动力总成悬置系统的设计是很复杂的。
一般来说对于悬置系统是一个6自由度的系统,要求对动力总成在各个方向上解耦。但是也要控制一定的位移。
悬置是将发动机的震动(扭矩变化,发动机离心惯性力,往复惯性力等)尽量隔离,将路面对发动机的激励和急加速急减速以及急转弯造成的发动机的位移与震动尽量降低。
一般说来,动力总成悬置的正向设计是复杂的,要对动力总成的质心,转动惯量,主惯性轴等参数获得,通过一定的计算对发动机悬置的布置点进行布置,当然要考虑到发动机舱的实际情况。将悬置在3个方向的弹性轴与动力总成三个方向的主惯性轴重合就能使动力总成在6个方向上解耦(似乎是这样的)。对于发动机舱而言,要控制动力总成相对发动机舱的距离,有文献说要控制在20mm以上,建议在25mm 以上,在各个方向上的绕轴旋转控制在6度,推荐3~4度,在三个方向的位移控制在正负15mm以内。
对悬置的位置,和个数(3个以上)确定之后才是设计悬置单个件,橡胶悬置的静刚度曲线一般是3刚度曲线,需要在一定的方向上有限位,限位处为静刚度曲线的拐点。动刚度曲线在低频大幅震动刚度基本是随着频率增大而增大,高频时容易出现动态硬化的现象,即刚度值理论上非常大。
液压悬置在动刚度曲线的走向上比较而言好控制,因为他的工作原理不同,有点像单筒式液压减震器,通过液体(乙二醇)在惯性通道或者节流管道的阻尼力减少振动,将振动的能量转化成内能。液压悬置的静刚度曲线与橡胶悬置没什么区别,也就是说漏液的液压悬置与好的液压悬置静刚度曲线相同。动刚度曲线就截然不同,一般说来,在最大阻尼角附近,动刚度曲线突然升高,在一定频率之后,动刚度曲线呈下降趋势,不会出现橡胶悬置随频率增大而增大,出现动态硬化。
悬置设计主要是考虑高频低幅振动和低频大幅振动的工况。减少发动机高频的噪声和低频的振动,同时使发动机不会出现过大的位移,造成发动机舱内零件干涉以致于破坏零件,使零件失效。建议在设计时进行ADMAS分析。
刚度
受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力。材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度。各向同性材料的刚度取决于它的弹性模量E和剪切模量G(见胡克定律)。结构的刚度除取决于组成材料的刚度外,还同其几何形状、边界条件等因素以及外力的作用形式有关。分析材料和结构的刚度是工程设计中的一项重要工作。对于一些须严格限制变形的结构(如机翼、高精度的装配件等),须通过刚度分析来控制变形。许多结构(如建筑物、机械等)也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳。另外,如弹簧秤、环式测力计等,须通过控制其刚度为某一合理值以确保其特定功能。在结构力学的位移法分析中,为确定结构的变形和应力,通常也要分析其各部分的刚度。
刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件的刚度(或称刚性)常用单位变形所需的了或力矩来表示,刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类(即材料的弹性模量)。刚
度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后,会影响机器工作质量的零件尤为重要,如机床的主轴、导轨、丝杠等。
机械零件和构件抵抗变形的能力。在弹性范围内﹐刚度是零件载荷与位移成正比的比例系数﹐即引起单位位移所需的力。它的倒数称为柔度﹐即单位力引起的位移。刚度可分为静刚度和动刚度。
小位移和大位移
计算刚度的理论分为小位移理论和大位移理论。大位移理论根据结构受力后的变形位置建立平衡方程﹐得到的结果精确﹐但计算比较复杂。小位移理论在建立平衡方程时暂时先假定结构是不变形的﹐由此从外载荷求得结构内力以后﹐再考虑变形计算问题。大部分机械设计都采用小位移理论。例如﹐在梁的弯曲变形计算中﹐因为实际变形很小﹐一般忽略曲率式中的挠度的一阶导数﹐而用挠度的二阶导数近似表达梁轴线的曲率。这样做的目的是将微分方程线性化﹐以大大简化求解过程﹔而当有几个载荷同时作用时﹐可分别计算每个载荷引起的弯曲变形后再迭加。
静刚度和动刚度
静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度。动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度﹐即引起单位振幅所需的动态力。如果干扰力变化很慢(即干扰力的频率远小于结构的固有频率)﹐动刚度与静刚度基本相同。干扰力变化极快(即干扰力的频率远大于结构的固有频率时)﹐结构变形比较小﹐即动刚度比较大。当干扰力的频率与结构的固有频率相近时﹐有共振现象﹐此时动刚度最小﹐即最易变形﹐其动变形可达静载变形的几倍乃至十几倍。
构件变形常影响构件的工作﹐例如齿轮轴的过度变形会影响齿轮啮合状况﹐机床变形过大会降低加工精度等。影响刚度的因素是材料的弹性模量和结构形式﹐改变结构形式对刚度有显著影响。刚度计算是振动理论和结构稳定性分析的基础。在质量不变的情况下﹐刚度大则固有频率高。静不定结构的应力分布与各部分的刚度比例有关。在断裂力学分析中﹐含裂纹构件的应力强度因子可根据柔度求得。
对一些规则形橡胶件(指简单的几何形状,如圆柱形、长方形、圆形及锥形套等)的设计计算,70年代基
本已获得解决。
发动机悬置设计
