发动机悬置的结构、作用、设计要求

目录
发动机悬置的结构、作用、设计要求 (2)
1.1 悬置的作用 (2)
1.2 悬置的设计要求 (2)
1.3 悬置的设计结构 (2)
1.4 悬置的布置 (5)
1.5 悬置系统设计程序 (9)
1.1 悬置系统安装要求 (10)
发动机悬置的结构、作用、设计要求
1.1 悬置的作用
悬置元件既是弹性元件又是减振装置，其特性直接关系到发动机振动向车体的传递，并影响整车的振动与噪声。

1.2 悬置的设计要求
1.2.1 能在所有工况下承受动、静载荷，并使发功机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其他零部件发生干涉。

同时在发动机大修前，不出现零部件损坏。

1.2.2 能充分地隔离由发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递，降低振动噪声。

1.2.3 能充分地隔离由于路面不平产生的通过悬置而传向发动机的振动，降低振动噪声。

1.2.4 保证发动机机体与飞轮壳的连接面弯矩不超过发动机厂家的允许值。

1.3 悬置的设计结构
1.3.1 发动机悬置软垫的设计-金属板件和橡胶组成
1.3.1.1 悬置软垫的负荷
通常前悬置位于发功饥机体前端或机体前部两侧，与后悬置相比、远离动力总成的质心，因此动力总成的垂直静负荷主要由后悬置承担，而前悬置主要承受扭转负荷。

对后悬置来说．距离动力总成的主惯性轴较近，承受较小的扭转负荷及振幅。

同时，由于它处于发动机动力输出端，受传动系不平衡力的严重干扰和外部轴向推力的冲击，当发动机输出最大转矩时．支承点出现的最大反作用力也应由后悬挂来承担。

所以后悬置的垂直刚度较大，也起着限制动力总成前后位移的作用。

悬置系统同样还承受了汽车行驶在平平道路上的颠簸、冲击、汽车制动及转向时所产生的动负荷。

1.3.1.2 悬置软垫的机构形式
在设计发动机悬置时。

必须充分的考虑悬置的使用日的，例如支承的质量和限制的位移等，选择合理的形状。

悬置的基本形式有三中，即压缩式、剪切式和倾斜式。

给出了这二种悬置的基本特性及用途。

通常采用倾斜式的悬置结构，利用这种悬置的弹性特性，支点设定可以获得较大的自由度。

不同使用工况下可能出现的冲击加速度值，见下表。

悬置软垫的基本特性及用途
1.3.1.3 悬置软垫的限位。

如果动力总成的位移过大，使动力总成本身，或它进排气系、操纵机构、管路、接线等和周围的机件相碰，产生损伤。

同时悬置软垫也容易损坏。

为此，必须从悬置结构上限制过大位移。

⑴增加位移较大的方向上的悬置刚度。

例如，在汽车加速行驶或转弯行驶时，动力装置产生的惯性力，可能使动力装置产生较大的位移。

为了限制动力装置的位移，应该在前后、左右方向上设置较硬的悬置．防止动力装置出现过大的位移。

⑵采用非线形、变刚度的悬置结构，以同时减小小激振力引发的振动和限制大激振力时大的振动位移。

例如．在汽车停驶发动机怠速运转，或汽车等速行驶时，发功机的输出转矩较小。

这时，悬置软垫的刚度较低，能有效地隔离振动。

在快速起步时，驱动转矩的反力十分大，可能使动力装置产生左右横滚的振动。

此外，汽车在不平整路面上行驶时，随着整车的大幅度上下颠动，动力总成也产生很大的上下惯性力。

由于这时悬置软垫的刚度变大，也能有效地限制动力装置的振动和位移。

1.3.1.4 悬置软垫的可靠性
(1) 疲劳破坏
橡胶材料的循环变应力的作用下可能出现疲劳破坏，设计时应注意橡胶的许用应力和许用变形。

(2) 老化
悬置软垫在使用中，不可避免的会受到热、臭氧和紫外线等的作用、
造成悬置软垫的抗拉强度、力学性能下降，并产生裂纹。

因此在悬置设计中应使悬置软垫远离热源或加以隔离。

悬置软垫许用应力和变形
变形形式：允许应力允许变形
压缩 1～1.5 15～20
剪切 0.1～0.2 20～30
(3) 永久变形
悬置软垫在使用中反复地变形，或受热等因素影响下，橡胶将产生永久变形，使橡胶的尺寸发生变化。

(4) 粘接面的剥离
一般设计中要求橡胶与金属骨架的粘接强度高于3MPa，但由于产品质量问题或软垫在高温环境下长期使用后，粘接面的粘接强度下降并引起剥离而导致损坏。

1.3.1.5 悬置软垫橡胶的材料
在设计中应根据使用要求选择符合要求的橡胶材料。

目前主要采用混合橡胶，它以天然橡胶为主料，添加了部分丁苯橡胶．有的悬置也采用了丁腈橡胶。

目前采用的减振橡胶材料有一般的加硫橡胶，如NR (天然橡胶)， SBR(丁苯橡胶) ，BR (丁二烯橡胶)， IR(异戊橡胶)；特殊的耐油加硫橡胶，如NBR(丁腈橡胶)；特殊耐候(轻度耐油)橡胶，如CR(氯丁二烯橡胶)；阻尼力较大的橡胶，如IIR(丁基橡胶)；特别耐热的加硫橡胶，如EPDM（乙丙烯橡胶）。

1.3.1.1 悬置软垫的阻尼
根据悬置系统的幅频响应特性，当动力总成在低频振动时，为了减小振动的振幅，应采用阻尼因数较大的软垫，此时阻尼越大，振动响应越小。

其中，最典型的例子是冲击。

而当动力总成作30Hz以上的高频振动时，由于激振力的频率较高，可以不必考虑动力总成悬置系统的共振问题。

为了降低动力总成的振动对整车的影响，切断高频振动的传递。

应该使振动系的阻尼越小越好，此时阻尼越小，振动响应越小。

1.3.2 液压悬置-在轿车上得到比较广泛应用
只使用橡胶软垫，很难产生很大的振功阻尼。

为了改善冲击等过大的振动，悬置必须具有很大的阻尼力，这就是液压式悬置，它同样可降低高频时的悬置刚废，提高减振、降噪效果。

1.3.
2.1 液压悬置的构造
液压悬置的基本结构。

用一个中心螺栓将一个普通的锥形橡胶悬置垫固定在顶部，与隔板一起构成上腔，下腔由一个弹性皱皮膜和隔板构成，皱皮膜由—个固定盖保护，固定盖与皱皮膜构成与大气相通的气室，隔板上开有一个活动板。

同时隔板上开有小孔，阻尼缓冲液可由隔板上的小孔经上腔流到下腔。

1.3.
2.2 液压悬置的工作原理
当发动机高频小幅振动时，上腔内压没有上升，这样可得到较小的悬置刚度以减小振动。

当发动机低频大幅振动时，活动板的动作爱到限制、上腔压力升高，流体通过阻尼孔流人下腔，利用流体的流动阻力，产生很大的阻尼力，从而使振功得到很大的衰减。

在设计液压式悬置时，可以改变某些参数，自由地设定共振频率，例如改变液压悬置的动态参数，节流孔的口径和孔长等，这样，利用液体的共振现象，就能实现任意的动态弹性特性。

有的液压式悬置还设有高频节流孔等附加机件，能改善240Hz以下的动态弹性特性。

液压悬置的动态特
性见图1-2。

图1-1 液压悬置结构及工作原理
图1-2 液压悬置的动态特性实例
a)损耗系数；b)弹簧常数
1-位移为±1mm；2-位移为±0.5mm；3-位移为±0.1mm；
1.4 悬置的布置
悬置系统的布置
1.4.1 悬置点的数量
悬置点的数量根据动力总成的长度、质量、用途和安装方式等决定。

悬置系统可以有3、4、5点悬置，典型的布置见图1－3。

图1－3 典型的悬置系统简图
a) 三点式悬置系统 b) 四点式悬置系统 c) 五点式悬置系统
一般在汽车上采用三点及四点悬置系统。

因为在振动比较大时，如果悬置点的数目增多，当车架变形时，有的悬置点会发生错位，使发动机或悬置支架受力过大而造成损坏。

三点式悬置与车架的顺从性最好，因为三点决定一个平面，不受车架变形的影响，而且固有频率低，抗扭转振动的效果好。

值得推荐的是前悬置采用两点左、右斜置、后端一点紧靠主惯性轴的布置方案，这种布置具有较好的隔振功能。

在四缸机上得到广泛应用。

而前一点、后两点的三点式多用于一缸机。

四点式悬置的稳定性好、能克服较大的转矩反作用力，不过扭转刚度较大，不利于隔离低频振动。

但经过合理设计，仍可满足四缸机、更能满足一缸机的要求。

四点式悬置在一缸机上的使用最为普遍。

在重型汽车上，因为其动力总成质量和长度大，为了避免发动机机体后端面与飞轮壳接合面上产生过大的弯矩，一般在变速器上增加一个辅助支点，从而形成五点式悬置。

由于该支点距动力总成的质心最远，又是过定位点，因此辅助支点刚度不能太大，以避免因车架变形而损坏变速器或悬置支架。

1.4.2 悬置系统的解耦
1.4.
2.1 悬置系统的解耦目的
当弹性支承的刚体在一个自由度上的自由振动独立于另一个自由度上的自由振动时，我们说这两个自由度的振动是解耦的。

发动机悬置系统实际上具有一个自由度，并且是互为耦合的。

耦合的作用使发动机振动互相激励而加大，振动频率范围变宽。

这样要想达到同解耦时相同的隔振效果，就需要更软的悬置软垫，这就使得动力总成与周围零件之间有较大的相对位移，造成风扇与护风罩相碰或其他部件之间产生振动干扰，给整车布置造成困难。

由于软垫的较大位移，使橡胶内应变增大而影响其使用寿命。

另外，由于各自由度振动的互为耦合，很难对某个产生共振的自由度上的频率进行个别改进而不影响其他自由度上的隔振性能。

1.4.
2.2 悬置系统弹性中心
作用于被支承物体上的一个任意方向的外力，如果通过弹性支承系统的弹性中心，则被支承物只会发生平移运动，而不会产生转动。

反之，被支承物体在产生平移运功的同时，还会产生转功，即两个自由度上产生运动耦合。

同样，如果一个外力矩绕弹性中心主轴线作用于被支承物体上，该物体只会产生转动而不会产生平移运动。

反之，物体在产生转动的同时，还会产生平移运动，同样出现两个自由度上的运动耦合。

弹性中心是由弹性元件的刚度和几何布置决定的，与被支承物体的质量无关。

它对弹性系统而言，犹如质心之于刚体。

如果刚体质心与支承系统的弹性中心重合，则振动将大为简化。

理论上，如果使发动机悬置系统的弹性中心同发动机总成的质心重合(图1-4)，就可获得所有一个自由度上的振动解隅。

实际上完全解耦在悬置设计中是难以实现的，因为发动机的主要激振力只有垂直和扭转两种，而悬置设计中存在较多的约束。

因此只要在几个主要方向上获得近似解耦就行了。

图1-4 悬置系统坐标
1.4.3 悬置系统的布置
动力总成一般有三个弯曲模态，如果把前悬置点布置在节点上，使得弯曲模态在节点上不能被激发，则可将车架与发功机引起的弯曲振动激振力相隔离，发动机的垂直振动不致传到车架上。

通常应尽可能将前悬置点布置在动力总成一弯模态的一个节点上，以减小振动传递。

出于解耦的考虑，应根据撞击中心理论将后悬置布置在前悬置点的共轭点上，使前、后悬置点的冲击不至于相互影响，从而达到良好的隔振效果。

Lf·LR=Jy/m
式中：Lf－前悬置点离动力总成质心G的纵向距离；
LR－后悬置点离动力总成质心G的纵向距离；
JY－动力总成绕Y轴的转动惯量；
M－发动机－变速器动力总成的质量。

前、后悬置的刚度还要根据承载量及到质心的距离合理地匹配，达到垂直及俯仰方向上的解耦。

KFV·LF=KRV·LR
式中：KFV、KRV－分别为前后悬置的垂直刚度 N/cm。

悬置点如为一点，则尽可能靠近动力总成的最小惯性轴。

如为两点，出于解耦的目的，最好是呈V形布置，一般倾斜角度θ：40o～45o，如图1-5所示。

图1-5 V形悬置简图
V型布置的悬置系统的弹性中心较低，在设计中通过倾角及位置的调整容易使其弹性中心落在或接近动力总成的主惯性型轴上。

如果假设悬置软垫在两个剪切方向上的刚度近似相等，有下列公式。

垂直刚度：KV=2(kpsin2θ+kscos2θ)
侧向刚度：KL=2(kpcos2θ+kssin2θ)
扭转刚度：Kθ=2B2kpks/(kpcos2θ+kssin2θ)
θ-α=arctan(tanθ/k0)
式中k0—悬置软垫的压缩刚度与剪切刚度之比，即 k0=kp/ks；
A—弹性中心高度；
B—软垫支点到半水平距；
α—弹性中心到支点的连线的仰角；
θ—悬置软垫的安装倾斜角；
在实际设计中还有许多其他的布置形式。

如非对称的V形布置、平置、吊挂式等。

1.4.4 轿车发功机的悬置布置特点
轿车发动机一般采用四缸四冲程发动机．发动机前置、横置、前轮驱动，即FF式布置。

FF驱动方式下驱功反力矩直接作用于动力总成上，使发动机悬置受到较大的力。

因此，为
限制发动机及排气系统等的位移，发动机悬置要有必要的刚度。

另一方面，为了减小怠速及中高速区域的振动噪声，要求发动悬置具有具有较好的柔件，达到良好的隔振性能。

作用于发动机悬置上的驱动反力矩，在FR式场合，就是动力总成输出最人转矩时所产生的最大反作用力矩，即倾覆力矩，它等于发动机最大转矩乘变速器最大减速比。

这—倾覆力矩主要由后悬置来承担，力矩方向与发动机旋转方向相反。

因此在后悬置一侧的软垫上将产牛很大的额外压缩负荷。

但在 FF式的车辆上，则为差速器（驱动轴）的输出转矩。

因此FF式的驱动反力矩为阳式的3～4倍。

此外，在主要采用横置发动机的轿车上，差速器的驱动反力矩与发动机转矩波功的激振方向一致，并和车身弯曲的方向相同，因此在横置发动机的悬置布置中，有以下特点：
1.4.4.1 因降低发动机的扭转刚度有一定的难度，很难确保对发动机转矩波动激振的隔离。

1.4.4.2 因为车身弯曲共振频率接近于发动机扭转振动频率域，且振动方向一致，所以容易发生低速时的振动。

1.4.4.3 发动机、变速器及差速器成为—体，所以瞬态变化剧烈。

根据上述特点，在悬置设计上大体分为低速区域的转短波动激振及中高速区的惯性激振两部分。

悬置系统一般采用四点支承，其中一点为辅助点。

在设计上尽可能减小振动的耦合度。

采用非线性、变刚度的悬置软垫，提高低转矩时的隔振效率、减小大转矩时的振动位移。

图1-1，给出的前置发动机前轮驱动汽车发动机的悬置布置方案中，利用A、B、C三个悬置支承发动机装置的质量。

其中驱动转矩反力主要被C、D两个悬置所承受，这二个悬置的弹性和距离，也决定了动力装置的横滚共扼频率。

在这种汽车上，由于最终减速机构布置在变速器内，驱动转矩的反力较大，为了限制动力装置的位移，必须把动力装置的横滚共振频率设定的较低。

为此，C、D俩点大都采用非线性刚度系数的悬置软垫。

图1-1
1.5 悬置系统设计程序
1.5.1 确定动力总成的总质量，包括内部注满的机油和冷却液。

1.5.2 确定动力总成的质心位置。

1.5.3 确定动力总成主惯性轴的位置。

1.5.4 测出或估算出动力总成绕三个主惯性轴的转动惯量。

1.5.5 设定动力总成前、后悬置支承点的数目，布置形式，各支承点离质心和主惯性轴的位置及相应的几何尺寸，并结合解耦原理作必要的分析计算。

1.5.1 分别计算前、后悬置支承点上承受的静态负荷。

1.5.2 计算发动机机体后端面与飞轮壳接合面上的静态弯矩，该弯矩值必须在发动机制造商规定的范围内；否则，应调整前、后悬置支承点的位置或增加尾部辅助支承点，使该处的弯矩值控制在限值内。

1.5.8 计算发动机、变速器总成在悬置软垫上可能引起的最大转矩反作用力。

可用两种计算标准，一是发动机输出最大转矩时，另一是发动机在额定功率点时(包括最大变速比)。

然后根据软垫制造商提供的软垫“负荷——变形”曲线，核对所选样的软垫是否能承受这一作用力及软垫的最大变形量是否在合理的范围内。

1.5.9 按实际应用情况，确定动态负荷冲击加速度的数值。

1.5.10 设计悬置支架，按动态负荷计算进行强度校核。

若发动机制造商没有提出机体后端面与飞轮壳接合部位的静态弯矩限值，则应按动态负荷计算该部位的弯矩和工作应力，保证该薄弱环节安全。

1.5.11 对传统悬置及液压悬置选择。

合适的液压悬置或（传统悬置）悬置软垫，应能承受上述动态负荷，并满足隔振要求，确定软垫的刚度。

1.5.12 根据所选择的软垫的压缩和剪切刚度及系统布置形式，分别计算前、后悬置的垂直综合刚度，侧向综合刚度和扭转综合刚度及相应的固有频率（如果是平置式布置，则系统的垂直方向固有频率和隔振效率可从软垫制造商提供的坐标图上根据静态变形量确定）。

1.5.13 确定发功机的外激振频率。

1.5.14 通过软垫制造商提供的坐标图，按照软垫的静态压缩量以及外激振额率，确定悬置系统的隔振效率。

1.5.15 检查悬置系统是否具备克服其他外力和惯性力的能力，必要时应设置限位装置。

1.5.11 选择能满足工作环境条件的需要的悬置软垫的材料。

1.5.12 校核悬置系统的结构布置能否适应整车提供的空间，确保不与周围零部件发生干涉。

1.1 悬置系统安装要求
汽车发动机后悬置软垫结构是由上、下夹板夹持缓冲橡胶构成，其中的缓冲橡胶粘着在上、下夹板之间，下夹板上设有将软垫结构固定于车体上的二个螺栓，上夹板上方固设有角形板，该角形板的一斜面上固设有二个螺栓，该螺栓与汽车发动机连接固定，上、下夹板的端侧向内弯折，该汽车发动机后悬置软垫结构在正常使用状态时，角形板固定螺栓的斜面是呈水平状态，下夹板的与固定发动机螺栓相对的长侧边向内弯折抵靠在缓冲橡胶上，以防止缓冲橡胶脱出，另外，上、下夹板上固定有数个防脱柱，该防脱柱穿置在缓冲橡胶中，该防脱柱的高度小于缓冲橡胶的高度，该防脱柱的作用是增加上、下夹板与缓冲橡胶的接触面积，
防止缓冲橡胶脱落及脱出。