汽车动力总成悬置系统的优化设计毕业论文(编辑修改稿)

汽车动力总成悬置系统的优化设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

任务，需要满足一系列的静态和动态性能的要求，同时又要受到整车布置的限制。 对动力总成悬置系统进行解耦设计，以悬置元件的支承方位和刚度为参数合理分配发动机的各向振动固有频率 ，并将悬置系统和车架本身作为一个整体考虑可以进一步改进和优化悬置系统，从而降低振动，提高汽车的性能。 产品技术定位与要求： （ 1） 产品开发原则 ： 1) 技术领先国内主要竞争对手，并保证推出后技术储备在 5 年以上不落后； 2) 产品系列化开发、模块化设计，可向 6 42 系列扩展； 3) 应用新材料、新技术，实施整车轻量化设计，提高承载能力； 4) 主要总成件选用国内主流成熟配套资源； 安徽工程大学成人高等教育毕业设计 12 5) 从设计到生产严格控制成本，零部件有较大通用性。 （ 2） 关键技术 ： 1) 符合国家排放标准且掌握知识产权的高性能发动机 ； 2) 联合国际设计公司全新开发的全系列驾驶室； 3) 以 Benz Actros 底盘技术为基础，引鉴欧洲重卡先进技术； 4) 电子远程车辆管理系统。 国内外发展现状概述 国外许多专家对发动机悬置系统隔振做出了许多有益的研究和探讨。 早在1939 年， Illife 就提出了悬置系统设计的一些基本原则，但是较为熟悉的六自由度解耦理论和计算方法是在 20 世纪 50 年代由 Horison 和 Horovitz 完成的。 1979年， Johson 首次用数学的优化手段，进行悬置系统的设计，他以合理配置系统的固有频率和实现各自由度 之间的振动解耦为目标函数，以悬置刚度和悬置坐标为设计变量进行优化计算，取得比较令人满意的优化成果。 近二十多年，随着计算机技术的高速发展和更有效的振动分析方法的应用，为悬置系统的设计和研究提供了十分有效的手段，使悬置系统优化设计和仿真分析得以开展和研究。 这段时期中，应用优化理论进行的动力总成悬置系统的研究方法，大多是将悬置系统的力学模型简化，以车架为刚性基础建立六自由度的刚体阻尼弹簧模型，来最终实现合理配置系统的固有频率和各自由度之间的解耦。 国外学者和厂家在优化动力总成悬置系统的位置和刚度的同时，对悬置本身的 结构和动态特性也开展了大量的研究工作。 传统的动力总成橡胶悬置结构简单、成本低，但其有阻尼小、刚度偏大及高频动态硬化的缺点，难以满足汽车动力总成在较宽频率范围内对悬置系统的隔振要求。 因而现代的国外轿车已大部分采用了新一代的液力悬置来取代传统的橡胶悬置，以满足更高的整车性能要求。 液力悬置是传统橡胶悬置与液力阻尼组成一体的结构。 液力悬置在低频具有大阻尼、高动刚度特性，既可有效地隔离、衰减发动机低速时的稳态振动，又可很好地控制、衰减汽车非稳态工况下动力总成的大位移冲击运动和振动；在高频域具有小阻尼、低动刚度的特性， 可在较宽频带范围内满足动力总成的高频隔振要求，降低汽车在高速行驶中的车内振动和噪声，明显改善汽车的乘坐舒适性，并有助于提高汽车的安全性和操纵稳定性。 经过 20 多年的发展，液力悬置结构由简单到复杂，控制方式也由被动式发展到半主动控制式及和主动控制式，设计生产技术日趋成熟，应用日趋广泛，液力悬置已成为动力总成悬置未来发展的必然趋势。 但是目前由于制造成本、结构安徽工程大学成人高等教育毕业设计 13 尺寸及制造工艺等原因的限制，国外在轻型车上液力悬置的应用还比较少，还通常采用传统的橡胶材料作为隔振元件，但橡胶材料的性能、悬置结构形式及制造工艺都有了很大改进 ，使其隔振作用有了明显的提高。 我国汽车工业的迅速发展和人们对汽车行驶舒适性要求的提高促进了我国汽车科研工作的广泛深入。 国内的汽车专业人员对发动机悬置系统的研究虽起步较晚，但已取得了大量的成果。 从 1983 年起，徐石安等人就开始对悬置系统进行了研究，在优化问题上以悬置处动反力幅值最小为目标函数，适当控制系统的固有频率，取得了较好的效果。 1985 年，潘旭峰等人结合 DD680 大客车发动机悬置参数设计问题，应用模糊集理论，通过移频、解耦来降低悬置处响应力等各种途径，对悬置参数进行了模糊多目标优化，获得了较为满意的综 合效果。 1992年，长春汽车研究所的喻惠然等 人 给出了发动机悬置系统设计的一般要求和原则，并对 CA6102 型发动机的悬置系统进行了基本参数计算和隔振性能研究，提出了改进方案。 同年，上官文斌等人从工程实用的角度出发，在扭矩轴坐标系中建立优化模型，以系统固有频率为目标函数，充分考虑到系统解耦、撞击中心理论应用、一阶弯曲模态节点选取等原则，并以此为约束进行优化计算，取得了良好的效果。 1994 年，王立公等人率先在国内对液阻悬置结构发展进行了系统论述，阐述了各种典型的液阻悬置的结构工作原理和性能特点及其发展趋势。 1999 年，裘新等人建立了一种轿车动力总成液阻悬置及副车架系统的非线性力学模型，进行了系统固有振动特性的模拟计算，同时对液阻悬置和橡胶悬置的隔振特性进行了对比分析，并得到实验模态分析结果的证实。 2020 年，吕振华等人对国内一种轿车的发动机液阻悬置建立了集总参数的力学和数学模型，进行了动态特性仿真，并与实验测试结果进行了对比分析，其研究方法具有一定的指导意义。 目前国内的客车和货车动力悬置系统中运用的减振装置主要还是传统的橡胶元件，被动式液压悬置在一些轿车上得到了应用。 至于半主动和主动式液力悬置由于其成本和可靠性的 原因，目前国内汽车上还没有应用实例。 1. 3 本课题研究的内容和方法 发动机系统设计是指发动机在整车上的安装应用工程，是在整车布置允许的空间内，根据整车的工作周期、负荷系数、工作环境、性能和大修期，合理地选择、设计发动机系统中的零部件，使之与发动机相匹配。 同时精心设计相应的连接管路及支架。 在第一轮设计阶段，为了保证零部件性能和可靠性，参考了市场同类车型的开发成果，结合此前车型的成功开发经验，并借助理论分析，来确定安徽工程大学成人高等教育毕业设计 14 系统、零部件的参数和结构。 使发动机系统达到以下要求： 1)能保证发动机总成在汽车规定的任何使用 条件下输出正常的功率、扭矩。 2)保证发动机正常的燃油，机油消耗量。 3)保证发动机在底盘上安全可靠地工作，提高整车的可靠性和耐久性。 4)降低附件耗功。 5)为降低整车噪声做贡献。 6)为整车平顺性及排放达标做贡献。 本课题根据发动机的设计要求，总结 Benz Actros 及东风天龙的设计经验，同时分析市场上同类车型发动机系统参数，通过理论分析，最终完成了集瑞L41AB 发动机系统设计。 主要内容是设计与发动机相匹配的进排气系统、供油系统、冷却系统、悬置系统等，并使各系统与整车性能相适应。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计 15 第二章 汽车动力总成悬置系统的设计理论 汽车动力总成悬置系统的作用 1） 隔离振动 在发动机所有工作转速范围内，发动机产生的振动必须通过悬置系统加以隔离，尽可能降低传给汽车底盘和车身的振动。 同时，悬置系统还必须隔离由道路不平引起的车轮、悬挂系统的振动，防止这一振动向发动机传递，避免发动机振动加剧，以满足车辆运行时的平稳性和舒适性，并保证怠速和停机时发动机的稳定性。 2） 发动机支承和定位 在发动机本身振动和外界作用力驱动下，发动机和底盘之间必然存在着相对运动。 所以悬置系统必须具有控 制发动机相对运动和位移的功能。 3） 保护发动机 车辆在行驶过程中同时承载着动态负荷和冲击负荷，悬置系统应具有保护发动机的能力，防止发动机个别部位因承受过大的冲击载荷而损坏。 4） 发动机与底盘之间的连接零件必须要有足够的柔性 如：排气管、进气管、燃油管、冷却水管、油门操纵机构及变速箱操纵机构等。 如果他们的刚度较大，发动机的振动容易损坏这些零件，尤其在怠速停机、出现共振时。 5） 悬置系统的零件必须具有足够的强度和可靠性，在严重的冲击负荷下应保证不发生损坏。 6） 克服和平衡因扭矩输出而产生的发作用力。 7） 发 动机悬置系统的设计还应满足装配精度低、拆装方便和维修接近性好等条件。 8） 悬置系统零部件还应符合低成本、通用化、标准化和系列化要求。 9） 保证发动机机体与飞轮壳的连接面弯矩不超过发动机厂家的允许 值。 汽车动力总成悬置系统的设计原则及布置形式 悬置系统弹性支承常用的布置 方 式 不同汽车的动力总成性能参数及其布置空间存在较大的差别，这些因素导致汽车动力总成悬置系统布置的限制条件各不相同，从而布置方式也是多种多样。 任意布置的悬置型式会导致悬置元件 间 各向刚度的相互耦合。 每个弹性悬置不论其结构形 状如何，都可看作是一个由三个相互垂直的弹簧组成的结构（粘性阻尼安徽工程大学成人高等教育毕业设计 16 结构），按照这三个弹簧的刚度轴线和参考坐标轴线间的相对位置关系，一般汽车上应用的悬置系统弹性支承的布置可以有三种不同方式。 （ 1） 平置式。 这是一种常见的、传统的布置方式，它布局简单、安装容易。 在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴各自对应地平行于所选取的参考坐标轴。 在平置式中，消除耦合振动的主要方法，是使悬置对称布置，使其位置坐标的正负数值之和为零，从而消除了完全耦合。 （ 2） 斜置式。 目前汽车中 悬置系统 多 采用这种 布置方式。 在这种布置 方式中， 每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴相对于参考坐标轴的布置是：除了 一根 轴平行于参考坐标外，其它两 根 轴分别与参考坐标轴有一夹角 θ。 一般斜置式的弹性支承都是成对的对称布置在垂向纵剖面的两侧，但每对之间的夹角可以不同，坐标位置也可以不同，主要根据车架的结构形式和隔振的需求来布置。 这种布置方式的最大优点是：它既有较强的横向刚度，又有足够的横摇柔度。 （ 3） 会聚式。 这种布置方式的特点是弹性支承的所有隔振器的主要刚度轴均会聚相交于同一点。 除了有良好的稳定性外它最大的优点是可以通过调节倾斜角度和布置坐标的关系来获得六 种完全独立的振动模态。 只是这种布置方式实施起来并不容易，且一般汽车发动机并没有纵向激励，因此应用不多。 支承点的数目及其位置 汽车发动机动力总成的悬置系统多采用三点或四点支承。 支承数目主要是根据发动机类型，前后承载重量分配以及激振力情况而定的。 采用三点支承的优点是不管汽车怎样颠簸、跳动，动力总成悬置系统总能保证各支承点处在一个平面上，这就大大改善了机体的受力情况。 目前有很多汽车发动机即使是采用四点支承 ， 也力求将飞轮端的两点 支承 尽量靠拢，以达到三点支承的效果。 在选择支承点的布置位置时还应该考虑两方面 的问题：一是打击中心问题；二是机身一阶弯曲振动问题。 动力总成悬置系统的振源分析 从机械振动学的角度来看动力总成悬置系统，它是一个强迫振动系统 [16]。 它基本上受到两个振源的激励：一是来自动力总成内部的激励；二是来自汽车行驶的路面的激励。 主要概括为以下几个方面 [17]： （ 1）不平衡的回转运动质量所产生的离心力及离心力矩。 （ 2）不平衡的往复运动质量所产生的惯性力及惯性力矩。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计 17 （ 3）不平衡的反作用简谐扭矩。 （ 4）个别气缸不发火或爆发压力不均匀。 （ 5）因机身 （ 曲柄箱 ） 刚性不足导致内力矩输出引起。 （ 6）由路面不平坦引起 (属低频随机振动 )。 （ 7）由汽车行驶中加速或刹车时的惯性力引起 （ 使发动机产生纵向振动 ）。 我们在研究动力总成悬置系统时主要考虑的是来自其本身的内部激励。 故上述的前 三项振动源 （不平衡的 回转运动质量 、 不平衡的往复运动质量、反作用简谐扭矩引起的力和力矩 ）是我们设计时主要考虑的对象。 由这三项振动源 所 引起的 动力总成 的振动模态主要是平摇，纵摇及横摇。 由不平衡量引起的激振力是离心力，它的大小与转速平方成正比，只有在高转速时其作用才明显；而着火脉冲的激励作用只有在低速时才明显，因此 一般在高转速 作用 下由不平衡的惯性力和力矩引起的振动大些，而在转速低时则由不平衡的简谐扭矩引起的振动大些。 动力总成悬置系统的优化设计方法 对发动机悬置参数进行优化，能够实现悬置系统动态特性与整车动态特性的合理匹配，有效地控制发动机振动干扰力对汽车振动的影响，改善汽车乘坐舒适性。 国内外许多人对此进行了研究，提出了多种优化分析方法。 如：动力总成悬置系统六自由度解耦或部分解耦；系统固有振动频率的配置；系统的振动传递率或支承处动反力最小等方法。 动力总成悬置系统的解耦设计 通常 动力总成 悬置系统的六个自由度的振动 是耦合的，这样 会 导致 动力总成悬置系统 的振幅加大。