发动机悬置计算方法

动力总成悬置系统运动包络及工况载荷计算方法吕兆平吴川永上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心【摘要】本文论述了动力总成位移控制设计的一般原理，以一微车动力总成悬置系统为研究对象，结合通用汽车公司全球标准的28种载荷工况，介绍了求解各悬置点反力以及发动机质心位移和转角的方法，该计算数据为悬置支架的强度校核以及发动机仓零件设计及布置提供了理论依据。

[关键词]动力总成悬置系统，运动包络，工况载荷The calculation method for the motion envelop and loadcase force of the powertrainmount systemLv Zhaoping Wu chuanyong(Technical Development Center,SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd..,Liuzhou 545007 ) [Abstract]The general principle for the design of motion control for powertrain mounting system is presented。

Take a mini van powertrain mounting system as the object of study. with the 28 loadcase of the GM global standards. Introduces the method to solve the reaction force at the mounting points and the displacement and rotation of the COG of the powertrain.the calculated data provides a theoretical basis for the mounting bracket strength check and the parts of engine warehouse design and layout.[Keywords] powertrain mount system，motion envelop，Loadcase force前言[1]动力总成悬置系统的主要功能有两个，一是减振，二是限位。

W18036N W2=Wt588N W32460N L10.3435m L20.7545m L30.87m L41.297m L50.116m L60.06m L70.427m h 1150mm h 2 3.3mmB 305.5mmA 186mmWe 8624Nθ45°0.78539815rad 公式1公式2计算结果：F 1+F 2=11084.00N W1*L1=2760.37N W2*(L6+L5+L2)=547.13N W3*L4=3190.62N F 2=7469.10N F 1=3614.90N M X =469.36N.m 0.1属于百分比620rpm 6个31Hz 1807.45N 3734.55N 9.35Hz 2.85mm 634N/mm 1311N/mm 1.3825N/mm角度与rad转换前悬置安装仰角45°小于1200N.m,表明不需要加变速器辅助支承。

发动机质心高度变速器质心高度支承点半水平距离支承点低曲轴中心由W 1与W 2合成发动机总质量770Kg+含冷却液30Kg+机油20Kg 离合器总质量60Kg 变速器总质量240Kg+齿轮油13L(11Kg)F2*L3=W1*L1+W2*(L6+L5+L2)+W3*L4悬置系统传递率T=10%发动机怠速n气缸数iF1+F2=W1+W2+W3M X =F2*L5-W3*(L6+L7)公式3,假如不用变速器辅助支承,计算出来大于1200N.m则需要加支承说明：F1--前支承支反力，F2--后支承合成支反力悬置系统的自振频率F m =SQRT(F 2*T/(1+T))悬置软垫静变形量S=9.8*25.4/F m 2前悬置软垫静刚度K f =P 1/S后悬置软垫静刚度K r =P 2/S发动机外激干扰频率F=ni/120单前悬置软垫载荷P 1=F1/2=单后悬置软垫载荷P 2=F2/2=动静刚度比为1.2-1.6，取1.3前悬置软垫动刚度K f `=1.3K f1704N/mm 226.64mm 0.6383rad 6.750.7240.858261N/mm 38.62N/mm 0.28199.75N/mm 前软垫的垂直刚度前软垫的剪切刚度前软垫的侧向刚度弹性中心高度弹性中心到支点连线的仰角压缩刚度与剪切刚度之比k p =k f `/2(sin 2θ+cos 2(θ/k 0))后悬置软垫动刚度K r `=1.3K r A=((We*h 1+Wt*h 2)/(We+Wt))+A 1α=arctan(A/B)垂直方向的刚度值(90°状态)k s =k p /k 0cos 2θK L =2(K p *cos 2θ+Ks*sin 2θ)k 0=tanθ/tan(θ-α)sin 2θcos 2(θ/k 0)。

第二章 发动机悬置系统的振动分析C ＝C si C ui C vi (2.20)式中，1000cos sin 0sin cos ui ui ui ui ui C θθθθ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥−⎣⎦； c o s 0sin 0c o s 0sin 0c o s v i v i v i v i v i v i C θθθθθ−⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦；cos sin 0sin cos 0001si si si si si C θθθθ⎡⎤⎢⎥=−⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 将式(2.19)代入式(2.17)得112nT T i i i i i i U X C D C X ==∆∆∑ (2.21) 假设小位移得情况下，按照运动关系，系统中任一点在直角坐标系中得位移和广义坐标中变形之间有如下关系：i i X T Q ∆= (2.22)式中，100001000010i i i ii i i z y T z x y x −⎡⎤⎢⎥=−⎢⎥⎢⎥−⎣⎦(2.23) 式中，x i 、y i 、z i 为第i 个支承在总体坐标系得坐标。

将式(2.22)代如(2.21)得11111222n n T T T T T T T i i i i i i i i i i i i U Q T C D C T Q Q T C D C T Q Q KQ ==⎛⎞===⎜⎟⎝⎠∑∑ 由上式得系统在广义坐标系中的刚度矩阵1n T T i i i i i i K T C D C T ==∑2.3.3 发动机悬置系统自由振动微分方程如图2－2表示动力总成处于静平衡位置[10]。

以动力总成质心O 为坐标原点，设定沿动力总成曲轴方向并指向前方为X轴正方向，按照右手法则建立直角坐标系OXYZ ，如图所示。

动力总成的振动可分解为随同它的质心C点沿X ，Y ，Z 的三个平动，和绕质心O 点的转动。

在微振动条件下，其角位移可用绕X,Y,Z 轴的转角x θ,y θ,z θ表示。

其中：Kw为垂向刚度指悬置安装角度（悬置整车方向受力情况如下：Y向受到位移后，扭矩方向受力情况如下：综上可得：对于前悬置而言，总存在一个点，使roll（绕在扭矩时，Y向位移为零。

即roll向与Y向耦合刚度为零，该点即为弹性中心点。

根据定义，K yrx为零时，弹性中心点其实仅限于roll向的耦合刚度的定义，进一步简化得：其中，l为压剪比kw/kv，Z/Y为高宽比。

悬置高宽比与压剪比、安装角度关系如图2所示。

图2弹性中心点与悬置参数关系如图2所示，Y向与roll向弹性点与悬置布置规律如下：①当压减比越高，其弹性点越高；②当安装角度处于23°左右，其弹性点时最高的，后，随安装角度增大而变小。

————————————————————作者简介:夏永文（1985-），男，究方向为动力总成悬置。

图1前悬置受力示意根据公式（6），很容易求得关于roll向与Z向耦合刚度的中心点与悬置参数关系，结果如图3所示。

图3roll和Z向耦合刚度中心点与悬置参数关系根据图3所示，roll向与Z向弹性点与悬置布置规律如下：①当压剪比越小，roll向与Z向弹性点越低；这个与前面所述的roll向与Y向弹性点相反。

②角度越小，弹性点越高。

对于roll向与Y向弹性点，角度到23°左右时弹性点最高。

因此，这两种弹性点对于悬置的压减比和角度布置是有一定的区别。

这样，我们很容易可以验证两者对于整车的实际影响。

3.2纵置布置点验证某商用车柴油车开发项目（纵置车型），前悬置安装角度为30°，根据前述计算，roll与Z（图4虚线）向及roll向与Y向弹性解耦点（图4实线）均在扭矩轴上方（如图4所示），变更压剪比，由1.5逐渐提升到7，roll与Z向的弹性点往下降低，roll与Y向的弹性点往上升高，两者趋势相反。

为了验证趋势，本方案将压剪比提高，roll与Z向弹性解耦点离扭矩轴更近，roll与Y向弹性解耦点离扭矩轴更远。