汽車發(fā)動(dòng)機(jī)彈性支承隔振解耦方法

李陽

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079）

1 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)分析及對(duì)策

車輛的動(dòng)力非常受電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，駕駛車輛時(shí)的路況會(huì)導(dǎo)致車身由于發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡和氣壓降低而振動(dòng)。這是由于車輛的運(yùn)行中寬帶振動(dòng)的頻率是固定的，因此，振動(dòng)強(qiáng)度會(huì)沿著振動(dòng)頻率的低頻段集中。振動(dòng)的形式主要可以分為垂直振動(dòng)和水平振動(dòng)。研究表明，非線性振動(dòng)隔離技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用可以集中，并有效地控制寬頻率條件下電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。而在高頻條件下，僅需要確保所選擇的材料足夠，并且參數(shù)足以確保在不改變車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)減小發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)效果，可以促進(jìn)功能結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。但是，由于響應(yīng)頻率與非線性系統(tǒng)的勵(lì)磁頻率不匹配，因此，非線性振動(dòng)難以充分理解發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。對(duì)于非線性系統(tǒng)，其振動(dòng)隔離與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的性能有關(guān)，因此，非線性系統(tǒng)存在一些限制。橡膠懸架技術(shù)是目前普遍使用的技術(shù)，可以有效地減少由低頻電動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)。但是，通過將振動(dòng)與高頻帶進(jìn)行比較，機(jī)械設(shè)備的出色性能也起著重要作用，橡膠懸浮液分離技術(shù)導(dǎo)致高頻范圍內(nèi)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)硬化，致使效果不佳。因此，必須在技術(shù)上進(jìn)行更改。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)彈性支承隔振的解耦方法

（1）振與解藕。在振動(dòng)分離方面，并不需要解決振動(dòng)系統(tǒng)的問題。要實(shí)現(xiàn)出色的隔振效果，可以控制振與解藕，而振動(dòng)系統(tǒng)中存在以下振動(dòng):

系統(tǒng)在頻域內(nèi)的響應(yīng)為：

式中：[H]為導(dǎo)納矩陣，式（2）的展開式（3）寫成：

導(dǎo)納和系統(tǒng)各模態(tài)參數(shù)間有如下關(guān)系式：

當(dāng)然，由于坐標(biāo)的系數(shù)和真空的使用，導(dǎo)致的結(jié)果是:H變小，該系統(tǒng)將對(duì)冷的分離產(chǎn)生積極的影響。為了研究振動(dòng)的諧波關(guān)系，需要綜合系統(tǒng)子結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，有必要確定故障程度和其他困難程度的定量特性。但是，對(duì)于解決方案，可以找到有關(guān)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性質(zhì)的正確規(guī)范。對(duì)于電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，一般要求如下：電機(jī)的振動(dòng)模式圍繞曲柄旋轉(zhuǎn)。在電動(dòng)機(jī)緩慢時(shí)，曲柄的固有頻率將小于勵(lì)磁頻率的一半。發(fā)動(dòng)機(jī)的垂直振動(dòng)狀態(tài)（主要是汽車的上下、來回運(yùn)動(dòng)），必須通過控制諸如垂直振動(dòng)和前輪胎的旋轉(zhuǎn)彎曲之類的頻率來解決。在兩種振動(dòng)狀態(tài)下，必須完全求解坐標(biāo)。

（2）能量法解藕。發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)中的振動(dòng)有很多問題。過去，這是通過重組直接有效地實(shí)現(xiàn)的，基本方法是通過系統(tǒng)的中心主慣性軸調(diào)整軸向系統(tǒng)中的彈性元件解除藕動(dòng)。因此，彈性中心主要是慣性軸或質(zhì)量（cs）系統(tǒng)。當(dāng)放置在中心時(shí)，沒有彈性聯(lián)軸器。在圖1 中，指向彈性中心，點(diǎn)I 的位置由以下等式確定

彈性構(gòu)件的幾何被充分調(diào)節(jié)并且處于所需位置，只要它是橡膠組分的k 值（k 是橡膠組分的壓縮剛度與壓縮強(qiáng)度和剪切剛度之比）即可。

圖1 彈性支承布置解藕結(jié)構(gòu)方案

如果基本電動(dòng)機(jī)軸與兩個(gè)軸成一定角度分開，則電動(dòng)機(jī)主體可以在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（非彈性）的影響下圍繞固定的“尖銳注意”（C3，C4）獨(dú)立振動(dòng)，可以在“彎曲軸”周圍調(diào)整彈性，以解決該問題。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)施上述步驟時(shí)，可以在大多數(shù)加蓋固定系統(tǒng)中輕松操作。氣缸機(jī)械具有固有的對(duì)稱平面，因此曲軸與慣性軸“彎曲軸”之間的角度不是很大。使用“主軸”之一進(jìn)行修改計(jì)算，比較簡單容易，如果電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)沒有清晰的對(duì)稱平面，則面板的主軸（例如，現(xiàn)在很流行的全輪驅(qū)動(dòng)車輛），由于發(fā)動(dòng)機(jī)的原因，很難調(diào)整上述步驟，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，如公式（4）。

上面的模型只能在方向上自由求解，優(yōu)化解決方案的過程需要評(píng)估換擋，這是解決該問題的新方法。馬達(dá)的支撐元件是具有潤濕結(jié)構(gòu)的橡膠的一部分，該潤濕結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的x 軸曲軸的方向，這說明Cl 具有作用在第一歸一化坐標(biāo)上的抽力。公式（l）可以寫成

在新的主坐標(biāo)系{q}下的微分方程式（5）變?yōu)椋?/p>

式中：[Mp]及[Kp]為對(duì)角陣。

在新坐標(biāo)系{q}下的廣義力{F}為：

由（8）式可知，新坐標(biāo)系{q}下的廣義力{F}由原來的1 個(gè)變成了6 個(gè)，即：

公式（7）可以解決問題，但振動(dòng)分離問題還必須解決6 個(gè)自由度，這會(huì)增加歸一化的力，并減小解，原始坐標(biāo)的格式是解決問題的唯一方法，因?yàn)樽詈檬亲杂山鉀Q隔振問題。

原始的標(biāo)準(zhǔn)化坐標(biāo)x 方向相同，并且與差值成正比。因此，可以從廣義上理解，并且系統(tǒng)從原始坐標(biāo)含義中得出振動(dòng)分析。通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化來檢索制度矩陣的第i 行和第i列的非對(duì)角元素。如果要優(yōu)化數(shù)學(xué)編程，則必須編寫自己的非對(duì)角r 模式，但是值是不同的，因?yàn)槊總€(gè)元素w 看到的物理平均值不相等。為了提高計(jì)算的穩(wěn)定性，應(yīng)通過擴(kuò)展上述優(yōu)化模型，將相互速度擴(kuò)展到振幅的定義。

（3）利用對(duì)稱布置的V 形懸置組使振動(dòng)系統(tǒng)剛度矩陣中的非對(duì)角元素(彈性耦合)為零作為解耦目標(biāo)。這是一種彈性檢測(cè)方法，其物理含義很清楚。系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度矩陣是對(duì)角線，在完全分解狀態(tài)下，可以假設(shè)系統(tǒng)的振動(dòng)應(yīng)力為零振動(dòng)數(shù)。在不完全狀態(tài)下，彈性耦合系統(tǒng)的類型和程度可以由圓頂剛度矩陣確定為零，而不能由耦合系統(tǒng)的振動(dòng)水平?jīng)Q定。在一般情況下，其永遠(yuǎn)不會(huì)為零，并且如果系統(tǒng)的剛度矩陣不是嚴(yán)格對(duì)角的，則兩個(gè)自由度之間的彈性交換不支持振動(dòng)一致性。在振動(dòng)系統(tǒng)的基本慣性軸坐標(biāo)系時(shí)，歸一化質(zhì)量矩陣是對(duì)角矩陣。盡管存在慣性鍵，但不同彈性系數(shù)之間的相互作用仍然很復(fù)雜。同時(shí)，許多自由方向都吸引了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的動(dòng)力，如不平衡的旋轉(zhuǎn)慣性，具有多個(gè)自由度來響應(yīng)刺激。這阻礙了自然頻率在驅(qū)動(dòng)懸掛系統(tǒng)和其他車輛的聲音系統(tǒng)之間的投射。因此，這不是評(píng)估振動(dòng)水平的正確方法。

（4）以剛體模態(tài)振型向量中各個(gè)分量的相對(duì)大小來判斷各自由度之間的振動(dòng)耦合程度。這是識(shí)別模態(tài)振動(dòng)耦合的最基本方法，機(jī)械含義很明確。如果每個(gè)狀態(tài)向量中只有一個(gè)分量為0，而所有其他分量為0，那么我們可以假定系統(tǒng)的振動(dòng)電壓為零。實(shí)際上，在這一點(diǎn)上，可以將調(diào)制解調(diào)器矩陣視為一個(gè)單位矩陣，該矩陣乘積和單位矩陣仍然是矩陣。可以從屬性中估價(jià)，模態(tài)質(zhì)量矩陣和模態(tài)剛度矩陣必須是對(duì)角矩陣，質(zhì)量矩陣和剛度矩陣也必須是對(duì)角線。因此，結(jié)論是振動(dòng)沒有相似性。即，如果系統(tǒng)矩陣的質(zhì)量或剛度不是嚴(yán)格地對(duì)角矩陣，則模式矩陣可能不是同一矩陣。在振動(dòng)機(jī)構(gòu)的平移和旋轉(zhuǎn)自由度這一點(diǎn)上，可能難以確定非零乘積的存在，以及在不同尺寸處發(fā)生振動(dòng)的情況下的振動(dòng)耦合程度和向量元素。例如，由于短期自由度和革命幅度，車輛的劇烈振動(dòng)通常具有不同的質(zhì)量和扭矩。因此，在該值（大約1 位數(shù)）中，狀態(tài)下組件的相對(duì)大小通常由歸一化電流自由度的相對(duì)振動(dòng)反映出來。

3 結(jié)語

隨著車輛動(dòng)力的不斷提高以及最新技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率提出了很高的要求。但是這里，車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)部件的彈性和振動(dòng)增加了。這種增加加速了車輛的結(jié)構(gòu)損壞，并顯著影響著駕駛員的舒適度和車輛的壽命。因此，采用適用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的隔振技術(shù)和系統(tǒng)，對(duì)汽車技術(shù)發(fā)展的影響很大。