張亞飛

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客車底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置設(shè)計(jì)與研究

張亞飛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置設(shè)計(jì)對(duì)汽車的平順性、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能都很重要。文章主要介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的幾種典型結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

客車；發(fā)動(dòng)機(jī)；懸置設(shè)計(jì)

引言

懸置系統(tǒng)本身的振動(dòng)情況極為復(fù)雜，本文在滿足設(shè)計(jì)精度的基礎(chǔ)上對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，如：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、進(jìn)、排氣系統(tǒng)各類管件對(duì)懸置系統(tǒng)剛度有一定影響，車架、懸置支架忽略了其剛度特性簡(jiǎn)化為絕對(duì)的剛體等等。

匹配自產(chǎn)柴油機(jī)HFC4DA1-2C+LC5T35變速器動(dòng)力總成的各系列車型為我公司核心產(chǎn)品，本文重點(diǎn)就其懸置系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、校核。

1 懸置系統(tǒng)的功用

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)由隔振元件和連接件組成，一般來(lái)講懸置系統(tǒng)需滿足以下要求：

1.1 隔離振動(dòng)

在發(fā)動(dòng)機(jī)所有工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)必須通過(guò)懸置系統(tǒng)加以隔離，盡可能降低傳遞給汽車底盤(pán)和車身的振動(dòng)。同時(shí)，懸置系統(tǒng)還必須隔離由道路不平引起的車輪、懸掛系統(tǒng)的振動(dòng)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)加劇，以滿足車輛運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性和舒適性。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)支承和定位

為了隔離振動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)被支承在幾個(gè)軟墊上，因而在發(fā)動(dòng)機(jī)本身振動(dòng)和外界作用力驅(qū)動(dòng)下，發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)之間必然存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)。所以懸置系統(tǒng)必須具有控制發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)和位移的功能。

1.3 保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)

車輛在行駛過(guò)程中同時(shí)承受著動(dòng)態(tài)負(fù)荷和沖擊負(fù)荷，懸置系統(tǒng)應(yīng)具有保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的能力，防止發(fā)動(dòng)機(jī)上個(gè)別部位因承受過(guò)大的沖擊載荷而損壞。特別要保證發(fā)動(dòng)機(jī)缸體后端面與飛輪殼的結(jié)合面上的彎曲力矩不超過(guò)制造廠規(guī)定的限值。此外，懸置系統(tǒng)應(yīng)布置合理，并正確選擇軟墊剛度等參數(shù)，以保證能充分緩沖和抵御外力的沖擊，并消除薄弱環(huán)節(jié)。

1.4 克服和平衡因扭矩輸出而產(chǎn)生的反作用力

懸置系統(tǒng)必須有足夠強(qiáng)度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱總成輸出最大扭矩時(shí)，能克服最大扭矩所產(chǎn)生的最大反作用力。懸置軟墊和支架在這種條件下都必須具有足夠的可靠性。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)模型建立與設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 懸置模型的建立

針對(duì)自產(chǎn)柴油機(jī)HFC4DA1-2C + LC5T35變速器動(dòng)力總成系統(tǒng)，建立懸置系統(tǒng)模型，如圖1所示：

圖1 懸置模型圖

懸置模型圖中具體參數(shù)如下：

表1 懸置模型參數(shù)表

其中：We——發(fā)動(dòng)機(jī)濕重 Wt——變速箱濕重

R1——前懸置點(diǎn)力 R2——后懸置點(diǎn)力

L1——發(fā)動(dòng)機(jī)重心We到前支撐力R1距離

L2——前支撐力R1到后支撐力R2距離

L3——缸體后端面X到后支撐力R2距離

L4——前支撐力R1到變速箱重心Wt距離

L5——缸體后端面X到變速箱重心Wt距離

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n：800 rpm

氣缸數(shù)i：4

2.1.1彎矩計(jì)算

以發(fā)動(dòng)機(jī)前支承為旋轉(zhuǎn)中心列力矩平衡方程，有

由發(fā)動(dòng)機(jī)懸置裝置受力平衡，有

飛輪殼后端面的彎矩為：

將發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)代入式（1）、式（2）、式（3）有：

R2＝92.21 kg

R1=285.79 kg

WX＝137.52 kg

2.1.2軟墊剛度計(jì)算

發(fā)動(dòng)機(jī)外激干擾頻率F

前懸置軟墊載荷P1

后懸置軟墊載荷P2

懸置系統(tǒng)的傳遞率T要求為前懸置10％，后懸置10％

懸置系統(tǒng)的自振頻率Fm計(jì)算

懸置軟墊靜變形S

前懸置軟墊的靜剛度Kf

后懸置軟墊的靜剛度Kr

一般情況下動(dòng)靜剛度比為1.2～1.6，這里取1.4，則

前懸置軟墊的動(dòng)剛度Kf'

Kf'=1.4·Kf＝509.2 N/mm

后懸置軟墊的靜剛度Kr'

Kr'=1.4·Kr＝164.3 N/mm

2.2 懸置軟墊的選擇

懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，最為重要的就是懸置軟墊性能參數(shù)的選擇及其空間安裝位置的確定，因此對(duì)懸置系統(tǒng)軟墊的相關(guān)設(shè)計(jì)、校核進(jìn)行重點(diǎn)研究。

懸置軟墊的性能主要包括兩個(gè)方面：

一是彈性指標(biāo)，用剛度K表示，剛度=負(fù)荷/變形。在進(jìn)行懸置系統(tǒng)隔振性能計(jì)算時(shí)，軟墊剛度是不可缺少的參數(shù)；

此性能參數(shù)一般由軟墊生產(chǎn)廠家提供，根據(jù)其所提供的參數(shù)合理選擇。軟墊的彈性特性主要指軟墊的動(dòng)剛度。橡膠軟墊的動(dòng)剛度與靜剛度之間存在一定的比例關(guān)系，以λ表示橡膠軟墊的動(dòng)、靜剛度之比，根據(jù)橡膠種類的不同，λ值也有所區(qū)別。

其中優(yōu)質(zhì)天然橡膠λ值為1.05~1.25，高阻尼天然橡膠λ值為3~4，合成橡膠λ值為8~9，橡膠軟墊一般選擇優(yōu)質(zhì)天然橡膠。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置有關(guān)支架的設(shè)計(jì)

根據(jù)懸置膠墊的形式和發(fā)動(dòng)機(jī)布置在整車的空間位置關(guān)系，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支架設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意借鑒以往的設(shè)計(jì)成果，盡量借用以往的成熟結(jié)構(gòu)，同時(shí)需注意如下幾個(gè)方面：

3.1 方便安裝

方便安裝是發(fā)動(dòng)機(jī)懸置有關(guān)支架設(shè)計(jì)的重要原則，需綜合考慮多方面的因素，合理確定發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于車間在高度方向的位置。

3.2 支架與周圍零部件的干涉問(wèn)題

懸置軟墊和懸置支架確定以后，發(fā)動(dòng)機(jī)的位置也就確定下來(lái)，這樣要檢查發(fā)動(dòng)機(jī)與周圍的零部件的干涉問(wèn)題。如，發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)、前橋、車架縱梁等。發(fā)動(dòng)機(jī)與周圍部件之間的間隙應(yīng)大于20mm，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在振動(dòng)過(guò)程中不會(huì)有干涉問(wèn)題。

4 結(jié)論

以上方法對(duì)其它系列車型均有指導(dǎo)意義，懸置系統(tǒng)的性能需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。我們根據(jù)以上理論，先對(duì)標(biāo)桿車懸置樣件進(jìn)行分析，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，再根據(jù)所選發(fā)動(dòng)機(jī)的具體情況，針對(duì)性的匹配開(kāi)發(fā)，節(jié)省了大量時(shí)間。目前，該項(xiàng)目整車已通過(guò)各項(xiàng)性能試驗(yàn)這也說(shuō)明上述理論在發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的設(shè)計(jì)中完全適用，而且準(zhǔn)確性高，避免了浪費(fèi)。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì).[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3] 郭榮,章桐.汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)[M]同濟(jì)大學(xué)出版社,2013.

Design and research of chassis engine suspension

Zhang Yafei

( Anhui Jianghuai Automobile Co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

Engine suspension design is important for the smoothness of the car and the working ability of the engine. This paper mainly introduces the problems of the typical structural type and design of the engine suspension.

passenger car; engine; suspension design

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1671-7988(2018)24-237-03

U463.1

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1671-7988(2018)24-237-03

U463.1

張亞飛，就職于江淮汽車輕型商用車研究院客車底盤(pán)研發(fā)部，主要從事客車總布置設(shè)計(jì)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.085