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。

悬置软垫参数计算
发动机悬置软垫隔振效率的关键是如何根据已知的条件计算出减振器的固有频率，当减振器的固有频率一旦确定后，隔振效率也就随之而确定了。

所以说减振器的固有频率是最关键的参数。

根据无锡凯华减震器公司提供资料整理悬置软垫计算公式和步骤如下：
1、 确定悬置软垫隔振效率目标值：一般选取%95~%80=η
2、 计算传递率： η−=1A T
3、 选取合适的阻尼比ξ：07.0~05.0==C
C C ξ 一般选取0.06 注：C －阻尼系数 C C －临界阻尼
4、 根据以下公式求λ
2222222222)1(4]2)1(4[)1(42A
A A A A A A T T T T T T T −−−−+−−=ξξλ 5、 确认发动机扰动频率f ；
260τ
××=i
n f
n －发动机转速
i －发动机缸数
τ－发动机冲程
6、 根据公式n f f =
λ求解悬置软垫固有频率n f 7、 根据公式W
k g m k f n ×==
ππ2121求解悬置软垫在该载荷下静刚度参数k
m ：悬置承受载荷（Kg ）
8、天然橡胶动静刚度比：1.2～1.6 选取动静刚度比1.4。

9、根据已经计算出的额定负荷下软垫静刚度求解在额定负荷下
固有频率时的悬置动刚度。

CONSTRUCTION MACHINERY37大型液压挖掘机发动机悬置系统分析与设计计算刘成亮，董永平（徐州徐工挖掘机械有限公司，江苏 徐州 221004）［摘要］文章通过对液压挖掘机发动机悬置系统分析，得出了计算模型和相应计算公式，同时对某型号挖掘机悬置系统出现的问题进行测试和分析，给出了有效的解决方法，为挖掘机悬置系统优化设计起到借鉴作用。

［关键词］液压挖掘机；悬置系统；固有频率［中图分类号］TU621 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2019）03-0037-05Analysis and design calculation of engine mounting systemfor large hydraulic excavatorLIU Cheng -liang ，DONG Yong -ping大型液压挖掘机多用于高负荷、高粉尘、高转速的作业工况下。

若发动机的有害振动得不到有效控制，会引起相应零部件的早期疲劳损坏，直接影响挖掘机的可靠性，同时还会对机器的平稳性、舒适性和安全性有很大影响。

1 液压挖掘机悬置系统分析悬置系统是指把发动机传递到支承系统的振动减小到最低限度，成功地控制振动的系统；悬置系统的隔振性能的主要取决于其结构型式、几何位置及悬置减震器的结构、刚度和阻尼等特性。

1.1 悬置系统的作用悬置系统在整个机器运行过程中影响到整机的性能和操作人员的操作稳定性、舒适性。

概括来说悬置系统有以下作用：（1）支承作用，支撑发动机动力总成，使其不至于产生过大的静位移而影响正常工作。

（2）限位作用，发动机在受到各种干扰力（如制动、加速或其它动载荷）作用的情况下，悬置有效地限制其最大位移，以避免与相邻零部件的碰撞或干涉，确保动机动力总成正常工作。

（3）隔振作用，尽可能降低动力总成和底盘及车身之间的双向振动传递，满足整车平顺性和舒适性要求。

1.2 悬置系统振动原理发动机悬置系统的振动由激振源引起的，它的振动传给机架，在机架中以弹性波的形式传播，并引起安装在机架上的其他零部件的振动。

悬置系统发动机本身是一个内在的振动源，同时也受到来自外部的各种振动干扰。

引起零部件的损坏和乘坐的不舒适等。

所以设置悬置系统，把发动机传递到支承系统的振动减小到最低限度。

成功地控制振动，主要取决于悬置系统的结构型式、几何位置及悬置软垫的结构、刚度和阻尼等特性。

确定一个合理的悬置系统是一件相当复杂的工作，它要满足一系列静态及动态的性能要求，同时又受到各种条件的约束，这些大大增加了设计的难度。

一般来讲对发动机悬置系统有如下要求。

①能在所有工况下承受动、静载荷，并使发功机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其他零部件发生干涉。

同时在发动机大修前，不出现零部件损坏。

②能充分地隔离由发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递，降低振动噪声。

③能充分地隔离由于路面不平产生的通过悬置而传向发动机的振动，降低振动噪声。

④保证发动机机体与飞轮壳的连接面弯矩不超过发动机厂家的允许值。

悬置系统的激振源作用于发动机悬置系统的激振源主要如下：①发动机起动及熄火停转时的摇动；②怠速运转时的抖动；③发动机高速运转时的振动；④路面冲击所引起的车体振动；⑤大转矩时的摇动；⑥汽车起步或变速时转矩变化所引起的冲击；⑦过大错位所引起的干涉和破损。

作用在发动机悬置上的振动频率十分广泛。

按着振动频率可以把振动分为高频振动和低频振动。

频率低于30Hz的低频振动源如下：①发动机低速运转时的转矩波动；②在发动机低速运转时由于惯性力及其力偶使动力总成产生的振功；③轮胎旋转时由于轮胎动平衡不好使车身产生的振动；④路面不平使车身产生的振动；⑤由于传动系的联轴器工作不佳产生附加力偶和推力，使动力装置产生的振动。

频率高于30Hz的高频振动源如下：①在发动机高速运转时，由于惯性力及其力偶使动力总成产生的振动；②变速时产生的振动；③燃烧压力脉动使机体产生的振动；④发动机配气机构产生的振动；⑤曲轴的弯曲振动和扭振；⑥动力总成的弯曲振动和扭振；⑦传动轴不平衡产生的振动。

2006年(第28卷)第8期汽 车 工 程A uto m otive Eng i neer i ng2006(V o.l 28)N o .82006165汽车动力总成悬置系统位移控制设计计算方法**广东省自然科学基金博士启动项目(04300111)和宁波拓普集团2005年度研发基金资助。

原稿收到日期为2005年9月15日,修改稿收到日期为2005年11月4日。

上官文斌1,3,徐 驰1,黄振磊1,李 岐2,李 涛2(11宁波拓普减震系统有限公司,宁波 315800; 21泛亚汽车技术中心有限公司,上海 201201;31华南理工大学汽车工程学院,广州 510641)[摘要] 论述了动力总成位移控制设计的一般原理。

以一轿车动力总成4点悬置系统为例,针对汽车的一特殊行驶工况,对动力总成的质心位移、悬置位移和支承点反力进行了计算。

文中论述的动力总成位移控制的设计思想和计算方法对汽车动力总成的设计具有指导意义。

关键词:汽车动力总成悬置系统,力位移非线性关系,位移控制D esi gn ofM oti on Control f or A uto m oti ve Po w ertrai n M ounti ng Syste m sShangguan W enbin 1,3,X u Chi 1,Huang Zhenlei 1,L iQ i 2&Li Tao211N i ngbo Tuopu Vibra tion Isol a tion C o .L t d.,N i ng bo 315800; 21P an Asi a T ec hn i ca lAu t omotive Cen t er Co.,L t d.,S hangha i 201201;31C olle ge of Au to m oti ve Eng i n ee ring,Sou t h Ch i na Universit y of Tec hn ology,Guang zhou 510641[Abstrac t ] The general pri n ciple for the desi g n o fm otion contro l for auto m otive po w ertrain m ounti n g syste m is presented .A i m i n g at a spec ific driving m ode of a car engine w ith a 4-po i n tsm oun,t the disp lace m ents of cen terof grav ity of po w ertrai n and the d isp lace m ents and reaction forces at mounting points are calcu lated .K eyw ords :Auto m otive pow er t rai n m ounting syste m,N onlinear relation bet w een force and displace -m ent ,M otion control1 前言在汽车动力总成悬置系统振动控制设计中,以下2点为基本设计内容。

由于车型开发中需要对发动机悬置进行设计计算，需贵公司提供如下数据，望贵公司能给予帮助，谢谢。

1、发动机总成的总质量，包括内部注满的机油和冷却液。

2、发动机总成的质心位置．
3、发动机总成主惯性袖的位置；
4、动力总成绕三个主惯性铀的转动惯量；
5、发动机机体后端面与飞轮壳接合面上的静态弯矩，
6、发动机的最大扭矩及怠速转速,
8、计算发动机变速器总成在悬置软垫上可能引起的最大转矩反作用力．可用两种计算标准，一是发动机发出最大扭矩时，另一是发动机在额定功率点时（包括最大变速器减速比），然后根据软垫制造商提供的软点＂负荷－变形＂曲线，核对所选择的软垫是否能承受这一作用力及软垫的最大变形量是否在合理的范围内
９、按实际应用情况，确定动态负荷冲击加速度的数值．
１０、设计悬置支架按动态负荷进行强度校核若发动机制造商没有提供机体后端面与飞轮壳结合部位的静态弯矩限制，则应按动态负荷计算该部位的弯矩和工作应力，保证该薄弱环节安全可靠
１１、选择合适的悬置软垫，应能承受上述动静态负荷，并满足隔振要求，确定软垫的刚度１２、根据所选择的软垫的压缩和剪切刚度及系统布置形式，分别计算前后悬置的垂直综合刚度，侧向综合刚度和扭矩综合刚度及相应的固有频率（如果是平置式布置，则系统的垂直方向固有频率和隔振效率可从软垫制造商提供的坐标图上根据静态变形量确定）
１３、确定发动机的外激振频率
１４、通过软垫制造商提供的坐标图，按照软垫的静态压缩量以及外激振频率，确定悬置系统的隔振效率．
１５、检查悬置系统是否具备克服其他外力和惯性力的能力，必要时应设置限位装置
１６、选择能满足工作环境条件的需要的悬置软垫的材料
１７、校核悬置系统的结构布置能否适应整车提供的空间，确保不与周围的零部件发生干涉１８、试验。

纵置动力总成悬置系统的计算方法京博锐志专题培训（五）主要内容一、纵置发动机悬置系统的布置结构二、TRA及ERA的主要概念三悬置系统的解耦布置原则三、悬置系统的解耦布置原则四、三点悬置系统的布置五、四点悬置系统的布置纵置发动机悬置的布置结构对于纵置发动机悬置系统一般都采用压缩剪切型的橡胶悬置系统。

一般大都采用V型布置、有时采用平直布胶悬置系统般大都采用型布置有时采用平直布置。

纵置发动机悬置的布置结构对于皮卡、SUV等多采用三点悬置对于轻型卡车多采用四点悬置对于重型卡车有时采用四点悬置+辅助支持TRA（Torque Roll Axis)TRA与动力总成的惯性数据相关，与悬置刚度特性无关TRAERA（Elastic Roll Axis）ERA与悬置系统的刚度特性有关，与动力总成惯性特性无关ERA悬置系统解耦布置原则将前后悬置的弹性中心布置在扭矩轴上，并且前后悬将前后悬置的弹性中布置在扭矩轴，并且前后悬置刚度满足一定关系，可以获得较好的解耦特性。

悬置系统解耦布置原则一、撞击中心理论Lr×Lf=Iy/m悬置系统解耦布置原则 将前后悬置弹性中心布置在扭矩轴上，并且满足:rrv f fv L K L K ×=×22θθf ()())cos sin (211v w fv k k K +=()()2222)cos sin (2v rv k K ααλ+=如何寻找V 型布置的悬置的弹性中心？ 弹性中心与ERA 的关系？悬置系统解耦布置原则1.41.6λ=2λ260811.2B λ=2.6λ=3λ=4λ=5Kc Ks Ang A 0.40.60.8A /λ=6λ=7λ=8λ=9B λ9悬置系统解耦布置原则悬置最好布置在动力总成的弯曲节点处。

隔离动力总成的弯曲模态。

成的弯曲模态三点悬置系统的布置前部一个、后部两个悬置。

系统严重耦合，在怠速及低速下隔振较差。

低速下隔振较差三点悬置系统的布置前部两个V型布置，后部一个ERA通过后悬置四点悬置系统的布置前后都采用V型布置通过布置角度调整弹性中通过布置角度调整弹性中心四点悬置系统的布置前部两个悬置V型布置、后部两个悬置水平布置。

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。

四点TRA悬置布置原则探讨及前后悬置角度计算四点TRA悬置布置方式一般使用在豪华车以及大扭矩发动机的车型上，比如图1中的丰田普瑞斯。

从中可以看出四点TRA悬置布置与三点TRA布置的不同点。

图1 丰田普瑞斯四点悬置一、四点TRA悬置的布置的特点在4点悬置系统中，不再使用抗扭拉杆来承受倾覆扭矩，而是将两个悬置安装在变速箱前后的质心位置，以便在垂直方向来支撑扭矩（见图2）。

通过对称性布置避免在承受负载的左右悬置上产生纵向的反力。

图2 四点TRA悬置布置前后悬置在垂直方向上的刚度必需十分柔软，并且还必需具备适当扭矩反应刚度特性，以便在WOT三档前提供充分的隔振性能。

这种四点TRA布置的缺点在于，右悬置和左悬置之间的延长线必需恰好经过重力中心，以避免在抗扭拉杆上产生预加负载。

由于发动机装备了大量不同的辅助装置，如助力转向泵、空调压缩机和发电机，因此要考虑到所有不同型号的发动机十分困难。

另一个缺点就是承担负载的悬置存在静态偏转，因此会出现蠕变。

这就会导致发动机位置发生变化，使得怠速NVH性能也有所变化。

最终导致系统功能不再强劲，并且需要经常调节扭矩限制器。

这一布置理念需要一个前部横向交叉部件来支撑前悬置。

但是由于与防撞性能相关的设计，车辆结构的这一块区域通常十分脆弱；因此导致隔振性能的退化。

四点前横置动力总成，一般左右悬置靠近TRA轴布置，倾覆力矩作用下，动力总成绕TRA轴摆动振动，由于位置的原因，前后悬置一般要承担较大的摆动振幅。

同时前后悬置，尤其是前悬置一般都放置在一个较软的基础上，激振力到车内的噪声传递函数较大，比较敏感。

如果悬置存在预载，都会放大振源或加重振声传函，所以一般希望前后悬置尽量不要承载。

二、前后悬置角度的设定考虑理论上，怠速时动力总成绕TRA轴小幅摆动，因此可以在前后悬置弹性中心所在的平面，以TRA与此平面交点为原心做一个圆，前后悬置倾角可沿此圆的切线（见图3）。

图3 前后悬置倾角的确定前后悬置的角度一般在30°范围内，偏转方式（向前偏转或向后偏转）需要考虑悬置是连接在发动机端还是车身端。