发动机悬置设计指导书

1、2021/3/2712021/3/2721.1.发动机悬置开发流程发动机悬置开发流程2.2.汽车的防振技术汽车的防振技术3.3.设计阶段考虑的项目设计阶段考虑的项目3-1.3-1.形状、构造形状、构造3-2.3-2.支架设计要点支架设计要点3-3.3-3.支架材料支架材料3-4.3-4.液压悬置介绍液压悬置介绍4.4.悬置特性和悬置特性和NVHNVH2021/3/273悬置规格研讨悬置规格研讨绘制图纸绘制图纸试验试验悬置位置研讨悬置位置研讨改进设计改进设计确认试验确认试验基本尺寸图、发动机舱布置基本尺寸图、发动机舱布置设计构想书、动力总成重量设计构想书、动力总成重量动力总成的转动惯性矩动力总成

2、的转动惯性矩目标值设定目标值设定评价方法评价方法改进效果的确认改进效果的确认改进方案具体实现改进方案具体实现开开发发流流程程2021/3/274l设计构想书设计构想书l动力总成重量（悬置位置分担重量）动力总成重量（悬置位置分担重量）l动力总成的转动惯性矩动力总成的转动惯性矩悬置方式悬置方式悬置弹性模量悬置弹性模量悬置材料悬置材料悬置、支架悬置、支架输入项目输入项目输出项目输出项目2021/3/275悬置设计顺序悬置设计顺序悬置支承位置的决定悬置支承位置的决定固有频率的决定固有频率的决定弹性模数的决定弹性模数的决定悬置悬置( (INSURATORINSURATOR) )的决定的决定各支承点的静载

3、荷各支承点的静载荷（尽量均等）（尽量均等）振动传递率振动传递率固有频率固有频率固有频率固有频率动弹性模数动弹性模数材料、形状的选定材料、形状的选定目标规格设定目标规格设定2021/3/276表达机械防振时表达机械防振时, ,设机械的加振力为设机械的加振力为F0F0（机械的强制振幅为机械的强制振幅为a0a0）, ,传到基础的力为传到基础的力为F F（机械的振幅为机械的振幅为a a）。）。其传递的比例叫做传递率其传递的比例叫做传递率, ,由（由（1 1）式表示。）式表示。2021/3/277频率比和防振效果频率比和防振效果振动传递率由机械的强制振动频率和防振支承时的固有频率之振动传递率由机械的强制

4、振动频率和防振支承时的固有频率之比决定。比决定。防振支承时固有频率的求法防振支承时固有频率的求法固有频率根据机械的重量和防振橡胶的弹性模数按照式求得固有频率根据机械的重量和防振橡胶的弹性模数按照式求得f=f=固有频率（固有频率（HzHz）K=K=防振橡胶的动弹性模数防振橡胶的动弹性模数(N/mm)(N/mm)m=m=防振橡胶支承的载荷防振橡胶支承的载荷(kg)(kg)2021/3/278=载荷载荷/ /静弹性模数静弹性模数载荷载荷考虑考虑1 1G G状态下加在悬置上的载荷来设计悬置橡胶。状态下加在悬置上的载荷来设计悬置橡胶。考虑考虑1 1G G状态的载荷进行设计状态的载荷进行设计设定在设定在1

5、 1G G状态下处于中心位状态下处于中心位置。置。2021/3/279计算实例计算实例动力总成载荷动力总成载荷200kg(200kg(支承载荷支承载荷100kg)100kg)发动机转速发动机转速700rpm(12Hz)700rpm(12Hz)固有频率固有频率(f)(f)根据振动传递率根据振动传递率101015%15%的振动传递率曲线的振动传递率曲线 N/f=3 N/f=3f=N/3=700/3=233.3(rpm)=4Hzf=N/3=700/3=233.3(rpm)=4Hz动弹性模数动弹性模数( () )kd=(2f)kd=(2f)2 2x x/ 1000/ 1000=(2xx4)=(2xx4

6、)2 2x100/1000 x100/1000=59.7=59.7(N/mm)(N/mm)静弹性模数静弹性模数( () )ks=kd/ks=kd/=1.4=1.4=42.6=42.6(N/mm)(N/mm)=1.4(NR=1.4(NR天然橡胶天然橡胶) )、2.0(NBR2.0(NBR丙烯氰聚丁橡胶丙烯氰聚丁橡胶) )2021/3/2710汽车轻量的车体内汽车轻量的车体内 装有沉重的发动机装有沉重的发动机 再坐上乘员、装上货物再坐上乘员、装上货物 行驶在道路上。行驶在道路上。防振比一般产业机械复杂。需要涉及多种防防振比一般产业机械复杂。需要涉及多种防振技术。振技术。2021/3/2711l悬架

7、以下振动悬架以下振动(10(1015Hz):15Hz):悬架以下零件加振。悬架以下零件加振。路面凸凹振动和悬架以下零件的共振路面凸凹振动和悬架以下零件的共振l车身晃动车身晃动: :在特定的车速范围在特定的车速范围,10Hz,10Hz前后的振动。前后的振动。车身的弹性振动和悬架以下振动的共振车身的弹性振动和悬架以下振动的共振l发动机上下抖动发动机上下抖动: :发动机上下固有振动发动机上下固有振动(8(815Hz)15Hz)的共振。的共振。l怠速振動怠速振動: :4 4缸发动机时缸发动机时202030Hz30Hz。怠速振动和车身的弯曲共振怠速振动和车身的弯曲共振l加減速加減速ShockShock:

8、 :过激的驱动力矩的作用。过激的驱动力矩的作用。摇动摇动(Sage)(Sage)(10Hz)10Hz)、上下颤动、上下颤动( (30Hz)30Hz)l车内共鸣声车内共鸣声(60(6080Hz)80Hz): :动力总成的振动与车内共鸣。动力总成的振动与车内共鸣。l加速噪声加速噪声( (1000kHz)1000kHz): : 动力总成的振动向车身加振。动力总成的振动向车身加振。2021/3/2712以左右悬置（图中以左右悬置（图中A,B)A,B)为主悬置为主悬置, ,配置在滚动惯性主轴附近。配置在滚动惯性主轴附近。前后配置为辅助悬置（图中前后配置为辅助悬置（图中 C,D C,D）。）。特征特征 发

9、动机、变速器悬置主要支持上下方向发动机、变速器悬置主要支持上下方向, ,前、后摇动悬置主要支持摇动方向。前、后摇动悬置主要支持摇动方向。上下和摇动各自独立上下和摇动各自独立, ,容易协调。容易协调。 设计时可以提高上下刚度、且降低摇动刚度设计时可以提高上下刚度、且降低摇动刚度, ,所以乘坐舒适性所以乘坐舒适性(ENG SHAKE)(ENG SHAKE)和和IDLINGIDLING振动两方面兼顾得很好。振动两方面兼顾得很好。动力总成动力总成2021/3/2713 使刚体围绕通过刚体重心的任意方向的轴旋转使刚体围绕通过刚体重心的任意方向的轴旋转, ,就会产生就会产生改变旋转轴方向的力矩。例如改变旋

10、转轴方向的力矩。例如, ,图中使圆柱围绕轴图中使圆柱围绕轴AAAA旋转旋转, ,由由于离心力的作用将产生箭头所示的力矩。可是于离心力的作用将产生箭头所示的力矩。可是, ,该圆柱围绕轴该圆柱围绕轴BBBB或者轴或者轴CCCC这样的圆柱图形的对称轴旋转时这样的圆柱图形的对称轴旋转时, ,将不产生绕将不产生绕AAAA轴轴旋转时改变旋转轴方向的力矩。旋转时改变旋转轴方向的力矩。 这样这样, ,使刚体绕该轴旋转时使刚体绕该轴旋转时, ,从和刚体一起旋转的坐标系看从和刚体一起旋转的坐标系看, ,不产生改变旋转轴方向的扭矩不产生改变旋转轴方向的扭矩, ,称该轴为刚体的惯性主轴。称该轴为刚体的惯性主轴。202

11、1/3/2714 ( () )尽量接近非连立条件、各自由度的振动分离独立化的同尽量接近非连立条件、各自由度的振动分离独立化的同时时, ,取支承系的固有频率取支承系的固有频率(ROLL fn)(ROLL fn)为加振频率的为加振频率的1/21/2以下以下, ,共振点远离实用频率领域共振点远离实用频率领域, ,提高振动绝缘的效果。提高振动绝缘的效果。（）使支承系的弹性主轴和动力总成的扭矩转动轴重合（）使支承系的弹性主轴和动力总成的扭矩转动轴重合, ,取取扭矩变动产生的旋转振动不诱发并进振动的位置。扭矩变动产生的旋转振动不诱发并进振动的位置。（）为了防止发动机振动、提高乘坐舒适性（）为了防止发动机振

12、动、提高乘坐舒适性, ,支承系的上下支承系的上下方向的固有频率方向的固有频率(BOUNCE fn)(BOUNCE fn)设定得比悬架下固有频率稍高。设定得比悬架下固有频率稍高。2021/3/2715(1)(1)区域的动弹簧特性（区域的动弹簧特性（d1d1）决定动力总）决定动力总成的共振频率成的共振频率(fn)(fn), ,支配怠速时的滚动防振性支配怠速时的滚动防振性能。设动力总成的转动惯性矩为能。设动力总成的转动惯性矩为I ,ROLL fnI ,ROLL fn必须满足下式。必须满足下式。(2)(2)在能够支持在能够支持D,R RANGED,R RANGE的怠速扭矩的怠速扭矩 ( (包括包括A/

13、C onA/C on等高怠速等高怠速) )的范围内的范围内, ,线形区域尽量线形区域尽量狭窄。狭窄。(3)(3)加减速冲击与加减速冲击与 成正比成正比, ,所以所以K2/K1K2/K1之目标值取之目标值取2 23 3以下以下, ,希望尽量小。希望尽量小。(4)(4)为了确保发动机舱内的动间隙为了确保发动机舱内的动间隙, ,在急起步在急起步等条件下也不得超过等条件下也不得超过max(max(4 4左右左右) )。ROLLROLL角角TORQUETORQUE K1 K22 IKd21 fn 激振力的最低频率2021/3/2716 缸发动机中缸发动机中, ,曲轴转一转加振曲轴转一转加振2 2次次,

14、,所以强制频率（）取为怠速转速的所以强制频率（）取为怠速转速的2 2倍。倍。 选定固有频率（）。选定固有频率（）。（例）怠速转速（例）怠速转速 缸发动机的缸发动机的rpmrpm 选定选定 2021/3/2717按照承受载荷方式分类按照承受载荷方式分类, ,基本形状大致分为压缩型、剪切型以及中间倾斜（复基本形状大致分为压缩型、剪切型以及中间倾斜（复合）型。合）型。 压缩型压缩型: :单位受压面积可以承受大载荷。单位受压面积可以承受大载荷。 剪切型剪切型: :用于希望主方向的弹性模数特别低的场合。用于希望主方向的弹性模数特别低的场合。 倾斜型倾斜型: :设定上述弹性模数困难时使用。设定上述弹性模数

15、困难时使用。2021/3/2718为得到非线性弹簧特性的构造。为得到非线性弹簧特性的构造。通常通常, ,设有阻塞橡胶并且和悬置橡胶为一体设有阻塞橡胶并且和悬置橡胶为一体, ,由此可以得到非线性由此可以得到非线性弹簧特性。弹簧特性。（）想得到（）想得到2 2方向硬方向硬, ,另另1 1方向软时方向软时: :如果采用筒型（右图的形状）如果采用筒型（右图的形状）, ,与轴向的弹性模数与轴向的弹性模数k k相比相比, ,轴垂直方向的弹性模数轴垂直方向的弹性模数k k相当大相当大, ,/ /可以取到可以取到1010左右。左右。2021/3/2719中间连接板中间连接板倾斜配置倾斜配置2021/3/272

16、0( () )振动必要条件振动必要条件目标目标: :; ;通常因发动机振动产生噪声的频率为通常因发动机振动产生噪声的频率为, ,设计时让支架在此频率之间不产生设计时让支架在此频率之间不产生共振。共振。( () )強度必要条件強度必要条件在坏路行驶时由路面输入的上下载荷在坏路行驶时由路面输入的上下载荷; ;由起步、停止和加减速引起的驱动反力。由起步、停止和加减速引起的驱动反力。发动机和变速器悬置发动机和变速器悬置車車 上上:10G:10G, ,下下:20G:20G前、后滚动阻尼器前、后滚动阻尼器加速加速0.6G 0.6G 减速减速0.3G0.3G2021/3/2721l怠速振动怠速振动车身的越前

17、端对上下的感度越高车身的越前端对上下的感度越高, ,所以通常前悬置的刚度比后悬置所以通常前悬置的刚度比后悬置低时低时, ,怠速振动好。怠速振动好。l发动机上下颤动发动机上下颤动动力总成对于不整路面引起的上下激振力的上下响应动力总成对于不整路面引起的上下激振力的上下响应, ,悬置完全非悬置完全非连成时连成时, ,上下共振被强烈激起上下共振被强烈激起, ,舒适性恶化。对于上下激振力舒适性恶化。对于上下激振力, ,如果有如果有些摆动或者前后颠簸连成些摆动或者前后颠簸连成, ,共振水平会降低。但是共振水平会降低。但是, ,连成度有最佳值。连成度有最佳值。l弹性滚动轴的设定范围弹性滚动轴的设定范围实际上

18、实际上, ,采用完全非连成悬置很难满足上述怠速振动和发动机上下颤采用完全非连成悬置很难满足上述怠速振动和发动机上下颤动动, ,多数是摆动和上下稍稍连成时为好。多数是摆动和上下稍稍连成时为好。但是但是, ,连成度的最佳值不仅仅取决于发动机悬置连成度的最佳值不仅仅取决于发动机悬置, ,必须考虑车身、悬架、必须考虑车身、悬架、发动机、变速器等的特性发动机、变速器等的特性, ,由试验决定。由试验决定。2021/3/2722零部件名称 温度最高处所及使用材料 容许温度 瞬间容许温度 发动机悬置橡胶 发动机悬置橡胶 发动机悬置橡胶 发动机悬置橡胶 耐熱 () 发动机悬置橡胶 耐熱 滚动阻尼橡胶 滚动阻尼橡

19、胶 耐熱 发动机悬置橡胶(液封) 2021/3/2723（）一般的加硫橡胶（）一般的加硫橡胶 NRNR（Natural RubberNatural Rubber天然橡胶）天然橡胶） SBR (Styrene SBR (Styrene Butadiene RubberButadiene Rubber苯丁橡胶苯丁橡胶) ) BR (Polybutadiene RubberBR (Polybutadiene Rubber聚丁二烯橡胶聚丁二烯橡胶) ) IR (Isoprene RubberIR (Isoprene Rubber异戊二烯橡胶异戊二烯橡胶) )（）特别要求耐油性加硫橡胶（）特别要求耐油性

20、加硫橡胶 NBR (Acrylonitrile Butadiene RubberNBR (Acrylonitrile Butadiene Rubber丙烯氰丙烯氰聚丁橡胶聚丁橡胶) )（）特别要求耐候性加硫橡胶（）特别要求耐候性加硫橡胶 CR (Chloroprene Rubber)CR (Chloroprene Rubber) PDM PDM (Ethylene Propylene Rubber)(Ethylene Propylene Rubber)（）要求特大衰减力加硫橡胶（）要求特大衰减力加硫橡胶 IIR (Isobutylene Isoprene Rubber )IIR (Isobut

21、ylene Isoprene Rubber )（）特别要求耐热性加硫橡胶（）特别要求耐热性加硫橡胶 EPDMEPDM（Ethylene Propylene RubberEthylene Propylene Rubber）防振橡胶的材料防振橡胶的材料2021/3/27243-4. 3-4. 液压悬置介绍液压悬置介绍橡胶橡胶液室液室孔孔隔板隔板液室液室橡胶膜橡胶膜空气室空气室振动位移加在防振橡胶上时振动位移加在防振橡胶上时, ,被封入的液体通过液室和被封入的液体通过液室和液室之间的孔往复进出液室之间的孔往复进出, ,产生制振作用。产生制振作用。2021/3/2725OrificeOrificeOr

22、ificeOrificeLossLossfactorfactor振幅和损失因素的关系振幅和损失因素的关系在在10Hz10Hz附近形成大的高峰附近形成大的高峰如果将此高峰和发动机摆动频率一致如果将此高峰和发动机摆动频率一致, ,能够得到制振效果。能够得到制振效果。动弹性模数升高。动弹性模数升高。对发动机摆动频率有效果对发动机摆动频率有效果, ,但不利于对但不利于对更高频率的防振。更高频率的防振。2021/3/2726l怠速振动怠速振动l急加速急加速 減速时的振动減速时的振动l发动机摆动发动机摆动l室内共鸣音室内共鸣音l发动机音发动机音振动、噪声的问题振动、噪声的问题发生机理发生机理振动模型振动模型 频率、发动机悬置的对策例介绍。频率、发动机悬置的对策例介绍。2021/3/2727发动机摇摆振动发动机摇摆振动 (15(1520Hz)20Hz)增加车身弯曲振动增加车身弯曲振动（弯曲共振点（弯曲共振点202023Hz23Hz）