某重卡動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

李鵬超

摘要：本文通過(guò)打擊中心理論，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體后端面彎矩的校核，結(jié)合動(dòng)力總成在整車(chē)的布置位置，對(duì)某重卡發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)運(yùn)用ADAMS軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置進(jìn)行解耦分析。結(jié)果表明，懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足隔振要求。

Abstract： In this paper， the engine mounting system of a heavy truck is designed through the strike center theory， the checking of the bending moment of the rear end face of the engine cylinder block， and the layout position of the powertrain in the whole vehicle. At the same time， the engine mounting is decoupled and analyzed by using ADAMS software. The results show that the design of the mounting system meets the requirements of vibration isolation.

關(guān)鍵詞：動(dòng)力總成;懸置系統(tǒng);ADAMS;重卡

Key words： powertrain;mounting system;ADAMS;heavy truck

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）24-0013-03

0? 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的動(dòng)力源，同時(shí)也是汽車(chē)最主要的振動(dòng)源，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)經(jīng)懸置系統(tǒng)傳遞至車(chē)身或車(chē)架，進(jìn)而引起車(chē)身或車(chē)架側(cè)的振動(dòng)[1]。對(duì)于現(xiàn)階段重卡發(fā)動(dòng)機(jī)懸置隔振主要是通過(guò)在動(dòng)力總成與車(chē)架之間增加橡膠彈性元件，用來(lái)隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)傳遞到車(chē)架側(cè)，減小車(chē)架側(cè)的振動(dòng);同時(shí)隔離車(chē)架側(cè)受路面或車(chē)身的振動(dòng)與沖擊傳遞到動(dòng)力總成，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的振動(dòng)被放大從而降低零件的損害。因此合理的設(shè)計(jì)懸置系統(tǒng)，不僅可以提升整車(chē)NVH性能，同時(shí)可以保護(hù)零件、提高產(chǎn)品可靠性，改善汽車(chē)平順性。所以動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中起著重要的作用。

汽車(chē)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是指動(dòng)力總成（發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器等）與車(chē)架之間的彈性連接系統(tǒng)，包括懸置支架、懸置彈性元件、動(dòng)力總成。汽車(chē)動(dòng)力總成在整車(chē)中的布置有橫置與縱置倆種不同布置方式，而不同動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)在不同整車(chē)上的布置空間也存在各種差異。在工程設(shè)計(jì)中各種因素導(dǎo)致動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)限制條件各不相同，布置方式也多重多樣。每款車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器調(diào)整，或整車(chē)布置位置調(diào)整，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)都需要做分析校核，以保證懸置系統(tǒng)支撐的可靠性和隔振性能。對(duì)于6缸機(jī)的大馬力重卡懸置設(shè)計(jì)，常規(guī)型動(dòng)力總成采用縱置式布置，布置時(shí)需要考慮整車(chē)的布置邊界。發(fā)動(dòng)機(jī)在整車(chē)布置時(shí)有時(shí)因特殊配置需要做縱向移動(dòng)，或調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)傾角來(lái)解決發(fā)動(dòng)機(jī)在整車(chē)中的布置問(wèn)題。因此懸置固定點(diǎn)需結(jié)合理論與車(chē)型布置、計(jì)算等綜合確定懸置固定點(diǎn)。對(duì)于懸置系統(tǒng)的最重要的振動(dòng)隔振性能目前主要通過(guò)模態(tài)仿真，通過(guò)軟件對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，計(jì)算系統(tǒng)頻率，系統(tǒng)解耦率程度。懸置的隔振根據(jù)整車(chē)開(kāi)發(fā)目標(biāo)或懸置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)參考確定初版狀態(tài)，最終以整車(chē)NVH實(shí)測(cè)評(píng)價(jià)判定以及道路的可靠性實(shí)驗(yàn)，確定懸置系統(tǒng)的可靠及性能。

本文根據(jù)某重卡動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)及整車(chē)布置邊界及其它因素，對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)在工程實(shí)際中進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)動(dòng)力總成在整車(chē)布置位置運(yùn)用打擊中心理論、扭矩軸、整車(chē)邊界、產(chǎn)品的通用化確定懸置支撐點(diǎn)位置。再根據(jù)力、力矩的平衡原則計(jì)算出前后懸受力，校核發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼彎矩是否滿足。最后通過(guò)ADAMS軟件對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化建模做振動(dòng)仿真分析，得出懸置系統(tǒng)的6階固有頻率以及系統(tǒng)的解耦率程度。從而設(shè)計(jì)出懸置系統(tǒng)初版的理論隔振性能，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)裝車(chē)提供了有效依據(jù)。

1? 懸置點(diǎn)設(shè)計(jì)

對(duì)于縱置式重卡發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)初期結(jié)合整車(chē)布置邊界，現(xiàn)有資源情況等默認(rèn)四點(diǎn)懸置優(yōu)先設(shè)計(jì)。如設(shè)計(jì)中分析四點(diǎn)懸置不滿足時(shí)，再增加輔助支撐結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步計(jì)算。某重卡動(dòng)力總成在整車(chē)布置后，對(duì)其做簡(jiǎn)化圖處理，運(yùn)用撞擊中心理論確定前后懸置質(zhì)心相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心的X向比例關(guān)系，再用慣性軸線確定懸置點(diǎn)Z向。通常情況懸置點(diǎn)無(wú)法滿足理論位置，實(shí)際中懸置還需要根據(jù)整車(chē)邊界等因素確定。懸置硬點(diǎn)需在整車(chē)邊界基礎(chǔ)上向理論懸置點(diǎn)靠攏，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)懸置布置位置。動(dòng)力總成布置如圖1所示。

采用打擊中心理論確定前后懸置點(diǎn)的縱向位置，使前后懸置點(diǎn)處在互為撞擊中心位置，滿足公式

式中：a、b分別為前后懸質(zhì)心距動(dòng)力總成質(zhì)心水平距離m為發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器合成質(zhì)量，Jy為動(dòng)力總成繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。撞擊中心簡(jiǎn)化圖如圖2所示。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器質(zhì)心參數(shù)繪制動(dòng)力總成質(zhì)心軸線。簡(jiǎn)化圖如圖3所示。

根據(jù)上述撞擊中心方法、扭矩軸位置分布，結(jié)合實(shí)際工程中的懸置在整車(chē)邊界，初步確定了懸置在整車(chē)的硬點(diǎn)位置，根據(jù)軟墊結(jié)構(gòu)采用平置布置。整理后懸置在整車(chē)坐標(biāo)點(diǎn)如表1所示。

在懸置點(diǎn)位置確定后，對(duì)動(dòng)力總成前后懸受力計(jì)算，校核發(fā)動(dòng)機(jī)缸體后端面彎矩是否滿足要求，用來(lái)確定動(dòng)力總成懸置是否采用輔助支撐結(jié)構(gòu)[2]，以滿足懸置系統(tǒng)的可靠性。分析如圖4所示。

以發(fā)動(dòng)機(jī)前支撐點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心列力矩平衡方程求解，有

則

由懸置受力平衡條件，有

則

飛輪殼彎矩計(jì)算，有

由圖4及平衡方程式計(jì)算，對(duì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理如表2、表3所示。

經(jīng)計(jì)算后得出飛輪殼彎矩值441小于允許彎矩值1600，懸置系統(tǒng)可以采用四點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)。如彎矩計(jì)算結(jié)果大于飛輪殼允許彎矩值時(shí)，需要在變速器上增加輔助支撐加以匹配，按帶輔助支撐結(jié)構(gòu)重新計(jì)算校核?；蛉缕脚_(tái)開(kāi)發(fā)時(shí)后懸置點(diǎn)可后移，也可采用此種后懸位置調(diào)整方法的四點(diǎn)懸置布置，無(wú)需增加輔助懸置結(jié)構(gòu)匹配。四點(diǎn)與五點(diǎn)、六點(diǎn)結(jié)構(gòu)需根據(jù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)及懸置系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)對(duì)比擇優(yōu)選取，在此不做分析介紹。

2? 懸置仿真解耦分析

在Adams-View[3-5]模塊下建立動(dòng)力總成仿真模型，模型建立時(shí)可將動(dòng)力總成簡(jiǎn)化為剛體處理，也可將動(dòng)力總成與懸置系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件。本文主要以剛體簡(jiǎn)化單元在軟件中建模，并對(duì)動(dòng)力總成賦予質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)，懸置減振墊簡(jiǎn)化為bushing單元，對(duì)其賦予質(zhì)心、三向剛度值，動(dòng)靜比按1.5做參數(shù)附加。再用vibration插件對(duì)其進(jìn)行總體模態(tài)做振動(dòng)分析計(jì)算，得出動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)固有頻率及系統(tǒng)解耦率。動(dòng)力總成參數(shù)、懸置靜剛度、懸置模型分別如表4、表5、圖5所示。

在vibration功能下進(jìn)行模態(tài)振動(dòng)分析后，查看分析結(jié)果。如圖6所示。

對(duì)懸置系統(tǒng)頻率、懸置系統(tǒng)解耦率分析結(jié)果進(jìn)行整理如表6所示。

根據(jù)模態(tài)仿真分析結(jié)果顯示，懸置系統(tǒng)6階固有頻率均大于1，滿足錯(cuò)頻要求。懸置系統(tǒng)解耦Z向垂直跳動(dòng)與Rx繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)解耦率均大于85%，其余方向解耦率大于70%滿足要求。

隔離振動(dòng)用數(shù)學(xué)的表示方法就是傳遞函數(shù)，指?jìng)鬟f函數(shù)越小越好，即激勵(lì)力經(jīng)過(guò)隔振系統(tǒng)傳遞到隔振端的力越小越好。傳遞率曲線是隔振核心曲線圖，通過(guò)曲線圖可以看出傳遞率大于1為振動(dòng)放大區(qū)，當(dāng)激勵(lì)頻率小于固有頻率倍的時(shí)候，處于共振區(qū)。當(dāng)激勵(lì)頻率大于固有頻率倍的時(shí)候，此時(shí)系統(tǒng)處于隔振區(qū)傳遞率小于1為隔振區(qū)。當(dāng)激勵(lì)頻率與固有頻率一樣的時(shí)候，共振幅值達(dá)到最大值。傳遞函數(shù)如圖7所示。

確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)固有頻率傳遞函數(shù)值，經(jīng)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)怠速激勵(lì)頻率與懸置系統(tǒng)固有頻率比值為1.67大于，即懸置系統(tǒng)固有頻率處于隔振區(qū)，滿足隔振要求。

3? 結(jié)論

本文從工程實(shí)際角度對(duì)懸置點(diǎn)的分析，懸置受力計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼彎矩校核，確定了發(fā)動(dòng)機(jī)四點(diǎn)懸置布置位置。通過(guò)運(yùn)用ADAMS仿真軟件對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真分析，得出某重卡動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)隔振滿足要求。方法為：①通過(guò)撞擊中心理論確定前后懸縱向距離關(guān)系，通過(guò)扭矩軸及整車(chē)邊界確定懸置點(diǎn)位置。同時(shí)結(jié)合懸置受力點(diǎn)計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼彎矩的校核確定了四點(diǎn)懸置在整車(chē)的布置位置;②通過(guò)ADAMS軟件對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)仿真分析，得出懸置系統(tǒng)固有頻率、懸置系統(tǒng)解耦率，懸置系統(tǒng)固有頻率在隔振區(qū);③通過(guò)以上方法設(shè)計(jì)出某重卡發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)滿足動(dòng)力總成隔振設(shè)計(jì)。

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