浅谈动力总成悬置设计

2018-10-22郭森怀马昭李惠斌

汽车实用技术 2018年19期

郭森怀，马昭，李惠斌

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

前言

动力总成是车辆的动力来源，在工作过程中会产生不平衡力和力矩以及路面的不平度是造成汽车振动的主要振动源。动力总成悬置要保证两个基本功能，一是有效地承载动力总成，保证在各种工况下都能够可靠的工作；二是能够对各种振动进行有效的消减，最大程度的提高乘员舒适性。

1 动力总成悬置系统的基本原理

动力总成悬置系统主要是由刚性支架和弹性支承装置两部分组成，承担着发动机、变速器、离合器的重量和冲击载荷，同时要减少发动机工作时的振动和噪声，限制动力总成的最大位移，避免与周边零部件干涉。

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，表示悬置系统正在增加来自发动机的振动，其自振频率接近于发动机的点火频率，从而产生共振。当β＜1时，表示悬置系统正在减少来自发动机的振动，起到了隔振作用。所以设计悬置时，首先要考虑发动机的点火频率，避开共振点。

动力总成悬置应该具有良好的隔振作用，一方面，它要阻止作为振源的发动机相车架传递振动力，这类形式称为主动隔振；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来衰减车架的振动能量，这种隔振形式称作被动隔振。因此悬置具有双向隔振的特性。

发动机的振动主要来源于两处，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。发动机在怠速和额定功率时是共振的易发区，所以在设计时都要考虑。

2 悬置的匹配设计

2.1 动力总成悬置的布置形式

动力总成悬置的安装方式有三点式、四点式、五点式。三点式主要用于乘用车、微型车，四点式用在轻型车中型车，四点式悬置稳定性好，能克服较大的转矩反作用力，所以是最常见的布置形式。动力总成一般是将发动机和变速器连接在一起，重量和长度较大。为了避免发动机后端面和飞轮壳结合面处产生过大的玩具，或者发动机产生俯仰振动，很多车在变速器上增加了一个辅助支撑点，就由四点式变成五点式。五点式用在重型车上。由于该支点距动力总成质心最远，又是过定位点，因此辅助支撑刚度不能太大，以免因车架变形而算坏变速器或悬置支架。有的车型变速器重量小，基本不用再增加第五支点。

为了保证动力总成与车桥之间的传动轴在一个合理的旋转角度，通常将动力总成在车辆上的安装设计一个倾角，比方说动力总成轴线中心与车架上平面有0-3度夹角。

2.2 悬置的固有频率

对于一个好的悬置系统来说，一般推荐当发动机怠速转动时，传递率不大于0.4，对于橡胶材料，其相对组你洗漱为0.1，当传递率为0.4时，悬置系统激振频率比为2。也就是说发动机怠速为600r/min时，点火频率为30Hz时，发动机悬置系统的自振频率应该低于15Hz。

2.3 悬置的受力分析

要设计各点悬置刚性零件和弹性零件，必须知道其受力状况，所以首先要进行悬置点的受力分析。

按照发动机、变速器、离合器的重量和质心位置，同时考虑空调压缩机、转向油泵等附件的重量，对整个动力总成重量进行力学叠加，可以计算出动力总成的质心位置和总重。

则 L1=293mm

根据前后悬置点到动力总成质心位置的距离，利用力学杠杆原理，计算出悬置点的受力大小。

F1X519=GX (519-a)，F1X519=426X224

F1=184kg，F2=426-184=242kg

2.4 悬置的零件设计

悬置的零件包含两部分，刚性部分主要作用是支撑动力总成，需要保证在各种工况下不发生明显变形，更不能出现断裂。不同车型对悬置的强度要求也不一样，比如自卸车主要是在工地、矿区行驶，路面状况较差，要求悬置的强度和刚度都大一些；物流运输牵引车主要在良好公路运行，路面条件好，颠簸幅度小，所以对悬置的强度和刚度要求低一些。

弹性部分主要起减震作用，要求具有一定的刚度和弹性。车辆行驶过程中，动力总成会在前后、上下、左右等各个方向产生一定的位移，其中以上下方向位移量最大，通常达到10-20mm。我们在设计时主要计算上下方向的位移。

弹性零件的技术指标主要体现在其三个方向的刚度值，以Z方向为主。在设计该刚度值时，一般要考虑车辆的行驶工况。比如自卸车路况较差，动力总成跳动量大，冲击也大，弹性悬置的刚度值应该适当选大一些；物流运输牵引车路况较好，刚度值适当选小一些。重卡行业的经验值一般按弹性元件静态变形3-6mm，同时考虑不同发动机，会根据自身的频率给出推荐刚度值，避免发生共振，影响车辆的舒适性。