汽车悬架系统设计毕业设计和分析【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘  要  随着社会的日益进步和科学技术的不断发展，人们对汽车舒适性的要求也越来越高，良好的平顺性和低噪声是现代汽车的一个重要标志。 经成为衡量汽车质量水平的重要指标之一 。而动力总成是汽车最重要的振源之一。 如何合理设计动力总成悬置系统能明显降低汽车动力总成和车体的振动已经成为一个重要的课题。  本课题研究的 目的是在现有动力总成悬置系统的基础上，优 化动力总成悬置系统参数，达到提高整车平顺性和降低噪声的目的。  对动力总成悬置系统进行优化仿真，通过比较优化前的性能可知，优化后悬置系统隔振性能明显改善。  关键词 ： 动力总成 ； 悬置系统 ； 优化  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of on of is an of an of is of to an is at on of to On of by 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪  论  题依据  汽车是日常生活中被 广泛应用的交通工具，其本身可以被看作是一个具有质量、弹性和阻尼的振动系统。汽车产生的振动会导致车身与车架之间的连接部件的振动和噪声，严重的时候甚至损坏汽车的零部件，大大缩短汽车的使用寿命：另外也可导致乘客晕车，影响了乘客的身心健康，那些长期处在这种振动环境下的驾驶员等往往会患上腰椎劳损、胃下垂等职业病。  引起汽车振动的振源主要有两个：一是汽车行驶时的路面随机激励；二是发动机工作时的振动激励。一般来讲，路面随机激励对驾驶员的手、脚以及乘员的舒适性影响较大，但是随着道路条件的改善和轿车悬架系统设计的完善，这方面 的影响在一定程度上得到缓解；另一方面，现代轿车的设计强调轻量化，采用了新型高强度轻质材料以图降低整车质量，而发动机的质量却难以降低。这样，发动机的质量在整车质量中所占比重有所上升。然而发动机却多采用平衡性较差的四缸四冲程发动机；轿车多采用整体式的薄壁结构车身，这样的车身弹性增加，振动趋势上升，发动机对车身的振动激励相对增加。  随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车的乘坐舒适性越来越受到人们重视，舒适性成了汽车，特别是轿车的主要性能指标。  以上诸多因素使得如何布置悬置以图获得较佳的减振降噪效果显得尤为重要。  内外的发展状况  力总成悬置元件的发展状况  悬置的类型很多，从其发展过程来看，可以分为橡胶悬置、被动式液压悬置和半主动式、主动控制式液压悬置。目前大部分汽车上采用的是橡胶悬置和被动式液压悬置，半主动、主动控制式液压悬置在实车上应用不太普遍，因此本章只对橡胶悬置和被动式液压悬置进行介绍。本章所说的液压悬置是指被动式液压悬置。  在没有动力总成悬置装置之前，动力总成是直接连接到车架上的，其振动直接通过车架传入驾驶室而降低了乘坐的舒适性。特别是在上个世纪二十年代左右，在汽车上广泛使用了四缸动力总 成，其严重不平衡的二阶惯性力致使动力总成的振动尤为突出。为此，人们在动力总成和车架之间尝试过很多的装置，但效果都不明显。随着人们对橡胶产品的认识，其在汽车的隔振上得到了广泛的应用。  一、橡胶悬置元件  橡胶属于高分子材料，具有良好的弹性还具有天赋的内阻尼。橡胶内阻尼产生的机理是：当外力作用于橡胶时，橡胶分子要克服分子间的内摩擦力，因此产生应变滞后于应力，部分机械能转化为热能耗散到周围环境中。于是，通过将橡胶硫化到金属骨架上，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 这样各种各样的橡胶悬置元件就被设计出来了。  汽车发动机用的橡胶悬置一般是由上下两片金 属骨架，中间夹一层橡胶组成。金属骨架可以防止橡胶悬置产生过大变形和作为悬置的连接部分。  通过改变橡胶的形状设计，可以设定橡胶悬置三个方向的刚度之间的关系，以满足隔振设计的要求。如果想不改变橡胶悬置某个方向的刚度而增加其他方向的刚度，可以通过在橡胶中间装入钢板来实现。  橡胶悬置由于工艺简单、性能可靠、使用和维修方便等优点，至今仍在大部分汽车上广泛使用。  由于发动机的工作频带很宽，大约在 10围内，因此要求悬置元件工作在低频大振幅时提供较大的阻尼和较大的刚度特性。在高频低振幅振动激励下提供低的动刚度和较小的阻尼特性，以衰减高频噪声。但是激振频率大于 200，橡胶悬置的动刚度会突然增加而出现硬化现象而降低舒适性。  因此液压悬置是为了上述要求而开发出来，并在国外汽车上得到了广泛应用。汽车发动机液压悬置系统是在上个世纪八十年代迅速发展起来的一种先进的机械振动控制技术。  二、液压悬置元件  液压悬置按照控制方式分，可分为：被动式、半主动式和主动式液压悬置三类。半主动式和主动式液压悬置的隔振、减振、降噪性能均优于被动式液压悬置。  最初的液压悬置是靠内部节流孔尺寸的改变来获得低频处比橡胶悬置好的减振特性，但在高 频和橡胶特性差不多。  为提高液压悬置在高频的降噪能力，人们进而开发出惯性通道式液压悬置，通过控制惯性通道长度与通道截面直径之比，可以控制液压阻尼。在惯性通道式液压悬置上加解耦器之后就形成解耦器 惯性通道是液压悬置，该液压悬置可以在高频内通过调整内部液压的流量和流向，从而降低高频动刚度，进而降低高频振动时的车内噪声。  八十年代后期，人们开始设计半主动式、主动式动力总成悬置元件，现在已成功地开发出了半主动式和主动控制式液压悬置，并在四缸发动机上得到应用，取得令人满意的效果。半主动式液压悬置是根据输入信号，利用低 功率作动器，调整悬置的内部参数及其工作状态，优化其动特性，从而实现减振降噪目的。主动式液压悬置是利用控制单元将外部振动输入信号转换，并通过作功器输出与外部激励同频等幅、反相响应，以实现减振降噪目的的液压悬置。  现在应用的主要有节流孔型和惯性通道型液阻悬置、惯性通道 固定解耦膜型和惯性通道 活动解耦膜型液阻悬置等几种。  目前运用最为广泛的是惯性通道 解耦膜式液阻悬置。惯性通道 解耦膜式液阻悬置的物理模型见图 1-1 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 1 液压悬置结构简图  主动式液压悬置已经有应用。同时，液压悬置 也用到汽车的其他部位如驾驶室等。在开发液压悬置的同时，人们对液压悬置进行了大量的理论分析和实验研究，因液压悬置具有非线性刚度和阻尼，非线性系统的分析方法应用到液压悬置的分析上来。  力总成悬置系统国内外发展概况  现代汽车动力总成大都是通过弹性支承安装在车架上的，这种弹性支承称为“悬置”。汽车动力总成和悬置一起构成了汽车动力总成悬置系统。  动力总成的悬置装置可对在动力总成和车架间传递的振动进行双向的隔离，以降低车内的振动和噪声。由于动力总成悬置装置的体积较小，在隔振理论的发展初期并没有引起设计者的过 多的重视。但随着车辆向高速、轻型、大功率方向的迈进，使得车身的刚度减小，动力总成振动激励增大，特别是采用了平衡性较差的动力总成前置前驱动的四缸四行程动力总成，都使车内的振动和噪声加大。随着人们对乘坐舒适性的提高，这些现象就必须加以解决。在解决问题的过程中，人们逐渐认识到了动力总成悬置装置的作用，并可以利用力学知识建立起各种模型。  随着人们对橡胶产品的认识，其在汽车的隔振上得到了广泛的应用。橡胶悬置元件直到现在仍是汽车发动机悬置的首选元件。  1962 年，美国通用汽车公司率先申请了液压悬置的专利。从 20 世纪 70 年代开始，世界各大汽车企业相继开展了液压悬置的研究和应用。 1979 年德国的 司率先在缸发动机上应用了液压悬置。之后仅几年时间，美国、日本 、 法国、韩国等国家都设计开发了液压悬置。国外液压悬置经过多年的发展，结构由简单到复杂，由被动式液压悬置发展到半主动式和主动式液压悬置阶段。  近年来，随着各国学者的不断努力，对于动力总成悬置装置的隔振性能形成了比较完善的评价指标：降低动力总成低频和动力总成多阶次激励引起的振动；降低车内噪声；降低动力总成启动、熄火、加减速时动力总成的瞬态振动等。  在国内，由于 历史的原因，我国的汽车科研工作起步较晚，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 汽车工业的飞速发展，各项科研取得了长足的进展，这其中也包括了对悬置系统的研究。从八十年代开始我国已经开始了悬置系统的研究，但在九十年代后取得了更大的成绩。国内对液压悬置的应用始于 20 世纪 90 年代。 1991 年液压悬置随着一汽 车的引进带入我国汽车界。  文的工作重点  本研究的目的，是以轿车动力总成悬置系统为研究对象，来提高轿车乘坐的舒适性，提高轿车的品质。本文研究的主要内容有以下几项：  1 主要介绍动力总成悬置系统的隔振原理，包括隔振 的初步分析和引起动力总成振动的振源的介绍 。  2 根据动力总成悬置系统优化设计的需要，测定一些相关的实验，测定了动力总成的主要激振力、质量、质心位置、转动惯量以及各个悬置支承的位置。  3  应用 件建立了悬置系统的动力学模型，通过 件对模型进行仿真 。  4  对动力总成悬置系统进行优化设计，得到比较合理地性能参数匹配。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 2 动力总成悬置系统理论分析  力总成悬置元件模型  橡胶悬置模型  只在受力方向发生弹性位移而不引起其它方向位移，称 此力作用方向为橡胶元件的弹性主轴方向。沿弹性主轴方向的三维弹性主轴相交于一点，称其为弹性中心。沿弹性主轴方向的刚度为主刚度。橡胶悬置块可以简化为一端固定在发动机动力总成上，另一端固定在车架上的粘弹性体。动力总成在空间做任意方向的运动时，橡胶悬置都将阻止这种运动。因此，橡胶悬置在空间三维方向上都有弹性，具有扭簧的作用。但考虑到动力总成各悬置 之间的距离比起悬置本身的尺寸要大的多，它的扭簧作用不很显著，因此可以忽略不计，在此条件下，橡胶悬置块的三维中心总是存在的，可将橡胶悬置等效为固定于动力总成与车架之间的粘弹 性弹簧。橡胶悬置有三个正交的弹性主轴。u ,v ,w，弹性主轴线的交点。为弹性中力平行于弹性主轴并通过弹性中心时，悬置只产生平移而不产生角位移。其动力学模型见图 2                         图 2胶悬置的三维理学模型  压悬置模型  由于液压悬置是一个非常复杂的隔振元件，它的动特性受很多参数的影响，存在时变特性（阻尼与振动速度有关）和频变特性（动刚度和阻尼随激振频率变化），因此它的精确模型建立起来将非常复杂。在动力总成液压悬置系统分析时，如果将液压悬置的复杂模型考虑 进去，则导致动力总成液压悬置系统动力学方程无法求解，同时液压悬置的模型建得过于复杂也没有必要。因此在动力总成液压悬置系统分析中，我们只考虑液压悬置表现出来的外特性，如动刚度和阻尼。实验表明，液压悬置的流体部分只对悬置的垂直方向的动特性有影响，而对其他两个方向基本没有什么影响。因此，本文将采用图 2示的当量力学模型来表征液压悬置的垂向动特性，其余两个方向均按橡胶悬置对待。在图 2压悬置的刚度和阻尼滞后角均为激振频率的函数，具体的函数表达式要通过拟和或插值实验数据获得。  2液压悬置的当量力学模型  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 力总成悬置系统的布置形式及特点  置系统弹性支承常用的布置形式  任意布置的悬置形式会导致悬置元件各向刚度的相互耦合，在工程实际中，一般总是让悬置系统带有一定的规律性和对称性。一般汽车应用的悬置系统有以下几种基本形式：   这是一种常见的、传统的布置方式，它布局简单、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。   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：除一个轴平行与参考坐标外，其他两个轴分别与参考坐标有一夹角，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，因此特别适用于像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振由不均匀扭矩引起的横摇振动。此外，它可以通过斜置角度，布置位置以及悬置两个方向上的刚度比等适当配合来达到横向和平摇相互解耦的目的，这是平置式较难做到的 。   这种布置方式的特点是弹性支承的所有悬置的主要刚度轴均会聚相交于一点。除了有良好的稳定性外，它最大的优点是可以通过调节倾斜角度和布置坐标的关系来获得六种完全独立的振动模态。只是这种布置方式实施起来并不容易，且一般汽车发动机并没有纵向激励，斜置式完全能够满足隔振要求，因此应用不多。  承点的数目及其位置  汽车发动机动力总成的悬置系统多采用三点或四点支承，支承数目主要是根据发动机类型（是汽油机还是柴油机），前后载重质量分配以及激振力情况而定的。采用三点支承的优点是不管汽车怎样颠簸、跳动 ，动力总成系统总能保证各支承点处在一个平面上，这就大大改善了机体的受力情况。目前有很多汽车发动机即使是采用四点支承的也力求将飞轮端的那两点尽量靠拢，以达到三点支承的效果。  振理论  机器设备的剧烈振动，不但会降低机器的灵敏度和精确度，严重的时候也会损坏机器的零件，使其丧失其使用功能，另外其振动也会对操作者产生影响，所以对机器设备进行有效的隔振是极其重要的。根据振源的不同，人们把隔振分为两种：主动隔振和被动隔振。振源是机器本身，使其与外界隔离，减少对周围的影响，称为主动隔振；若振源来自外界（如支座等）， 为减少其对机器本身的影响而采取的隔振措施，称为被动隔振。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 安装在车架上的动力总成的振动是一个多自由度的复杂振动，为了降低其振动产生的不良影响，在动力总成中采用了悬置装置，从而隔离其振动的传递，即动力总成的隔振属于主动隔振。在动力总成隔振的计算中，我们可以独立研究其在一个方向上的振动，从而简化其计算过程，但却不失一般性。  图 2 动力总成单自由度振动简图  如图 2示，可将动力总成简化为单自由度系统，在激励 f(t)= 用下，动力总成传到车架上的激励由两个部分组成，一是通过弹簧传递到车架上的力 一个是通过阻尼传递到车架上的力 。当动力总成未安装隔振系统时，传到车架上的激振力为 简谐激振力作用下的强迫振动可以知道系统响应为 x=)，其一阶导数为 x =0+。由于两个力相差 90，所以采取隔振措施后，动力总成传递 给车架的力为两力的矢量和：  f(t)=kx+=FT +)                                               （ 2 其中 :kx=)； c=+90)  22 （）（ =21 ）（ ；  X=22202）（ 上述中： X 为振动响应的幅值， m；   为激励的圆频率， s；   为响应滞后于激励的相位差，  =/p，为频率比， p 为系统的固有频率， s；  =c/阻尼比， c 为粘性阻尼系数， Ns/m；  为临界粘性阻尼系数， Ns/m；  M 为集中质量， k 为弹簧 的刚度， Ns/m。  将实际传递的力幅 不平衡力幅 力传递率），用a来表示：  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 a=02222)2()1()2(1                                            （ 2 以为横坐标，以  a为纵坐标，可以得到  不同阻尼比时的隔振系  数曲线，如图 2示。  由此图可知：  （ 1）当远远的小  于 1 时，激振频率很  低，此时a约为 1，相位  差 约为 0，即动力总成  相对于车架几乎没有振动。  （ 2）当 为 1 时， 等于 p，若阻尼比 很  小，系统将发生共振。阻  尼比 越小，共振的峰值  越大，加大阻尼比 可以  明显降低共振的峰值。  图 2 隔振系数曲线  （ 3）当 为 2 时，  无论阻尼比 为何值，其a都为 1，即实际传递的力幅 不平衡力幅  （ 4）当 大于 2 时，a小于 1，对输入起衰减的作用，阻尼比 越小， 越大，激励对车架的影响就越下，对隔振越有利。  由于动力总成的转速范围较宽，对其所有的转速范围内都得到较好的隔振效果是不现实的。根据动力总成的工作特点，按照转 速范围的高低，将其工作分为启动转速、怠速转速、加速转速和常用转速等几个区间。由于怠速转速和常用转速是经常使用的转速，因此一般希望将动力总成的固有频率安排在启动转速所对应的区间，即使固有频率较低，以增大的数值，得到较好的隔振效果。  振力  引起动力总成产生振动的根源 : 对动力总成而言，基本受到两个振源的激励，一个是汽车行驶的路面，另一个是动力总成和传动系统的运转。  发动机动力总成激振力主要包括以下方面：  (1)不平衡的回转运动质量所产生的离心力及离心力矩；  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 (2)不平衡的往复运动质量所产生的惯性力及惯 性力矩；  (3)不平衡的反作用简谐扭矩；   (4)个别气缸不发火或爆发压力不均匀；   (5)因机身 (曲柄箱 )刚性不足导致内力矩输出引起；  (6)由路面不平坦引起；  (7)由汽车行驶中加速或刹车时的惯性力引起。  在设计动力总成悬置系统时最需关注的前面三项振动源，即不平衡的往复运动质量、回转运动质量、反作用简谐扭矩引起的力和力矩。由这三项振动源引起的发动机组的振动模态主要是平摇，纵摇及横摇。一般在高转速下由不平衡的惯性力和力矩引起的振动大些，而在转速低时则由不平衡的简谐扭矩引起的振动大些。  动力总成所产生的振动 主要由以下两个部分组成：  (1)点火脉冲  在所有的运动方向中，对平顺性影响最大的是动力总成侧倾方向（横置动力总成绕横轴或纵置动力总成绕纵轴）的振动，该振动是由驱动扭矩的周期性波动所产生的。这种周期性的力矩波动叫做点火脉冲，等发火间隔动力总成的点火脉冲频率可由下式得出：  f=30 2 式中： f 为点火脉冲的频率；  n 为汽缸数；  N 为曲轴转 速， r/ C 为冲程数。  在设计动力总成的悬置系统的时候，应将其侧倾轴与动力总成惯性侧倾轴成一直线，并使绕此轴的共振频率低于最低点火脉冲频率，这样可以使发生在共振频率以上的扭矩波动衰减。在四缸动力总成和变速器一起驱动时进行怠速的情况下，点火脉冲频率可能低于20 赫兹，因此，有效隔振的要求是 10 赫兹或更低的侧倾轴共振频率。因为在这种情况下，该系统与简单二阶质量 于共振频率的扭矩波动可在支撑处直接感受到，而接近共振频率时，会出现振动振幅远大于扭矩本身的变化。  (2)往复 /旋转质量固有的不 平衡所产生的振动  由于往复 /旋转质量固有的不平衡而产生惯性力，使动力总成可能产生侧倾方向以外的振动。但对于多缸动力总成而言，由于可以在设计上采用一些措施，使部分惯性力相互平衡，不做输出，例如一阶往复惯性力、一阶及二阶往复惯性力矩和旋转惯性力矩都相互平衡，不经过动力总成向外输出振动。影响车身振动的因素主要是作用在动力总成垂直振动方向上的二阶往复惯性力、作用于动力总成纵向的一阶和二阶往复惯性力矩以及作用于动力总成横向的输出扭矩的反扭矩。对于此类振动可以采用与防止点火脉冲出现共振的相同的措施，如对于四缸直列动力总 成，可采用两根平衡轴来加以平衡。纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 轴平行且与气缸中心线等距，旋转方向相反，转速相同，都为曲轴转速的两倍。两根轴上都装有质量相同的平衡重，其旋转惯性力在垂直于气缸中心线方向的分力互相抵消，在平行于气缸中心线方向上的分力则合成为沿气缸中心线方向的作用力，这个作用力的大小与二阶往复惯性力大小相等方向相反，从而平衡其振动。可以用下式来确定往复 /旋转质量固有的不平衡所产生振动的频率：  f=0                                                      （ 2 式中： f为往复 /旋转质量固有的不平衡所产生振动的频率；  Q 为比例系数，对于一阶不平衡力 Q 为 1，二阶不平衡力 Q 为 2；  N 为曲轴转速， r/ (3)传动轴（变速器挂直接档）不平衡质量所引起的振动  可用下式来确定传动轴（变速器挂直接档）不平衡质量所引起的振动的频率：  f=N 60                                                       （ 2 章小结  本章对动力总成悬置系统进行了理论分析，介绍了动力了动力悬置元件的模型， 动力悬置系统布置形式，支承数目和位置，分析了隔振理论和产生振动的激振力。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 3 动力总成悬置系统模型的建立  力总成悬置系统简化和假设  在一般的情况下，由于动力总成悬置系统的固有频率一般在 30下，远比系统作为弹性体最低阶模态频率（大约 60上）低很多，因此动力总成与悬置所组成的振动系统在分析频段内只存在刚体模态。我们可以将动力总成悬置系统简化成为一个六自由度模型，并对动力 总成悬置系统动力学特性进行分析。  为了在计算精度允许情况下，提高运算效率，简化计算公式和方程，对动力总成悬置系统进行了如下假设和简化：  （ 1）设系统微幅振动，悬置刚度取为在动力总成悬置系统静态平衡点的静刚度值；  （ 2）解耦优化目的是合理布置系统固有频率并使各振动模态间尽量解耦，不涉及到动态响应的计算，故不考虑系统的阻尼；  （ 3）不考虑动力总成工作过程中质量特性的变化；  （ 4）橡胶悬置和液压悬置均可看作三维空间的粘弹性弹簧，具有平动刚度和扭转刚度，但各悬置间的距离远大于悬置本身的尺寸，扭簧的作用不太明显，故扭 转刚度可忽略，同时认为各平动间不存在耦合，因而各悬置可简化为具有三个正交弹性主轴的空间弹簧元件；  （ 5）各个悬置部件因其质量较小而弹性较大，忽略悬置的质量和惯量，同时忽略温度对悬置弹性参数的影响；  （ 6）因动力总成的结构模态频率远高于动力总成和地面激励频率，故动力总成看作一个刚体；研究动力总成子系统时，基础车架也视为固定刚性体。  力总成悬置系统参数测量  在对动力总成的悬置系统进行力学分析和模态分析以及对其隔振进行优化的时候，需要用到一些基本的参数，因此首先需要对这些基本参数进行测量。在这节中将介绍一 些测量悬置系统的质量、质心位置、转动惯量和惯性积以及悬置刚度的基本方法。  力总成悬置系统的质量和质心位置的测量  用磅秤很容易测量出动力总成悬置系统的质量。下面介绍两种测量质心位置的基本方法。  （ 1）力矩平衡法  如图 3示，用钢丝绳和拉力表将动力总成悬置系统悬挂起来，并通过使用水平尺来确保其某一轴（图中为 X 轴）水平，记录下拉力表的读数和悬挂点的距离 L，可根据力矩平衡的原理，得出悬置系统质心在 X 轴方向上距悬挂点的距离：  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 图 3心位置测试 示意图  X=                                                      （ 3 式中： X 为悬置系统质心在 X 轴方向上距悬挂点的距离；  拉力表读数；  拉力表和悬挂点在 X 轴方向上的距离；  G 为经磅秤所测的悬置系统的重量。  同理可以得到悬置系统质心在 Y 轴方向上距悬挂点的距离：  Y=                                                      （ 3 在测量悬置系统质心高度的时候，可将悬置系统的一端吊起，而另一端支承在支点上，但要保证其支点与式 33的悬挂点相同（如图 3示）。测量出拉力表的读数和所需参数 a、 b、   根据力矩平衡 的原理，可有如下方程成立：  z +Fz +=G(b) 即：  h= G s in s o o ）（(3 式中：   =a 2 ）  3  质心高度测量示意图  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 a 为悬置装置上按图所示任取两点的直线距离；   吊起时悬置系统上按图所示任取两点到支承点所在水平线的垂直距离；  h、  轴水平时悬置系统质心和悬挂点到支承点所在水平线的距离；  b、  Z 轴水平时悬置系统质心和支承点到悬挂点的距离；  （ 2）经纬仪测量法  由于任一连续物体的自由悬线的延长线必定通过物体的质心，因此我们可以通过使用经纬仪来测量悬置系统的质心位置。测量时，首先用钢丝绳将被测悬置系统捆吊起来，然后用两台互成 90的经纬仪，将其调成水平状态。将经纬仪镜头上的垂直坐标线对准悬吊钢丝绳垂直部分的中线，向下延长交于被测悬置系统的表面 A、 B 两 点，其中 A 为延长线进入悬置系统的点， B 为延长线出悬置系统的点。在悬置系统上做出相应的标记。  同理，改变悬挂位置，可以找到另外两点，即 C、 D 点。然后用大号的卡钳依次测量出 距离。  如图 3示，根据其几何关系，可以得到质心 M 相对于 B 点、 D 点（或 A 点、 置的计算公式：  =，       =    = ) 图 3置系统相对于缸底平面位置的测试示意图  则有：   （ 3  （ 3 式中： S 、     面积；   、  、 为图中相应线段之间的夹角；  相应线段的长度。  这样，质心相对于 A、 B、 C、 D 四点的位置就确定了，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 定的，没有任何特征，不能说明质心的具体位置，因此还需确定质心相对于所需基准面的位置。在实际测量中，可以选定一个测量基准面，如悬置系统中动力总成缸体的底平面。首先使底平面保持水平，然后分别测出    长度。通过图中的几何关系，可以求出悬置系统质心相对于基准面的距离  ：  （  +  ） 2   =    =   因此有：   = h                                             （ 3 式中： h 为基准面到投影基准面之间的距离，其余均为相应线段的长度。  同理可以确定质心与其它两个相互垂直的基准面之间的距离，这样就可以确定质心的空间位置了。  如果动力总成悬置系统是分开来分别测量的，即动力总成总成和变速器总成，可以利用多个离散质量的系统质心合成公式来计算：  r=                                                             （ 3 式中： r 为系统质心的坐标；  i 个离散质量；  i 个离散质量的质心坐标；  i 为离散质量的个数。  力总成悬置系统惯性参数的测量  对动力总成悬置系统惯性参数的测量主要包括对绕过质心的三个参考坐标轴的转动惯量和惯性积的测量。获得精确的惯性参数是对隔振系统进行分析和设计的重要前提。目前测量惯性参数的方法只要有以下几种：落地测试法、扭摆 测试振动法、基于 型的数值计算法、基于实验模态分析技术的参数识别法等。  落地测试法适合于结构简单的轴对称旋转刚体，在实际的工程中应用较少；基于 应用范围有限，一般可作为其它方法的验证手段；基于实验模态分析技术的参数识别法主要是对刚体振动系统进行激振实验，通过分析频响函数，拟合出刚体系统的惯性参数。但由于在分析中所涉及的参数较多、原理复杂，因而误差分析较难且物理意义不明显，目前也很少应用；扭摆振动测试法主要是通过测量系统的单自由度扭摆振动周期的计算来确定系统 的惯性参数。常用的方法有单轴扭摆法、双线复摆法和三线扭摆法等。单轴扭摆法和双线复摆法由于难于形成测试系统且对测量误差较灵敏而应用性较差。三线摆测试法由于是单轴转动惯量测试而精度较高且相对误差可以控制在 1%左右，因而在工程中应用较多，如车辆的动力总成。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 力总成悬置系统测得的参数  本课题所研究的动力动成包括：发动机、离合器和变速箱。对于动力总成悬置系统的质量很容易测量，用磅秤就能够很容易测得发动机悬置系统的质量，其结果为：整个系统总质量为 119 要计算悬置系统的固有特性，必须对悬置进行 x、 y、 z 三向的静、动刚度测量。静刚度的测量是在实验台上对悬置进行缓慢加卸载，测得悬置的载荷变化 F 及相应的变形S，二者的比值 F/S 即为静刚度。由于在不同的动载荷作用下，悬置的刚度不同，应对其进行动刚度测量。  所选参考坐标系为图 3的坐标系：以动力总成质心为原点，沿曲轴方向指向发动机前端为 X 轴，指向发动机左侧为 Y 轴，垂直向上为 Z 轴。根据实验报告得悬置参数如下表 3表 3示。  表 3 动力总成的质量和在质心坐标系下的转动惯量  M 00 g     表 3悬置相对质心的坐标位置（  后悬置  左悬置  右悬置  X    3悬置各项刚度值（ N/ 后悬置  左悬置  右悬置  20 100 80 0 70 42 50 110 115  置总成动力学模型的建立  本章对动力总成悬置系统进行仿真计算的首要工作就是要建立动力总成悬置系统的动力学模型，在验证了模型正确性的基础上，对所建立的模型进行仿真分析。运用动力学仿真软件 所建立的动力总成悬置系统模型进行模拟计算，可算出系统固有频率、振型矩阵以及系统的能量分布等。  一、  软件的介绍  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16  是美国参数技术公司（ 出的一种 件。它具有基于特征、全参数、全相关、单一数据 库等特点。它自推出以来，由于其强大的辅助设计和辅助制造功能，很快得到业内人士的普遍欢迎，并迅速成为当今设计最为流行的 的系统应用范围跨越许多行业，比如航空、航天、汽车、船舶、兵器、机械工业、模具、工业设计、信息家电、通讯电子等 3C 产业等等。功能应用包括实体与曲面设计、零件组装、二维工程图制作、管路设计、异种格式文件处理、机构仿真与有线元素分析等 术、钣金设计、模具设计、电缆设计、机械加工、逆向工程、同步工程、电路设计等。  同时，  又是一种集成化的  件，它提供了一整套完整的机械产品解决方案。该软件具有如下特点。  全参数化：  是世界上第一个商品化的参数化设计软件，参数化技术被称为术发展史上的第三次技术革命，它使零件的设计修改变得方便易行，用户在任何时候都可以对零件的设计尺寸进行修改。  基于特征的实体建模：  采用 基于特征的实体建模技术，实体建模是当今 术的先进建模技术。基于特征的理念，使软件的设计与加工思想可与工程师的思路完全吻合，从而使设计、加工简单易行。  全相关：由于  采用单一的数据库，这使得零件设计、模具 设计、加工制造等任何一个环节对数据的修改，都可自动地反映到其他相关的各个环节，从而保证设计、制造周期大为缩短，有力地推动了企业的技术进步。  二、运用  建立动力总成模型  1 绘制发动机缸体  打开 件，新建零件，选用单位为 用拉伸命令 绘制出缸体：  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 2 绘制 变速箱系统  运用旋转命令 和拉伸命令得到 ：  6 绘制 进排 气管：  运用扫描命令绘制出 进 排气管：  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 再运用复制特征命令绘出其他的排气管：  章小结  本章对动力总成悬置系统进行简化和假设，方便建立模型，建模需要对系统的参数 进行测量，测量系统的质量、质心的位置 和惯性参数。然后运用 件建立悬置系统的模型。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 4 动力总成悬置系统仿真  件的介绍  机械系统动力学自动分析（ 该软件是美国 司（ 开发的虚拟样机分析软件。 件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗 日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。  件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。   列产品的核心模块之一，采用 核进行实体建模，并提供了丰富的零件几何图形库、约束库和力、力矩库，并且支持布尔运算、支持7 和 0 中的函数。除此之外，还提供了丰富的位移函数、速度函数、加速度函数、接触函数、样条 函数、力 /力矩函数、合力 /力矩函数、数据元函数、若干用户子程序函数以及常量和变量等。  后处理模块 以为用户观察模型的运动提供所需的环境，可以输入测试数据，并将测试数据与仿真结果数据进行绘图比较，还可以对数据结果进行数学运算、对输出进行统计分析，可以改变图表的形式，也可以添加标题和注释；可以载入实体动画，从而加强仿真分析结果数据的表达效果；还可以实现在播放三维动画的同时，显示曲线的数据位置，从而可以观察运动与参数变化的对应关系。  置系统的分析与评价  如上所述，发 动机悬置系统的评价指标主要有悬置元件的振动衰减率是否满足要求；振动的解耦程度是否满足要求；模态频率的分布是否满足要求。第一个主要通过实验测得，故首先来分析后两个因素。  发动机动力总成悬置系统的动力学模型是一个空间六自由度的振动系统，分别为沿X、 Y、 Z 方向的平动和绕 X、 Y、 Z 轴的转动。通常把沿 X 方向的运动称为纵移，沿  Z 方向的运动称为竖移，绕 X 轴的转动称为倾移，绕 Y 轴的转动称为俯仰，沿 Z 轴的转动称为横摆。对于实际的发动机悬置系统，其固有振型一般不是单一的沿上述六个方向的，而是沿着某几 个方向的运动合成，并且在发动机激振以后好存在耦合振动，即同时存在 2 个以上的振型。  利用 块进行模态频率分布分析。  进行频域分析的工具，可以来检测 型的受迫振动，所有输入输出都将在频域内以振动的形式描述。通过运用 以实现各种子系统的装配，并进行线性振动描述然后利用后处理模块 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 因果分析与设计目标设置分析。在 件中，利用其 动分析模块进 行固有特性分析。 动分析模块是  件 的 一 个 插 件 ， 可 在加载 如图 4用该模块的 行模态分析，可得到系统的六阶固有频率及相应的模态动画。表 4悬置系统模型仿真计算出的各阶固有频率。从中我们可以看到，系统仿真结果中最高阶模态的固有频率为  图 4载 块  对发动机悬置系统进行模态分析，得到的能量分布各个模态的固有频率、振型以及六个模态中各个自由度如下表所示：  表 4   悬置 系统六个模态的固有