汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

宋家鳴

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的支承、限位以及隔振作用，對(duì)提高車輛乘坐舒適度具有很好的作用。本文主要對(duì)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振作用進(jìn)行分析，并提出優(yōu)化意見。

關(guān)鍵詞：汽車動(dòng)力；總成懸置；隔振

汽車的振源主要有兩個(gè)方面，即發(fā)動(dòng)機(jī)激振和路面激振。動(dòng)力總成通過(guò)懸置系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞給車身，引起車身振動(dòng)，同時(shí)還會(huì)引起車廂壁板振動(dòng)，從而產(chǎn)生輻射噪聲。因此，為達(dá)到汽車減振降噪的目的，應(yīng)從發(fā)動(dòng)機(jī)出發(fā)，減小其產(chǎn)生的振動(dòng)。此外，動(dòng)力總成對(duì)汽車隔振也有著巨大的影響。

1.發(fā)動(dòng)機(jī)隔振理論概述

汽車的振動(dòng)系統(tǒng)很復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的主要振源，若不能很好地控制其產(chǎn)生的振動(dòng)，容易導(dǎo)致身板筋件與車架連接的其他零件產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲，并且還會(huì)造成汽車失穩(wěn)、不平順，令車內(nèi)人員感到難受和疲憊，甚至?xí)率蛊嚵悴考p壞，縮短了汽車的使用年限。

2.發(fā)動(dòng)機(jī)隔振原理分析

圖1是來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的激振力；圖2 是來(lái)自路面的激振力。

設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)豎向激振力 ，因阻抗方式比較方便，用 表示 。其中彈簧無(wú)質(zhì)量，則系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程為 ，由此可證，在Feq作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)豎向位移幅值X為 ，傳遞到基礎(chǔ)上的力是彈簧力kx與阻尼力cx的合力，傳遞力FT為 ，其幅值為 ，由此可得到傳遞力幅值與激振力幅值之比的傳遞率 。

k指彈簧剛度，單位N/m； 指激振頻率，單位rad/s； 指系統(tǒng)固有頻率，單位rad/s；M集中質(zhì)量，單位kg； 指阻尼比， =c/Cc；c指粘性阻尼系數(shù)，單位為N s/m；Cc臨界粘性阻尼系數(shù)， ； 指頻率比， 。

不同的阻尼比與頻率比代入式，得到不同阻尼比下的傳遞率，如圖。

圖 3 不同阻尼比情況下的傳遞率

如圖2，設(shè)地面激振力使車架產(chǎn)生的位移為正弦波x1（t），對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)總成位移x2（t），彈簧力為k（x2-x1），阻尼力為c（x2-x1），根據(jù)牛頓第二定律可得 ，移項(xiàng)得出 ，應(yīng)用阻抗法，給出 ，相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)激振力。

圖3為不同阻尼比的傳遞率，圖中的所有曲線在 = ，由此得出結(jié)論： =1為共振點(diǎn)，又稱系統(tǒng)的危險(xiǎn)點(diǎn)。該點(diǎn)對(duì)阻尼感應(yīng)力十分強(qiáng)，即使小小的阻尼也會(huì)造成系統(tǒng)過(guò)大振幅，極其具有破壞性；0.75< < 為隔離區(qū)，此區(qū)域的傳遞率為TR>1，利用隔振器傳遞后的響應(yīng)幅值不僅沒有得到改善，反而比激振幅值更大，因此，此區(qū)為隔離段，應(yīng)盡量避免或者盡量保持激振頻率與固有頻率的距離； > 為工作區(qū)，在此工作區(qū)，無(wú)論阻尼大小，其頻率越增大，傳遞率越降低，甚至趨于零，但當(dāng) 超過(guò)5以后，傳輸率一般趨于平靜，波動(dòng)很小，所以一般取 值大約在2.5與5之間； <0.75為前工作區(qū)，該區(qū)在激振頻率低于固有頻率情況下，TR>1，通常情況下，激振頻率要低于系統(tǒng)的固有頻率，因此，面對(duì)來(lái)自路面激振時(shí)，其頻率與系統(tǒng)固有頻率之比應(yīng)不超過(guò)0.75。

3.動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

上述分析是針對(duì)單自由度振動(dòng)簡(jiǎn)單模型進(jìn)行研究與計(jì)算的，事實(shí)上，發(fā)動(dòng)機(jī)并不是單自由度振動(dòng)系統(tǒng)，也不只施加簡(jiǎn)單的激振力，其質(zhì)量分布具有不均勻性，因此，懸置的剛度也應(yīng)具備順應(yīng)這一特點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心與懸置頂點(diǎn)分別位于不同平面上，且常常后受到幾種激振力的同時(shí)作用，如發(fā)動(dòng)機(jī)的一階和二階往復(fù)慣性力，所有的作用線都不需經(jīng)過(guò)系統(tǒng)重心，從而產(chǎn)生力矩，造成轉(zhuǎn)動(dòng)。

因此，在設(shè)計(jì)建立發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)時(shí)，需要從三個(gè)移動(dòng)、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)以及不同方向間運(yùn)動(dòng)的耦合出發(fā)，而這種運(yùn)動(dòng)耦合極其容易造成不利影響。

4.結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明優(yōu)化后得到的懸置隔振率有明顯改善，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向車架的傳遞量，使得車輛的舒適程度更進(jìn)一層。

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