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　　发动机悬置设计方法介绍 ＭＡＥ 轿车开发事业部 底盘驱动设计部 悬置设计方法介绍 1.发动机悬置开发流程 2.汽车的防振技术 3.设计阶段考虑的项目 3-1.形状、构造 3-2.支架设计要点 3-3.支架材料 3-4.液压悬置介绍 4.悬置特性和NVH 发动机悬置设计 悬置规格研讨 设计构想书 动力总成重量（悬置位置分担重量） 动力总成的转动惯性矩 1.汽车的防振支承 汽车轻量的车体内 装有沉重的发动机 再坐上乘员、装上货物 行驶在道路上。 防振比一般产业机械复杂。需要涉及多种防振技术。 汽车的振动状态 悬架以下振动(10～15Hz)：悬架以下零件加振。 路面凸凹振动和悬架以下零件的共振 车身晃动：在特定的车速范围，10Hz前后的振动。 车身的弹性振动和悬架以下振动的共振 发动机上下抖动：发动机上下固有振动(8～15Hz)的共振。 怠速振動：4缸发动机时20～30Hz。 怠速振动和车身的弯曲共振 加減速Shock：过激的驱动力矩的作用。 摇动(Sage)(～10Hz)、上下颤动(～30Hz) 车内共鸣声(60～80Hz)：动力总成的振动与车内共鸣。 加速噪声(～1000kHz)： 动力总成的振动向车身加振。 2.惯性主轴支持方式—— ＦＦ车中的主流 以左右悬置（图中A,B)为主悬置， 配置在滚动惯性主轴附近。 前后配置为辅助悬置（图中 C,D）。 ＜特征＞ ?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。 上下和摇动各自独立，容易协调。 ?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(ENG SHAKE)和IDLING振动两方面兼顾得很好。 刚体的惯性主轴 使刚体围绕通过刚体重心的任意方向的轴旋转，就会产生改变旋转轴方向的力矩。例如，图中使圆柱围绕轴AA旋转，由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BB或者轴CC这样的圆柱图形的对称轴旋转时，将不产生绕AA轴旋转时改变旋转轴方向的力矩。 这样，使刚体绕该轴旋转时，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，称该轴为刚体的惯性主轴。 3.设计阶段考虑的事项 (ａ)尽量接近非连立条件、各自由度的振动分离独立化的同时，取支承系的固有频率(ROLL fn)为加振频率的1/√2以下，共振点远离实用频率领域，提高振动绝缘的效果。 （ｂ）使支承系的弹性主轴和动力总成的扭矩转动轴重合，取扭矩变动产生的旋转振动不诱发并进振动的位置。 （ｃ）为了防止发动机振动、提高乘坐舒适性，支承系的上下方向的固有频率(BOUNCE fn)设定得比悬架下固有频率稍高。 支承系的固有频率(ROLL fn) (1)Ｌ区域的动弹簧特性（Ｋd1）决定动力总成的共振频率(fn)，支配怠速时的滚动防振性能。设动力总成的转动惯性矩为I ，ROLL fn必须满足下式。 (2)在能够支持D,R RANGE的怠速扭矩 (包括A/C on等高怠速)的范围内，线形区域Ｌ尽量狭窄。(3)加减速冲击与 成正比，所以K2/K1之目标值取2～3以下，希望尽量小。(4)为了确保发动机舱内的动间隙，在急起步等条件下也不得超过θmax(±4°左右)。 上下固有频率（ｆｎ）的决定 ４缸发动机中，曲轴转一转加振2次， 所以强制频率（ｆ）取为怠速转速的2倍。 选定固有频率（ｆｎ）＝ｆ／３～２。 （例）怠速转速６００ｒｐｍ ４缸发动机的ｆ＝１２００rpm 选定ｆｎ＝６００～４００ｒｐｍ 3-1.悬置的形状、构造 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（复合）型。 ?压缩型：单位受压面积可以承受大载荷。?剪切型：用于希望主方向的弹性模数特别低的场合。?倾斜型：设定上述弹性模数困难时使用。 为得到非线性弹簧特性的构造。 通常，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弹簧特性。 （ａ）想得到2方向硬，另1方向软时： 如果采用筒型（右图的形状）， 与轴向的弹性模数k１相比， 轴垂直方向的弹性模数k２相当大， ｋ１/ｋ２可以取到10左右。 （ｂ）想得到1个方向硬，其它2个方向软时：加入中间连接板，可以增大弹性模量比。（左下図）（ｃ）想得到3个方向的弹性模量相同时：倾斜配置防振橡胶，可以使2个方向的弹性模量相同。（右下図） 3-2.发动机悬置支架设计必要条件 (ａ)振动必要条件 目标：ｆｎ＞５００Ｈｚ； 通常因发动机振动产生噪声的频率为２００～４００Ｈｚ，设计时让支架在此频率之间不产生共振。 (ｂ)強度必要条件 ①在坏路行驶时由路面输入的上下载荷； ②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 ＦＦ車 上:10G，下:20G 前、后滚动阻尼器 加速0.6G 减速0.3G 怠速振动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低时，怠速振动好。 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，悬置完全非连成时，上下共振被强烈激起，舒适性恶化。对于上下激振力，如果有些摆动或者前后颠簸连成，共振水平会降低。但是，连成度有最佳值。 弹性滚动轴的设定范围 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动，多数是摆动和上下稍稍连成时为好。但是，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、发动机、变速器等的特性，由试验决定。 3-3.橡胶的热害容许温度 4.悬置特性和ＮＶＨ 怠速振动 急加速?減速时的振动 发动机摆动 室内共鸣音 发动机音 怠速振动 发动机摇摆振动 (15～20Hz) ?增加车身弯曲振动 （弯曲共振点20～23Hz） ?方向盘、地板的振动 急加速?减速时的振动（晃动振动） 急加速?減速?发动机摇动 ?车身振动 （FF车因发动机、变速器、传动系为一体，故晃动剧烈） 发动机上下颤动 ①坏路上下颤动 粗糙路面?弹簧下振动 ②良路上下颤动 轮胎不平衡?弹簧下振动 ?发动机悬置系共振?车身振动 室内共鸣音 发动机二阶惯性力 ?发动机悬置 ?车身音响特性 发动机音 发动机旋转振动 （15～20Hz） ?增加车身弯曲振动 （弯曲共振点20～30Hz） ?STEERING FLOOR的振动 ②橡胶悬置 ?橡胶A（低衰减） ?橡胶B（高衰减） 减小弹性模量。 极力抑制橡胶纵荡?支架类发生共振。 ?装动力阻尼器。 发生机理 发动机悬置的对策例 * * 悬置规格研讨 绘制图纸 试验 悬置位置研讨 改进设计 确认试验 基本尺寸图、发动机舱布置 设计构想书、动力总成重量 动力总成的转动惯性矩 目标值设定 评价方法 改进效果的确认 改进方案具体实现 开发流程 悬置方式 悬置弹性模量 悬置材料 悬置、支架 输入项目 输出项目 悬置设计顺序 悬置支承位置的决定 固有频率的决定 弹性模数的决定 悬置(INSURATOR)的决定 各支承点的静载荷 （尽量均等） 振动传递率→固有频率 固有频率→动弹性模数 材料、形状的选定 目标规格设定 表达机械防振时， 设机械的加振力为F0（机械的强制振幅为a0）， 传到基础的力为F（机械的振幅为a）。 其传递的比例叫做传递率，由（1）式表示。 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比决定。 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⑵式求得 f=固有频率（Hz） K=防振橡胶的动弹性模数(N/mm) m=防振橡胶支承的载荷(kg) δ=载荷/静弹性模数 载荷 考虑1G状态下加在悬置上的载荷来设计悬置橡胶。 考虑1G状态的载荷进行设计 设定在1G状态下处于中心位置。 计算实例 动力总成载荷200kg(支承载荷100kg) 发动机转速700rpm(12Hz) 固有频率(f) 根据振动传递率10～15%的振动传递率曲线Hz 动弹性模数(Ｋ) kd=(2πf)2xｍ/ 1000 =(2xπx4)2x100/1000 =59.7(N/mm) 静弹性模数(Ｋ) ks=kd/αα=1.4 =42.6(N/mm) α=1.4(NR天然橡胶)、2.0(NBR丙烯氰聚丁橡胶) 动力总成 ROLL角 TORQUE 中间连接板 倾斜配置 （１）一般的加硫橡胶?NR（Natural Rubber天然橡胶） ?SBR (Styrene Butadiene Rubber苯丁橡胶)?BR (Polybutadiene Rubber聚丁二烯橡胶) ?IR (Isoprene Rubber异戊二烯橡胶) （２）特别要求耐油性加硫橡胶?NBR (Acrylonitrile Butadiene Rubber丙烯氰聚丁橡胶) （３）特别要求耐候性加硫橡胶?CR (Chloroprene Rubber)?PDM (Ethylene Propylene Rubber) （４）要求特大衰减力加硫橡胶?IIR (Isobutylene Isoprene Rubber ) （５）特别要求耐热性加硫橡胶?EPDM（Ethylene Propylene Rubber） 防振橡胶的材料 3-4. 液压悬置介绍 橡胶 液室１ 孔 隔板 液室２ 橡胶膜 空气室 振动位移加在防振橡胶上时，被封入的液体通过液室１和液室２之间的孔往复进出，产生制振作用。 Orifice Orifice Lossfactor 振幅和损失因素的关系 在７～10Hz附近形成大的高峰 如果将此高峰和发动机摆动频率一致，能够得到制振效果。 动弹性模数升高。 对发动机摆动频率有效果，但不利于对更高频率的防振。 振动、噪声的问题 发生机理 振动模型?频率、发动机悬置的对策例介绍。 减小弹性模数。 加动力阻尼器。 车身弯曲振动制振 利用散热器做动力阻尼器。 发生机理 发动机悬置的对策例 加大弹性模量、衰减。 做成非线形弹性模量。 发生机理 发动机悬置的对策例 加大弹性模量、衰减。 改变橡胶的倾斜。 发生机理 发动机悬置的对策例 减小弹性模量。 装动力阻尼器。 发生机理 发动机悬置的对策例

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