发动机悬置技术
发动机悬置技术（精选7篇）
发动机悬置技术 第1篇
1 单自由度系统隔振
发动机的振动是一个非常复杂的振动过程,分析发动机的振动状态是在假定其为刚体的条件下进行的。刚体结构自由度的个数为6个,如果针对6个自由度的系统进行振动分析是很繁琐的,然而发动机的隔振系统需要符合相应的解耦条件。当满足该条件后,发动机系统就成为一个自由度为6个的系统,因此,能够针对单独一个自由度系统做隔离振动方面的分析。通常来说,振动的输入信号是由发动机产生的,而车身及车架是该信号产生的根本原因。如果传递率T小于1,频率比就必须满足
1)第一个区域是r=0～0.6时,振动被稍微放大,系统的振动被弹性力控制。
2)第二个区域是阻尼(使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用,我们称之为阻尼)区,在r=1的位置附近。当r=1时,惯性力与弹性力相平衡,系统振动被阻力控制。在这个区域内,系统发生共振,而阻尼能很好地抑制振动幅值,阻尼越大,抑制效果越好。
3)第三个区域是减振区,系统振动被惯性力控制。在这个区域内,频率比越大,隔振效果就越好。但是在动力装置隔振系统里,频率比不可能太大,它总是被控制在一定的范围内。另外,在减振区内,阻尼会给隔振带来副作用。阻尼越大,传递率越高。
2理想悬置分析
理想悬置是承受动力装置的重量和来自发动机扭矩的作用力,它必须有足够的刚度(即KW结构或构件抵抗变形的能力,定义为施力与所产生变形量的比值)。路面的冲击和发动机启动时的摇摆会作用到隔振元件上,这些激励频率(f)比较低。如果悬置的刚度小,动力装置就会产生较大的位移,可能会与其他结构相碰撞,并且影响到安置在动力装置上的其他部件,因此,在低频时要求悬置的刚度大。另一方面,从图2可以看出,在隔振区内,激励频率与系统固有频率的比值越小,隔振效果就越好,而高频时刚度低,理想的悬置刚度曲线如图2所示。
从图2还可知道,在共振区范围内,阻尼对降低振动起决定作用。可是在隔振区域内,情况是相反的,即阻尼大,其传递率的幅值也越大。因此,为了有效的达到隔振效果,在高频时阻尼越小越好。图3表示一个理想的悬置阻尼曲线。
3悬架性能比较
3.1被动悬架特性
图4和图5分别为非耦合液压悬置与橡胶悬置的阻尼和刚度比较图。液压悬置在低频时阻尼非常大,特别在10 Hz左右。因此,对吸收发动机启动时的摇摆和路面冲击非常好。可是当频率增加时,其刚度也增加,这对振动隔离不利。一般来说,高频率时,非耦合液压悬置的刚度比橡胶隔振器的刚度大。
图6为耦合液压悬置与非耦合液压悬置的刚度曲线比较图。在低频时,耦合式液压悬置与非耦合液压悬置的刚度接近。在高频时,耦合式液压悬置的刚度降低,与橡胶悬置的刚度接近,这样耦合液压悬置就弥补了非耦合液压悬置在高频时的缺陷。
3.2主动式悬置工作特性
主动控制主要是运用系统外部所加的能量进行对振动效果减轻及控制的主要方式,有时候也被称为有源控制,这种方式要比被动方式更能得到较好的控制性能。闭环控制系统在工作的时候,其输入信号是被控制对象的振动状态参数并对系统进行实时的有效控制,目的是输出为我们所预期的状态。实际上就是系统上的传感器接收到相应的振动信号后,进行信号的变换,并将输出信号经过放大电路使其信号的幅度达到一定程度后,送到控制器并指导执行机构操作命令,实现最终的控制过程,所需能量完全有系统电源来提供。
主动悬置系统在低频和高频激励条件下均具有良好的隔振效果。在发动机低频怠速工作区域附近,振动力幅值可衰减97%左右,在200 Hz激励条件下,振动衰减可达到94%,而且随着调整时间的增加,主动悬置系统可将传递到基础上的力衰减至0。
4发动机悬置的对比分析
4.1发动机悬置的结构对比分析
一般情况下发动机橡胶悬置具有两个金属骨架,分别位于上面及下面。并在中间有一层橡胶,因此,这种悬架结构非常简单。液压悬置是在橡胶悬置的基础上增加了上下腔室、解耦盘或解耦膜等等,所以,相对来说结构较为复杂一些。而半主动式、主动式悬置都需要在液压悬置的基础上安装控制系统,尤其是主动式悬置中还要有一套额外的能量供给系统来提供一个反向的力抵消系统的振动,所以,结构更为复杂。
4.2发动机悬置的介质分析
纯水、酒精或防冻液等是被动式液压悬置的工作介质,被动式液压悬置在原橡胶悬置内设计出上下液腔,利用液体在上下液腔间流动时附加流动阻尼的耗能作用,消耗振动能量,这大大提高了被动式液压悬置的工作特性。但是采用这种介质无疑会降低低频的效果,使宽频隔振的目标难于实现。
电流变液体是半主动式液压悬置的工作介质,半主动式液压悬置选择电流变液体来无级调节电流变液力悬置的阻尼力的大小,从而达到减振的效果。半主动式液压悬置很好地解决了被动式液压悬置中存在的诸多问题。而且由于电流变液体比被动式液压悬置中工作介质具有更多的优越性,随着科学技术的发展,电流变技术一定会得到广泛的应用。
4.3发动机悬置的性能分析
被动式液压悬置在频率较低的区域阻尼系数大、刚性强,这样的特点不但可以很好地隔离、减弱发动机在怠速及较低速的工况下、不好的路况下行驶时动力系统总成所产生的振动,而且可以有效地减轻行驶汽车在起步、提高速度、方向盘转向、制动系统工作等不稳定的工作状况下,动力总成的形成位移很大的冲击及不稳定状态的振动;在振动频率较高的区域,频域具有刚度低,阻尼下的特点。能够在频带比较宽的范围内消除橡胶所产生的动态状况下悬振性能减弱的现象,明显地增大动力系统悬置机构的对干扰频率的消除效果,所以能够减少动力系统在高频区域的信号隔离,同时能够减少车辆在较高速度行驶的状况时,所产生的噪声和振动从而提高汽车的乘坐安全性和舒适性。
但是被动式的液压悬置不能解决汽车操纵过程中遇到的所有问题。带有解耦膜的液压悬置也只能对简单的正弦曲线输入表现出良好的隔振特性。由于解耦膜具有严重的非线性特性,因此,这种悬置对叠加的输入不起作用。
半主动式液压悬置(主要指电流变液压悬置)在低频时,增加电流,电流变液隔振器的刚度和阻尼都增大,这有利于抗冲,尽管在频率增加时,不加电流或者电流值较低,阻尼很大,不利于隔振,但是总体来说,通过调节电流的大小来改变隔振系统的刚度和阻尼,其隔振防冲效果比被动式液压隔振器要好。
主动式悬置需要具有一定输出功率的力发生器作为其作动元件来代替被动悬置采用的“弹簧”和“阻尼器”,并构成一个具有反馈控制的系统,它适应性很强,理论上可以作到对任何形式的激励都能做出快速的反应,使悬置系统的动力特性不随系统载荷的变化而变化,并能根据激励的变化而使悬置变“硬”或变“软”,能明显地改善悬置系统在宽频带上的综合性能。从这一方面说,主动隔振器的隔振效果要比半主动式隔振器的效果相对好些。
4.4发动机悬置价格对比分析
橡胶悬置相对结构简单,价格便宜,基本不用维修。被动式悬置结构尺寸小,制造安装相对简单,所以,成本相对较低,但半主动式悬置、主动式悬置额外增加了控制系统,尤其主动式液压悬置需要额外的能量供给系统,成本高,可靠性低,维修困难,结构复杂,所需车上的安装空间大。
5结束语
本文针对汽车发动机的悬置技术进行了分析,对单自由度系统隔振原理进行了阐述,从不同方面对于悬置技术归纳对比分析,结果表明电流变液体比被动式液压悬置中工作介质具有更多的优越性,主动隔振器的隔振效果要比半主动式隔振器的效果相对好些,发动机悬架技术由于人们对乘车舒适性、安全性要求的提高,将来会成为该领域的研究热点。
摘要：发动机悬置技术在一定程度上增加汽车驾驶的舒适性和安全性,按照不同方面具有不同的种类。在介绍其基本原理的基础上,针对发动机悬置的结构、介质、性能及价格等方面进行对比分析,得到各种技术的相应优缺点,为实际应用提供一定的理论基础。
关键词：发动机,悬置,隔振,阻尼
参考文献
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[4]蔡俊.主动控制式电磁液压悬置隔振特性研究[J].吉林大学汽车工程学院学报,2004,3:11-12.
发动机悬置技术的研究综述 第2篇
关键词：发动机,悬置,隔震,主动控制
0前言
随着汽车技术的日新月异.现代汽车设计向着小型化、经济化、轻量化方向发展, 中高级以下轿车普遍采用发动机前置前轮驱动形式。汽车多使用铝制平衡性较差的四缸四冲程发动机。然而少缸、大功率发动机的应用。导致发动机振动激励增大;车身质量的减轻, 又导致车体刚度的降低, 因此由发动机传递至车身的振动加剧, 车内的振动和噪声特性恶化。可见动力总成悬置系统的振动隔离特性对汽车的乘坐舒适性有着重要的影响。性能良好的动力总成悬置系统不但可以减少振动向车架的传递。降低车内噪声, 提高乘坐舒适性, 而且还可以更好地保护动力总成。因此, 发动机悬置系统的设计越来越受到汽车设计者的广泛的重视。一个良好的悬置系统必须要满足以下几点:
(1) 固定并支承汽车动力总成的重量, 每个悬置上分配的重量尽可能均匀;
(2) 承受汽车行驶过程中作用于动力总成上的一切动态力, 例如当汽车加速或减速时, 在动力总成上会产生纵向的动态力;汽车转向时, 作用于动力总成上的横向动态力:汽车在不平的路面上行驶时, 会有上下方向的垂直动态力;
(3) 承受动力总成内部因发动机旋转和平移质量产生的往复惯性力及力矩;
(4) 隔离由于发动机激励而引起的车架或车身的振动;
(5) 隔离由于路面不平度以及车轮所受路面冲击而引起的车身振动向动力总成的传递。
理想的发动机悬置, 为衰减因路面和发动机怠速燃气压力不均匀引起的低频大幅振动, 应具有低频高刚度、大阻尼的特性;为降低车内噪声, 提高操纵稳定性, 应具有高频小刚度、小阻尼的特性。所以, 总体上要求悬置要具有频变和幅变特性。现有的发动机悬置有很多种类型, 主要有橡胶悬置、空气弹簧悬置、液压悬置、半主动悬置和主动悬置等多种结构形式。本论文在回顾悬置系统发展的基础上, 对各种悬置系统的性能、特点和发展趋势进行了综述。图1为一个理想悬置的阻尼曲线。
1 普通标准结构
发动机是通过悬置系统与车身相连接, 发动机是振动源, 车身是防振对象, 这就要求发动机悬置能够有效地吸收振动或降低振动, 发动机工作时振动频率与振幅有如下关系:低频振动时振幅较大;高频振动时振幅较小, 因此对发动机悬置要求是在低频振动时有较大的损耗系数, 以便能够迅速将大的振幅消减下来, 而在高频振动时有较小的动刚度, 以便能够更好地吸收振动。通过近几十年来的研究开发, 一些悬置的结构被确定为基础结构, 实际使用的发动机悬置大部分是这些结构的改型。如图2-1, 发动机前悬置大多采用这种压缩/剪切结构, 一般情况3点支撑的发动机都是采用前端2点后端1点的支撑形式, 且2个前悬置采用一定的倾斜角度对装, 在工作中同时受到压缩和剪切载荷的作用。发动机后悬置大多采用图2-2所示的楔形座结构, 这种楔形对称结构在工作中易受到压缩和剪切变形, 同时把弹性体部分设计成平行四边形结构还可以消除悬置所受的弯曲应力, 这种楔形悬置在3个方向上的刚度可以由空间尺寸和角度来决定, 为各个方向上的刚度调整提供了方便。图2-3是一种衬套式发动机悬置, 这种结构是由内外金属套管和橡胶硫化在一起, 它能实现较大的径向与轴向刚度比。
2 橡胶悬置
橡胶悬置被用于隔离发动机的振动始于1930年, 此时由于汽车上广泛应用四缸发动机, 它的严重不平衡二阶惯性力造成动力总成的振动尤为突出, 致使整车振动加大。为了降低振动, 提高乘坐舒适性, 人们进行了悬置元件本身结构性能的设计, 把橡胶硫化到各种形状的金属骨架上, 形成了各式结构的橡胶悬置。此后, 橡胶悬置技术取得了很大的发展, 设计人员通过适当选择防振橡胶的形状、尺寸, 可以使其3个方向 (垂向、横向、纵向) 的刚度系数达到所希望的数值, 并通过橡胶分子之间以及橡胶与填充剂之间相互作用产生的内摩擦衰减作用有效地隔除发动机的振动。硫化橡胶的内摩擦比金属弹簧大1000倍以上, 能够有效地降低谐振时的振幅, 并使自由冲击产生的衰减振动尽快停止。图2为几种典型的橡胶悬置。
但是, 橡胶材料耐温、耐油性能较差, 用天然橡胶制成的减振橡胶块, 通常不能在70℃以上的温度下使用, 而月.橡胶悬置在高频时具有较大的动刚度, 试验表明, 当激振频率高于200 Hz时, 橡胶悬置的动刚度会突然增加。这就导致了它在低频和高频的环境中顾此失彼, 使本身的减振降噪能力部分损失。
3 空气弹簧悬置
空气弹簧悬置主要由空气弹簧和阻尼可变的减振器 (如半主动磁流变阻尼器) 组成。空气弹簧是利用橡胶气囊内部压缩空气的反力作为弹性恢复力的一种弹性元件。它具有以下特点:
(1) 具有非线性特性, 可将其特性曲线设计成理想形状。
(2) 质量轻, 内摩擦小, 对高频振动有很好的隔振消声能力。
(3) 其刚度和承载能力可以通过调节橡胶气囊的内压力来调整。
(4) 制造工艺复杂, 费用高。
空气弹簧按工作时的变形方式分为囊式、膜式和混合式。见图4。囊式空气弹簧主要依靠橡胶气囊的曲挠获得掸性变形;膜式空气弹簧主要依靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形;混合式空气弹簧则兼有以上两种变形方式。
4 液压悬置
为了改善减振橡胶性能, 使之达到发动机悬置的高频低动刚度, 低频高阻尼系数的特殊要求, 采用了液体封入结构形式。最早的液压悬置是德国大众公司于1979年开发的奥迪车发动机液压悬置, 现在这种液体封入技术已被广范应用, 发动机液压悬置从开始应用到今天经过了以下几个发展阶段。
4.1 单通道液压悬置
发动机液压悬置的最初形式是 (见图5) , 单通道液压悬置。在液体封入之前, 其性能与一般减振橡胶相似, 当液体封入后, 液压悬置在低频振动区受到外力作用, 主体受压变形, 压力传递到液体上, 迫使液体从主液室向从液室流动, 液体在流动过程中受到流动阻力, 从而产生很大的损耗系数, 使液压悬置在低频时具有较好的减振效果, 当外加振动频率等于液体固有频率时, 产生的损耗系数达到最大值, 液体固有频率与液封结构及液体性能有关。
液压悬置设计时应使液体固有频率与防振对象的频率一致, 使液封具有最佳的防振效果。
1主体2主液室3流道上盖板4流道下盖板5流道6从液室7膜片8下底板总成
4.2 双通道液压悬置
当外界施加的振动频率超过液体固有频率后, 液压悬置的动刚度有增大的趋势, 这时动刚度就不能满足使用要求, 需要对液压悬置结构进行改进 (见图6) 在开设低频通道的同时应增设可动板结构 (或叫解偶膜) 。
当汽车正常行驶时振动频率低振幅较大, 可动板移动量大, 能够把可动板附近的高频通道封住, 此时液体只在低频通道中流动, 通道阻力产生了较大的阻尼系数, 提高减振效果。
当发动机空转时振动频率高振幅较小, 因为液体的流动相对于外力存在一定的滞后性, 致使液体无法跟随外加振动而流动, 在低频通道中不会产生液体的流动, 此时因振幅较小, 可动板的移动量小, 不能将可动板附近的高频通道封住, 可动板运动时带动周围的液体运动, 使得液压悬置的动刚度降低, 从而改善液压悬置在高频时的减振性能。
1主体2主液室3高频通道4流道上盖板5可动板6流道下盖板7低频通道8从液室9膜片10下底板总成
4.3 双通道带翼板液压悬置
当外界施加的频率超过50Hz时, 可动板的振动滞后性也使它无法跟随外界的振动而振动, 可动板的结构效应达到极限, 动刚度又会有增大的趋势 (见图7) 在主体上增加翼板使液压悬置在可动板的结构效应达到极限后, 翼板能始终跟随主体振动而振动, 能对液室中的液体起到搅拌作用, 使得动刚度有所降低, 达到对高频振动有较好防震效果。
1主体2翼板3主液室4高频通道5流道上盖板6可动板7流道下盖板8低频通道9从液室10膜片11下底板总成
4.4 可转换装置
随着人们的乘坐舒适性要求不断提高, 开发了可转换装置的悬置, 实现动刚度和阻尼的相互转换。在传统液压悬置的主体和主液室间增加了一个附加膜, 当发动机空转时, 附加膜和主体间的空气对降低小振幅的动刚度有一定效果;当汽车行驶时, 真空泵将空气全部抽出, 附加膜直接和主体连在一起, 整个装置就成了一个传统结构的液压悬置, 实现在低频下的高阻尼作用, 这样就可以随着发动机的信号, 通过真空泵开关, 实现降低动刚度和增大阻尼间的随意切换。
1主体2主液室3高频通道4流道上盖板5可动板6流道下盖板7可动板8电极9从液室10膜片11下底板总成
4.5 主动装置
在新开发的产品中, 有一种叫主动装置的悬置, 主动意味着在短时间内对阻尼、动刚度这样的参数可以调整, 图8介绍了一种主动装置的悬置, 在该结构中将通道壁设计成电极装置, 通过对电极施加不同的电压, 使得通道内的液体粘度发生变化, 从而实现从高弹性低阻尼状态转变到高阻尼状态。该装置中使用的液体主要是可导电硅油树脂、硅酸盐悬浮液, 但这些液体的长期稳定性不佳, 在静止状态下会出现沉淀, 在振动状态下沉淀物不能分散, 同时液室内的硅酸盐产生研磨作用影响装置的耐久性。
5 结语
发动机悬置系统是车辆的一个重要组成部分, 它经历了由被动式悬置向主动式悬置的发展历程。随着控制技术的发展以及人们对车辆乘唑舒适性要求的提高, 国际上已有很多技术人员开展了主动悬置的研究, 国内针对这方面的研究相对较少。所以我们应大力开发性能优秀的发动机主动悬置技术, 提高国产车辆的隔振降噪水平。
参考文献
[1]梁天也.史文库.唐明祥.LIANG Tian-ye.SHI Wen-ku.TANG Ming-xiang发动机悬置研究综述[期刊论文]-噪声与振动控制2007, 27 (1)
[2]袁健.贺才春.杨军汽车动力总成用液阻橡胶悬置的发展[会议论文]-2007
[3]Jack Yamaguchi Electronically-controlled Engine Mounting System Smooth Transfers 1983
发动机悬置系统设计 第3篇
发动机工作中产生的不平衡力和力矩及路面不平度是引起汽车振动的主要激振源,对发动机悬置系统参数进行优化设计,能够实现发动机悬置系统动态特征与整车特性的合理匹配,隔离发动机自身振动和吸收路面不平度振动,有效控制这两方面干扰对汽车振动的影响,从而降低汽车振动,改善汽车乘坐舒适性。
1、发动机悬置系统原理
柴油机悬置系统大多采用弹性支撑装置承受着柴油机、离合器、变速器以及其他附件所组成的载荷。主要作用是减少柴油机的振动传递和由柴油机引起的令人不舒服的噪音;限制动力总成的最大位移避免与相邻件干涉。悬置系统性能通常用传递β来衡量。也就是把来自发动机的振动通过悬置系统传递到车架的数量。当β>1时,表明悬置系统正在增加来自发动机的振动,这表明悬置系统的自振频率接近于发动机点火频率,从而产生共振,也就是增加了振动能量输入。当β<1时,表明悬置系统消减来自发动机的振动,起到隔振作用。
1.1 发动机悬置系统的双重隔振效果
发动机悬置是动力总成与车身(架)之间的连接件,它应具有良好的隔振作用。一方面,它要阻止作为主振源的发动机向车身(架)传递振动力,这类隔振形式称为主动隔振;另一方面,悬置必须阻止路面不平激励等传给发动机的振动和冲击,并使动力总成作为动力吸振器衰减车身的振动能量;这类隔振形式称为被动隔振。因此悬置是具有双向隔振的特性。
1.2 发动机振动
对于汽车发动机来说,其振动主要起源于两处,一是由气缸内点火燃烧,曲轴输出脉冲扭矩引起的激扰;二是由发动机往复运动的活塞和连杆等造成的惯性力不平衡的垂直振动。
由于燃料在气缸内爆发而在缸体上产生绕平行于曲轴轴线的力矩。多缸发动机合成的扭矩以及与它等值反向的由发动机悬置点承受的翻转力矩,这种力矩使发动机产生周期性的扭摆运动,故产生扭转振动。这种周期性的力矩脉动叫做着火频率:
其中:n发动机转速,r/min;
i发动机缸数;
t冲程数。
不平衡旋转质量和往复运动质量所引起的激振频率为:
其中:Q为比系数,一阶惯性力Q=1,二阶惯性力Q=2,高阶惯性力很小,可以忽略不计。旋转运动产生一阶惯性力,往复运动产生一阶和二阶惯性力。
对于不带平衡机构的直列四冲程四缸机,振动的基本特点是怠速时,其扭转振动与不平衡二级惯性力的外激励频率较低,仅为20HZ,一般情况下,十分接近悬置系统的固有频率,容易导致共振;在发动机额定功率下,其二级不平衡的振动外激励频率高100HZ,而且不平衡惯性力的大小与转速的平方成正比,这可能导致发动机-变速箱总成产生弯曲共振。因此,在设计四缸机悬置系统是,必须考虑高低端的振动特性。
2、悬置系统的匹配设计
2.1 悬置系统的固有频率
在不考虑阻尼的情况下,若将重快向下压,使弹簧压缩变形,然后松开,重快就会上下自由振动,振动的固有频率为:
其中:K为弹簧刚度,g/cm;
M为重快质量,gs2/cm
发动机悬置系统的阻尼通常很小,可忽略不计,若果简化为最基本的模型,动力总成就相当于重快,悬置软垫就相当于弹簧,这样就可计算出悬置系统的自振频率。由此可见,悬置软垫的刚度对悬置系统自振频率的大小起关键作用。
当发动机振动作用于悬置系统自由振动的振波上时,自振波的振幅将变得很小而忽略,只留下强制振动,即系统的振动频率等于强制振动的频率,但这种受迫振动的振幅与频率比有很大关系。频率比就是强制振动的频率与自振频率之比。
其中:Rf=强制振动频率/自振频率=fF/fN=频率比
c=阻尼比
传递率和频率比之间的关系可以用图2的曲线表示。它直接反映了悬置系统衰减振动的能力。悬置系统上常用的几种弹性材料的传递率特性都表示在图2上。其中橡胶材料的相对阻尼系数为0.1.当发动机转速升高时,点火频率和输入到悬置系统的激振频率也在增加,在图2上可看出工作点向右移动,表明在低速时悬置系统传递率高,这意味着发动机怠速时悬置系统传递特性极差。因此,在设计悬置系统时必须考虑到这一关键速度。对于一个好的悬置系统来说,我们推荐当发动机怠速运转时,传递率不大于0.4.参照图2,对于橡胶材料,其相对阻尼系数为0.1,当传递率为0.4时,悬置系统激振频率比为2.就是说放发动机怠速为600r/mim,点火频率为30Hz时,发动机悬置系统的自振频率应该低于15Hz。
2.2 发动机悬置布置形式
由于四点式悬置的稳定性好、能克服较大的转矩反作用力,故其在四缸机以上的发动机上使用最为普遍。在动力总成中常将发动机和变速器考虑在一起,则其质量和长度大,为了避免发动机机体后端面与飞轮壳接合面上产生过大的弯矩,或发动机产生俯仰振动,一般在变速器上增加一个辅助支承点,从而形成了五点式悬置。由于该支点距动力总成的质心最远,又是过定位点,因此辅助支点刚度不能太大,以避免因车架变形而损坏变速器或悬置支架。对于四点式悬置,发动机悬置的布置方式主要有会聚式、斜置式、平置式、斜置平置组合式等。
2.2.1 斜置式
当前、后悬置的弹性中心分别倾斜相交于一点时,这种布置方式称斜置式(如图2所示)。斜置式是一种既有较强的横向刚度、又有足够的侧倾柔度的布置方式。斜置式悬置的所有刚度几乎都是倾斜角φ的函数。因此必存在着这样一种角度,使得六个固有频率落在所期望的范围内,这个角度称为最佳倾斜角。在实际工作中,选取最佳倾斜角常比去耦更易实施,而同样能得到良好的隔振效果。总之,斜置式的优点是既能有较强的刚度又能使耦合变得较少,因而在很多的汽车上得到应用。
一般倾斜角度φ=40°～45°。
2.2.2 平置式
前后悬置均水平布置则称为平置式(如图3所示)。这是一种最常见的、传统的布置型式,它布局简单,安装容易,易于控制。在这种布置方式中,每个悬置的三个互相垂直的刚度轴p、q、r组成平置式的悬置,在平置式中,消除耦合振动的主要方法,是使悬置作成对的对称布置,或是其位置坐标的正负数值之和为零,从而消除了完全耦合。这种布置在在客车上均有采用。
2.2.3 组合式
这种布置方式是发动机前部采用斜置式,后部采用平置式的悬置型式,或者是发动机前部采用平置式,后部采用斜置式的悬置型式。(如图4所示),这种布置的特点是隔离扭振的能力强,有效地减少发动机左右摆动,同时软垫布置在发动机前、中部两侧,可以降低发动机重心,提高发动机稳定性。后悬置采用平置式结构,可承载较大的垂直载荷。
2.3 发动机飞轮壳后端面静态弯矩校核
当变速传动部分较长或较重时,柴油机飞轮壳和机体后端面的挠度可能会超过标注在发动机数据栏上的许用值。只是需要在变速器上增加一个辅助支撑。它不能设计成刚性,采用一个低弹簧刚度的辅助支撑可以是静态弯矩减小至零,但动态刚度却明显升高。较可靠的设计是将后支撑后移至离合器或变速箱壳体上,既消除了静态弯矩,动态力矩又不会明显升高。通过静态弯矩和悬置系统的分布位置,取得一些必要的数据后计算出这个静态弯矩,需要的数据资料有些可以从发动机数据栏中获得,有些要从传动装置制造厂家取得,还要从悬置系统的设计要求获得。
We发动机的湿重=发动机净重+冷却水质量+机油质量
Wt发动机传动系总质量=发变速箱湿重+离合器质量+离合器壳质量+其他附件质量
R1前支撑作用点
R2飞轮壳支撑点
R3辅助支撑点
X缸体后端面
L1～L8水平距离(支撑点,重心点和缸体后端面之间距离)
发动机的安装位置R1、R2必须是定值。要达到这个要求,后支撑点R3是一个预定值。
Mx为飞轮壳后端面的静态弯矩:
也可以用以下计算公式:
若取消变速箱辅助支撑,怎R3=0
若计算出的Mx值超出厂家发动机飞轮壳后端面允许最大弯矩,则必须增加变速箱辅助支撑。增加变速箱辅助支撑后,辅助支撑预定负载荷使Mx为0。
根据发动机悬置前后支撑力来选择悬置软垫的刚度,通过匹配和调试,是发动机悬置系统的性能满足要求。
3、总结
在发动机悬置设计过程中,一般先进行理论计算,再进行试验验证,以理论计算为指导,以试验验证为基准,使发动机悬置系统符合减振要求。
在进行发动机悬置系统设计过程中,一般来讲需要满足以下要求:
1.能在所有工况下承受动、静载荷,并使发功机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内,不与底盘上的其他零部件发生干涉。同时在发动机大修前,不出现零部件损坏。
2.能充分地隔离由发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递,降低振动噪声。
3.能充分地隔离由于路面不平产生的通过悬置而传向发动机的振动,降低振动噪声。
4.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。
参考文献
[1]陈家瑞.汽车构造.北京.机械工业出版社.2000.
[2]张小虞.汽车工程手册设计篇.北京.人民交通出版社,2001.
[3]余志生.汽车理论.北京.清华大学出版社.2000.
[4]史文库等,“发动机悬置支承在弹性基础上的隔振特性分析”,汽车技术,1998.7.
汽车发动机悬置支架断裂失效分析 第4篇
1 试验方法和结果
1.1 试验对象
试验对象为在碰撞试验中断裂的发动机左悬置支架。
1.2 宏观断口分析
通过肉眼观察发现,整个断口截面较为平坦,截面多呈纤维状,无明显疲劳辉纹。整个断口以韧性断裂为主,接近样品表面的人字形纤维指向断裂源(见图3)。
1.3 化学成分分析
按照GB/T 6987的检测要求,对断裂支架进行化学成分分析,并与GB/T 1173中ZL111的成份要求对比,结果如表1所列。
由表1可以看出,该支架的铜含量偏高、镁和钛含量偏低。支架的化学成分不符合GB/T 1173标准中对ZL111的要求。
1.4 力学性能测试
1.4.1 拉伸性能测试
按照GB/T 9438的要求,从该断裂支架中切取出了三根标准拉伸试棒进行拉伸性能测试。所切取的试棒为GB/T 228中的R6试棒(直径d=6mm),选用的引伸计标距Le为25mm。为统计方便,将三根标准试棒分别编号为1#、2#和3#。
按GB/T 228的要求对三根试棒进行拉伸实验,实验结果如表2所示。实际测得的力位移曲线如图4所示。
由实验结果可以看出,该支架材料的拉伸性能符合GB/T 1173的要求。
1.4.2 硬度测试
按GB/T 231的规定对支架进行布氏硬度实验,测得支架材料的硬度为121HBW,满足标准GB/T 1173中ZL111硬度值不低于100HBW的要求。
综合分析支架材料拉伸性能测试和硬度测试的结果,该支架材料的力学性能是符合GB/T 1173的要求。
1.5 断口SEM分析
对断裂截面进行扫描电镜分析。
图5～图7为图3中箭头所指区域的断口扫描图片。图5中箭头1所指位置为裂纹源,其周围有许多韧窝,裂纹源边缘有二次裂纹存在,其位置靠近样品表面。图5中箭头2 所指部位为样品表面。图6为图5的箭头1区域放大到500倍的照片,可以清晰看到该位置没有韧窝出现,相貌较平滑,疑似气孔或夹杂物存在。其周围有二次裂纹出现,且属于沿晶裂纹。图7是二次裂纹放大照片,裂纹形貌较为清晰。
图8～图11为图3中圆圈所圈区域的断口扫描图片。该区域位于试样弯角靠近表面部位,为一个应力集中区。图8中箭头1所指位置为脆性断裂的位置,箭头2 所指为样品表面。在箭头1所指的地方有一个明显的凹坑,边缘形貌以韧窝为主。该凹坑放大后的形貌分别如图9～图11所示。由图可以看出,该区域铸造枝晶较明显,属于树枝状组织解理断裂花样。
1.6 断口缺陷部位能谱分析
对图6中的光滑形貌区域进行能谱分析,测量点为图12中的长方形区域(记为能谱点1)。得到的能谱图如图13所示。
对图11中的枝晶形貌区域进行能谱分析,测量点为图14中的方形区域(记为能谱点2)。得到的能谱图如图15所示。
经测试,光滑处缺陷(图12)和枝晶处(图14)缺陷的能谱成份分析结果如表3所示。
由表3可知,两个缺陷处的成份与支架本体的光谱分析成份基本近似,但是碳含量较高,并且还有一定量的氧元素存在。GB/T 1173中对ZL111中铁元素的要求是不可大于0.4%,但这两处缺陷的微区铁含量均明显高于这个数值。
1.7 金相组织分析
在支架的失效部位附近切取金相试样,经混合酸(氢氟酸,盐酸,硝酸和蒸馏水)的腐蚀后观察金相组织。
图16～图19分别为试样在50～500倍下的金相组织。从图中可见白色α固溶体呈枝晶状和块状分布,灰色的硅共晶体以圆形为主,部分呈长条状。
图17中部有部分黑色点状物,通过能谱测试其含碳量较高,应是夹杂物或缩松。此缺陷呈沿晶分布,为铸造过程中产生,同时也验证了断裂形貌图片(图7)中二次裂纹为沿晶断裂的现象。
有部分α固溶体的晶界呈清晰的黑色,说明固溶处理的温度过高,组织产生过烧。
2 试验结果分析
上述试验结果表明,断裂支架的拉伸强度和硬度符合相关标准的要求。
支架的化学成份不符合要求,表现为铜含量偏高、镁和钛含量偏低。铜含量偏高易导致材料的脆性增强、延伸率降低和强度降低。
通过扫描电镜观察发现,断口以韧性断裂为主。整个断口韧窝较多,裂纹源位于样品表面附近部位。断口部位存在气孔,并有沿晶裂纹,应为铸造缩孔缩松气泡等缺陷所致。
金相分析表明材料的组织分布不均匀,变质处理不良。且光谱成份测试表明,变质剂钠的含量较低(质量百分比0.0061%),应是加入的变质剂量较少的原因。此外,如加入变质剂的温度过高或浇注温度过低,也易造成铸铝的变质不良。
3 结论
失效支架的材料化学成份不符合要求。失效支架的材料存在铸造缺陷,缺陷主要为疏松、气孔,为断裂的裂纹源。失效支架的材料变质不良,存在显微组织缺陷。失效支架的材料宏观拉伸强度和硬度符合标准要求。
今后应规范支架生产过程中的成份控制,使材料的化学成份符合标准要求,尤其是铜、镁和钛等合金元素,应严格控制。支架在铸造时,应严格控制铸造工艺,通过控制变质剂的加入量、加入温度等控制材料组织,并避免产生铸造缺陷。
参考文献
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[3]中国国家标准化管理委员会.金属布氏硬度实验GB/T231.1[S].中国标准出版社,2002.
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[5]中国国家标准化管理委员会.铸造铝合金GB/T1173[S].中国标准出版社,1996.
[6]中国国家标准化管理委员会.铝合金铸造件GB/T9438[S].中国标准出版社,2000.
[7]桂立丰,朱森弟,依英奇,等.机械工程材料测试手册(物理金相卷)[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1999.
纵置发动机悬置系统解耦计算优化 第5篇
1纵置发动机悬置布置特点
相对于横置发动机,发动机纵置的最大区别在于扭矩轴。对于横置前驱动力总成,悬置通常采用平置布置在扭矩轴上或平行扭矩轴。纵置发动机悬置通常布于扭矩轴两侧( 见图1) ,其主要特点如下:
1) 解耦计算与优化需要考虑扭矩轴。纵置悬置布置与扭矩轴之间的关系更为隐性,通常需要考虑悬置系统弹性中心点落于扭矩轴上[1],以消除扭矩轴坐标系下绕扭矩轴与Y/Z方向的耦合,即要求绕扭矩轴解耦。
2) 纵置发动机悬置通常布置于扭矩轴两侧, 采用V型布置,对发动机绕扭矩轴振动起主要隔振作用。发动机悬置倾角对扭转刚度有直接影响。
3) 纵置发动机扭矩轴与整车X向倾角较大。 纵置发动机布置过程中,往往会考虑带3 - 5°的前后倾角。而动力总成本身受变速箱甚至分动器的影响,扭矩轴与整车X向夹角通常达到15°左右( 见图2) 。
基于纵置动力总成的特性,悬置系统解耦计算优化过程中即需要考虑绕扭矩轴方向的解耦,又需要考虑垂向振动解耦。单一坐标系解耦计算与优化无法满足实际需求。
2扭矩轴解耦和整车坐标系解耦综合优化
对于纵置悬置系统布置,实际转动方向( 扭矩轴) 与垂向振动解耦是关键指标之一。扭矩轴与整车X轴存在15度左右的夹角,无法采用整车坐标系进行计算。垂向振动又与整车坐标系相同, 单一的坐标系均无法反应实际情况。
2. 1纵置发动机悬置系统解耦计算优化策略
建立扭矩轴坐标系,X向与扭矩轴同向,Y与Z轴与相应惯性轴相近。对于转动方向,采用扭矩轴坐标系进行解耦计算。对于平动方向,采用整车坐标系进行计算。通过多目标优化,将两种坐标系下的值进行优化( 见图3) 。
主要计算与优化流程如下:
1) 实测动力总成质心与转动惯量参数。
2) 扭矩轴计算,确认动力总成及悬置位置在不同坐标系下的参数( 图4) 。
3) 初始刚度输入,确认弹性轴位置。
4) 平动方向( 整车坐标) 和转动方向( 扭矩坐标) 解耦及模态优化( 解耦计算方法参见文献[2,5]) 。
2. 2纵置悬置不同坐标系下解耦的应用与验证
为对动力总成悬置系统计算优化方法进行验证,针对某车型动力总成配置两种不同的悬置方案。方案一为仅根据整车坐标系进行解耦计算与优化的刚度,方案二位根据两种坐标系综合优化的悬置刚度。优化结果如下:
方案二则是针对扭矩轴进行转动方向进行解耦优化。计算结果如下:
将两种方案先后切换到某车型上,方案一存在明显的点火抖动问题,主观感受在点火过程中有左右晃动现象。方案二则无此现象。分析实测数据发现( 见图7) ,方案一主驾座椅导轨Y向振动为1. 46m / s2, 方案二主驾座椅导轨Y向振动为0. 94m / s2。
原因在于,方案一侧重于整车坐标系的roll向解耦。然而实际上,整车坐标系与扭矩轴存在倾角,整车坐标系roll向越好,扭矩轴坐标系下roll向则越不理想。图8为方案一在扭矩轴坐标系下的解耦,分析确认,roll向解耦仅73% ,与Y向有耦合现象。这个与实测数据表现一致。
3总结
发动机悬置技术 第6篇
关键词：橡胶悬置,非线性有限元,拓扑优化
0引言
目前,国内大多数汽车生产厂家使用的橡胶悬置大都沿袭原有的结构。当悬置的刚度不能满足新车型性能要求时,一般采用试凑法,简单地改变悬置不同方向的尺寸。这种方法有很大的弊端:一方面,这个过程会浪费大量的时间和材料;另一方面,简单地改变悬置的尺寸往往不能同时满足其各个方向的刚度要求。
为了解决上面的问题,本文介绍一种利用ANSYS对发动机橡胶悬置进行拓扑优化(近似优化)的方法,拓扑优化用于安装空间尺寸不可改变的情况,通过在悬置内部设计孔洞的方法来满足三向刚度的要求。
1问题描述
如图1所示的某型发动机的前悬置,根据悬置的安装空间,要求悬置的长宽高分别为70mm,50mm,50mm。对其进行拓扑优化,使其三向刚度满足表1的要求,动静比是1.35,橡胶硬度H=60。工作时压缩量5%,求满足刚度要求的橡胶悬置结构,要求静刚度误差10%。
如果悬置的安装空间已经确定,就不能通过改变悬置的外形尺寸来满足三向刚度的要求(即L,B,H的值确定)。这种情况下,可以对橡胶悬置进行拓扑优化,通过在其内部设计孔洞改变不同方向的刚度,从而使整体满足三向刚度的要求。
2利用ANSYS进行拓扑优化的步骤
利用ANSYS进行拓扑优化,其目标函数、状态变量和设计变量都是预定义好的。用户只需要给出结构的参数(材料特性、模型、载荷等)和需要省去的材料百分比。
例如,给定V=60表示在给定载荷并满足最大刚度准则要求的情况下省去60%的材料。图2表示满足约束和载荷要求的拓扑优化结果。图2(a)表示载荷和边界条件,图2(b)表示以密度云图形式绘制的拓扑结果。
拓扑优化包括以下主要步骤:
1) 定义拓扑优化问题:
定义拓扑优化问题同定义其他线性,弹性结构问题做法一样。用户需要定义材料特性(杨氏模量和泊松比),选择合适的单元类型生成有限元模型,施加载荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析。
2) 选择单元类型:
拓扑优化功能可以使用二维平面单元,三维块单元和壳单元。要使用这个功能,模型中只能有下列单元类型:
二维实体单元:SOLID2和SOLID82;
三维实体单元:SOLID92和SOLID95;
壳单元:SHELL93;
二维单元用于平面应力问题。
3) 指定要优化和不优化的区域:
只有单元类型号为1的单元才能做拓扑优化。可以使用这种限制控制模型优化和不优化的部分。例如,如果要保留接近圆孔部分或支架部分的材料,将这部分单元类型号定为2或更大。
4) 定义和控制载荷工况:
可以在单个载荷工况和多个载荷工况下做拓扑优化。单载荷工况是最简便的。
要在几个独立的载荷工况中得到优化结果时,必须用到写载荷工况和求解功能。在定义了每个载荷工况后,要用LSWRITE命令将数据写入文件,然后用LSSOLVE命令求解载荷工况的集合。
5) 定义和控制优化过程:
拓扑优化过程包括两部分:定义优化参数和进行拓扑优化。用户可以用两种方式运行拓扑优化:控制并执行每一次迭代,或自动进行多次迭代。
ANSYS有三个命令定义和执行拓扑优化:TOPDEF,TOPEXE和TOPITER。TOPDEF命令定义要省去材料的量,要处理载荷工况的数目,收敛的公差。TOPEX命令执行一次优化迭代。TOPITER命令执行多次优化迭代。
6) 查看结果:
拓扑优化的结果存储在结果文件Jobname.RST中。通过PRNSOL,PRESOL命令可以列表显示出节点解、单元解;通过PLNSOL,PLESOL命令可以绘图显示伪密度。
3利用ANSYS进行拓扑优化
因为压缩量比较小,所以在定义材料特性时用线性近似代替橡胶的非线性。取压缩量为5%时的弹性模量E=5.04MPa作为整个压缩过程的材料弹性模量。
对拓扑后的结构施加F=1200N的载荷,如果压缩刚度满足要求,则悬置沿x方向的最大位移d=F/K=3.3mm。通过求x方向的最大位移,来确定拓扑优化目标。
经过一系列的验证计算得V=10%时的x方向位移是3.36,满足要求。
下面是进行拓扑优化的命令流:
4结果分析
图2是拓扑优化后的整体结果示意图,图3,图4,图5是拓扑优化后的x-z,y-z截面图。矩形块的外形尺寸长宽高分别为70mm,50mm,50mm。通过时间后处理器可知,在1200N载荷的作用下,位移为3.36mm,压缩刚度K=F/D=357N/mm,误差为2%满足要求。拓扑优化结果示意图中,红色(A)区域的伪密度接近1,蓝色(B)区域的伪密度接近0。伪密度小的地方可以视为孔洞。所以在悬置外形尺寸不变的情况下,可以通过去掉蓝色或浅蓝色区域的材料使悬置的刚度满足要求(注:因本刊为黑白印刷,若需了解详情,请与作者联系)。
5结语
拓扑优化理论还在发展中,目前还不能期望通过拓扑优化立刻得到最终的设计结果。拓扑优化的结果只是个概念设计,但是它为后继设计提供了一个很好的初始设计结果。通过对拓扑结果的分析,可以近似的确定悬置的材料分布。
对橡胶悬置进行拓扑优化的有两方面的优点:
a) 可以在不改变悬置安装空间的情况下,通过改变悬置内部材料的分布来满足其三向刚度的要求。
b) 从消除高频振动特别是声振动及吸收较大的冲击载荷来说,通常希望悬置橡胶块有足够的内部摩擦阻尼。但由于阻尼增大消耗的能量也会增大,这部分损失的能量会转变成热能,而橡胶又是热的不良导体,所以热量就积蓄起来使橡胶温度升高,从而导致其刚度下降,耐久性降低。而拓扑优化的结果有利于悬置橡胶块的散热。
参考文献
[1]严济宽.机械振动隔离技术[M].上海:上海科学技术文献出版社,1985.
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[4]刘旭.新型橡胶隔振支承的设计探讨[J].机械,1996,(6):19-23.
[5]郑明军,谢基龙.压缩状态下橡胶大变形有限元分析[D].北方交通大学学报,2001,(2).
发动机悬置技术 第7篇
关键词：大客车发动机,悬置结构,注意要点
前言
发动机是大客车中的重要组成部分, 其安装质量的好坏对于大客车的性能及可控性有着十分重要的影响。如发动机安装不当将会产生极大的振动, 产生前后、左右、上下、横摆、俯仰等几个自由度的偏斜, 因此在大客车发动机的安装过程中需要做好大客车发动机悬置安装设计, 在确保大客车发动机具有良好支承的基础上实现良好的减震和缓冲, 确保大客车具有良好的使用性能。
1 大客车发动机的几种典型的悬置结构
大客车发动机的位置布局根据其所处位置的不同可以分为前置、中置和后置等几种不同的形式, 再加上大客车发动机所具有的立式和卧式两种结构使得大客车发动机的形式多种多样, 为做好大客车发动机的安装安置, 需要采用与之相匹配的大客车发动机悬置的结构形式以确保大客车发动机的安装效果。现今在大客车发动机多采用的是立式发送机纵置的结构形式并且在支承形式上主要有以下几种: (1) 三点支承的大客车发动机悬置结构是在我国大客车行业中使用较多的一种发动机布局形式, 上海柴油发动机厂的D6114系列和康明斯发动机中的B、C、M系列的发动机都采用的是此种形式。三点支承的发动机悬置形式结构简单、需要的安装空间小同时设计较为简单, 不足之处是三点悬置结构在发动机的固定性能较差, 尤其是对于一些非独立式的发动机, 其定位不可靠, 在使用时容易造成大客车发动机悬置系统的损坏。 (2) 四点支承是大客车发动机悬置结构中另一中应用较为普遍的形式, 采用此种结构形式的发动机型号种类繁多, 采用此种结构形式能够准确定位大客车发动机, 同时具有较强的稳定性, 不足之处是此种结构形式容易造成定位干涉, 同时为了确保发动机的安装质量, 需要采用精度较高的零部件, 工艺较为复杂。在采用四点支承的发动机悬置系统时又具有几种不同形式的的结构形式:a.大客车发动机前悬置支架与客车发动机的连接点位于齿轮箱的左右两侧, 上下的连接点位于飞轮壳的左右两侧, 此种结构形式较为典型也是采用较多的一种发送机悬置方式。b.大客车发动机前悬置之间的连接固定点与前一种方式相一致, 不同之处是此种结构的后悬置支架的固定点在变速器的左右两侧。c.底盘采用双层形式配合以康明斯M11发动机, 发动机上的前悬置通过一个过渡支架, 将三点支承上的一个支承点扩展为左右两个支承点, 剩下的两个支承点则分布于飞轮壳的左右两侧, 实现大客车发动机的支承与固定。 (3) 五点支承则是在四点支承的基础上发展起来的, 通过在变速器上加装辅助支承, 来进行支承点的扩展。此种发动机支承形式不适用于公交车和旅游大客车, 如大客车中未装配有液力或是电涡流缓速器则无需采用五点支承的发动机悬置形式。
2 大客车发动机悬置减震块的选型与布置
2.1 大客车发动机悬置的刚度
在大客车发动机悬置系统中首先需要确定的是支承的刚度和固定度, 应当将大客车发动机牢牢的固定在车架上, 车辆的类型与配置不同使得发动机、离合器以及变速器组等放置在车架上时, 其重量配置与振动情况都有所区别, 在大客车发动机悬置减震块的选择上需要根据实际情况选择适合刚度的减震块。
2.2 大客车发动机悬置的弹性
大客车发动机悬置系统中的第二个要素是要具有足够的缓冲, 悬置系统的缓冲不但需要能够避免发动机自身的振动传递给车架, 同时还需要避免车体的振动传递到发动机, 影响发动机的正常运转。同时, 大客车发动机悬置系统具有良好的弹性, 可以使得当车架发生较大的变形时, 通过悬置系统自身的弹性可以避免对发动机的机体造成影响, 减少其引起的应力和应力变形。
2.3 大客车发动机悬置系统的共振
共振是大客车中普遍存在的缺陷, 其在影响大客车乘坐舒适性的同时还容易导致发动机附件、车架、甚至于发动机悬置系统自身的损坏, 因此, 在大客车发动机悬置系统的选型与设计中, 应当尽量避免共振现象的产生: (1) 发动机悬置系统的固有频率是由减震块的硬度所决定的, 通过橡胶减震块来实现发动机与大客车车架相连的结构, 在大客车启动和停止的过程中都会达到共振点从而引起共振从而可以测得大客车上的固有频率。在减震块倾角的设置过程中需要结合具体的发动机与车型来具体选择。
3 大客车发动机悬置中对于支架设计注意要点
3.1 支架要求便于装配安装
便于安装是大客车发动机悬置系统中支架设计时需要注意的要点, 在设计的过程中需要合理的确定发动机相对于大客车车架在高度方向上的位置, 在一些类型的发动机的飞轮壳上设置有两组或是多组的安装孔位, 通过利用这些安装孔位, 可以方便的进行发动机悬置系统支架的设计, 在大客车发动机悬置系统支架的设计时, 选取一组较为合适的孔位, 使得大客车发动机悬置系统中的支架能够与飞轮壳的连接螺栓分布于车架的上翼面上和下翼面上, 从而使得安装较为方便。
3.2 严格控制加工误差
对于大客车发动机悬置系统中使用多个零件焊接而成的支架总成, 在对其进行设计过程中, 由于焊接会产生一定的正偏差量, 因此设计时要将零部件的外形尺寸控制在负偏差内, 同时对于支架的焊接总成也应当以装配孔位为基准来确定加工误差范围, 严控加工精度, 确保大客车发动机悬置系统的加工制造质量。孔位的定位要准确, 同时对于与发动机相连的有关支架的装配孔的相对位置尺寸, 应当设置与发动机相对应的尺寸公差要求, 避免因支架装配孔的相对位置尺寸公差要求不严造成装配质量问题, 严重时会导致发动机在装配时对发动机正时齿轮室造成损坏, 从而造成严重的损失。
3.3 大客车发动机悬置系统设计要注意便于维修的原则
大客车完成了装配后, 其周身都被一圈蒙皮所包围, 在车辆发生故障需要维修时, 拆卸蒙皮进行维修极为不便, 做好大客车发动机悬置系统的设计提高大客车发动机的拆卸的便捷性是大客车发动机悬置系统设计考虑的重点。比如:在中国重汽所开发的斯太尔6091H260/E12/4X2LA型的旅游大客车的底盘中进行发动机悬置系统的设置时, 车辆底盘采用的是桁架式车架, 可以先将一对“L”形导轨焊接在车架上, 然后将发动机悬置设计在另一对“L”形导轨上, 再将两对“L”形导轨之间涂上黄油, 通过螺栓将两对导轨装配在一起, 通过此种方式可以有效的降低发动机拆洗的难度, 提高维修的便捷性。
同时还需要注意的是, 对于后置式的发动机悬置系统, 当冷却系统和空压机通过皮带进行传递时, 为避免发动机曲轴皮带轮受到较大的侧向力, 需要采用四点支承的发动机悬置结构。采用前斜后平的发动机悬置系统比前平后平的发动机悬置系统较为合适, 发动机后悬置支承点不宜设置在变速器上, 而应设计在飞轮壳上。
4 结束语
大客车发动机悬置系统是大客车中的重要一环, 其设置与装配的合理与否对于大客车的乘坐舒适性与可靠性有着重要的影响, 文章对大客车发动机悬置系统设计及装配中的注意要点进行了分析阐述。
参考文献
[1]王春会.连续体结构拓扑优化设计[M].西北工业大学出版社, 2005, 2.
[2]刘铁力, 等.汽车车轮的强度分析及优化设计[J].河北工业大学学报, 2002, 10.
发动机悬置技术
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