噪性能能均优于于被动式式液压悬悬置。最初的液液压悬置置是靠内内部节流流孔尺寸寸的改变变来获得得低频处处比橡胶胶悬置好好的减振振特性，但在高高频和橡橡胶特性性差不多多。为提高液液压悬置置在高频频的降噪噪能力，人们进进而开发发出惯性性通道式式液压悬悬置，通通过控制制惯性通通道长度度与通道道截面直直径之比比，可以以控制液液压阻尼尼。在惯惯性通道道式液压压悬置上上加解耦耦器之后后就形成成解耦器器惯性通通道是液液压悬置置，该液液压悬

14、置置可以在在高频内内通过调调整内部部液压的的流量和和流向，从而降降低高频频动刚度度，进而而降低高高频振动动时的车车内噪声声。八十年代代后期，人们开开始设计计半主动动式、主主动式动动力总成成悬置元元件，现现在已成成功地开开发出了了半主动动式和主主动控制制式液压压悬置，并在四四缸发动动机上得得到应用用，取得得令人满满意的效效果。半半主动式式液压悬悬置是根根据输入入信号，利用低低功率作作动器，调整悬悬置的内内部参数数及其工工作状态态，优化化其动特特性，从从而实现现减振降降噪目的的。主动动式液压压悬置是是利用控控制单元元将外部部振动输输入信号号转换，并通过过作功器器输出与与外部激激励同频频等幅、反相响

15、响应，以以实现减减振降噪噪目的的的液压悬悬置。现在应用用的主要要有节流流孔型和和惯性通通道型液液阻悬置置、惯性性通道固定解解耦膜型型和惯性性通道活动解解耦膜型型液阻悬悬置等几几种。目前运用用最为广广泛的是是惯性通通道解耦膜膜式液阻阻悬置。惯性通通道解耦膜膜式液阻阻悬置的的物理模模型见图图1-11图1-11 液压悬悬置结构构简图主动式液液压悬置置已经有有应用。同时，液压悬悬置也用用到汽车车的其他他部位如如驾驶室室等。在在开发液液压悬置置的同时时，人们们对液压压悬置进进行了大大量的理理论分析析和实验验研究，因液压压悬置具具有非线线性刚度度和阻尼尼，非线线性系统统的分析析方法应应用到液液压悬置置的分

16、析析上来。1.2.2动力力总成悬悬置系统统国内外外发展概概况现代汽车车动力总总成大都都是通过过弹性支支承安装装在车架架上的，这种弹弹性支承承称为“悬置”。汽车车动力总总成和悬悬置一起起构成了了汽车动动力总成成悬置系系统。动力总成成的悬置置装置可可对在动动力总成成和车架架间传递递的振动动进行双双向的隔隔离，以以降低车车内的振振动和噪噪声。由由于动力力总成悬悬置装置置的体积积较小，在隔振振理论的的发展初初期并没没有引起起设计者者的过多多的重视视。但随随着车辆辆向高速速、轻型型、大功功率方向向的迈进进，使得得车身的的刚度减减小，动动力总成成振动激激励增大大，特别别是采用用了平衡衡性较差差的动力力总成

17、前前置前驱驱动的四四缸四行行程动力力总成，都使车车内的振振动和噪噪声加大大。随着着人们对对乘坐舒舒适性的的提高，这些现现象就必必须加以以解决。在解决决问题的的过程中中，人们们逐渐认认识到了了动力总总成悬置置装置的的作用，并可以以利用力力学知识识建立起起各种模模型。随着人们们对橡胶胶产品的的认识，其在汽汽车的隔隔振上得得到了广广泛的应应用。橡橡胶悬置置元件直直到现在在仍是汽汽车发动动机悬置置的首选选元件。19622年，美美国通用用汽车公公司率先先申请了了液压悬悬置的专专利。从从20世纪纪70年代代开始，世界各各大汽车车企业相相继开展展了液压压悬置的的研究和和应用。19779年德德国的AAudii

18、公司率率先在AAudii五缸发发动机上上应用了了液压悬悬置。之之后仅几几年时间间，美国国、日本本、法国、韩国等等国家都都设计开开发了液液压悬置置。国外外液压悬悬置经过过多年的的发展，结构由由简单到到复杂，由被动动式液压压悬置发发展到半半主动式式和主动动式液压压悬置阶阶段。近年来，随着各各国学者者的不断断努力，对于动动力总成成悬置装装置的隔隔振性能能形成了了比较完完善的评评价指标标：降低低动力总总成低频频和动力力总成多多阶次激激励引起起的振动动；降低低车内噪噪声；降降低动力力总成启启动、熄熄火、加加减速时时动力总总成的瞬瞬态振动动等。在国内，由于历历史的原原因，我我国的汽汽车科研研工作起起步较晚

19、晚，但在在改革开开放后随随着我国国汽车工工业的飞飞速发展展，各项项科研取取得了长长足的进进展，这这其中也也包括了了对悬置置系统的的研究。从八十十年代开开始我国国已经开开始了悬悬置系统统的研究究，但在在九十年年代后取取得了更更大的成成绩。国国内对液液压悬置置的应用用始于220世纪纪90年代代。19991年年液压悬悬置随着着一汽AAudii轿车的的引进带带入我国国汽车界界。1.3本本文的工工作重点点本研究的的目的，是以轿轿车动力力总成悬悬置系统统为研究究对象，来提高高轿车乘乘坐的舒舒适性，提高轿轿车的品品质。本本文研究究的主要要内容有有以下几几项：1 主要要介绍动动力总成成悬置系系统的隔隔振原理理

20、，包括括隔振的的初步分分析和引引起动力力总成振振动的振振源的介介绍。2 根据据动力总总成悬置置系统优优化设计计的需要要，测定定一些相相关的实实验，测测定了动动力总成成的主要要激振力力、质量量、质心心位置、转动惯惯量以及及各个悬悬置支承承的位置置。3 应应用PrroE软软件建立立了悬置置系统的的动力学学模型，通过AADAMMS软件件对模型型进行仿仿真。4 对对动力总总成悬置置系统进进行优化化设计，得到比比较合理理地性能能参数匹匹配。金陵科技学院学士学位论文 第二章 动力总成悬置系统理论分析2动力总总成悬置置系统理理论分析析2.1 动力总总成悬置置元件模模型2.1.1 橡胶悬悬置模型型只在受力力方

21、向发发生弹性性位移而而不引起起其它方方向位移移，称此此力作用用方向为为橡胶元元件的弹弹性主轴轴方向。沿弹性性主轴方方向的三三维弹性性主轴相相交于一一点，称称其为弹弹性中心心。沿弹弹性主轴轴方向的的刚度为为主刚度度。橡胶胶悬置块块可以简简化为一一端固定定在发动动机动力力总成上上，另一一端固定定在车架架上的粘粘弹性体体。动力力总成在在空间做做任意方方向的运运动时，橡胶悬悬置都将将阻止这这种运动动。因此此，橡胶胶悬置在在空间三三维方向向上都有有弹性，具有扭扭簧的作作用。但但考虑到到动力总总成各悬悬置之间间的距离离比起悬悬置本身身的尺寸寸要大的的多，它它的扭簧簧作用不不很显著著，因此此可以忽忽略不计计

22、，在此此条件下下，橡胶胶悬置块块的三维维中心总总是存在在的，可可将橡胶胶悬置等等效为固固定于动动力总成成与车架架之间的的粘弹性性弹簧。橡胶悬悬置有三三个正交交的弹性性主轴。u ,v ,w，弹弹性主轴轴线的交交点。为为弹性中中力平行行于弹性性主轴并并通过弹弹性中心心时，悬悬置只产产生平移移而不产产生角位位移。其其动力学学模型见见图2-1。图图2-11橡胶悬悬置的三三维理学学模型2.1.2液压压悬置模模型由于液压压悬置是是一个非非常复杂杂的隔振振元件，它的动动特性受受很多参参数的影影响，存存在时变变特性（阻尼与与振动速速度有关关）和频频变特性性（动刚刚度和阻阻尼随激激振频率率变化），因此此它的精精

23、确模型型建立起起来将非非常复杂杂。在动动力总成成液压悬悬置系统统分析时时，如果果将液压压悬置的的复杂模模型考虑虑进去，则导致致动力总总成液压压悬置系系统动力力学方程程无法求求解，同同时液压压悬置的的模型建建得过于于复杂也也没有必必要。因因此在动动力总成成液压悬悬置系统统分析中中，我们们只考虑虑液压悬悬置表现现出来的的外特性性，如动动刚度和和阻尼。实验表表明，液液压悬置置的流体体部分只只对悬置置的垂直直方向的的动特性性有影响响，而对对其他两两个方向向基本没没有什么么影响。因此，本文将将采用图图2-22所示的的当量力力学模型型来表征征液压悬悬置的垂垂向动特特性，其其余两个个方向均均按橡胶胶悬置对对

24、待。在在图2-2所示示的模型型中，液液压悬置置的刚度度和阻尼尼滞后角角均为激激振频率率的函数数，具体体的函数数表达式式要通过过拟和或或插值实实验数据据获得。金陵科技学院学士学位论文 第二章 动力总成悬置系统理论分析2-2 液压压悬置的的当量力力学模型型2.2动动力总成成悬置系系统的布布置形式式及特点点2.2.1悬置置系统弹弹性支承承常用的的布置形形式任意布置置的悬置置形式会会导致悬悬置元件件各向刚刚度的相相互耦合合，在工工程实际际中，一一般总是是让悬置置系统带带有一定定的规律律性和对对称性。一般汽汽车应用用的悬置置系统有有以下几几种基本本形式：1.平置置式：这是一种种常见的的、传统统的布置置方

25、式，它布局局简单、安装容容易。在在这种布布置方式式中，每每个弹性性支承的的三个相相互垂直直的刚度度轴各自自对应地地平行于于所选取取的参考考坐标轴轴。2.斜置置式：这是一种种目前汽汽车发动动机中用用得最多多的布置置方式。在这种种布置方方式中，每个弹弹性支承承的三个个相互垂垂直的刚刚度轴相相对于参参考坐标标轴的布布置是：除一个个轴平行行与参考考坐标外外，其他他两个轴轴分别与与参考坐坐标有一一夹角，一般斜斜置式的的弹性支支承都是是成对地地对称布布置于垂垂向纵剖剖面的两两侧，但但每对之之间的夹夹角可以以不同，坐标位位置也可可任意。这种布布置方式式的最大大优点是是：它既既有较强强的横向向刚度，又有足足够

26、的横横摇柔度度，因此此特别适适用于像像汽车发发动机这这样既要要求有较较大的横横向稳定定性，又又要求有有较低的的横摇固固有频率率以隔振振由不均均匀扭矩矩引起的的横摇振振动。此此外，它它可以通通过斜置置角度，布置位位置以及及悬置两两个方向向上的刚刚度比等等适当配配合来达达到横向向和平摇摇相互解解耦的目目的，这这是平置置式较难难做到的的。3.会聚聚式：这种布置置方式的的特点是是弹性支支承的所所有悬置置的主要要刚度轴轴均会聚聚相交于于一点。除了有有良好的的稳定性性外，它它最大的的优点是是可以通通过调节节倾斜角角度和布布置坐标标的关系系来获得得六种完完全独立立的振动动模态。只是这这种布置置方式实实施起来

27、来并不容容易，且且一般汽汽车发动动机并没没有纵向向激励，斜置式式完全能能够满足足隔振要要求，因因此应用用不多。2.2.2支承承点的数数目及其其位置汽车发动动机动力力总成的的悬置系系统多采采用三点点或四点点支承，支承数数目主要要是根据据发动机机类型（是汽油油机还是是柴油机机），前前后载重重质量分分配以及及激振力力情况而而定的。采用三三点支承承的优点点是不管管汽车怎怎样颠簸簸、跳动动，动力力总成系系统总能能保证各各支承点点处在一一个平面面上，这这就大大大改善了了机体的的受力情情况。目目前有很很多汽车车发动机机即使是是采用四四点支承承的也力力求将飞飞轮端的的那两点点尽量靠靠拢，以以达到三三点支承承的

28、效果果。2.3隔隔振理论论机器设备备的剧烈烈振动，不但会会降低机机器的灵灵敏度和和精确度度，严重重的时候候也会损损坏机器器的零件件，使其其丧失其其使用功功能，另另外其振振动也会会对操作作者产生生影响，所以对对机器设设备进行行有效的的隔振是是极其重重要的。根据振振源的不不同，人人们把隔隔振分为为两种：主动隔隔振和被被动隔振振。振源源是机器器本身，使其与与外界隔隔离，减减少对周周围的影影响，称称为主动动隔振；若振源源来自外外界（如如支座等等），为为减少其其对机器器本身的的影响而而采取的的隔振措措施，称称为被动动隔振。安装在车车架上的的动力总总成的振振动是一一个多自自由度的的复杂振振动，为为了降低低

29、其振动动产生的的不良影影响，在在动力总总成中采采用了悬悬置装置置，从而而隔离其其振动的的传递，即动力力总成的的隔振属属于主动动隔振。在动力力总成隔隔振的计计算中，我们可可以独立立研究其其在一个个方向上上的振动动，从而而简化其其计算过过程，但但却不失失一般性性。图2-33 动力总总成单自自由度振振动简图图如图2-3所示示，可将将动力总总成简化化为单自自由度系系统，在在激励ff(t)=Fsinnt作作用下，动力总总成传到到车架上上的激励励由两个个部分组组成，一一是通过过弹簧传传递到车车架上的的力kxx，另一一个是通通过阻尼尼传递到到车架上上的力cc。当动动力总成成未安装装隔振系系统时，传到车车架上

30、的的激振力力为Fsinnt。从简谐谐激振力力作用下下的强迫迫振动可可以知道道系统响响应为xx=Xssin(t- )，其一一阶导数数为=Xsiin(990+t-)。由于于两个力力相差990，所以以采取隔隔振措施施后，动动力总成成传递给给车架的的力为两两力金陵科技学院学士学位论文 第二章 动力总成悬置系统理论分析的矢量和和：f(t)=kxx+c=Fsiin(t- +)（2-1）其中:kkx=kkXsiin(t- )；c=ccXssin(t- +990)F=kkX； X=上述中：X为振动动响应的的幅值，m；为激励励的圆频频率，rrad/s；为响应滞滞后于激激励的相相位差，radd；=/p，为为频率比

31、比，p为系统统的固有有频率，radd/s；=c/c，为为阻尼比比，c为粘性性阻尼系系数，NNs/mm；c=2MMp, 为临界界粘性阻阻尼系数数，Nss/m；M为集中中质量，kg；k为弹簧簧的刚度度，Nss/m。将实际传传递的力力幅F与不平平衡力幅幅F的比值值称为隔隔振系数数（或力力传递率率），用用来表示示：=（22-2）以为横横坐标，以为纵坐标标，可以以得到不同阻尼尼比时的的隔振系系数曲线，如图22-4所所示。由此图可可知：（1）当当远远的的小于1时，激振频频率很低，此时时约为11，相位位差约为00，即动动力总成成相对于车车架几乎乎没有振振动。（2）当当为1时时，等于p，若阻尼尼比很小，系统统

32、将发生生共振。阻尼比越越小，共共振的峰峰值越大，加加大阻尼尼比可以明显降低低共振的的峰值。图2-44 隔振系系数曲线线（3）当当为时，金陵科技学院学士学位论文 第二章 动力总成悬置系统理论分析无论阻尼尼比为何值值，其都都为1，即实际际传递的的力幅FF与不平平衡力幅幅F相等。（4）当当大于22时，小小于1，对输入入起衰减减的作用用，阻尼尼比越小，越大，激励对对车架的的影响就就越下，对隔振振越有利利。由于动力力总成的的转速范范围较宽宽，对其其所有的的转速范范围内都都得到较较好的隔隔振效果果是不现现实的。根据动动力总成成的工作作特点，按照转转速范围围的高低低，将其其工作分分为启动动转速、怠速转转速、

33、加加速转速速和常用用转速等等几个区区间。由由于怠速速转速和和常用转转速是经经常使用用的转速速，因此此一般希希望将动动力总成成的固有有频率安安排在启启动转速速所对应应的区间间，即使使固有频频率较低低，以增增大的数值值，得到到较好的的隔振效效果。2.4激激振力引起动力力总成产产生振动动的根源源:对动力总总成而言言，基本本受到两两个振源源的激励励，一个个是汽车车行驶的的路面，另一个个是动力力总成和和传动系系统的运运转。发动机动动力总成成激振力力主要包包括以下下方面：(1)不不平衡的的回转运运动质量量所产生生的离心心力及离离心力矩矩；(2)不不平衡的的往复运运动质量量所产生生的惯性性力及惯惯性力矩矩；

34、(3)不不平衡的的反作用用简谐扭扭矩； (4)个个别气缸缸不发火火或爆发发压力不不均匀； (5)因因机身(曲柄箱箱)刚性性不足导导致内力力矩输出出引起；(6)由由路面不不平坦引引起；(7)由由汽车行行驶中加加速或刹刹车时的的惯性力力引起。在设计动动力总成成悬置系系统时最最需关注注的前面面三项振振动源，即不平平衡的往往复运动动质量、回转运运动质量量、反作作用简谐谐扭矩引引起的力力和力矩矩。由这这三项振振动源引引起的发发动机组组的振动动模态主主要是平平摇，纵纵摇及横横摇。一一般在高高转速下下由不平平衡的惯惯性力和和力矩引引起的振振动大些些，而在在转速低低时则由由不平衡衡的简谐谐扭矩引引起的振振动大

35、些些。动力总成成所产生生的振动动主要由由以下两两个部分分组成：(1)点点火脉冲冲在所有的的运动方方向中，对平顺顺性影响响最大的的是动力力总成侧侧倾方向向（横置置动力总总成绕横横轴或纵纵置动力力总成绕绕纵轴）的振动动，该振振动是由由驱动扭扭矩的周周期性波波动所产产生的。这种周周期性的的力矩波波动叫做做点火脉脉冲，等等发火间间隔动力力总成的的点火脉脉冲频率率可由下下式得出出：金陵科技学院学士学位论文 第二章 动力总成悬置系统理论分析 f=（2-33）式中：ff为点火火脉冲的的频率；n为汽缸缸数；N为曲轴轴转速，r/mmin；C为冲程程数。在设计动动力总成成的悬置置系统的的时候，应将其其侧倾轴轴与动

36、力力总成惯惯性侧倾倾轴成一一直线，并使绕绕此轴的的共振频频率低于于最低点点火脉冲冲频率，这样可可以使发发生在共共振频率率以上的的扭矩波波动衰减减。在四四缸动力力总成和和变速器器一起驱驱动时进进行怠速速的情况况下，点点火脉冲冲频率可可能低于于20赫赫兹，因因此，有有效隔振振的要求求是100赫兹或或更低的的侧倾轴轴共振频频率。因因为在这这种情况况下，该该系统与与简单二二阶质量量-弹簧簧动态系系统类似似，低于于共振频频率的扭扭矩波动动可在支支撑处直直接感受受到，而而接近共共振频率率时，会会出现振振动振幅幅远大于于扭矩本本身的变变化。(2)往往复/旋旋转质量量固有的的不平衡衡所产生生的振动动由于往复复

37、/旋转转质量固固有的不不平衡而而产生惯惯性力，使动力力总成可可能产生生侧倾方方向以外外的振动动。但对对于多缸缸动力总总成而言言，由于于可以在在设计上上采用一一些措施施，使部部分惯性性力相互互平衡，不做输输出，例例如一阶阶往复惯惯性力、一阶及及二阶往往复惯性性力矩和和旋转惯惯性力矩矩都相互互平衡，不经过过动力总总成向外外输出振振动。影影响车身身振动的的因素主主要是作作用在动动力总成成垂直振振动方向向上的二二阶往复复惯性力力、作用用于动力力总成纵纵向的一一阶和二二阶往复复惯性力力矩以及及作用于于动力总总成横向向的输出出扭矩的的反扭矩矩。对于于此类振振动可以以采用与与防止点点火脉冲冲出现共共振的相相

38、同的措措施，如如对于四四缸直列列动力总总成，可可采用两两根平衡衡轴来加加以平衡衡。这两两根平衡衡轴与曲曲轴平行行且与气气缸中心心线等距距，旋转转方向相相反，转转速相同同，都为为曲轴转转速的两两倍。两两根轴上上都装有有质量相相同的平平衡重，其旋转转惯性力力在垂直直于气缸缸中心线线方向的的分力互互相抵消消，在平平行于气气缸中心心线方向向上的分分力则合合成为沿沿气缸中中心线方方向的作作用力，这个作作用力的的大小与与二阶往往复惯性性力大小小相等方方向相反反，从而而平衡其其振动。可以用用下式来来确定往往复/旋旋转质量量固有的的不平衡衡所产生生振动的的频率：f=QQN（22-4）式中：ff为往往复/旋旋转

39、质量量固有的的不平衡衡所产生生振动的的频率；Q为比例例系数，对于一一阶不平平衡力QQ为1，二阶不不平衡力力Q为2；N为曲轴轴转速，r/mmin。(3)传传动轴（变速器器挂直接接档）不不平衡质质量所引引起的振振动可用下式式来确定定传动轴轴（变速速器挂直直接档）不平衡衡质量所所引起的的振动的的频率：f=N （2-5）金陵科技学院学士学位论文 第三章 动力总成悬置系统模型的建立2.5本本章小结结本章对动动力总成成悬置系系统进行行了理论论分析，介绍了了动力了了动力悬悬置元件件的模型型，动力力悬置系系统布置置形式，支承数数目和位位置，分分析了隔隔振理论论和产生生振动的的激振力力。3 动力力总成悬悬置系统

40、统模型的的建立3.1动动力总成成悬置系系统简化化和假设设在一般的的情况下下，由于于动力总总成悬置置系统的的固有频频率一般般在300Hz以以下，远远比系统统作为弹弹性体最最低阶模模态频率率（大约约60HHz以上上）低很很多，因因此动力力总成与与悬置所所组成的的振动系系统在分分析频段段内只存存在刚体体模态。我们可可以将动动力总成成悬置系系统简化化成为一一个六自自由度模模型，并并对动力力总成悬悬置系统统动力学学特性进进行分析析。为了在计计算精度度允许情情况下，提高运运算效率率，简化化计算公公式和方方程，对对动力总总成悬置置系统进进行了如如下假设设和简化化：（1）设设系统微微幅振动动，悬置置刚度取取为

41、在动动力总成成悬置系系统静态态平衡点点的静刚刚度值；（2）解解耦优化化目的是是合理布布置系统统固有频频率并使使各振动动模态间间尽量解解耦，不不涉及到到动态响响应的计计算，故故不考虑虑系统的的阻尼；（3）不不考虑动动力总成成工作过过程中质质量特性性的变化化；（4）橡橡胶悬置置和液压压悬置均均可看作作三维空空间的粘粘弹性弹弹簧，具具有平动动刚度和和扭转刚刚度，但但各悬置置间的距距离远大大于悬置置本身的的尺寸，扭簧的的作用不不太明显显，故扭扭转刚度度可忽略略，同时时认为各各平动间间不存在在耦合，因而各各悬置可可简化为为具有三三个正交交弹性主主轴的空空间弹簧簧元件；（5）各各个悬置置部件因因其质量量较

42、小而而弹性较较大，忽忽略悬置置的质量量和惯量量，同时时忽略温温度对悬悬置弹性性参数的的影响；（6）因因动力总总成的结结构模态态频率远远高于动动力总成成和地面面激励频频率，故故动力总总成看作作一个刚刚体；研研究动力力总成子子系统时时，基础础车架也也视为固固定刚性性体。3.2动动力总成成悬置系系统参数数测量在对动力力总成的的悬置系系统进行行力学分分析和模模态分析析以及对对其隔振振进行优优化的时时候，需需要用到到一些基基本的参参数，因因此首先先需要对对这些基基本参数数进行测测量。在在这节中中将介绍绍一些测测量悬置置系统的的质量、质心位位置、转转动惯量量和惯性性积以及及悬置刚刚度的基基本方法法。3.2

43、.1 动动力总成成悬置系系统的质质量和质质心位置置的测量量用磅秤很很容易测测量出动动力总成成悬置系系统的质质量。下下面介绍绍两种测测量质心心位置的的基本方方法。（1）力力矩平衡衡法如图3-1所示示，用钢钢丝绳和和拉力表表将动力力总成悬悬置系统统悬挂起起来，并并通过使使用水平平尺来确确保其某某一轴（图中为为X轴）水平，记录下下拉力表表的读数数和悬挂挂点的距距离L，可根据据力矩平平衡的原原理，得得出悬置置系统质质心在XX轴方向向上距悬悬挂点的的距离： 图3-1 质质心位置置测试示示意图X= （3-11）式中：XX为悬置置系统质质心在XX轴方向向上距悬悬挂点的的距离；F为拉力力表读数数；L为拉力力表

44、和悬悬挂点在在X轴方向向上的距距离；G为经磅磅秤所测测的悬置置系统的的重量。同理可以以得到悬悬置系统统质心在在Y轴方向向上距悬悬挂点的的距离：Y=（33-2）在测量悬悬置系统统质心高高度的时时候，可可将悬置置系统的的一端吊吊起，而而另一端端支承在在支点上上，但要要保证其其支点与与式3-1、33-2中中的悬挂挂点相同同（如图图3-22所示）。测量量出拉力力表的读读数和所所需参数数a、b、h、h、h、L，根据据力矩平平衡的原原理，可可有如下下方程成成立：FLcoos+FFhsinn+Ghhsinn=G(L-bb)coos即：h=(33-3) 式中：=arccsinn（）金陵科技学院学士学位论文 第

45、三章 动力总成悬置系统模型的建立3-2 质心高高度测量量示意图图a为悬置置装置上上按图所所示任取取两点的的直线距距离；h、h为为吊起时时悬置系系统上按按图所示示任取两两点到支支承点所所在水平平线的垂垂直距离离；h、h为为Z轴水平平时悬置置系统质质心和悬悬挂点到到支承点点所在水水平线的的距离；b、L为为Z轴水平平时悬置置系统质质心和支支承点到到悬挂点点的距离离；（2）经经纬仪测测量法由于任一一连续物物体的自自由悬线线的延长长线必定定通过物物体的质质心，因因此我们们可以通通过使用用经纬仪仪来测量量悬置系系统的质质心位置置。测量量时，首首先用钢钢丝绳将将被测悬悬置系统统捆吊起起来，然然后用两两台互成

46、成90的经纬纬仪，将将其调成成水平状状态。将将经纬仪仪镜头上上的垂直直坐标线线对准悬悬吊钢丝丝绳垂直直部分的的中线，向下延延长交于于被测悬悬置系统统的表面面A、B两点，其中AA为延长长线进入入悬置系系统的点点，B为延长长线出悬悬置系统统的点。在悬置置系统上上做出相相应的标标记。同理，改改变悬挂挂位置，可以找找到另外外两点，即C、D点。然然后用大大号的卡卡钳依次次测量出出AB、BC、CD、DA、AC、BD的距距离。如图3-7所示示，根据据其几何何关系，可以得得到质心心M相对于于B点、D点（或或A点、C点）位位置的计计算公式式：sin= ， sinn= ， siin=ssin()图3-33 悬置置

47、系统相相对于缸缸底平面面位置的的测试示示意图则有： BM=（3-4） DM=（3-5）式中：SS、S为ABDD和BCDD的面积积；、为图图中相应应线段之之间的夹夹角；AB、CCD、BD、BM、DM为相相应线段段的长度度。这样，质质心相对对于A、B、C、D四点的的位置就就确定了了，但是是由于这这个四点点是任意意确定的的，没有有任何特特征，不不能说明明质心的的具体位位置，因因此还需需确定质质心相对对于所需需基准面面的位置置。在实实际测量量中，可可以选定定一个测测量基准准面，如如悬置系系统中动动力总成成缸体的的底平面面。首先先使底平平面保持持水平，然后分分别测出出AA、BB、CC和DD的长度度。通过

48、过图中的的几何关关系，可可以求出出悬置系系统质心心相对于于基准面面的距离离MM：MM=（MM+ MMM）MM= BBB+BBM（AA- BBB） MM= DDD+DM（CC- DDD）因此有： MMM= MMM-h （33-6）式中：hh为基准准面到投投影基准准面之间间的距离离，其余余均为相相应线段段的长度度。同理可以以确定质质心与其其它两个个相互垂垂直的基基准面之之间的距距离，这这样就可可以确定定质心的的空间位位置了。如果动力力总成悬悬置系统统是分开开来分别别测量的的，即动动力总成成总成和和变速器器总成，可以利利用多个个离散质质量的系系统质心心合成公公式来计计算：r=（33-7）式中：rr为

49、系统统质心的的坐标；M为第ii个离散散质量；r为第ii个离散散质量的的质心坐坐标；i为离散散质量的的个数。3.2.2动力力总成悬悬置系统统惯性参参数的测测量金陵科技学院学士学位论文 第三章 动力总成悬置系统模型的建立对动力总总成悬置置系统惯惯性参数数的测量量主要包包括对绕绕过质心心的三个个参考坐坐标轴的的转动惯惯量和惯惯性积的的测量。获得精精确的惯惯性参数数是对隔隔振系统统进行分分析和设设计的重重要前提提。目前前测量惯惯性参数数的方法法只要有有以下几几种：落落地测试试法、扭扭摆测试试振动法法、基于于CADD模型的的数值计计算法、基于实实验模态态分析技技术的参参数识别别法等。落地测试试法适合合于

50、结构构简单的的轴对称称旋转刚刚体，在在实际的的工程中中应用较较少；基基于CAAD模型型的数值值计算法法需要刚刚体的精精确几何何模型，故应用用范围有有限，一一般可作作为其它它方法的的验证手手段；基基于实验验模态分分析技术术的参数数识别法法主要是是对刚体体振动系系统进行行激振实实验，通通过分析析频响函函数，拟拟合出刚刚体系统统的惯性性参数。但由于于在分析析中所涉涉及的参参数较多多、原理理复杂，因而误误差分析析较难且且物理意意义不明明显，目目前也很很少应用用；扭摆摆振动测测试法主主要是通通过测量量系统的的单自由由度扭摆摆振动周周期的计计算来确确定系统统的惯性性参数。常用的的方法有有单轴扭扭摆法、双线

51、复复摆法和和三线扭扭摆法等等。单轴轴扭摆法法和双线线复摆法法由于难难于形成成测试系系统且对对测量误误差较灵灵敏而应应用性较较差。三三线摆测测试法由由于是单单轴转动动惯量测测试而精精度较高高且相对对误差可可以控制制在1%左右，因而在在工程中中应用较较多，如如车辆的的动力总总成。3.2.3动力力总成悬悬置系统统测得的的参数本课题所所研究的的动力动动成包括括：发动动机、离离合器和和变速箱箱。对于于动力总总成悬置置系统的的质量很很容易测测量，用用磅秤就就能够很很容易测测得发动动机悬置置系统的的质量，其结果果为：整整个系统统总质量量为1119kgg。要计算悬悬置系统统的固有有特性，必须对对悬置进进行x、

52、y、z三向的的静、动动刚度测测量。静静刚度的的测量是是在实验验台上对对悬置进进行缓慢慢加卸载载，测得得悬置的的载荷变变化FF及相应应的变形形S，二二者的比比值FF/S即为为静刚度度。由于于在不同同的动载载荷作用用下，悬悬置的刚刚度不同同，应对对其进行行动刚度度测量。所选参考考坐标系系为图33-2中中的坐标标系：以以动力总总成质心心为原点点，沿曲曲轴方向向指向发发动机前前端为XX轴，指指向发动动机左侧侧为Y 轴，垂直向向上为ZZ轴。根根据实验验报告得得悬置参参数如下下表3-2及表表3-33所示。金陵科技学院学士学位论文 第四章 动力总成悬置系统仿真表3-11 动力总总成的质质量和在在质心坐坐标系

53、下下的转动动惯量MIxxIyyIzzIxyIyzIxz2007.8110715.00263313.1172331.43398-0.227355-2.221144Kg kgmkgmkgmkgmkgmkgm表3-22 悬悬置相对对质心的的坐标位位置（mmm）后悬置左悬置右悬置X4.166-3688.2155131.41Y-4355.333511.336437.0007Z-1577.5449163.5555237.5044表3-33 悬悬置各项项刚度值值（N/mm）后悬置左悬置右悬置KX12010080KY907042KZ150110115 3.3 悬置总总成动力力学模型型的建立立本章对动动力总成成

54、悬置系系统进行行仿真计计算的首首要工作作就是要要建立动动力总成成悬置系系统的动动力学模模型，在在验证了了模型正正确性的的基础上上，对所所建立的的模型进进行仿真真分析。运用动动力学仿仿真软件件ADAAMS对对所建立立的动力力总成悬悬置系统统模型进进行模拟拟计算，可算出出系统固固有频率率、振型型矩阵以以及系统统的能量量分布等等。一、Prro/EE软件的的介绍Pro/E是美美国参数数技术公公司（PPTC）推出的的一种CCAD/CAEE/CAAM软件件。它具具有基于于特征、全参数数、全相相关、单单一数据据库等特特点。它它自推出出以来，由于其其强大的的辅助设设计和辅辅助制造造功能，很快得得到业内内人士的

55、的普遍欢欢迎，并并迅速成成为当今今设计最最为流行行的CAAD/CCAM软软件之一一。他的的系统应应用范围围跨越许许多行业业，比如如航空、航天、汽车、船舶、兵器、机械工工业、模模具、工工业设计计、信息息家电、通讯电电子等33C产业业等等。功能应应用包括括实体与与曲面设设计、零零件组装装、二维维工程图图制作、管路设设计、异异种格式式文件处处理、机机构仿真真与有线线元素分分析等CCAE技技术、钣钣金设计计、模具具设计、电缆设设计、机机械加工工、逆向向工程、同步工工程、电电路设计计等。同时，PPro/E又是是一种集集成化的的CADD/CAAE/CCAM软软件，它它提供了了一整套套完整的的机械产产品解决

56、决方案。该软件件具有如如下特点点。全参数化化：Prro/EE是世界界上第一一个商品品化的参参数化设设计软件件，参数数化技术术被称为为CADD/CAAM技术术发展史史上的第第三次技技术革命命，它使使零件的的设计修修改变得得方便易易行，用用户在任任何时候候都可以以对零件件的设计计尺寸进进行修改改。基于特征征的实体体建模：Proo/E采采用基于于特征的的实体建建模技术术，实体体建模是是当今CCAD技技术的先先进建模模技术。基于特特征的理理念，使使软件的的设计与与加工思思想可与与工程师师的思路路完全吻吻合，从从而使设设计、加加工简单单易行。全相关：由于PPro/E采用用单一的的数据库库，这使使得零件件

57、设计、模具设设计、加加工制造造等任何何一个环环节对数数据的修修改，都都可自动动地反映映到其他他相关的的各个环环节，从从而保证证设计、制造周周期大为为缩短，有力地地推动了了企业的的技术进进步。二、运用用Proo/E建建立动力力总成模模型1绘制发发动机缸缸体打开PrroE软软件，新新建零件件，选用用单位为为mm，选选用拉伸伸命令绘绘制出缸缸体：2绘制变变速箱系系统运用旋转转命令和和拉伸命命令得到到：6绘制进进排气管管：运用扫描描命令绘绘制出进进排气管管：再运用复复制特征征命令绘绘出其他他的排气气管：3.4本本章小结结本章对动动力总成成悬置系系统进行行简化和和假设，方便建建立模型型，建模模需要对对系

58、统的的参数进进行测量量，测量量系统的的质量、质心的的位置和和惯性参参数。然然后运用用ProoE软件件建立悬悬置系统统的模型型。4动力总总成悬置置系统仿仿真4.1AADAMMS软件件的介绍绍ADAMMS，即即机械系系统动力力学自动动分析（Auttomaaticc Dyynammic Anaalyssis of Mecchannicaal SSysttemss），该该软件是是美国MMDI公公司（MMechhaniicall Dyynammicss Innc.）开发的的虚拟样样机分析析软件。ADAAMS软软件使用用交互式式图形环环境和零零件库、约束库库、力库库，创建建完全参参数化的的机械系系统几何何

59、模型，其求解解采用多多刚体系系统动力力学理论论中的拉拉格朗日日方程方方法，建建立系统统动力学学方程，对虚拟拟机械系系统进行行静力学学、运动动学和动动力学分分析，输输出位移移、速度度、加速速度和反反作用力力曲线。ADAMMS软件件的仿真真可用于于预测机机械系统统的性能能、运动动范围、碰撞检检测、峰峰值载荷荷以及计计算有限限元的输输入载荷荷等。ADAMMS/VVieww是ADAAMS系系列产品品的核心心模块之之一，采采用Paarassoliid内核核进行实实体建模模，并提提供了丰丰富的零零件几何何图形库库、约束束库和力力、力矩矩库，并并且支持持布尔运运算、支支持FOORTRRAN/77和和FORR

60、TRAAN/990中的的函数。除此之之外，还还提供了了丰富的的位移函函数、速速度函数数、加速速度函数数、接触触函数、样条函函数、力力/力矩矩函数、合力/力矩函函数、数数据元函函数、若若干用户户子程序序函数以以及常量量和变量量等。后处理模模块ADDAMSS/Poostpproccesssor，可以为为用户观观察模型型的运动动提供所所需的环环境，可可以输入入测试数数据，并并将测试试数据与与仿真结结果数据据进行绘绘图比较较，还可可以对数数据结果果进行数数学运算算、对输输出进行行统计分分析，可可以改变变图表的的形式，也可以以添加标标题和注注释；可可以载入入实体动动画，从从而加强强仿真分分析结果果数据的