发动机悬置设计

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。

刚度受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力。

材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度。

各向同性材料的刚度取决于它的弹性模量E和剪切模量G(见胡克定律)。

结构的刚度除取决于组成材料的刚度外，还同其几何形状、边界条件等因素以及外力的作用形式有关。

分析材料和结构的刚度是工程设计中的一项重要工作。

对于一些须严格限制变形的结构（如机翼、高精度的装配件等），须通过刚度分析来控制变形。

许多结构（如建筑物、机械等）也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳。

另外，如弹簧秤、环式测力计等，须通过控制其刚度为某一合理值以确保其特定功能。

在结构力学的位移法分析中，为确定结构的变形和应力，通常也要分析其各部分的刚度。

刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。

零件的刚度（或称刚性）常用单位变形所需的了或力矩来表示，刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类（即材料的弹性模量）。

刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后，会影响机器工作质量的零件尤为重要，如机床的主轴、导轨、丝杠等。

机械零件和构件抵抗变形的能力。

在弹性范围内﹐刚度是零件载荷与位移成正比的比例系数﹐即引起单位位移所需的力。

它的倒数称为柔度﹐即单位力引起的位移。

刚度可分为静刚度和动刚度。

小位移和大位移计算刚度的理论分为小位移理论和大位移理论。

大位移理论根据结构受力后的变形位置建立平衡方程﹐得到的结果精确﹐但计算比较复杂。

小位移理论在建立平衡方程时暂时先假定结构是不变形的﹐由此从外载荷求得结构内力以后﹐再考虑变形计算问题。

大部分机械设计都采用小位移理论。

例如﹐在梁的弯曲变形计算中﹐因为实际变形很小﹐一般忽略曲率式中的挠度的一阶导数﹐而用挠度的二阶导数近似表达梁轴线的曲率。

这样做的目的是将微分方程线性化﹐以大大简化求解过程﹔而当有几个载荷同时作用时﹐可分别计算每个载荷引起的弯曲变形后再迭加。

静刚度和动刚度静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度。

动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度﹐即引起单位振幅所需的动态力。

如果干扰力变化很慢(即干扰力的频率远小于结构的固有频率)﹐动刚度与静刚度基本相同。

干扰力变化极快(即干扰力的频率远大于结构的固有频率时)﹐结构变形比较小﹐即动刚度比较大。

当干扰力的频率与结构的固有频率相近时﹐有共振现象﹐此时动刚度最小﹐即最易变形﹐其动变形可达静载变形的几倍乃至十几倍。

构件变形常影响构件的工作﹐例如齿轮轴的过度变形会影响齿轮啮合状况﹐机床变形过大会降低加工精度等。

影响刚度的因素是材料的弹性模量和结构形式﹐改变结构形式对刚度有显著影响。

刚度计算是振动理论和结构稳定性分析的基础。

在质量不变的情况下﹐刚度大则固有频率高。

静不定结构的应力分布与各部分的刚度比例有关。

在断裂力学分析中﹐含裂纹构件的应力强度因子可根据柔度求得。

对一些规则形橡胶件（指简单的几何形状，如圆柱形、长方形、圆形及锥形套等）的设计计算，70年代基本已获得解决。

橡胶的剪切模数G是计算橡胶件的重要参数。

它随橡胶硬度增大而增大的。

但是由于各国的橡胶配方存在差异，对同一硬度的橡胶，他们的G值也不相同。

因此，按不同方法计算求得的橡胶件刚度也存在较大差异，相对误差达60％－－70％，甚至更大。

橡胶的硬度单位，目前采用的有两种：一是国际硬度单位（以IRHD表示），另一是肖氏硬度单位（以HS 表示）。

国际上，如美、英、德等国采用前者，我国橡胶界习惯上仍采用肖氏硬度。

在工程上我国常用的橡胶硬度范围内（HS40-HS80）,两种硬度单位的G值是相近的。

橡胶件的计算主要是刚度和强度计算问题，有时还是稳定性估算，所以也是力学的分支。

由于一般橡胶件都与金属件连接在一起，并且根据橡胶件与金属件的不同连接方式，如硫化粘结÷压配合和摩擦接触等，他们的弹性特性存在很大的差异。

因此，对公式的适用条件、形状系数的选取，必须特别注意。

特种橡胶在汽车中的应用特种橡胶以其特殊优异的性能於多个领域取代普通橡胶制品，尤其是汽车行业。

根据汽车不同橡胶部件的具体要求，也要相应地选用不同的特种橡胶材料。

汽车用各种高压胶管渐采用特种橡胶，以满足更高性能要求。

用于汽车的橡胶部件很多，并在汽车系统中发挥着不同的作用，如胶带用于运动传输，密封件用于支撑径向或往复运动部件，垫片和O形圈用于密封油或燃油，胶管用于输送液体或气体，膜片用于控制流体或气体等。

用途不同，对所用橡胶的种类、性能等的要求也不同。

要根据材料的耐燃、耐油、耐热以及低温柔性和密封能力等来选择使用。

有时，同一装置也可能选用不同的材料，主要取决于应用温度、燃油和油品的种类以及汽车的设计要求。

汽车发动机同步带同步带用于带动曲轴凸轮同步运转。

同金属链条相比，同步带可以有效降低带与链轮的接触噪音，也不需要润滑，而且具有轻量化的特点。

同时，由于其柔韧性，也可适用于多轴驱动。

在日本，有70%以上的小汽车使用同步带，在欧洲则高达80%以上。

以前橡胶同步带主要采用氯丁橡胶（CR）覆盖胶。

而氢化丁橡胶（HNBR）具有更优越的性能，因此在汽车用同步带获得了更多应用。

HNBR综合性能比CR优胜，在较宽的温度范围内具有稳定的复数模量、较好的低温性能、耐热和耐臭氧性能、优异的耐屈挠性能和良好的耐油性。

在胶带功能试验中，HNBR同氯丁橡胶（CR）覆盖胶相比，在相同的运转时间下前者的耐热水平高出40°C。

同时，HNBR的寿命是CR的2倍，耐久性超过了10万公里。

密封件和垫片密封系统主要用于阻止液体或其它材料泄露。

有时用金属、塑料或织物制造密封件，但更多的是使用橡胶。

当发动机和传动系统使用石油系列润滑油时，密封材料一般选用丁（NBR）、丙烯酸酯橡胶（ACM）、硅橡胶（VMQ）或氟橡胶（FPM）。

发动机用油要求寿命长、粘度低（节油）、高温下润滑平稳等，因此通常发动机油含有多种添加剂。

NBR在净化剂、防老剂和抗磨剂环境中会受到严重破坏，而HNBR、FPM、ACM在高温下置于含添加剂的油中长时间浸泡後，还能保持较好的强度性能。

尽管ACM的拉伸强度较低，但它在除磷酸烷基酯和环烷酸铅以外的所有添加剂中都能保持性能稳定。

FPM的物理性能也不高，但它具有极好的耐热和耐油性能。

HNBR在这几种橡胶中的拉伸强度最大，对各种添加剂的抗耐性也是最好的，只有二硫代磷酸锌对其有轻微的影响。

长期以来，汽车行业一直用NBR和软木橡胶制造发动机用的垫片，但现在以使用ACM和VMQ为主，以满足耐热、密封能力和压缩耐久性的要求。

在正常条件下，VMQ比ACM的低温屈挠性和耐热性要好，但VMQ在机油中长时间浸泡後会显着软化，相比之下，FPM和ACM则无劣化现象。

机油散热器胶管和空气输送管润滑油散热器胶管和机油散热器胶管曾以内层胶NBR、外层胶CR为主。

为了改善耐热性，还曾选用过氯醚橡胶（ECO）和氯化聚乙烯（CM），现在广泛使用ACM和AEM。

空气输送管和进气管必须具有良好的屈挠性、耐候性、减震性、耐真空塌陷性和耐油性。

多种弹性体（如CR、NBR/PVC、EPDM、ECO、CM、ACM）和热塑性弹性体（如聚酯、聚丙烯与EPDM的共混体）被选用于该用途，乃基于不同的车辆有不同的设计要求。

燃油系统和液压系统1.燃油系统用胶管燃油系统一般由油箱、过滤器、泵和连接管组成。

燃油输送管可由钢、热塑性塑料（一般为聚胺）或补强橡胶制成。

1）燃油胶管目前有两种供油系统：化油器和喷油泵。

化油器系统用胶管一直是以NBR或NBR/PVC（PB）作内层胶，CR作外层胶，直到芳香族组分含量高的汽油投入使用後，情况才发生了变化。

芳香族组分含量高的汽油会引起内层NBR龟裂，把液体NBR用作不抽出的增塑剂可解决这一问题。

由于发动机室的温度升高了，燃油胶管的外层胶已从CR变为氯磺化聚乙烯（CSM）或环氧氯丙烷―环氧乙烷―烯丙基缩水甘油醚（GECO）的三聚物、增大GECO中的烯丙基缩水甘油醚（AGE）的含量可改善GECO的耐臭氧和耐热性能。

GECO现在广泛用作燃油胶管的外层胶，与CR和CSM相比，它经试验油抽提後仍具有优异的动态耐臭氧性能。

在燃油喷射系统中，目前主要用两种类型的胶管：油泵和喷油阀之间的高压胶管、调压器和油箱之间的低压胶管。

高压胶管的内层胶采用FPM，因为它具有低的汽油渗透性，良好的耐氧化汽油性和优异的耐热性。

低压胶管的内层胶用FPM或HNBR。

同FPM相比，HNBR的燃油渗透性较差，但价格低。

和NBR 比较，HNBR在氧化汽油中浸泡试验後拉伸强度则较高，且具有良好的综合物理性能。

2）注油口胶管连接加油口盖和油箱的注油口胶管一直用PB制造。

最近开发了FPM三聚物内层胶，GECO外层胶的注油胶管，进一步降低汽油渗透性。

在挥发物管理条例愈来愈严格的情况下，这一点至关重要。

3）挥发胶管挥发胶管与化油器燃油系统用胶管所用的材料相同，即一般用NBR作内层胶，CR作外层胶。