《发动机悬置》

发动机悬置的结构、作用、设计要求有兴趣的看看

发动机悬置的结构、作用、设计要求

1. 概述：

随着当前底盘、发动机技术的日臻完善，车辆的振动、噪声的控制转而成为各个整车厂在研发上的重中之重。据统计分析在一个车辆系统的上万个零部件中，对振动起关键作用的大概有二百个。

它们又分别在整车的振动系统中起不同的作用。这里仅对发动机产生的振动经由发动机悬置到车身的振动系统的结构、作用、设计要求给出一定程度的阐述和说明。

整车不同的部件都有自己的固有频率，见下表：

振动情况及位置

频率Hz

路面激励的频率范围

车体

1~3

座椅和驾驶员

4~8

发动机总成

5~18

前后桥

10~16

车轮共振

11~15

排气管机械系统

12~22

发动机的振动频率范围

怠速抖动

20~30

车体弯曲扭转

25~40

方向盘抖动

25~40

发动机总成弯曲

130~230

排气管气体系统

100~1000

变速器噪声

350~600

进气系统噪声

100~600

发动机噪声

1000~5000

基于汽车振动学的相应设计优化，应最大可能的避免整车主要部件在各种工况下的振动耦合。悬置的作用概括来说就是对发动机振动和路面激励的隔离和吸收，减少乘客舱中人所受的影响，降低其他零部件因为过多振动产生的疲劳破坏。

2. 悬置系统的结构

2.1 布置概念：

* 前轮驱动——较低排量，

* 后轮驱动——较大排量。

质量

发动机+变速箱

发动机+变速箱+驱动轴

转距

约1/4的驱动转距T

全部的驱动转距T

转距方向

纵向

横向

* 动力总成纵置，如海狮、阁瑞斯。

* 动力总成横置，如尊驰、骏捷等。

2.2 结构概念：

* 橡胶悬置

悬置结构为橡胶＋金属支架，在低频、大振幅的动刚度和滞后角变化小。

在高频、小振幅激励下的动刚度和滞后角变化不大，容易产生动态硬化现象，常用于发动机前后悬置，阻止发动机过渡扭转。

* 液力悬置

悬置结构为橡胶形腔＋液体（乙二醇）＋金属支架，在低频、大振幅的激励下具有大阻尼；在高频、小振幅的激励下具有小刚度。可根据实际和成本情况决定采用一个液压悬置还是采用多个液压悬置。常用于发动机左右悬置。

3. 发动机悬置系统的设计要求

3.1 确定发动机悬置系统的主要因数：

悬置的位置和静态刚度：

自重，加减速，弯道行驶，启动关车及交变载荷。

悬置的动态刚度：

怠速振动的隔离，加减速和常速行驶，与轮胎车桥的振动耦合。

悬置的阻尼：

橡胶，液力和空气悬置的阻尼，特性是频率和位移的函数。

3.2 静刚度曲线，如下图。表示悬置受载荷与位移的关系。

* 静态下沉与固有频率有如下图关系。

* 悬置刚度曲线上各工作区：

线性工作区是指在一般载荷下，悬置能对振动起很好隔离和吸收的工作段。

设定某一载荷工况为曲线的拐点，橡胶刚度曲线进入非线性区。并最终设定一个限位，以避免在任何工况下发生刚性零件的干涉。约束动力总成在空间运动的最大位移和最大角度。如下图：

3.3 动力总成的固有频率和振型

根据理论力学的理论，当我们视动力总成为一个刚体的时候，它在发动

机舱中运动分别包含沿X、Y、Z三轴向的平动及绕X、Y、Z轴的转动，即横向、纵向、垂直、偏转、俯仰、滚转六个自由度。

对于振动系统来说，它的振动传递率跟振动激励的频率、振动系统自身

的频率及系统阻尼有关，振动系统的传递率公式如下：

，其中为振动传递率；为频率比；为阻尼比，下图所示为不同阻尼比的

系统传递率曲线。

从而可以看出，只有当时，系统才能起到隔振的作用。而发动机的振动激励频率大于等于25Hz，也就要求动力总成刚体振动固有频率上限为

17.68Hz。

为避免振动耦合，所有着六个动力总成的刚体模态必须高于驱动轴固有频率又要低于轮胎的固有频率，在5—15Hz之间。大致的分布如下：

3.4 横置发动机的颠簸分析。

另一方面，作为发动机悬置系统的另一环。路面激励传至发动机再经由

悬置反馈于车体，在车内也会产生相应的振动及噪声特征。

在轮下加载相应路面激励功率谱，悬置在发动机侧和车身测会产生相应位移，进而在座椅滑轨上将激出相应的加速度。下图是模拟和测试值的差别。

3.5 怠速抖动分析

怠速是发动机的一个常用工况，所以通常情况下，发动机的一阶振动可

以通过发动机内部的平横轴等部件消除（有的装有双平衡轴的发动机对

二阶的振动也能起到很好的抑制作用）。二阶的振动在怠速区的频率约

为20-35Hz，这个频率刚好又和车体弯曲和转向系统的固有频率段比较

接近，所以发动机的怠速区在二阶的振动一定要避开动力总成的刚体模

态，又要和车体弯曲和转向系统的固有频率段由很好的区分。而把不合

避免的振动耦合放到不会引起长时间不适的启动停车阶段。见下图：

通过实际工程经验，可以根据悬置力和动刚度在设计之初估算振动和噪

声水平。

附：

静刚度

动刚度结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力。

静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度，动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度，即引起单位振幅所需要的动态力。

静刚度一般用结构的在静载荷作用下的变形多少来衡量，动刚度则是用结构的固有频率来衡量；

如果动作用力变化很慢，即动作用力变化的频率远小于结构的固有频率时，可以认为动刚度和静刚度基本相同。否则，动作用力的频率远大于结构的固有频率时，结构则不容易变形，即变形较小，此时结构的动刚度相对激扰较大。

但动作用力的频率与结构的固有频率相近时，有可能出现共振现象，此时动刚度最小，变形最大。

因此，动刚度是衡量结构抵抗预定动态激扰能力的特性。

特别地，对于橡胶等粘弹性体减振元件，其动刚度是描述减振性能的关键指标。这时往往使用复数形式的动刚度。在此情况下，复数动刚度等于复数力（频率的函数）与复数的位移（频率的函数）的比值。该复数动刚度的实部即静刚度（频率为0时的动刚度），虚部体现了阻尼效应。虚部除以实部的商的反正切称为损失角（loss angle）。

阻尼

科技名词定义

中文名称：阻尼

英文名称：damping

定义1：能量随时间或距离的耗散。

应用学科：机械工程（一级学科）；振动与冲击（二级学科）；机械振动（三级学科）

定义2：使振动能量随时间或距离逐步耗损的因素。如振动系统内部质点间相对运动的阻碍及外部介质摩擦等。

应用学科：水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；工程力学（水利）（三级学科）

以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

阻尼（英语：damping）是指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。在电学中，是响应时间的意思。

目录

详细释义

系统行为

分类

详细释义

系统行为

分类

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编辑本段详细释义

在机械物理学中，系统的能量的减小——阻尼振动不都是因“阻力”引起的，就机械振动

利用阻尼技术生产出来的铰链

而言，一种是因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这种阻尼叫摩擦阻尼；另一种是系统引起周围质点的震动，使系统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼叫辐射阻尼。

阻尼是指阻碍物体的相对运动、并把运动能量转化为热能或其他可以耗散能量的一种作用。

阻尼的作用主要有以下五个方面：

（1）阻尼有助于减少机械结构的共振振幅，从而避免结构因震动应力达到极限造成机构破坏；

（2）阻尼有助于机械系统受到瞬时冲击后，很快恢复到稳定状态；

（3）阻尼有助于减少因机械振动产生的声辐射，降低机械性噪声。许多机械构件，如交通运输工具的壳体、锯片的噪声，主要是由振动引起的，采用阻尼能有效的抑制共振，从而降低噪声；

（4）可以提高各类机床、仪器等的加工精度、测量精度和工作精度。各类机器尤其是精密机床，在动态环境下工作需要有较高的抗震性和动态稳定性，通过各种阻尼处理可以大大的提高其动态性能；

（5）阻尼有助于降低结构传递振动的能力。在机械系统的隔振结构设计中，合理地运用阻尼技术，可使隔振、减振的效果显著提高。

阻尼也指摩擦时需要稳定的时间，或指针万用表表针稳定住的时间。

在机械系统中，线性粘性阻尼是最常用的一种阻尼模型。阻尼力F的大小与运动质点的速度的大小成正比，方向相反，记作F=-cv，c为粘性阻尼系数，其数值须由振动试验确定。由于线性系统数学求解简单，在工程上常将其他形式的阻尼按照它们在一个周期内能量损耗相等的原则，折算成等效粘性阻尼。物体的运动随着系统阻尼系数的大小而改变。如在一个自由度的振动系统中，[973-01],称临界阻尼系数。式中为质点的质量,K为弹簧的刚度。实际的粘性阻尼系数C 与临界阻尼系数C之比称为阻尼比。<1称欠阻尼,物体作对数衰减振动；>1称过阻尼，物体没有振动地缓慢返回平衡位置。欠阻尼对系统的固有频率值影响甚小，但自由振动的振幅却衰减得很快。阻尼还能使受迫振动的振幅在共振区附近显著下降，在远离共振区阻尼对振幅则影响不大。新出现的大阻尼材料和挤压油膜轴承，有显著减振效果。

在某些情况下，粘性阻尼并不能充分反映机械系统中能量耗散的实际情况。因此，在研究机械振动时，还建立有迟滞阻尼、比例阻尼和非线性阻尼等模型。

编辑本段系统行为

系统的行为由上小结定义的两个参量——固有频率ωn和阻尼比ζ——所决定。特别地，上小节最后关于γ的二次方程是具有一对互异实数根、一对重实数根还是一对共轭虚数根，决定了系统的定性行为。

编辑本段分类

欠阻尼状态

当0<ζ <1时的解为一对实部为负的共轭复根，系统时间响应具有振荡特征，称为欠阻尼状态。

临界阻尼

当ζ = 1时的解为一对重实根，此时系统的阻尼形式称为临界阻尼。现实生活中，许多大楼内房间或卫生间的门上在装备自动关门的扭转弹簧的同时，都相应地装有阻尼铰链，使得门的阻尼接近临界阻尼，这样人们关门或门被风吹动时就不会造成太大的声响。

过阻尼

当ζ > 1时的解为一对互异实根，此时系统的阻尼形式称为过阻尼。当自动门上安装的阻尼铰链使门的阻尼达到过阻尼时，自动关门需要更长的时间。

零阻尼状态

当ζ=0时的解为一对纯虚根，称为零阻尼状态。

负阻尼状态

当ζ<0时的解为一对实部为正的共轭复根，系统时间响应具有发散振荡的特性，称为负阻尼状态。

阻尼时间

在物理电学中，是电流表

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