普通乘用汽車橡膠懸置系統(tǒng)布置研究

李中元

【摘 要】發(fā)動機與變速器即汽車動力總成是車輛振動的主要來源，合理地設計布置懸置的安裝位置可以有效地降低車輛振動，提高汽車的乘坐舒適性。本文選取橡膠懸置系統(tǒng)作為研究對象，分析橡膠懸置系統(tǒng)的結構形式、布置個數(shù)、布置形式等參數(shù)對汽車動力總成懸置系統(tǒng)的影響，對懸置布置進行研究與總結。

【關鍵詞】橡膠懸置;懸置布置;懸置個數(shù);

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車制造開始由數(shù)量向質(zhì)量轉變不斷地適應消費者的需求。汽車的發(fā)動機功率也大幅提高，由此也產(chǎn)生了更大的噪音和振動，汽車的舒適性對購車者來說就顯得尤為重要了。經(jīng)過精心設計的動力總成懸置系統(tǒng)，不但可以減少和阻隔振動及噪音的傳遞，還能在一定程度上對動力總成起到保護作用，使車輛擁有更長的使用壽命，降低車主在動力總成上的維修保養(yǎng)費用。

1.橡膠懸置結構與分類

橡膠懸置元件是最早應用于汽車上的一種懸置元件，也是當今汽車上使用最廣泛的懸置。人們將硫化橡膠塊安裝到金屬懸置支架內(nèi)就組成了橡膠懸置。當橡膠懸置元件受到外力作用時，橡膠材料的粘彈性使橡膠材料會發(fā)生變形滯后。橡膠在受振過程中發(fā)生遲滯回彈，一部分機械能由于橡膠分子之間的內(nèi)部摩擦轉變成熱能，產(chǎn)生阻尼起到減振作用。橡膠懸置是利用橡膠體的壓縮、拉伸與剪切變形來實現(xiàn)振動能量的吸收消耗來達到隔振目的。

橡膠懸置的分類方式有很多種，根據(jù)橡膠懸置結構形式可以分為襯套型橡膠懸置、方形橡膠懸置以及楔形橡膠懸置。

襯套型橡膠懸置的橡膠元件安裝在內(nèi)外兩個圓筒形金屬外管和內(nèi)芯之間，橡膠元件承受壓力或剪力，或者同時承受壓力和剪力。襯套型橡膠懸置按主簧的形狀還可以分為八字形，一字形及X形，如圖1所示。為適應不同的整車要求，每種類型的襯套型懸置三向剛度比例不一樣。

楔形橡膠懸置的硫化橡膠元件安裝在金屬兩側，主要用于承受剪切力，常用作前置后驅(qū)車輛的變速器懸置。方形橡膠懸置被成對安裝于前置后驅(qū)車輛的V型懸置的左右懸置上。

如圖2所示我們根據(jù)承載方式的不同又可以將橡膠懸置分為剪切式、壓縮式和復合式。這三類橡膠懸置的彈性特性及使用場合見表1。

由于橡膠懸置的動剛度、阻尼損失角分別與頻率大致呈線性關系，使得懸置設計時剛度和阻尼只能同時增大或減小[1]。小剛度、阻尼的懸置不適合承受低頻沖擊，可用于高頻的隔振。大剛度、阻尼的懸置承受大于200hz的高頻沖擊時極易發(fā)生動態(tài)硬化現(xiàn)象只適合用于低頻的隔振。

因此我們在橡膠懸置設計時為了滿足承載和減振的要求，要同時考慮橡膠懸置的剛度及頻率。為了滿足這兩種要求可以通過設計橡膠元件的結構或調(diào)整橡膠的性能，來改變懸置各個方向上的剛度及阻尼，使橡膠懸置具有多維空間剛度和阻尼。

2.懸置的布置個數(shù)

動力總成的懸置元件、懸置支架、發(fā)動機和變速箱等一起構成了一個振動系統(tǒng)。橡膠懸置將動力總成彈性連接在車架上，將來自地面、動力總成的振動有效隔離和衰減[2]。動力總成的振動特性會因為懸置個數(shù)、懸置點的位置及安裝角度的不同發(fā)生很大的差異。因此對動力總成懸置系統(tǒng)振動特性發(fā)生影響的關鍵因素是懸置的布置方式。

懸置系統(tǒng)中懸置的個數(shù)多少往往取決于動力總成振幅的大小，可以設置成三點、四點、五點式等。大幅度的振動需要較少的懸置個數(shù)。振動幅度逐漸變大的情況下懸置個數(shù)過多會導致懸置的支撐件容易發(fā)生變形位移，使各懸置點之間的附加受力增大，長期處在這種情況下會損壞發(fā)動機、變速器或懸置元件本身。所以懸置在起到支撐作用的條件下，其布置的數(shù)目要盡可能的少[3]。

（1）三點式懸置布置

三點式懸置具備零件少、結構簡單、成本較低、體積小等特點。該布置方式的固有頻率較低、發(fā)生安裝過定位的可能性小，抵抗扭轉振動能力強。常用于中、小型轎車上。三點式懸置常見的排布形式：前部左右兩個懸置采用斜置式布置，后懸置位置由動力總成的主慣性軸進行布置。這種形式存在較差的系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性，單個懸置承受較大載荷的缺點，常被用在四缸發(fā)動機縱置的小型車輛上。

（2）四點式懸置布置

四點支撐的懸置系統(tǒng)有定位穩(wěn)定可靠，抗扭轉反作用力大的優(yōu)點，與三點懸置相比，四點懸置優(yōu)點是系統(tǒng)穩(wěn)定性好、單個懸置受載荷小，能克服動力總成較大的扭轉反作用力。缺點是扭轉剛度大，低頻狀態(tài)下隔振效果比較差，懸置系統(tǒng)容易發(fā)生定位干涉，對懸置零件加工精度有較高要求。所以四點式懸置多用于裝有四、六缸發(fā)動機的大中型車輛。

（3）五點式懸置布置

五點式懸置布置多用于大型商用客車上，是指在典型的四點支承的基礎上，在變速器上加輔助支承[4]。由于大型車輛的動力總成長度大、質(zhì)量重，為了避免發(fā)動機后端面產(chǎn)生的彎矩過大，就在四點式懸置的基礎上，在變速箱上增加一個支承點，形成五點式布置。

3.懸置的布置形式

懸置在發(fā)動機艙的位置擺放也非常重要，現(xiàn)在主流方法有平置式布置、匯聚式布置以及斜置式布置等。在懸置布置時如果任意布置懸置會導致懸置零件間各向剛度發(fā)生互相耦合，所以汽車工程中懸置的布置形式往往都有其一定的規(guī)律性。一般情況下我們不會將懸置人為地設置成不對稱形式。按照車輛參考坐標系與橡膠懸置彈性元件剛度軸的相對位置關系，其布置形式可以分成三種：

（1）平置式布置

平置式布置是最傳統(tǒng)的一種布置形式，具有布局簡單，控制簡便，方便裝配，工作穩(wěn)定等特點。如圖4（a）所示在這種布置方式中，懸置系統(tǒng)Oxyz坐標系中x軸、y軸、z軸分別與單個懸置u、v、w三個相互垂直的剛度軸相平行。由于懸置的每個彈性主軸都與動力總成重心的每個坐標軸方向平行，所以沿著任一軸方向上的線位移在其他兩個彈性方向上不會產(chǎn)生彈性恢復力，同理繞任一軸回轉的角位移也在平行于此軸的彈性方向上不產(chǎn)生恢復力。

（2）斜置式布置

斜置式是當前在車輛上使用最多的一種布置方式，其布置形式是系統(tǒng)坐標系的x軸平行于單個懸置彈性主軸u軸，而系統(tǒng)坐標系中y、z軸分別與單個懸置彈性主軸v和w軸存在夾角關系。如圖4（b）所示斜置式懸置安裝在發(fā)動機動力總成剖面的兩側成對稱布置，懸置之間的夾角和坐標位置也可以任意布置。斜置式布置模式同時兼顧較大的橫向剛度和足夠的柔軟度可以提升減振水平，起到衰減振動的良好效果，被廣泛地使用在汽車上。

（3）會聚式布置

會聚式布置是目前在汽車上比較少使用的一種總成布置方式。如圖5所示這種布置形式的最大特點是將每個彈性懸置的主剛度軸都會聚到一個點上。這樣懸置系統(tǒng)在獲得較大穩(wěn)定性的同時還使系統(tǒng)的傾斜角度也易于調(diào)節(jié)，系統(tǒng)振動的變化形態(tài)也可以由懸置坐標的建立來確定[5]。匯聚式布置在實際操作中使用較困難，容易受到空間的限制。所以在平置式和斜置式兩種布置模式能夠勝任的情況下并不為汽車主機廠所廣泛使用。

4.結束語

汽車懸置系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，橡膠懸置因其價格低、結構簡單、變形量大、維護方便且性能穩(wěn)定等特點，被汽車主機廠廣泛應用在中低檔轎車上。本文針對橡膠懸置元件結構類型、布置個數(shù)、位置形式等方面進行比較分析研究。設計懸置布置個數(shù)時，要考慮懸置的安裝方便性及車輛的支撐平衡。選擇懸置的安裝位置及形式時，要考慮是否利于懸置系統(tǒng)的彈性支撐及系統(tǒng)解耦。在汽車動力總成懸置系統(tǒng)設計時，對上述因素要進行綜合考慮分析，通過對懸置的合理布置、參數(shù)優(yōu)化來提高車輛的減振降噪水準。一個懸置系統(tǒng)設計的成功與否，往往影響懸置的工作性能，還會對車輛的乘坐舒適性及NVH性能有著很大的影響。

參考文獻：

[1]胡杰宏.動力總成液壓懸置仿真分析與實驗研究[D].長春：吉林大學

[2]沈穎剛，楊文釗，郭鵬，何振鵬，張俊紅.汽車懸置系統(tǒng)研究綜述[J].機械設計與研究，2015，31（06）：131-139.

[3]吳博.基于隔振理論的動力總成懸置系統(tǒng)及優(yōu)化研究[D].湖北工業(yè)大學，2017.

[4]時培成.汽車動力總成懸置系統(tǒng)隔振分析與優(yōu)化研究[D].合肥工業(yè)大學，2010.

[5]王昊.某微型車三缸發(fā)動機懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設計[D].吉林大學，2016.

（作者單位：上海交通職業(yè)技術學院）