发动机悬置设计介绍-中文译文

发生机理
发动机二阶惯性力 ⇒发动机悬置 ⇒车身音响特性
2020/7/15
发动机悬置的对策例
•减小弹性模量。 •装动力阻尼器。
发动机音
发生机理
发动机悬置的对策例
发动机旋转振动 （15～20Hz）
⇒增加车身弯曲振动 （弯曲共振点20～30Hz） ⇒STEERING FLOOR的振动
2020/7/15
・减小弹性模量。 • 极力抑制橡胶纵荡､支架类发
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发动机悬置的对策例
・加大弹性模量、衰减。 •做成非线形弹性模量。
发动机上下颤动
发生机理
①坏路上下颤动 粗糙路面⇒弹簧下振动
②良路上下颤动 轮胎不平衡⇒弹簧下振动 ⇒发动机悬置系共振⇒车身振动
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发动机悬置的对策例
・加大弹性模量、衰减。 •改变橡胶的倾斜。
室内共鸣音
颤动，多数是摆动和上下稍稍连成时为好。 但是，连成度的最佳值不仅仅取决于发动机悬置，必须考虑车身、悬 架、发动机、变速器等的特性，由试验决定。
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3-3.橡胶的热害容许温度
零部件名称
温度最高处所及使用材 料
发动机悬置橡胶 发动机悬置橡胶 发动机悬置橡胶
发动机悬置橡胶
发动机悬置橡胶 滚动阻尼橡胶 滚动阻尼橡胶 发动机悬置橡胶(液封)
生共振。 ・装动力阻尼器。
②橡胶悬置 ・橡胶A（低衰减） ・橡胶B（高衰减）
液体封入式
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按照承受载荷方式分类，基本形状大致分为压缩型、剪切型以及中间倾斜（ 复合）型。
・压缩型：单位受压面积可以承受大载荷。 ・剪切型：用于希望主方向的弹性模数特别低的场合。 ・倾斜型：设定上述弹性模数困难时使用。
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为得到非线性弹簧特性的构造。
通常，设有阻塞橡胶并且和悬置橡胶为一体，由此可以得到非线 性弹簧特性。
中间连接板
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倾斜配置
3-2.发动机悬置支架设计必要条件
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(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
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悬置设计方法介绍
1.发动机悬置开发流程 2.汽车的防振技术 3.设计阶段考虑的项目
3-1.形状、构造 3-2.支架设计要点 3-3.支架材料 3-4.液压悬置介绍 4.悬置特性和NVH
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发动机悬置设计
悬置位置研讨
悬置规格研讨
开
发
绘制图纸
流
程
试验
基本尺寸图、发动机舱布置 设计构想书、动力总成重量
•动弹性模数升高。
对发动机摆动频率有效果，但不利于对 更高频率的防振。
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4.悬置特性和ＮＶＨ
• 怠速振动 • 急加速・減速时的振动 • 发动机摆动 • 室内共鸣音 • 发动机音
振动、噪声的问题
发生机理 振动模型・频率、发动机悬置的对策例介绍。
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怠速振动
发生机理
发动机摇摆振动 (15～20Hz)
动力总成的转动惯性矩
目标值设定
评价方法
改进设计 确认试验
改进方案具体实现 改进效果的确认
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输入项目
悬置规格研讨
• 设计构想书 • 动力总成重量（悬置位置分担重量） • 动力总成的转动惯性矩
输出项目
悬置方式 悬置弹性模量 悬置材料 悬置、支架
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悬置设计顺序
悬置支承位置的决定
fn＝1 Kd＜激振力的最低频率
2I
2
(2)在能够支持D,R RANGE的怠速扭矩 (包括 A/C on等高怠速)的范围内，线形区域Ｌ尽量 狭窄。
(3)加减速冲击与 K2／K1 成正比，所以 K2/K1之目标值取2～3以下，希望尽量小。
(4)为了确保发动机舱内的动间隙，在急起步
等条件下也不得超过θmax(±4°左右)。
• 怠速振动 车身的越前端对上下的感度越高，所以通常前悬置的刚度比后悬置
低时，怠速振动好。
• 发动机上下颤动 动力总成对于不整路面引起的上下激振力的上下响应，悬置完全非
连成时，上下共振被强烈激起，舒适性恶化。对于上下激振力，如果 有些摆动或者前后颠簸连成，共振水平会降低。但是，连成度有最佳 值。
• 弹性滚动轴的设定范围 实际上，采用完全非连成悬置很难满足上述怠速振动和发动机上下
ＩＩＲ ＮＲ
ＮＲ／ＳＢＲ 耐熱ＮＲ／ＳＢＲ
(ＥＰＤＭ) 耐熱ＮＲ ＮＲ 耐熱ＮＲ ＣＲ
容许温度 ℃
１０５ １００ １１０
１１５
１０５ １２０ １３０ １１０
瞬间容许温度 ℃
１５０ １５０ １５０
１５０
１５０ １５０ １５０ １５０
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防振橡胶的材料
（１）一般的加硫橡胶 ・NR（Natural Rubber天然橡胶） ・SBR (Styrene
・PDM
(Ethylene Propylene Rubber)
（４）要求特大衰减力加硫橡胶 ・IIR (Isobutylene Isoprene Rubber )
（５）特别要求耐热性加硫橡胶 ・EPDM（Ethylene Propylene Rubber）
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3-4. 液压悬置介绍
橡胶
（ａ）想得到2方向硬，另1方向软时： 如果采用筒型（右图的形状）， 与轴向的弹性模数k１相比， 轴垂直方向的弹性模数k２相当大， ｋ１/ｋ２可以取到10左右。
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（ｂ）想得到1个方向硬，其它2个方向软时： 加入中间连接板，可以增大弹性模量比。（左下図）
（ｃ）想得到3个方向的弹性模量相同时： 倾斜配置防振橡胶，可以使2个方向的弹性模量相同。（右下図 ）
（ｃ）为了防止发动机振动、提高乘坐舒适性，支承系的上下 方向的固有频率(BOUNCE fn)设定得比悬架下固有频率稍高 。
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支承系的固有频率(ROLL fn)
(1)Ｌ区域的动弹簧特性（Ｋd1）决定动力总 成的共振频率(fn)，支配怠速时的滚动防振 性能。设动力总成的转动惯性矩为I ，ROLL fn必须满足下式。
Butadiene Rubber苯丁橡胶) ・BR (Polybutadiene Rubber聚丁二烯橡胶)
・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)
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刚体的惯性主轴
使刚体围绕通过刚体重心的任意方向的轴旋转，就会产 生改变旋转轴方向的力矩。例如，图中使圆柱围绕轴AA旋转 ，由于离心力的作用将产生箭头所示的力矩。可是，该圆柱 围绕轴BB或者轴CC这样的圆柱图形的对称轴旋转时，将不产 生绕AA轴旋转时改变旋转轴方向的力矩。 这样，使刚体绕该 轴旋转时，从和刚体一起旋转的坐标系看，不产生改变旋转 轴方向的扭矩，称该轴为刚体的惯性主轴。
各支承点的静载荷 （尽量均等）
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
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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。
动弹性模数(Ｋ) kd=(2πf)2xｍ/ 1000 =(2xπx4)2x100/1000 =59.7 (N/mm)
2020/7/15
静弹性模数(Ｋ)
ks=kd/α
α=1.4
=42.6 (N/mm)
α=1.4(NR天然橡胶)、 2.0(NBR丙烯氰聚丁橡胶)
1.汽车的防振支承
汽车轻量的车体内 装有沉重的发Байду номын сангаас机 再坐上乘员、装上货物 行驶在道路上。
⇒增加车身弯曲振动 （弯曲共振点20～23Hz） ⇒方向盘、地板的振动
发动机悬置的对策例
・减小弹性模数。 ・加动力阻尼器。 ・车身弯曲振动制振 ・利用散热器做动力阻尼器。
2020/7/15
急加速・减速时的振动 （晃动振动）
发生机理
急加速・減速⇒发动机摇动 ⇒车身振动
（FF车因发动机、变速器、传动 系为一体，故晃动剧烈）
液室１
孔
隔板 液室２ 橡胶膜 空气室
振动位移加在防振橡胶上时，被封入的液体通过液室１和 液室２之间的孔往复进出，产生制振作用。
2020/7/15
Loss factor
Orifice
振幅和损失因素的关系
•在７～10Hz附近形成大的高峰 如果将此高峰和发动机摆动频率一致， 能够得到制振效果。
Orifice
防振比一般产业机械复杂。需要涉及多种防 振技术。
2020/7/15
汽车的振动状态
• 悬架以下振动(10～15Hz)：悬架以下零件加振。 路面凸凹振动和悬架以下零件的共振
• 车身晃动：在特定的车速范围，10Hz前后的振动。 车身的弹性振动和悬架以下振动的共振
• 发动机上下抖动：发动机上下固有振动(8～15Hz)的共振。 • 怠速振動：4缸发动机时20～30Hz。
2020/7/15
3.设计阶段考虑的事项
(ａ)尽量接近非连立条件、各自由度的振动分离独立化的同时 ，取支承系的固有频率(ROLL fn)为加振频率的1/√2以下， 共振点远离实用频率领域，提高振动绝缘的效果。
（ｂ）使支承系的弹性主轴和动力总成的扭矩转动轴重合，取 扭矩变动产生的旋转振动不诱发并进振动的位置。
—— ＦＦ车中的主流
以左右悬置（图中A,B)为主悬置， 配置在滚动惯性主轴附近。 前后配置为辅助悬置（图中 C,D）。
＜特征＞ ・发动机、变速器悬置主要支持上下方向， 前、后摇动悬置主要支持摇动方向。 上下和摇动各自独立，容易协调。 ・设计时可以提高上下刚度、且降低摇动刚度， 所以乘坐舒适性(ENG SHAKE)和IDLING振动两方面兼顾得很好。
怠速振动和车身的弯曲共振 • 加減速Shock：过激的驱动力矩的作用。
摇动(Sage)(～10Hz)、上下颤动(～30Hz) • 车内共鸣声(60～80Hz)：动力总成的振动与车内共鸣。 • 加速噪声(～1000kHz)： 动力总成的振动向车身加振。
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2.惯性主轴支持方式 动力总成
2020/7/15
TORQUE ROLL角
上下固有频率（ｆｎ）的决定
４缸发动机中，曲轴转一转加振2次， 所以强制频率（ｆ）取为怠速转速的2倍。
选定固有频率（ｆｎ）＝ｆ／３～２。 （例）怠速转速６００ｒｐｍ
４缸发动机的ｆ＝１２００rpm 选定ｆｎ＝６００～４００ｒｐｍ
2020/7/15
3-1.悬置的形状、构造
考虑1G状态下加在悬置上的载荷来设计悬置橡胶。
载荷
2020/7/15
δ=载荷/静弹性模数
设定在1G状态下处于中心位 置。
计算实例
动力总成载荷 200kg(支承载荷100kg) 发动机转速 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
2020/7/15
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。
防振支承时固有频率的求法 固有频率根据机械的重量和防振橡胶的弹性模数按照⑵式求得
2020/7/15
f=固有频率（Hz） K=防振橡胶的动弹性模数(N/mm) m=防振橡胶支承的载荷(kg)
考虑1G状态的载荷进行设计