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浅析某车型发动机悬置系统出现的问题及解决方案【摘要】本文介绍了某车型发动机悬置隔振效果不好的原因及解决方法。【关键词】隔振率振动频率共振Abstract:ThispaperintroducesthecausesandsolutionsoftheproblemthattheeffectoftheenginemountingsystemofsomemodelsisnotgoodKeywords:vibrationisolationvibrationfrequencyresonance前言随着人们对客车乘坐舒适性的要求不断提高，隔振车了设计师们必须解决的问题，隔振效果的好坏直接关系着乘客的舒适性，同时影响驾驶员的操纵稳定性和疲劳程度，严重则造成整车其余零部件的早期损毁。因此，解决好了整车的振动问题，既是对车辆本身质量的体现，同时也是整车厂技术含量高低的体现。造成整车的抖动有很多方面的原因，主要存在于整车发动机抖动和路面不平等造成的颠簸抖动，下面就发动机本身对整车的抖动造成的影响进行分析并提出该车型抖动的解决方案。1发动机悬置系统的隔振机理发动机悬置系统的振动属于受迫振动，这种受迫振动的振幅与频率比有很大的关系（频率比就是强制振动的振动频率与自振频率之比）。如果将强制振动的振幅称之为输入振幅，将受迫振动的振幅称为输出振幅，则输出振幅与输入振幅之比可称为“振动传递率”。显然，振动传递率大于1表示振动被放大，而振动传递率小于1则表示振动被减小。频率比与振动传递率关系曲线，称为“幅频响应曲线”。见下图：而频率比与振动传递率之间的关系可用下式表达：振动传递率=[（1+（2cRf）2）/（（1-Rf2）2+（2cRf）2）]1/2其中：Rf—频率比（强制振动频率/自振频率）c—阻尼比发动机的悬置一般采用普通橡胶悬置软垫，阻尼一般很小，可不予考虑，即认为C=0。此时，可将振动传递率表达式简化为：振动传递率=[1/（1-Rf2）2]1/2当频率比小于1时，振动被放大。频率比等于1时，振动传递率最大，出现共振。频率比继续增大，振动传递率就逐渐下降，当频率比达到1.414时，振动传递率等于1，表示振动的输出振幅回复到原始的强制振动的水平，随着频率比进一步加大，振动传递率将小于1，因而产生隔振效果。下表表示的是频率比、隔振效果及人体主观感觉之间的关系表：频率比Rf隔振效果%人体感觉频率比Rf隔振效果%人体感觉1098.9特好266.7可以493.3特好1.520不明显387.5很好1.41没有效果2.581.1好1共振极坏因此，要使发动机造成的振动振幅减小，频率比需要加大，而发动机的振动频率因发动机的不同而略有差异，造成振动的最严重的怠速阶段抖动最大，因此发动机的初始振动频率按照发动机的怠速时点火激振频率公式f1=ni/60τ（Hz），某四缸发动机的怠速转速为700rpm，所以发动机的怠速振动频率为23.3Hz（其中：n---发动机转速，rpmi---发动机缸数τ—冲程数，两冲程为1、四冲程为2）。隔振效果人体感觉可以，则按照最低要求频率比必须不小于2，则受迫振动的发动机悬置软垫的自振频率必须小于23.3/2，通常一般设置为10.悬置软垫的自振频率与静变形之间的关系可用下式表达：n≈15.76/f1/2其中:n—悬置软垫自振频率Hzf—悬置软垫静变形量mm因此悬置软垫需要的变形量可以计算出来，然后根据计算的各悬置点需要承载的重力，计算出悬置软垫需要在垂直方向上的刚度。下图为某车悬置软垫的图纸和技术要求当然，悬置软垫的受力不仅是垂直方向的，还有发动机扭矩等影响的在各个方向的受力，此处暂不分析讨论，仅就垂直方向的受力进行分析。2具体某客车出现的问题及分析该车的发动机悬置软垫由发动机自带，发动机厂家只考虑了发动机本身的重量在各个悬置点的受力情况，但是实际整车中还需要在发动机动力输出端安装变速箱、离合器、缓速器以及各部位的安装支架、润滑油等附加重量，同时发动机本身曲轴皮带轮输出端还要带动空调压缩机和风扇传动机构等，发动机的悬置软垫还是安装在发动机上，各悬置软垫受力点承受的重力变化，而软垫的刚度未因此而改变，造成悬置软垫的减振作用大幅度降低，最终造成了发动机振幅未经软垫进行有效隔离，抖动情况严重。下图是安装变速箱后各悬置点的受力情况分析：从图中可以看出，当安装变速箱后发动机和变速箱可以看做为一整体，中心明显前移，各悬置点受力情况改变。各悬置点的受力需要重新计算，悬置软垫根据情况重新更改刚度。3通过分析找出解决方案通过以上的理论分析可以看出，发动机和变速箱、离合器安装后是一个整体，共同支撑于发动机悬置软垫和底盘骨架连接，所有的振动都是通过发动机软垫进行隔振。而软垫的性能如果不能满足要求，自然减振效果作用减小，造成整车抖动。针对具体某车型，由于发动机软垫基本成型，重新更改软垫还需要重新验证，如果只考虑软垫的刚度问题，那么软垫的刚度降低后可能：一、软垫刚度降低后，发动机的稳定性差，受外力后相对位移大，易导致发动机上零部件与底盘上零部件干涉、碰撞；二、软垫的变形量大，在振动中产生大的阻尼功使橡胶发热、寿命下降；三、橡胶硬度降低后，其粘结强度将显著下降，悬置软垫易撕裂、损坏。所以单从改动软垫本身的刚度去解决抖动问题还不现实。那么怎么样才能解决抖动问题呢，我们还需要从各个悬置软垫所起的具体作用去做简单分析。1、由于发动机—变速箱总成的主惯性轴是倾斜的，前高后低，因此前悬置软垫离主惯性轴的距离也比后悬置的要远，因而前悬置软垫承受的扭转振幅要比后悬置大。为了保持一定的扭转自振频率和扭转刚度，软垫离开主惯性轴越远，则其刚度应越小。刚度小，意味着振动时变形大，吸振能力强。可见，前悬置承担着大部分隔振和吸振功能，而后悬置则占次要地位。2、对后悬置来说，它离动力总成重心较近，支撑着动力总成的大部分重量，所以垂向刚度较大。它离主惯性轴较近，处于扭转激振较小的部位，不承受大的扭转振动振幅，因此主要倾向于隔离垂向振动。同时，它处在发动机动力输出端，受传动系统不平衡力的严重干扰和外部轴向推力的冲击，因此后悬置必须承担大部分的定位功能。此外，当发动机输出最大扭矩时，支撑点出现的最大反作用力也应由后悬置来支撑，因为后悬置软垫的压缩刚度大，有能力抵抗最大反作用力，而前悬置软垫刚度小，只能承担一小部分。从以上可以看出，发动机后悬软垫主要起着支撑和限位作用，而前悬软垫主要起减振作用。具体到某车型，该车装离合器、变速箱后，整体重心移动，后悬置受力增大，而起减振作用的前悬置受力减少，加上空调压缩机和风扇传动机构等的作用力，前悬置软垫的受力很小，减振作用大打折扣。要使后悬置软垫的受力减小，同时增加前悬置软垫的受力情况，我们设计了一种方案，即在变速箱或者缓速器上增加支撑，这样整个动力总成的前后受力由原来的后悬力R1和前悬受力R2增加到了三个力，增加了R3来减小后悬的受力，前悬的受力增加，减振效果加大。4结论通过以上实际更改和验证，发动机抖动现象明显改善，效果明显。理论和实际结合，才是解决问题的关键。参考文献[1]赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程:力学[M].北京,高等教育出版社,1995[2]王忆,杨玉屏,赵健生.受迫阻尼振动系统动力学性质的研究[J].大学物理,2001[3]马学坤.线形受迫阻尼振动发生共振的条件及特征[J].大学物理,2001[4]陶湘.从功能关系讨论受迫振动的振幅[J].大学物理,1994