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摘要：在對發(fā)動機動力總成懸置的動、靜剛度參數(shù)及其在懸置匹配中的應用技術(shù)進行理論和試驗分析的基礎(chǔ)上，提出了動力總成懸置匹配計算中關(guān)于動、靜剛度的選取原則：計算靜變形時采用靜剛度；計算剛體模態(tài)時采用動剛度；計算動力總成關(guān)鍵點位移量時宜動、靜剛度同時采用。指出，不同承載狀態(tài)下動剛度值主要受頻率、預載荷和動態(tài)載荷幅值3個因素的影響。

 

1前言

 

有關(guān)發(fā)動機動力總成懸置匹配計算的理論問題有大量文獻資料可以查閱【1刮。但在實際工作中，對于懸置動、靜剛度等一些重要設(shè)計輸入?yún)?shù)的選用存在一定的問題，而這些參數(shù)選取正確與否，直接影響計算和分析的準確性。本文在進行大量試驗、計算及理論分析的基礎(chǔ)上，對懸置動、靜剛度參數(shù)選用提出了一些見解，供設(shè)計人員和質(zhì)量控制人員參考。

 

2動剛度和靜剛度的采用問題

 

在進行動力總成懸置動、靜態(tài)變形量和剛體模態(tài)預測或優(yōu)化計算時，都必須用到懸置的剛度值，但何時采用懸置靜剛度或何時采用懸置動剛度，在實際設(shè)計計算中不太明確，存在一定的誤區(qū)。

 

2．1靜剛度和動剛度的關(guān)系

 

靜剛度是力一位移曲線中力的變化量與位移變化量的比值，其計算公式為：

 

 

測量力一位移曲線的加載過程要求無限緩慢。動剛度K‘是在一定頻率、一定預載荷以及一定動態(tài)幅值下進行測量的結(jié)果，在幅值上等于動態(tài)力的峰一峰值與動態(tài)位移的峰一峰值之比，或者是扭矩的峰一峰值與角度的峰一峰值之比，其計算公式為：

 

 

式中，Af。“為動態(tài)力或動態(tài)力矩的峰一峰值；A如，為動態(tài)位移或動態(tài)轉(zhuǎn)角的峰一峰值。

 

動剛度一般都比靜剛度大，由試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，兩者比值一般在1．2—2．5倍之間，對于某些橡膠件能達到3倍以上。

 

2．2靜、動剛度的采用場合

 

懸置設(shè)計必須考慮靜變形、剛體模態(tài)頻率和振型分布、極限工況下振動邊界位置這3個問題。

 

懸置匹配計算時，首先需要考慮懸置的靜變形，靜變形是懸置在承受一定靜態(tài)載荷下的靜態(tài)變形量。由于懸置的靜變形會引起動力總成在某一方向上產(chǎn)生一定的位移量，且在動力總成懸置匹配時必須把此靜態(tài)變形量控制在一定范圍內(nèi)，以防止發(fā)動機動力總成與車身其它部件發(fā)生干涉，這時應該采用靜剛度參與計算。

 

計算動力總成剛體模態(tài)頻率和模態(tài)振型實際上是計算剛體在運動過程中的一種固有特性，屬于剛體動力學的范疇，這時應該采用動剛度參與計算。

 

在動力總成懸置匹配計算中，有時還需要預測發(fā)動機動力總成一些關(guān)鍵位置點在極限工況下的最大位移量，確定其振動的邊界位置，以防止車輛在行駛過程中與車上其它部件發(fā)生干涉。此時發(fā)動機的振動實際情況是：首先，各懸置承受發(fā)動機自身重力，產(chǎn)生一定變形量，這是一種靜變形；然后在車輛行駛過程中，在發(fā)動機自身激勵和地面激勵作用下，在其靜變形附近來回振動，這是一種動態(tài)變形。因此，在計算時，首先利用靜剛度計算出靜態(tài)變形量，然后再利用動剛度計算出動態(tài)變形量，最后將兩者相加則是最終需要的變形量，一般設(shè)計時會在此基礎(chǔ)上給出一定富余量或者在懸置上采取限位裝置來避免部件之間的干涉，計算公式如下：

 

 

式中，S為關(guān)鍵位置點的總變形量；S。’為懸置靜變形引起的關(guān)鍵點位移；S：’為懸置動態(tài)變形引起的關(guān)鍵點位移；△為給出的富余變形量。

 

3動剛度值的影響因素

 

懸置在不同承載狀態(tài)下體現(xiàn)出的動剛度值是不同的，主要受3個工況因素的影響：頻率；預載荷；動態(tài)載荷幅值。因此，必須根據(jù)懸置的實際承載條件，采用正確的動剛度來參與計算，以獲得準確的計算結(jié)果。

 

3．1頻率與動剛度的對應關(guān)系

 

對于現(xiàn)今在貨車和經(jīng)濟型轎車上廣泛采用的橡膠懸置而言，隨著頻率的增加，其動剛度值也相應增加，在1—15 Hz之間動剛度隨頻率變化較快，而在15 Hz之后變化趨緩。圖l是某橡膠懸置的動剛度隨頻率和動態(tài)幅值的變化曲線。

 

 

值計算某型發(fā)動機動力總成模態(tài)頻率及模態(tài)振型。由于動力總成模態(tài)頻率分布一般在6—20 Hz之間【51，因此選擇6 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz 4個不同頻率下的懸置動剛度來計算。表1為懸置在4個不同頻率下的動剛度值，表2和圖2為代人不同頻率下懸置動剛度計算得來的動力總成剛體模態(tài)頻率值及相應曲線。從表2中可以看出，頻率越高，動剛度越大，而計算得到的各階模態(tài)頻率也相應有所提高。

 

 

每個動力總成的剛體模態(tài)是固有存在的，但要在車輛運行過程中實際體現(xiàn)出來，則需要對其進行激勵，激勵來自兩方面，一是地面激勵，另一是發(fā)動機自身的激勵。

 

車輛怠速或平穩(wěn)運行時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速一般都等于或高于怠速，因此，在絕大多數(shù)情況下來自發(fā)動機的激勵最低頻率就是怠速點火激勵。從發(fā)動機懸置的隔振理論來講，激勵頻率與動力總成最高一階剛體模態(tài)頻率之比A>、／丁時才起到隔振作用，一般應取A>2或2．5[61。結(jié)合懸置動剛度隨頻率的變化關(guān)系以及動剛度對剛體模態(tài)的影響研究結(jié)果來看，只要選取怠速激振頻率下的動剛度值來進行剛體模態(tài)頻率計算并能得到滿足隔振要求的模態(tài)頻率分布，那么在發(fā)動機所有運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下的點火激勵都不會激起發(fā)動機剛體模態(tài)。因此，選取怠速激振頻率下的動剛度值來進行發(fā)動機動力總成剛體模態(tài)頻率計算是比較合理的。同理，在進行懸置優(yōu)化匹配時，計算得到的動剛度值也應該理解為怠速激振頻率下的動剛度。

 

3．2動態(tài)載荷幅值下的動剛度值選用

 

從圖1能夠看出，在其它測試條件都一樣的情況下，不同的動態(tài)載荷幅值下測得的動剛度值也不一樣。試驗研究發(fā)現(xiàn)，振動的動態(tài)幅值越大，動剛度越??；振動的動態(tài)幅值越小，動剛度值越大。幅值越小時，幅值的變化引起的動剛度變化越大；隨著幅值逐漸增大，這種影響會越來越小。

 

采用何種動態(tài)載荷幅值下的動剛度，對于不同類型的車輛應區(qū)別對待，如貨車類發(fā)動機怠速振動大，而轎車類發(fā)動機怠速振動小，應大體測量其怠速振動位移量，以此作為輸入條件進行懸置動剛度的測量。同樣，對于初始懸置優(yōu)化匹配設(shè)計值的動剛度，也應該明確其測定的動態(tài)幅值，以便向懸置生產(chǎn)商提出要求并進行質(zhì)量控制。

 

3．3預載荷下的動剛度值選用

 

在不同預載荷下測得的懸置動剛度也有一定差異。試驗研究發(fā)現(xiàn)，如果兩種載荷下懸置的靜剛度值相同，并且在動剛度測量載荷范圍內(nèi)靜剛度曲線基本是一條直線時，以這兩種載荷作為預載測量得到的動剛度值也基本相等；如果兩種載荷下的靜剛度值不同，那么以這兩種載荷作為預載測得的動剛度值也不相等。表3是依據(jù)某一試件的靜剛度曲線計算得到的不同載荷的靜剛度值；圖3是在其它測試條件都相同的情況下，以表3中所示的不同載荷作為預載，測量得到的動剛度對比曲線。從圖3可見，預載荷有時對動剛度的影響非常大。對發(fā)動機懸置來說，其靜剛度值隨載荷的變化關(guān)系基本上都是非線性的，因此，對于懸置動剛度的選取應該考慮其測量的預載荷。

 

 

車輛在行駛過程中，各個懸置都在其靜平衡位置作動態(tài)振動。因此，應根據(jù)實際情況選取懸置件所承受的靜載荷作為預載荷來進行動剛度的測量，以此測量值作為發(fā)動機動力總成懸置計算的輸入值。

 

4結(jié)束語

 

a．結(jié)合對懸置件靜、動剛度關(guān)系的大量試驗研究和考慮到懸置實際承載工況，提出了在發(fā)動機懸置匹配計算中懸置靜、動剛度的采用原則，在計算靜變形時采用靜剛度，在計算剛體模態(tài)時采用動剛度，在計算動力總成一些關(guān)鍵點位移量時應靜、動剛度同時合理采用。

 

b．通過分析采用不同頻率下懸置動剛度值對動力總成剛體模態(tài)頻率的影響，結(jié)合懸置隔振理論，提出在懸置匹配計算中應采用發(fā)動機怠速激振頻率下的動剛度值作為計算值的原則。

 

c．應以懸置承受的靜態(tài)載荷為預載荷進行動剛度測量，并以此值作為輸入量進行懸置匹配計算。

 

d．應以懸置件在實際工況下的振動幅值大小作為動態(tài)載荷進行動剛度測量，并以此值作為輸入量進行懸置匹配計算。