1發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)案例發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)案例 1 1 2 3 4 4 7 8三缸內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)源，能夠有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率。三缸發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求包括對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系特定頻率、能量分配、位移控制以及懸置動(dòng)態(tài)反作用力的要求。由于三缸發(fā)動(dòng)機(jī)平衡性差，合理的懸置動(dòng)態(tài)響應(yīng)設(shè)計(jì)可以有效地減少發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向機(jī)因自由度為6,故為六階頻率，可以為此建立子目標(biāo)函數(shù)Fi(X)為：上式中，固有頻率在動(dòng)力總成運(yùn)轉(zhuǎn)中比例系數(shù)為w,能量分布在動(dòng)力總成運(yùn)轉(zhuǎn)中2機(jī)腳動(dòng)反力的優(yōu)化子目標(biāo)函數(shù)F?(X)為：上式中Fφ表示實(shí)際動(dòng)反力，即發(fā)動(dòng)機(jī)整體固有頻率，F(xiàn)o表示數(shù)據(jù)剛度參數(shù)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)自重及放置結(jié)構(gòu)不同、曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力、活塞往復(fù)慣性力等，都會(huì)對(duì)懸置系統(tǒng)造成影響。但這些往往不會(huì)成為改變的目標(biāo)圖1.1懸置系統(tǒng)模型懸置系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系的剛度取決于安裝角度，所以設(shè)靜剛度為設(shè)計(jì)變量，安裝角度為調(diào)整數(shù)值，由于選用車輛已處于量產(chǎn)狀態(tài)，故安裝位置，安裝角度無(wú)法更圖3-1設(shè)置懸置系統(tǒng)三個(gè)方位分別為u、V和w。3故靜剛度變量設(shè)為{x}:以上為懸置系統(tǒng)中三向靜剛度與安裝角度。1.3約束條件在選擇懸置系統(tǒng)材料時(shí)，優(yōu)先考慮剛度較小的材料。但是選擇剛度過(guò)小的材料意味這會(huì)使得懸置系統(tǒng)容易在抖動(dòng)過(guò)程中、車輛剎車的情況下發(fā)生變形，久了就會(huì)縮短原件壽命，出現(xiàn)經(jīng)常更換的現(xiàn)象。所以材料方面盡量追求剛度小的同時(shí)不應(yīng)過(guò)小。安裝的位置在發(fā)動(dòng)機(jī)前后左右四個(gè)位置，與發(fā)動(dòng)機(jī)、車架相互連接，四個(gè)一邊承受發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，一邊減緩發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，并且還需要保證位置不移動(dòng)[15。安裝懸置系統(tǒng)時(shí)須限制其上限下限，由于使用橡膠懸置為研究目標(biāo)，則需要對(duì)其剛度進(jìn)行約束。對(duì)kw進(jìn)行約束，ku和kv、kw有一定的比例約束；ku與ku也有一定的比剛度約束范圍確認(rèn)為：1、u分別表示上限下限，即在式1.7中，Lui表示kui/kvi的上限與下限，以此類4Ai為矩陣數(shù)，當(dāng)Ai為6×6矩陣時(shí)，D代表下限。分塊對(duì)角矩陣1.4仿真分析應(yīng)用軟件1.4.1CATIA軟件簡(jiǎn)介CATIA屬于法國(guó)索達(dá)公司開發(fā)，主要應(yīng)用于航天航空、造船業(yè)、汽車等行業(yè)。本1.4.2ADAMS軟件簡(jiǎn)介ADANS軟件作為一款仿真模擬軟件，由美國(guó)MSC公司進(jìn)行研發(fā)?？捎糜陬A(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算本文設(shè)計(jì)的懸置系統(tǒng)優(yōu)化涉及發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率及懸置系統(tǒng)可接受吸收頻率大對(duì)懸置系統(tǒng)剛度以及能量分布等參數(shù)進(jìn)行求解分析，在給定的約束條件下選取最優(yōu)數(shù)據(jù)[18。1.4.3ANSYS軟件簡(jiǎn)介ANSYS公司與MSC公司同為美國(guó)公司?？梢杂?jì)算靜力、動(dòng)力、熱分析、流體分析、磁場(chǎng)等一系列問(wèn)題，主要研究思路是把需要研究對(duì)象劃分成格單元后進(jìn)行相應(yīng)的分析，分析的時(shí)候，每個(gè)體可以發(fā)生振動(dòng)及變形(結(jié)構(gòu)力學(xué))。本文設(shè)計(jì)的懸置系統(tǒng)優(yōu)化需要ANSYS軟件對(duì)懸置系本文選用車型為本田2019款手動(dòng)撥1.8T凌派，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率為90/50005(kw/rpm),最大扭矩172/4300N●m/rpm。其重量121.56KG。以下數(shù)據(jù)均為中國(guó)汽車技術(shù)研究中心研究得出，收錄于汽車制造廠商工藝制造要求手冊(cè)中，本章需要運(yùn)用到各數(shù)值，特借閱過(guò)來(lái)使用。整理相關(guān)數(shù)據(jù)[18如下：表1.1單缸曲柄連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)往復(fù)慣性質(zhì)曲軸半徑相鄰兩缸中連桿長(zhǎng)度氣缸直徑表1.2發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2)慣性積以發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心為原點(diǎn)，前端為X軸方向，左端為Y軸方向，上端為Z軸方向。旋轉(zhuǎn)慣性是發(fā)動(dòng)機(jī)放在測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行不同六個(gè)角度擺放測(cè)試振動(dòng)頻率得出來(lái)的數(shù)據(jù)，無(wú)法通過(guò)人工進(jìn)行計(jì)算。該數(shù)據(jù)由廠家進(jìn)行提供。表1.3各懸置靜剛度的初始值及剛度比例懸置靜剛度剛度比求出剛度比，主要為為查看限制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性，避免結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變，形成薄弱層。6圖1.2縱置發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)三維圖表1.4動(dòng)力總成質(zhì)心和各懸置的安裝位置安裝位置以圖1.2縱置發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)三維圖為坐標(biāo)。取數(shù)據(jù)做出上表。表1.3左、右懸置設(shè)置的安裝角度整車坐標(biāo)系uVWuVWX00YZ根據(jù)懸置的可造性，垂向剛度的上下約束以初始剛度的20%偏差確定，表1.6給表1.6各懸置靜剛度的約束條件懸置下限上限下限上限下限上限下限上限7圖1.3右機(jī)腳邊界條件圖1.4左機(jī)腳邊界條件中，動(dòng)力傳動(dòng)系在動(dòng)力傳動(dòng)系坐標(biāo)系Rx軸向上的固有頻率必須為怠速時(shí)激勵(lì)頻率的在Ry方向上的固有頻率，應(yīng)避開第一階和動(dòng)頻率的作用力，故Rz方向應(yīng)避開一階頻率。由于人對(duì)于振動(dòng)傳來(lái)方向感受頻率不同，垂直方向(即Z軸)感受頻率為4~8Hz,所以Z取固有頻率一般取值8~11Hz;為了保證懸置系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期使用，一般選擇頻率都會(huì)在5Hz以上。因?yàn)閄方向Y方向上受到的振動(dòng)頻率影響較小，所以一般X方向選用的固有頻率取值為6~7Hz,Y方向考慮盡量避開人體可以感受到得振動(dòng)頻率范圍，設(shè)計(jì)選用6~10Hz10]。一階振動(dòng)頻率可根據(jù)公式：f=n/60×1.51√2帶入怠速轉(zhuǎn)速得：f=n/60×1.5/√2=800/60×1.5/√2≈15.02Hz由于動(dòng)力傳動(dòng)系在Z、Rx、Ry和Rz方向(繞X、Y、Z旋轉(zhuǎn)方向)上激勵(lì)，因此這四個(gè)方向上的能量分布必須超過(guò)90%。動(dòng)力傳動(dòng)系的工頻及頻率分布設(shè)計(jì)要求見表1.7[191。表1.7發(fā)動(dòng)機(jī)固有頻率和能量分布方向8固有頻率加權(quán)系數(shù)22211能量分布加權(quán)系數(shù)222111.7計(jì)算優(yōu)化圖1.5優(yōu)化流程使用MATLAB軟件，根據(jù)上文總結(jié)的目標(biāo)函數(shù)以及懸置系統(tǒng)優(yōu)化的約束條件，選擇并運(yùn)用序列二次規(guī)劃對(duì)局部坐標(biāo)系下各支座的靜剛度命令行窗口命令行窗口圖1.6運(yùn)算結(jié)果表1.7靜剛度改良后的數(shù)據(jù)和剛度比例9懸置改良后的靜剛度剛度比例計(jì)算了功率模塊的固有頻率和能量分布結(jié)果見表4.3-2。表1.8優(yōu)化前后