发动机悬置系统设计

发动机悬置得结构、作用、设计要求1.概述:随着当前底盘、发动机技术得日臻完善，车辆得振动、噪声得控制转而成为各个整车厂在研发上得重中之重。

据统计分析在一个车辆系统得上万个零部件中,对振动起关键作用得大概有二百个。

它们又分别在整车得振动系统中起不同得作用。

这里仅对发动机产生得振动经由发动机悬置到车身得振动系统得结构、作用、设计要求给出一定程度得阐述与说明.振动情况及位置频率Hz路面激励得频率范围车体1～3座椅与驾驶员４~8发动机总成5～1８前后桥10～16车轮共振11~１5排气管机械系统1２～22发动机得振动频率范围怠速抖动20～３0车体弯曲扭转2５~40方向盘抖动2５～40发动机总成弯曲13０～２3０排气管气体系统１０0～１000变速器噪声35０~6０0进气系统噪声100～600发动机噪声１００0～5０0０基于汽车振动学得相应设计优化,应最大可能得避免整车主要部件在各种工况下得振动耦合.悬置得作用概括来说就就是对发动机振动与路面激励得隔离与吸收，减少乘客舱中人所受得影响，降低其她零部件因为过多振动产生得疲劳破坏。

2.悬置系统得结构2.1布置概念：◆前轮驱动——较低排量,◆后轮驱动-—较大排量.质量发动机+变速箱发动机+变速箱+驱动轴转距约1/4得驱动转距Ｔ全部得驱动转距T转距纵向横向方向●动力总成横置,如尊驰、骏捷等。

4G63 4G64 4G934G18 等动力总成中华1、8T 宝来等车得动力总成。

2.2结构概念：●橡胶悬置悬置结构为橡胶+金属支架，在低频、大振幅得动刚度与滞后角变化小。

在高频、小振幅激励下得动刚度与滞后角变化不大，容易产生动态硬化现象，常用于发动机前后悬置,阻止发动机过渡扭转。

●液力悬置悬置结构为橡胶形腔+液体(乙二醇）+金属支架,在低频、大振幅得激励下具有大阻尼；在高频、小振幅得激励下具有小刚度。

可根据实际与成本情况决定采用一个液压悬置还就是采用多个液压悬置。

常用于发动机左右悬置。

1 发动机悬置系统的设计指南1.1 悬置系统的设计意义及目标简介现代汽车发动机无一不是采用弹性支承安装的，这在汽车行业称之为“悬置”，在力学及振动工程中则是个隔振问题。

如果不用中间弹性元件而直接将发动机刚性地固紧在汽车车架（底盘）上，则当汽车在不平坦的路面上行驶时将导致机身由于车架的变形、冲击而损坏；而当汽车在平坦光滑的路面上行使时来自发动机的振动将导致车架、车身产生令人厌恶的结构噪声。

此外弹性悬置还能补偿在发动机安装及运动过程中由车架变形导致的相对位置的不精确。

由此可知，悬置系统的设计目标值：1) 能在所有工况下承受动、静载荷，并使发动机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其它零部件发生干涉；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) 能充分地隔离由于地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弯矩不超过发动机厂家的允许值。

1.2 悬置系统的布置方式选择每个隔振器（悬置系统）不论其结构形状如何都可以看作由三个相互垂直的弹簧组成，按照这三个弹簧的刚度轴线和参考坐标轴线间的相对位置关系，悬置系统弹性支承的布置可以有常见的三种不同方式：1) 平置式。

这是常用的、传统的布置方式，其特征是布局简单、安装容易。

在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴各自对应地平行于所选取的参考坐标轴。

2) 斜置式。

这是一种目前汽车发动机中用得最多的布置方式。

在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴相对于参考坐标轴的布置是：除一个轴平行于参考坐标外，其他两个轴分别与参考坐标轴有一夹角。

一般斜置式的弹性支承都是成对地对称布置于垂向纵剖面的两侧，但每对之间的夹角可以不同，坐标位置也可任意。

这种布置方式的最大优点是：它既有较强的横向刚度，又有足够的横摇柔度，因此特别适用于象汽车发动机这样既要求有较大的横向稳定性，又要求有较低的横摇固有频率以隔离由不均匀扭矩引起的横摇振动。

整车技术部设计指南73发动机悬置设计5.1 概述汽车的乘坐舒适性——NVH（Noise-噪声、Vibration-振动和 Harshness-声振舒适性）越来越受到人们的重视和关注，因为噪声、振动和舒适性，是衡量汽车制造质量的一个综合问题，它给汽车用户的感觉是最直接和最表面的。

作为汽车动力源的发动机是汽车主要的振动激励源之一，其气缸燃气压力、转速及输出转矩的周期性波动及不平衡惯性力（矩）既激起发动机动力总成本身的刚体振动和弹性振动，又激起汽车动力传动的扭转振动和弯曲振动等，从而导致十分严重的振动、噪声及结构问题，最终传递给车身，引起整车振动与噪声。

汽车动力总成悬置系统是指动力总成（包括发动机、离合器及变速箱等）与车架或车身之间通过弹性悬置元件连接而成的系统，发动机动力总成的振动与路面激励力是通过弹性悬置元件传给车身，该项系统性能设计的好坏直接关系到发动机振动向车体的传递，影响整车的 NVH 特性。

因此，最大限度的减小发动机动力总成所产生的振动及噪声向车身传递，是汽车减振和降噪的主要研究内容之一。

5.2、悬置系统功能介绍5.2.1 悬置总成的功用a)悬置系统的首要作用即最基本的作用是支承动力总成的动、静载荷，并使发动机动力总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与前舱内其它零部件发生干涉；b)隔离发动机动力总成的振动，最大限度地降低从发动机动力总成传递到车身/车架上的振动，能有效的降低振动及噪音；c)在汽车做紧急制动、加速或受其它外界负荷的作用下时，发动机不应有过大的位移；d)隔离由于轮胎及车身的抖动而产生的振动和噪音通过悬置系统而传向发动机动力总成，降低振动及噪音；e)悬置系统元件需有足够的使用寿命。

5.3 动力总成悬置系统设计方法5.3.1 设计需解决的问题a)主要起支撑减振的作用，因而，悬置必须要能够支撑起动力总成，并且保证其三整车技术部设计指南74个方向的位移和绕三个轴的转角在一定的限度内；b)发动机自身振动的隔离,即不让发动机不平衡力所造成的振动过分地传向车向车f i f IDLE / 2身,这就要求各悬置的固有频率与各激励源的频率必须满足的条件，其中，f i为各悬置的固有频率，f IDLE为怠速时各激励源的频率。

动力总成悬置系统的设计是很复杂的。

一般来说对于悬置系统是一个6自由度的系统，要求对动力总成在各个方向上解耦。

但是也要控制一定的位移。

悬置是将发动机的震动（扭矩变化，发动机离心惯性力，往复惯性力等）尽量隔离，将路面对发动机的激励和急加速急减速以及急转弯造成的发动机的位移与震动尽量降低。

一般说来，动力总成悬置的正向设计是复杂的，要对动力总成的质心，转动惯量，主惯性轴等参数获得，通过一定的计算对发动机悬置的布置点进行布置，当然要考虑到发动机舱的实际情况。

将悬置在3个方向的弹性轴与动力总成三个方向的主惯性轴重合就能使动力总成在6个方向上解耦（似乎是这样的）。

对于发动机舱而言，要控制动力总成相对发动机舱的距离，有文献说要控制在20mm以上，建议在25mm 以上，在各个方向上的绕轴旋转控制在6度，推荐3～4度，在三个方向的位移控制在正负15mm以内。

对悬置的位置，和个数(3个以上)确定之后才是设计悬置单个件，橡胶悬置的静刚度曲线一般是3刚度曲线，需要在一定的方向上有限位，限位处为静刚度曲线的拐点。

动刚度曲线在低频大幅震动刚度基本是随着频率增大而增大，高频时容易出现动态硬化的现象，即刚度值理论上非常大。

液压悬置在动刚度曲线的走向上比较而言好控制，因为他的工作原理不同，有点像单筒式液压减震器，通过液体（乙二醇）在惯性通道或者节流管道的阻尼力减少振动，将振动的能量转化成内能。

液压悬置的静刚度曲线与橡胶悬置没什么区别，也就是说漏液的液压悬置与好的液压悬置静刚度曲线相同。

动刚度曲线就截然不同，一般说来，在最大阻尼角附近，动刚度曲线突然升高，在一定频率之后，动刚度曲线呈下降趋势，不会出现橡胶悬置随频率增大而增大，出现动态硬化。

悬置设计主要是考虑高频低幅振动和低频大幅振动的工况。

减少发动机高频的噪声和低频的振动，同时使发动机不会出现过大的位移，造成发动机舱内零件干涉以致于破坏零件，使零件失效。

建议在设计时进行ADMAS分析。

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。

发动机悬置系统的初步设计（一）1 发动机悬置系统的功用及激振力分析发动机悬置系统（以下简称悬置系统）应该具备:①隔振功能;②支承限位功能;③降噪等功能。

发动机总成本身是一个内在的振动源, 同时又受到来自外部的各种振动干扰, 使其处于复杂的振动状态, 引起周围零件的损坏和乘坐的不舒适等。

其中:燃烧激振频率, 是由发动机气缸内混合气燃烧, 曲轴输出脉冲扭矩, 导致发动机上反作用力矩的波动, 从而使发动机产生周期性的扭转振动, 其振动频率实际上就是发动机的发火频率,计算公式为[2] :其中: f1——点火干扰频率, Hz; n——发动机转速, r/min; i——发动机气缸数; —发动机的冲程系数（2 或4）。

惯性力激振频率, 是由发动机不平衡的旋转质量和往复运动的质量所引起的惯性激振力和激振力矩的频率。

它与发动机的缸数无关, 但惯性力的不平衡量与发动机缸数和结构特征有着密切关系。

计算公式为[2]:其中: f2——惯性力激振频率, Hz; n——发动机转速, r /min; Q——比例系数（一级不平衡惯性力或力矩Q=1、二级不平衡惯性力或力矩Q=2）选用的直列四缸发动机（见图3）, 其主要激振力为低速区段的二阶扭矩波动和高速区段的二阶惯性力, 表达式为（1-3）[3]:式中, γ为总成布置倾斜角（通常指布置后曲轴与水平面的夹角）; m 为单缸活塞及往复运动部分质量; r 为曲柄半径; λ为曲柄半径与连杆长度之比（λ=r/L）; ω为发动机曲轴角速度（ω=2πn /60）; Me0 为发动机输出扭矩平均值; A 为2、3 缸中心线至动力总成重心的纵向X 距离。

2 发动机悬置系统支承点位置的最佳设计在确定悬置系统支承点位置时, 应该考虑到低速（怠速）和高速时的不同要求。

发动机总成在低速运转时, 其自身的弹性振动影响较小, 将其看成刚体, 按照刚体运动理论进行研究; 高速时自身弹性振动影响较大, 必须通过试验得到其弹性振动形态, 选择振幅最小的位置, 即将悬置系统支承点布置在弹性振动的节点位置上。

1 发动机悬置系统的设计指南1.1 悬置系统的设计意义及目标简介现代汽车发动机无一不是采用弹性支承安装的，这在汽车行业称之为“悬置”，在力学及振动工程中则是个隔振问题。

如果不用中间弹性元件而直接将发动机刚性地固紧在汽车车架（底盘）上，则当汽车在不平坦的路面上行驶时将导致机身由于车架的变形、冲击而损坏；而当汽车在平坦光滑的路面上行使时来自发动机的振动将导致车架、车身产生令人厌恶的结构噪声。

此外弹性悬置还能补偿在发动机安装及运动过程中由车架变形导致的相对位置的不精确。

由此可知，悬置系统的设计目标值：1) 能在所有工况下承受动、静载荷，并使发动机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其它零部件发生干涉；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) 能充分地隔离由于地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弯矩不超过发动机厂家的允许值。

1.2 悬置系统的布置方式选择每个隔振器（悬置系统）不论其结构形状如何都可以看作由三个相互垂直的弹簧组成，按照这三个弹簧的刚度轴线和参考坐标轴线间的相对位置关系，悬置系统弹性支承的布置可以有常见的三种不同方式：1) 平置式。

这是常用的、传统的布置方式，其特征是布局简单、安装容易。

在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴各自对应地平行于所选取的参考坐标轴。

2) 斜置式。

这是一种目前汽车发动机中用得最多的布置方式。

在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴相对于参考坐标轴的布置是：除一个轴平行于参考坐标外，其他两个轴分别与参考坐标轴有一夹角。

一般斜置式的弹性支承都是成对地对称布置于垂向纵剖面的两侧，但每对之间的夹角可以不同，坐标位置也可任意。

这种布置方式的最大优点是：它既有较强的横向刚度，又有足够的横摇柔度，因此特别适用于象汽车发动机这样既要求有较大的横向稳定性，又要求有较低的横摇固有频率以隔离由不均匀扭矩引起的横摇振动。

动力总成悬置系统匹配设计规范一、悬置系统主要作用 (1)二、元件的主要种类 (1)三、悬置系统的设计指标 (2)四、悬置系统设计参数的输入 (3)1、动力总成的惯性参数 (3)2、动力总成悬置系统的位置数据 (4)3、动力总成悬置系统的刚度数据 (4)4、变速器的各挡速比和主减速比 (5)5、发动机的其他参数 (5)6、动力总成悬置系统及周边的相关数模 (5)五、总成悬置系统的解耦设计及固有频率的合理配置 (5)1、解耦设计的原因 (5)2、固有频率的合理配置 (6)3、悬置系统解耦特性和固有频率的计算方法 (6)4、解耦和固有频率的合理配置的评价方法 (9)5、悬置系统解耦计算和固有频率配置的目的 (9)六、悬置系统的工况计算 (10)七、悬置支架设计 (12)八、置系统设计时应遵循的主要规范 (12)九、结语 (16)一、悬置系统主要作用发动机悬置是指专门设计制造的可以作为一个独立系统进行装备使用的安装在发动机与汽车底盘之间，以隔离（减少）发动机振动能量向周围环境的传播和影响为目的的隔振系统。

合理设计和使用发动机悬置，可以明显降低动力总成及车体的振动水平，减少系统传递给车体的激振力，以及由此激发的车身钣合金和底盘相关零件的振动和噪声，从而明显提高车辆的耐久性和乘坐舒适性。

悬置系统的主要作用如下：1、固定并支承汽车动力总成；悬置首先是一个支撑元件、它必须能支承发动机总成的重量，使其不至于产生过大的静态位移而影响正常工作。

从支承的角度考虑，要求悬置刚度越高越好；从隔振的角度考虑，要求悬置的刚度越低越好。

因此悬置要有合适的刚度。

2、限位作用发动机在受到各种干扰力（如制动、加速或其他动载荷）作用的情况下，悬置能有效的限制其最大位移，以避免发生与相邻件的碰撞与干涉，确保发动机能正常工作。

衰减作用于动力总成上的一切动态力和对车身造成的冲击。

3、隔振降噪作用承受和衰减动力总成内部因发动机不平衡旋转和平移质量产生的往复惯性力、力矩和不平衡扭矩；隔离发动机激励而引起的车架或车身的振动。

第一章悬置系统的经验设计1.1悬置系统的功能与设计原则发动机悬置系统是发动机应用工程的重要组成部分。

悬置系统的功能与设计原则大致可归纳如下：1隔离振动在发动机所有工作转速范围内，发动机产生的振动必须通过悬置系统加以隔离，尽可能降低传递给汽车底盘和车身的振动。

同时悬置系统还必须隔离由道路不平引起的车轮悬挂系统的振动，防止这一振动向发动机传递，避免发动机振动加剧以满足车辆运行时的平稳性和舒适性，并保证怠速和停机时发动机的稳定性。

2发动机支承和定位为了隔离振动，发动机被支承在几个弹簧软垫上。

因而在发动机本身振动和外界作用力驱动下，发动机和底盘之间必然存在着相对运动。

所以悬置系统必须具有控制发动机相对运动和位移的功能，使发动机始终保持在相对稳定和正确的位置上，决不能让发动机在向各方向运动中与底盘车身上的零件发生干涉和碰撞。

3保护发动机车辆在行驶过程中同时承受着动态负荷和冲击负荷。

悬置系统应具有保护发动机的能力，防止发动机上个别部位因承受过大的冲击载荷而损坏，特别要保证发动机缸体后端面与飞轮壳的结合面上的弯曲力矩不超过制造厂规定的限值。

此外车辆在崎岖道路上行驶时，车架的扭曲变形会使发动机承受扭曲应力，使发动机局部受到损伤。

悬置系统应布置合理，并正确选择软垫刚度等参数，以保证能充分缓冲和抵御外力的冲击并消除薄弱环节。

4克服和平衡因扭矩输出而产生的反作用力悬置系统必须有足够强度，当发动机变速箱总成输出最大扭矩时能克服最大扭矩所产生的最大反作用力。

悬置软垫和支架在这种条件下都必须具有足够的可靠性。

5发动机与底盘之间的连接零件必须有足够柔性这些零件是排气管进气管、燃油管、冷却水管、压缩空气管、油门操纵机构及变速箱操纵机构等。

如果它们的刚度较大，则发动机的振动容易造成这些零件的损坏，特别是在怠速停机和出现共振时表现得尤其剧烈。

另一方面如果它们刚度较大，也会改变发动机悬置系统的刚度和自振频率，从而影响隔振效果并导致噪声升高，因此这些连接件必须采用柔性软管或柔性连接。