论文 -发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计

编号 毕 业 设 计（论文）题目 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计 二级学院 机械工程学院 专 业 理论与应用力学 班 级 109040701 学生姓名 王 霄 学号 1090070123 指导教师 郑光泽 职称 教 授 时 间 2013.3-2013.6 重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计2目 录摘 要 .4Abstract .51 绪 论 .61.1 本 文 研 究 目 的 及 意 义 .61.2 国 内 外 关 于 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系 统 的 研 究 现 状 .61.2.1 国 外 关 于 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系 统 的 研 究 概 况 .71.2.2 国 内 动 力 总 成 悬 置 系 统 研 究 的 概 况 .91.3 本 课 题 研 究 的 主 要 内 容 .102 动力总成悬置的基本理论 .122.1 动 力 总 成 隔 振 基 本 理 论 .122.1.1 发 动 机 隔 振 理 论 概 述 .122.1.2 发 动 机 隔 振 设 计 的 要 求 .122.1.3 作 用 在 发 动 机 动 力 总 成 上 的 激 励 力 .132.2 动 力 总 成 悬 置 系 统 动 力 学 模 型 的 建 立 .142.2.1 发 动 机 总 成 动 力 学 模 型 .142.2.2 悬 置 橡 胶 垫 的 动 力 学 模 型 .152.2.3 悬 置 橡 胶 垫 的 布 置 .162.2.4 动 力 总 成 悬 置 系 统 动 力 学 模 型 的 建 立 .192.2.5 动 力 总 成 悬 置 系 统 自 由 振 动 微 分 方 程 的 建 立 .192.2.6 自 然 频 率 和 振 型 的 解 法 .252.3 发 动 机 悬 置 系 统 解 耦 理 论 .262.3.1 弹 性 中 心 法 .262.3.2 刚 度 矩 阵 解 耦 法 .272.3.3 能 量 法 解 耦 .272.4 本 章 小 结 .283 动力总成悬置系统振动特性的计算与分析 .303.1 某 型 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系 统 参 数 .303.2 MATLAB 中 动 力 总 成 悬 置 系 统 固 有 特 性 的 计 算 结 果 .313.3 Adams 中 动 力 总 成 虚 拟 样 机 模 型 的 建 立 .323.4 动 力 总 成 虚 拟 样 机 振 动 特 性 分 析 结 果 .33重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计33.6 本 章 小 结 .344 动力总成悬置系统优化设计与分析 .364.1 最 优 化 组 合 设 计 .364.2 动 力 总 成 悬 置 系 统 的 优 化 模 型 .374.2.1 设 计 变 量 .374.2.2 优 化 目 标 .374.2.3 约 束 条 件 .384.3 优 化 结 果 .394.3.1 动 力 总 成 固 有 特 性 优 化 结 果 .394.4 本 章 小 结 .405 总结 .415.1 总 结 .41参考文献 .42文献综述 .44重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计4摘 要发 动 机 振 动 是 汽 车 的 主 要 振 动 激 励 源 之 一 ， 对 汽 车 的 乘 坐 舒 适 性 有 很 大的 影 响 。 设 计 合 理 的 汽 车 动 力 总 成 悬 置 系 统 可 以 明 显 地 降 低 汽 车 动 力 总 成 和车 体 的 振 动 。 这 样 不 但 可 以 改 善 汽 车 的 乘 坐 舒 适 性 ， 而 且 还 可 以 延 长 发 动 机与 其 它 部 件 的 使 用 寿 命 。本 文 利 用 数 学 软 件 MATLAB 和 动 力 学 分 析 软 件 ADAMS 对 某 款 汽 车的 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系 统 做 了 分 析 与 优 化 。 主 要 做 了 如 下 的 工 作 ：1 通 过 查 找 和 阅 读 大 量 的 相 关 文 献 ， 了 解 了 国 内 外 对 研 究 动 力 总 成 悬置 元 件 、 悬 置 系 统 优 化 设 计 状 况 。 同 时 了 解 了 汽 车 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系统 设 计 的 理 论 与 方 法 。2 根 据 所 确 定 的 研 究 对 象 ， 收 集 分 析 了 该 发 动 机 及 其 悬 置 系 统 相 关 的 实验 数 据 和 技 术 资 料 ， 为 之 后 的 分 析 做 准 备 。3 根 据 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系 统 的 设 计 原 理 和 悬 置 系 统 优 化 设 计 理 论 ，建 立 了 发 动 机 悬 置 振 动 分 析 的 动 力 学 模 型 ， 然 后 利 用 MATLAB 编 写 该 悬置 系 统 的 分 析 计 算 程 序 ， 即 M 文 件 ， 从 而 为 进 一 步 的 优 化 设 计 做 好 准 备 。并 且 利 用 MATLAB 进 行 编 程 计 算 ， 初 步 分 析 了 分析悬置动态特性对动力总成振动的影响。4 根 据 动 力 总 成 的 测 试 参 数 ， 在 ADAMS 里 面 建 立 了 该 发 动 机 动 力 总成 悬 置 系 统 的 六 自 由 度 模 型 。 此 模 型 计 算 结 果 与 MATLAB 程 序 的 计 算 结果 的 一 致 性 ， 说 明 两 个 模 型 的 正 确 性 。5 利 用 MATLAB 进 行 编 程 对 此 发 动 机 悬 置 系 统 进 行 了 优 化 ， 并 说 明优 化 结 果 的 正 确 性 和 可 信 性 。关键词：发动机悬置系统 振动分析 能量解耦 优化重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计5AbstractEngine is one of the vibration sources in vehicle, which may affects the comfort of the passengers apparently. The vibration of vehicle body and powertrain can be reduced in evidence if the powertrain mount system designed appropriately. Moreover, it is not only improve the comfortability, but also prolong the durability of components in vehicle.In this dissertation, a certain vehicle powertrain mounting system has been studied and optimized using MATLB and dynamic analysis software ADAMS. The most content are as follows:1. Based on a large number of references, the research status of powertrain mount components and mount system optimization is illustrated systematically. At the same time, the theory and methods of mount system design are discussed.2. A number of test data and technical references about the powertrain mount system are obtained for the further research.3. According to the optimization design theory of powertrain mount system, this dissertation edits the computing program using MATLAB, the M file, for analyzing the relationship of engines natural frequency and the mount location.4. A six degree of freedom model of the powertrain mounting system is built in ADAMS based on the test parameters. The simulation results of this model is coincident with the calculation results in MATLAB program, which means that both of the ADAMS model and the M file are correct. 5. The dissertation carries out the optimization of the powertrain mount system using MATLAB file, and the results show that the optimization process is valuable and creditable.Key words: engine mount system; vibration analysis; energy decoupling; optimization重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计61 绪 论1.1 本 文 研 究 目 的 及 意 义随 着 汽 车 技 术 的 发 展 ， 人 们 对 汽 车 的 行 驶 平 顺 性 、 乘 坐 舒 适 性 的 要 求 越来 越 高 。 然 而 在 汽 车 的 行 驶 过 程 中 ， 因 路 面 不 平 、 气 缸 内 燃 气 爆 炸 压 力 、 运动 件 的 不 平 衡 惯 性 力 周 期 性 的 变 化 都 会 使 发 动 机 整 机 系 统 和 曲 轴 系 统 产 生 振动 ， 所 以 其 悬 置 系 统 隔 振 性 能 的 优 劣 直 接 关 系 到 发 动 机 振 动 向 车 体 的 传 递 以及 路 面 的 不 平 对 发 动 机 工 作 的 影 响 。 本 文 以 发 动 机 总 成 悬 置 系 统 为 研 究 对 象 ，探 讨 其 在 参 数 改 变 时 的 振 动 规 律 ， 在 理 论 和 实 际 上 都 有 很 大 的 意 义 。汽 车 的 振 源 主 要 来 自 于 两 个 方 面 :发 动 机 和 路 面 。 而 发 动 机 作 为 一 个 主要 振 源 ， 其 产 生 的 振 动 是 由 动 力 总 成 (主 要 包 括 发 动 机 、 离 合 器 及 变 速 器 等 )经悬 置 系 统 传 递 给 车 身 ， 从 而 引 起 车 身 的 振 动 ， 并 通 过 车 厢 壁 板 的 振 动 产 生 辐射 噪 声 。 所 以 ， 最 大 限 度 地 减 小 发 动 机 振 动 向 车 身 传 递 是 汽 车 减 振 降 噪 的 关键 ， 而 动 力 总 成 的 悬 置 系 统 作 为 振 动 传 递 途 径 的 一 个 重 要 元 件 ， 对 于 汽 车 隔振 来 说 也 是 一 个 不 可 忽 视 的 环 节 。 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系 统 是 指 动 力 总 成与 车 架 或 车 身 的 弹 性 连 接 系 统 ， 该 系 统 设 计 的 优 劣 直 接 关 系 到 发 动 机 振 动 向车 体 的 传 递 ， 影 响 整 车 的 NVH(Noise, Vibration and Harshness)指 标 。 发 动机 悬 置 设 计 的 目 的 是 为 了 隔 离 发 动 机 产 生 的 振 动 向 车 体 的 传 递 ， 降 低 路 面 激励 对 发 动 机 的 影 响 ， 前 者 称 为 主 动 隔 振 ， 后 者 称 为 被 动 隔 振 。 合 理 选 取 悬置 系 统 的 动 力 学 参 数 和 悬 置 橡 胶 的 参 数 ， 尽 可 能 减 小 发 动 机 振 动 对 整 车 振 动的 影 响 ， 这 对 于 降 低 整 车 振 动 ， 提 高 车 辆 的 综 合 指 标 是 极 其 重 要 的 。1.2 国 内 外 关 于 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系 统 的 研 究 现 状悬 置 的 基 本 功 能 是 支 承 、 限 位 和 隔 振 。 支 承 就 是 要 承 受 整 个 发 动 机 动力 总 成 的 静 质 量 ， 避 免 因 产 生 过 大 的 静 变 形 而 影 响 安 装 定 位 。 限 位 就 是 防 止发 动 机 在 运 转 过 程 中 发 生 过 大 位 移 而 与 周 围 的 部 件 发 生 擦 撞 。 隔 振 就 是 衰 减发 动 机 的 振 动 向 车 体 的 传 递 ， 改 善 汽 车 的 振 动 、 噪 声 和 舒 适 性 。 支 承 和 限 位的 功 能 要 求 悬 置 刚 度 足 够 大 ， 隔 振 的 功 能 则 要 求 悬 置 刚 度 适 度 小 ， 这 两 者 之间 存 在 矛 盾 ， 需 要 折 中 考 虑 。重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计7隔 振 是 汽 车 发 动 机 悬 置 设 计 的 主 要 目 的 。 悬 置 系 统 要 隔 离 的 激 振 力 的 频率 范 围 较 宽 ， 路 面 激 励 的 频 率 集 中 在 2 3Hz 低 频 范 围 内 ， 发 动 机 产 生 的 扰动 力 频 率 在 亚 音 频 (3 20Hz)到 音 频 (20 1000Hz)这 一 频 率 范 围 内 ， 这 同 汽车 较 宽 的 行 驶 速 度 范 围 是 相 对 应 的 。 同 时 悬 置 系 统 面 临 的 任 务 是 要 缓 冲 汽 车处 于 启 动 、 怠 速 、 加 速 、 减 速 、 转 弯 、 刹 车 、 制 动 、 换 档 等 非 稳 态 工 况 下 受到 的 冲 击 载 荷 的 作 用 。 汽 车 复 杂 而 多 变 的 行 驶 工 况 ， 使 悬 置 系 统 在 整 个 工 作范 围 内 都 起 到 良 好 的 隔 振 作 用 成 为 一 件 十 分 困 难 的 事 情 。 要 满 足 上 面 这 些 要求 ， 理 想 的 悬 置 必 须 满 足 低 频 高 刚 度 大 阻 尼 ， 高 频 低 刚 度 小 阻 尼 的 特 性 。总 的 来 说 ， 汽 车 悬 置 设 计 是 一 件 非 常 复 杂 的 工 作 。 自 从 汽 车 悬 置 设 计 被重 视 之 日 起 ， 广 大 技 术 工 作 者 就 为 解 决 各 种 矛 盾 ， 实 现 悬 置 系 统 的 最 佳 化 设计 而 不 懈 努 力 着 。1.2.1 国 外 关 于 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系 统 的 研 究 概 况汽 车 诞 生 之 初 ， 动 力 总 成 是 直 接 用 螺 栓 等 刚 性 地 固 定 在 车 架 上 ， 发 动 机的 振 动 和 噪 声 直 接 传 递 到 车 体 ， 造 成 发 动 机 缸 体 和 支 架 很 容 易 损 坏 ， 乘 车 舒适 性 也 很 差 。 随 着 对 汽 车 舒 适 性 要 求 的 提 高 ， 人 们 在 1920 年 开 始 用 橡 胶 件来 连 接 动 力 总 成 和 车 架 ， 橡 胶 件 良 好 的 减 振 隔 振 特 性 ， 减 少 了 动 力 总 成 和 车体 之 间 的 振 动 传 递 。早 在 1939 年 ， Illife 就 提 出 了 悬 置 系 统 设 计 的 一 些 基 本 原 则 20 世 纪 50年 代 ， 但 比 较 为 人 熟 知 的 是 Horison 和 Horovitz 提 出 的 六 自 由 度 解 耦 理 论和 计 算 方 法 ， 他 们 将 汽 车 动 力 总 成 和 车 架 都 视 为 刚 体 ， 将 减 振 橡 胶 块 视 为 纯弹 簧 ， 利 用 动 力 总 成 惯 性 主 轴 特 性 和 撞 击 中 心 理 论 阐 述 了 如 何 调 整 橡 胶 悬 置的 安 装 位 置 和 悬 置 刚 度 ， 使 动 力 总 成 的 前 后 悬 置 的 振 动 相 互 独 立 ， 然 后 分 别按 单 自 由 度 线 性 振 动 系 统 处 理 ， 他 们 认 为 系 统 垂 直 方 向 固 有 频 率 和 绕 曲 轴 方向 的 固 有 频 率 应 小 于 发 动 机 怠 速 时 相 应 扰 动 频 率 的 三 分 之 一 ， 这 样 可 以 获 得较 好 的 减 振 效 果 。 他 们 的 研 究 成 果 是 最 早 的 较 成 熟 的 悬 置 设 计 理 论 1。最 近 三 十 年 来 ， 计 算 机 技 术 的 发 展 和 更 有 效 的 振 动 分 析 方 法 的 应 用 ， 使悬 置 系 统 的 设 计 和 研 究 、 仿 真 分 析 的 开 展 更 为 方 便 快 捷 。1979 年 ， Johnson 首 次 将 优 化 技 术 应 用 于 悬 置 系 统 的 设 计 ， 他 以 合 理 配重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计8置 系 统 固 有 频 率 和 实 现 各 自 由 度 之 间 的 振 动 解 耦 为 目 标 函 数 ， 以 悬 置 刚 度 和悬 置 安 装 位 置 为 设 计 变 量 进 行 优 化 计 算 ， 结 果 使 系 统 各 平 动 自 由 度 之 间 的 振动 耦 合 大 为 减 少 ， 且 保 证 了 系 统 六 阶 固 有 频 率 在 所 期 望 的 范 围 内 。 1982 年 ，R.Racca 以 限 制 空 间 、 悬 置 位 置 、 刚 度 、 固 有 频 率 和 振 动 解 耦 等 方 面 来 考 虑悬 置 的 减 振 隔 振 性 能 ， 对 传 统 的 FR 式 悬 置 系 统 设 计 进 行 了 全 面 总 结 。1987 年 ， H.Hata 和 H.Tanaka 对 怠 速 工 况 下 发 动 机 悬 置 系 统 的 振 动 进 行 深 入研 究 ， 并 得 出 优 化 悬 置 位 置 的 效 果 好 于 优 化 悬 置 刚 度 ， 车 身 弯 曲 共 振 频 率 应高 于 怠 速 频 率 ， 动 力 总 成 的 共 振 频 率 应 小 与 0.5 倍 的 怠 速 频 率 的 结 论 。国 外 学 者 和 厂 家 在 优 化 动 力 总 成 悬 置 系 统 的 位 置 和 刚 度 的 同 时 ， 对 悬 置本 身 的 结 构 和 动 态 特 性 也 做 了 大 量 的 研 究 工 作 。图 1-1 动 力 总 成 悬 置 的 理 想 特 性 曲 线理 想 的 动 力 总 成 悬 置 为 了 有 效 衰 减 因 路 面 和 发 动 机 怠 速 燃 气 压 力 不 均 匀引 起 的 低 频 大 振 幅 振 动 ， 应 具 有 低 频 大 阻 尼 高 刚 度 特 性 ； 为 降 低 车 内 噪 声 ，提 高 操 纵 稳 定 性 ， 应 具 有 高 频 小 阻 尼 低 刚 度 特 性 。 如 图 1-1 所 示 为 理 想 的动 力 总 成 悬 置 的 特 性 曲 线 与 橡 胶 悬 置 特 性 对 比 。 显 然 ， 这 些 是 橡 胶 悬 置 无 法满 足 的 。 于 是 ， 新 一 代 的 液 压 悬 置 应 运 而 生 了 。20 世 纪 40 年 代 ， Harding 和 Strachousky 先 后 提 出 将 液 力 减 振 机 构 与 橡胶 悬 置 组 成 一 体 思 想 。 之 后 ， 外 国 汽 车 公 司 在 液 压 悬 置 进 行 了 大 量 研 究 并 投入 使 用 。 液 压 悬 置 是 传 统 橡 胶 悬 置 与 液 力 阻 尼 组 成 一 体 的 结 构 ， 图 2 为 解耦 膜 式 液 阻 悬 置 结 构 简 图 。 液 压 悬 可 以 具 有 理 想 的 动 态 特 性 2。图 1-2 解 耦 膜 式 液 压 悬 置 结 构 简 图重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计9经 过 三 十 多 年 的 发 展 ， 液 压 悬 置 的 设 计 生 产 技 术 日 趋 成 熟 ， 已 成 为 动 力总 成 悬 置 未 来 发 展 的 必 然 趋 势 。1.2.2 国 内 动 力 总 成 悬 置 系 统 研 究 的 概 况随 着 我 国 汽 车 工 业 的 迅 速 发 展 以 及 人 们 对 汽 车 乘 坐 舒 适 性 要 求 的 提 高 促使 了 我 国 汽 车 科 研 工 作 的 广 泛 深 入 。 国 内 的 汽 车 专 业 人 员 对 发 动 机 悬 置 系 统的 研 究 虽 然 起 步 较 晚 ， 但 已 取 得 了 大 量 的 成 果 。 国 内 学 者 也 对 悬 置 系 统 进行 了 积 极 的 研 究 工 作 。 1983 年 起 ， 徐 石 安 等 人 在 优 化 问 题 上 以 悬 置 处 动 反力 幅 值 最 小 为 目 标 函 数 ， 适 当 控 制 系 统 的 固 有 频 率 ， 取 得 较 好 的 成 果 。1985 年 ， 潘 旭 峰 等 人 结 合 某 型 客 车 动 力 总 成 悬 置 参 数 设 计 问 题 ， 应 用 模 糊 集理 论 ， 通 过 移 频 、 解 耦 ， 降 低 悬 置 处 响 应 力 等 各 种 途 径 ， 对 悬 置 参 数 进 行 模糊 多 目 标 化 ， 得 到 了 较 好 的 综 合 效 果 。 之 后 ， 上 官 文 斌 等 人 从 工 程 实 用 角 度出 发 ， 给 出 了 动 力 总 成 悬 置 优 化 设 计 的 方 法 ， 在 扭 矩 轴 坐 标 系 中 建 立 优 化 模型 ， 以 系 统 固 有 频 率 为 目 标 函 数 ， 充 分 考 虑 到 系 统 解 耦 、 撞 击 中 心 理 论 应 用 、一 阶 弯 曲 模 态 节 点 选 取 等 原 则 ， 并 以 此 为 约 束 进 行 优 化 计 算 ， 取 得 了 良 好 的效 果 。1994 年 ， 王 立 公 等 人 率 先 在 国 内 对 液 阻 悬 置 结 构 发 展 进 行 了 系 统 论 述 ，王 立 公 等 人 率 先 在 国 内 对 液 阻 悬 置 结 构 发 展 进 行 了 系 统 论 述 。 1999 年 ， 裘重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计10新 等 人 建 立 了 某 型 车 动 力 总 成 的 液 压 悬 置 及 副 车 架 系 统 的 非 线 性 力 学 模 型 ，并 进 行 系 统 固 有 振 动 特 性 的 模 拟 计 算 ， 同 时 对 液 压 悬 置 和 橡 胶 悬 置 的 隔 振 特性 进 行 了 对 比 分 析 ， 并 得 到 实 验 模 态 分 析 结 果 的 证 实 。 2002 年 ， 吕 振 华 等人 对 国 内 一 种 轿 车 的 发 动 机 液 阻 悬 置 建 立 了 集 总 参 数 的 力 学 和 数 学 模 型 ， 进行 了 动 态 特 性 仿 真 ， 并 与 实 验 测 试 结 果 进 行 了 对 比 分 析 ， 其 研 究 方 法 有 一 定的 指 导 意 义 。 2009 年 ， 金 永 福 和 王 建 运 用 CAD 软 件 设 计 了 新 型 的 燃 料 电池 电 动 汽 车 动 力 总 成 橡 胶 悬 置 系 统 ， 使 橡 胶 悬 置 系 统 应 用 于 新 能 源 车 辆 上 。近 些 年 来 ， 国 内 一 些 学 者 和 研 究 人 员 通 过 试 验 测 量 得 到 动 力 总 成 悬 置 系统 基 本 参 数 ， 然 后 采 用 动 力 学 分 析 软 件 ADAMS 建 立 具 有 六 自 由 度 的 动 力总 成 悬 置 系 统 的 三 维 动 力 学 模 型 ,利 用 参 数 化 分 析 方 法 对 动 力 总 成 悬 置 系 统进 行 了 优 化 分 析 , 通 过 对 比 分 析 ,优 化 后 响 应 力 振 幅 以 及 质 心 加 速 度 响 应 和 优化 前 相 比 均 有 明 显 降 低 ,说 明 参 数 化 优 化 方 法 基 本 是 成 功 的 ,从 而 有 效 提 高 了动 力 总 成 悬 置 系 统 的 隔 振 性 能 3。1.3 本 课 题 研 究 的 主 要 内 容本 文 的 主 要 内 容 如 下 ：1 通 过 查 找 和 阅 读 大 量 的 相 关 文 献 ， 了 解 了 国 内 外 对 研 究 动 力 总 成 悬置 元 件 、 悬 置 系 统 优 化 设 计 状 况 。 同 时 了 解 掌 握 了 汽 车 发 动 机 动 力 总 成 悬置 系 统 设 计 的 理 论 与 方 法 。2 根 据 所 确 定 的 研 究 对 象 ， 收 集 分 析 了 该 发 动 机 及 其 悬 置 系 统 相 关 的 实验 数 据 和 技 术 资 料 ， 为 之 后 的 分 析 做 准 备 。3 根 据 发 动 机 动 力 总 成 悬 置 系 统 的 设 计 原 理 和 悬 置 系 统 优 化 设 计 理 论 ，建 立 了 发 动 机 悬 置 振 动 分 析 的 动 力 学 模 型 ， 然 后 利 用 MATLAB 编 写 该 悬置 系 统 的 分 析 计 算 程 序 ， 即 M 文 件 ， 从 而 为 进 一 步 的 优 化 设 计 做 好 准 备 。并 且 利 用 MATLAB 进 行 编 程 计 算 ， 初 步 分 析 了 分 析 悬 置 动 态 特 性 对 动 力总 成 振 动 的 影 响 。4 根 据 动 力 总 成 的 测 试 参 数 ， 在 ADAMS 里 面 建 立 了 该 发 动 机 动 力总 成 悬 置 系 统 的 六 自 由 度 模 型 。 此 模 型 计 算 结 果 与 MATLAB 程 序 的 计 算重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计11结 果 的 一 致 性 ， 说 明 两 个 模 型 的 正 确 性 。5 利 用 在 Matlab 里 建 立 的 模 型 对 此 发 动 机 悬 置 系 统 进 行 了 优 化 ， 并 说明 优 化 结 果 的 正 确 性 和 可 信 性 。重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计122 动力总成悬置的基本理论2.1 动 力 总 成 隔 振 基 本 理 论2.1.1 发 动 机 隔 振 理 论 概 述汽 车 是 一 个 具 有 质 量 、 弹 性 和 阻 尼 的 复 杂 振 动 系 统 ， 由 汽 车 各 个 子 振 动系 统 组 成 ， 每 个 子 系 统 都 有 各 自 的 固 有 频 率 和 特 性 。 汽 车 在 行 驶 时 ， 常 因 为路 面 不 平 、 车 速 变 化 、 转 向 、 发 动 机 振 动 、 传 动 系 统 不 平 衡 等 外 部 和 内 部 的激 励 ， 产 生 整 车 和 局 部 的 剧 烈 振 动 。 其 中 发 动 机 是 汽 车 的 主 要 振 源 之 一 ， 由它 产 生 的 振 动 如 果 得 不 到 很 好 的 控 制 ， 会 引 起 车 身 板 筋 件 及 与 车 架 相 连 的 其它 零 件 产 生 振 动 和 噪 声 ， 同 时 还 会 影 响 汽 车 的 操 纵 稳 定 性 和 平 顺 性 ， 使 乘 员产 生 不 舒 服 和 疲 惫 的 感 觉 ， 严 重 时 甚 至 损 坏 汽 车 的 零 部 件 ， 大 大 缩 短 汽 车 的使 用 寿 命 。经 济 性 和 乘 坐 舒 适 性 是 现 代 汽 车 设 计 中 追 求 的 两 个 重 要 指 标 。 为 了 获 得良 好 的 经 济 性 ， 现 代 汽 车 设 计 在 发 动 机 中 采 用 轻 型 材 料 ， 而 这 种 设 计 会 引 起更 复 杂 的 车 体 振 动 ， 增 大 了 驾 驶 室 和 车 身 的 噪 声 和 振 动 ， 对 乘 坐 舒 适 性 产 生不 利 的 影 响 。 这 就 对 发 动 机 与 车 体 之 间 的 隔 振 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 因 此 如 何更 有 效 的 进 行 隔 振 已 成 为 汽 车 设 计 的 重 要 课 题 。2.1.2 发 动 机 隔 振 设 计 的 要 求车 速 的 提 高 和 汽 车 的 轻 量 化 ， 使 得 发 动 机 振 动 引 起 的 各 种 问 题 日 益 突 出 ，发 动 机 悬 置 系 统 的 设 计 研 究 受 到 越 来 越 多 的 重 视 。 理 想 的 发 动 机 悬 置 系 统 应满 足 多 方 面 的 要 求 ：1) 支 撑 作 用 ： 发 动 机 悬 置 应 能 将 发 动 机 相 对 固 定 在 一 定 的 区 域 内 ， 使 其不 至 于 产 生 过 大 的 静 态 位 移 ， 从 而 影 响 发 动 机 的 工 作 。2) 限 位 作 用 ： 在 发 动 机 动 力 总 成 受 到 各 种 干 扰 力 （ 制 动 、 加 速 、 减 速 等 ）作 用 的 情 况 下 ， 悬 置 系 统 能 有 效 的 限 制 其 最 大 位 移 ， 以 避 免 与 相 邻 零 部 件 发生 碰 撞 与 干 涉 。3) 隔 振 作 用 ： 隔 振 作 用 包 括 两 方 面 ， 其 一 是 降 低 动 力 总 成 振 动 向 车 身重庆理工大学毕业论文 发动机动力总成悬置振动分析及悬置参数优化设计13的 传 递 ， 使 得 发 动 机 的 振 动 不 会 影 响 到 整 车 的 性 能 ； 其 二 是 衰 减 由 于 路 面 激励 引 起 的 动 力 总 成 振 动 ， 使 得 路 面 引 起 的 车 身 振 动 尽 量 不 影 响 发 动 机 的 工 作 。一 般 地 ， 发 动 机 动 力 总 成 系 统 在 空 间 六 自 由 度 系 统 内 是 耦 合 的 ， 一 个 方向 上 的 激 励 可 以 引 起 多 个 方 向 上 的 振 动 。 耦 合 振 动 会 导 致 动 力 总 成 的 共 振 频率 范 围 扩 大 ， 这 时 要 达 到 较 好 的 隔 振 效 果 就 需 要 使 用 较 软 的 悬 置 。 但 这 会 导致 动 力 总 成 位 移 变 大 ， 产 生 干 涉 。 所 以 发 动 机 悬 置 系 统 的 设 计 是 一 个 综 合 各方 面 的 因 素 ， 综 合 考 虑 的 过 程 。 目 前 国 内 外 主 要 是 通 过 两 种 途 径 来 设 计 和 改善 发 动 机 悬 置 系 统 的 性 能 4：1) 通 过 研 究 悬 置 本 身 的 特 性 来 提 高 悬 置 的 性 能 ， 保 证 发 动 机 悬 置 在 工 作的 过 程 中 表 现 出 最 佳 的 状 态 ；2) 通 过 隔 振 理 论 对 发 动 机 悬 置 系 统 进 行 设 计 分 析 ， 保 证 发 动 机 悬 置 的 各个 自 由 度 解 耦 、 各 个 悬 置 的 位 移 幅 值 最 小 等 较 佳 的 状 态 。本 文 将 通 过 第 二 个 方 面 来 对 汽 车 发 动 机 悬 置 系 统 进 行 设 计 。2.1.3 作 用 在 发 动 机 动 力 总 成 上 的 激 励 力从 发 动 机 隔 振 作 用 中 看 到 发 动 机 悬 置 的 两 个 隔 振 目 标 可 以 看 到 ， 发 动 机动 力 总 成 主 要 受 到 两 个 振 源 激 励 作 用 ， 一 个 是 路 面 的 不 平 通 过 车 轮 和 车 架 即悬 挂 系 统 作 用 在 发 动 机 上 ， 另 一 个 则 是 发 动 机 自 身 在 运 行 中 产 生 的 周 期 力 所产 生 的 振 动 。 路 面 激 励 的 幅 度 虽 然 变 化 很 大 ， 但 是 基 本 属 于 低 频 范 围 的 ， 其频 率 一 般 在 2.5Hz 以 下 ； 而 汽 车 的 发 动 机 是 一 个 强 烈 的 振 动 源 及 噪 声 源 ， 为了 提 高 发 动 机 的 效 率 降 低 耗 油 率 ， 发 动 机 内 的 爆 发 压 力 不 断 提 高 ， 因 此 激 振力 也 大 大 增 加 了 ， 相 应 的 噪 声 振 动 也 更 加 剧 烈 了 。 发 动 机 的 振 动 激 励 主 要 是由 曲 轴 旋 转 的 不 平 衡 及 气 缸 内 燃 气 爆 炸 往 复 做 功 产 生