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某车型动力总成悬置解耦分析及刚度优化改进

2017/8/23    来源:互联网    作者:刘海明  门永新  朱凌  沙大亮  金海峰      
关键字:悬置系统  能量解耦  优化设计  
本文应用ADAMS/Vibration模块对悬置系统进行了解耦特性分析,通过ADAMS/In-sight对悬置刚度进行了优化,经优化后动力总成悬置系统的隔振性能有了明显改善。

    0 引言

    车辆发动机总成悬置系统(以下简称悬置系统)应具备隔振、支承限位、降噪等功能。其理想的动特性要求是:悬置系统应具有较大刚性以支承发动机总成的静重和输出大的转矩;在不同的频率或频段内,悬置系统应具有适当的阻尼、动刚度特性,以衰减汽车启动、制动、换挡,以及急加速、减速等过程中因发动机输出转矩波动引起的发动机总成低频振动,即降低振动传递率,提高降噪效果。

    本文以某轿车的动力总成悬置系统为研究平台,建立其动力总成系统ADAMS模型,分析了系统的能量解及频率分布特性,并基于系统振动解耦的能量指标建立了优化目标,以悬置刚度值作为设计变量,进行了参数验证和刚度匹配设计。使用优化后的刚度值,从ADAMS模型提取系统总成的振动频率(模态),得到各自由度间的能量分布,验证了所达到的各阶频率和主要自由度解耦目标。

    1 动力总成悬置系统模型

    1.1 悬置系统动力学方程

    该车的动力总成悬置系统为3点式,3个悬置分别是发动机左悬置、右悬置和变速器悬置。其中,橡胶悬置可简化为三向正交的弹簧阻尼模型,没有质量,只有刚度和阻尼,则动力总成悬置系统可简化为图1所示的模型。

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    1.2 动力悬置设计参数

    汽车动力总成悬置系统特性分析和优化所需的相关参数可以通过相应的测试和计算获得。表1为动力总成系统的质量及转动惯量参数,由试验测得;表2为各悬置件在静平衡位置的主轴刚度,由试验测定;表3为悬置点的位置坐标,通过数模读取。

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    2 悬置系统动力学建模与解耦分析

    在多体动力学软件Adams/View中建立发动机悬置系统动力学模型,假设发动机总成为刚体,而悬置简化为一端固定在发动机上另一端固定到车架上的弹性体,具有沿3个轴线方向的线刚度和阻尼,在Adams软件中,轴套(Bushing)工具也具有3个方向的线刚度和阻尼,因此可用轴套模拟橡胶悬置。车架视为刚体,轴套(Bushing)—端与发动机总成相连,另一端可直接与大地相连。在模型中给(Bushing)施加相同的三向刚度值,安装位置参照实物如图2所示。

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    图2 动力总成悬置系统ADAMS模型

    2.1 悬置系统解耦仿真结果

    发动机悬置系统的动力学模型是一个空间六自由度的振动系统,沿X方向的运动称为纵移,沿Y方向的运动称为横移,沿Z方向的运动称为竖移,绕X轴的转动称为侧倾,绕Y轴的转动称为俯倾,绕Z轴的转动称为横摆。对于实际的发动机悬置系统,其固有振型一般不是单一的沿上述6个方向的,而是沿着某几个方向的运动合成,并且在发动机激振以后还存在耦合振动,即同时存在2个以上的振型。

    一般来说,发动机自身或来自路面的激励频率是客观存在的,只有通过改变系统的固有频率,使得它们之间满足一定的要求,从而达到隔振效果。路面激励基本属于低频范围的,其频率一般在2.5Hz以下,一般路面的激励频率比系统的固有频率低。为使系统的振动只发生在工作区,而尽量避免落入隔离区,悬直系统的各阶频率控制在发动机激振频率的。由于本文中发动机为四缸四冲程,怠速为950rpm,所以悬置系统的固有频率要小于22.4Hz。根据设计需要,每个方向的理想频率范围略有不同。

    通过ADAMS/Vibration模块进行计算,得到发动机悬置系统的耦合程度和模态频率分布分析,得到各个模态的固有频率和主要方向的能量分布,见表格4和5中所示。

    表4 优化前悬置系统固有频率分布

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    表5 优化前悬置系统主方向能量分布百分比

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    从表4可知,该动力总成系统的RXX振型模型的固有频率为22.59Hz,超出了发动机的怠速频率;共振频率范围(7.33~22.59)有些过宽,频率配置不够合理且X和Z模态的频率间隔小于1Hz,需要进行调整。从表格5可知,在第1、3阶模态中X与Z相互耦合程度高。据此,需对该悬置系统进行解耦优化及模态频率配置。

责任编辑:张纯子
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