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摘要:发动机动力总成悬置系统的支承、限位以及隔振作用,对提高车辆乘坐舒适度具有很好的作用。本文主要对汽车动力总成悬置系统隔振作用进行分析,并提出优化意见。
关键词:汽车动力;总成悬置;隔振
汽车的振源主要有两个方面,即发动机激振和路面激振。动力总成通过悬置系统将发动机产生的振动传递给车身,引起车身振动,同时还会引起车厢壁板振动,从而产生辐射噪声。因此,为达到汽车减振降噪的目的,应从发动机出发,减小其产生的振动。此外,动力总成对汽车隔振也有着巨大的影响。
1.发动机隔振理论概述
汽车的振动系统很复杂,发动机作为汽车的主要振源,若不能很好地控制其产生的振动,容易导致身板筋件与车架连接的其他零件产生振动与噪声,并且还会造成汽车失稳、不平顺,令车内人员感到难受和疲惫,甚至会致使汽车零部件损坏,缩短了汽车的使用年限。
2.发动机隔振原理分析
图1是来自发动机的激振力;图2 是来自路面的激振力。
设发动机竖向激振力 ,因阻抗方式比较方便,用 表示 。其中弹簧无质量,则系统运动微分方程为 ,由此可证,在Feq作用下,发动机竖向位移幅值X为 ,传递到基础上的力是弹簧力kx与阻尼力cx的合力,传递力FT为 ,其幅值为 ,由此可得到传递力幅值与激振力幅值之比的传递率 。
k指弹簧刚度,单位N/m; 指激振频率,单位rad/s; 指系统固有频率,单位rad/s;M集中质量,单位kg; 指阻尼比, =c/Cc;c指粘性阻尼系数,单位为N s/m;Cc临界粘性阻尼系数, ; 指频率比, 。
不同的阻尼比与频率比代入式,得到不同阻尼比下的传递率,如图。
图 3 不同阻尼比情况下的传递率
如图2,设地面激振力使车架产生的位移为正弦波x1(t),对应的发动机总成位移x2(t),弹簧力为k(x2-x1),阻尼力为c(x2-x1),根据牛顿第二定律可得 ,移项得出 ,应用阻抗法,给出 ,相当于发动机激振力。
图3为不同阻尼比的传递率,图中的所有曲线在 = ,由此得出结论: =1为共振点,又称系统的危险点。该点对阻尼感应力十分强,即使小小的阻尼也会造成系统过大振幅,极其具有破坏性;0.75< < 为隔离区,此区域的传递率为TR>1,利用隔振器传递后的响应幅值不仅没有得到改善,反而比激振幅值更大,因此,此区为隔离段,应尽量避免或者尽量保持激振频率与固有频率的距离; > 为工作区,在此工作区,无论阻尼大小,其频率越增大,传递率越降低,甚至趋于零,但当 超过5以后,传输率一般趋于平静,波动很小,所以一般取 值大约在2.5与5之间; <0.75为前工作区,该区在激振频率低于固有频率情况下,TR>1,通常情况下,激振频率要低于系统的固有频率,因此,面对来自路面激振时,其频率与系统固有频率之比应不超过0.75。
3.动力总成悬置系统优化设计
上述分析是针对单自由度振动简单模型进行研究与计算的,事实上,发动机并不是单自由度振动系统,也不只施加简单的激振力,其质量分布具有不均匀性,因此,悬置的刚度也应具备顺应这一特点。发动机质心与悬置顶点分别位于不同平面上,且常常后受到几种激振力的同时作用,如发动机的一阶和二阶往复惯性力,所有的作用线都不需经过系统重心,从而产生力矩,造成转动。
因此,在设计建立发动机悬置系统时,需要从三个移动、三个转动以及不同方向间运动的耦合出发,而这种运动耦合极其容易造成不利影响。
4.结语
实践证明优化后得到的悬置隔振率有明显改善,降低了发动机振动向车架的传递量,使得车辆的舒适程度更进一层。
参考文献:
[1]刘达斌,蒋胜强,毛江,罗玉宝.动力总成悬置系统优化中悬置刚度灵敏度分析[J].中国机械工程,2014,22:3109-3113.
[2]廖武,韩全友,张军然,原丰勇.动力总成悬置动静刚度的应用与影响因素[J].客车技术与研究,2014,01:34-36+39.
关键词:汽车动力;总成悬置;隔振
汽车的振源主要有两个方面,即发动机激振和路面激振。动力总成通过悬置系统将发动机产生的振动传递给车身,引起车身振动,同时还会引起车厢壁板振动,从而产生辐射噪声。因此,为达到汽车减振降噪的目的,应从发动机出发,减小其产生的振动。此外,动力总成对汽车隔振也有着巨大的影响。
1.发动机隔振理论概述
汽车的振动系统很复杂,发动机作为汽车的主要振源,若不能很好地控制其产生的振动,容易导致身板筋件与车架连接的其他零件产生振动与噪声,并且还会造成汽车失稳、不平顺,令车内人员感到难受和疲惫,甚至会致使汽车零部件损坏,缩短了汽车的使用年限。
2.发动机隔振原理分析
图1是来自发动机的激振力;图2 是来自路面的激振力。
设发动机竖向激振力 ,因阻抗方式比较方便,用 表示 。其中弹簧无质量,则系统运动微分方程为 ,由此可证,在Feq作用下,发动机竖向位移幅值X为 ,传递到基础上的力是弹簧力kx与阻尼力cx的合力,传递力FT为 ,其幅值为 ,由此可得到传递力幅值与激振力幅值之比的传递率 。
k指弹簧刚度,单位N/m; 指激振频率,单位rad/s; 指系统固有频率,单位rad/s;M集中质量,单位kg; 指阻尼比, =c/Cc;c指粘性阻尼系数,单位为N s/m;Cc临界粘性阻尼系数, ; 指频率比, 。
不同的阻尼比与频率比代入式,得到不同阻尼比下的传递率,如图。
图 3 不同阻尼比情况下的传递率
如图2,设地面激振力使车架产生的位移为正弦波x1(t),对应的发动机总成位移x2(t),弹簧力为k(x2-x1),阻尼力为c(x2-x1),根据牛顿第二定律可得 ,移项得出 ,应用阻抗法,给出 ,相当于发动机激振力。
图3为不同阻尼比的传递率,图中的所有曲线在 = ,由此得出结论: =1为共振点,又称系统的危险点。该点对阻尼感应力十分强,即使小小的阻尼也会造成系统过大振幅,极其具有破坏性;0.75< < 为隔离区,此区域的传递率为TR>1,利用隔振器传递后的响应幅值不仅没有得到改善,反而比激振幅值更大,因此,此区为隔离段,应尽量避免或者尽量保持激振频率与固有频率的距离; > 为工作区,在此工作区,无论阻尼大小,其频率越增大,传递率越降低,甚至趋于零,但当 超过5以后,传输率一般趋于平静,波动很小,所以一般取 值大约在2.5与5之间; <0.75为前工作区,该区在激振频率低于固有频率情况下,TR>1,通常情况下,激振频率要低于系统的固有频率,因此,面对来自路面激振时,其频率与系统固有频率之比应不超过0.75。
3.动力总成悬置系统优化设计
上述分析是针对单自由度振动简单模型进行研究与计算的,事实上,发动机并不是单自由度振动系统,也不只施加简单的激振力,其质量分布具有不均匀性,因此,悬置的刚度也应具备顺应这一特点。发动机质心与悬置顶点分别位于不同平面上,且常常后受到几种激振力的同时作用,如发动机的一阶和二阶往复惯性力,所有的作用线都不需经过系统重心,从而产生力矩,造成转动。
因此,在设计建立发动机悬置系统时,需要从三个移动、三个转动以及不同方向间运动的耦合出发,而这种运动耦合极其容易造成不利影响。
4.结语
实践证明优化后得到的悬置隔振率有明显改善,降低了发动机振动向车架的传递量,使得车辆的舒适程度更进一层。
参考文献:
[1]刘达斌,蒋胜强,毛江,罗玉宝.动力总成悬置系统优化中悬置刚度灵敏度分析[J].中国机械工程,2014,22:3109-3113.
[2]廖武,韩全友,张军然,原丰勇.动力总成悬置动静刚度的应用与影响因素[J].客车技术与研究,2014,01:34-36+39.