动力总成悬置系统模态分析软件开发.pdf

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あカ总成置系纯模态分析软件开发
口方文华□魏来生
李玉刚□杨乃锋
中国北方车辆研究所北京100072
摘要:动力总成悬置系统是车辆的关键部件,具有降低激励在动力总成和车身之间传通的作用。主要介绍了道用于
任意布置动力总成悬置系统的六自由度系统模型建立过程及模态分淅方法,推导了相关计算公式,开发了基于 MATLAB
的计算软件,为动力总成悬置系统特性的设计和分析提供了实用工具。
关键词:动力总成悬置系统六自由度固有频率振型能量分布矩阵 MATLAB
中图分类号:TH113
文献标识码;A
文章编号:10004998(2014)12-0018-04
动力总成是为车辆提供动力的核心部件,主要由置系统模型,各弹性悬置的动力特性各不相同,其布置
发动机、变速箱和离合器等组成。由于燃油在发动机内位置可以是任意的,每个弹性悬置的3个相互垂直的
部的不规则燃烧、活塞的往复运动、发动机曲柄连杆机刚度轴其安装方向可以是任意的,它们之间不需平行
构、曲轴、离合器以及变速箱的回转运动等产生的不平或者成某个特定角度。动力总成简化模型如图1所示
衡扰动力和力矩,使动力总成成为一个复杂而突出的
为使悬置的各轴向刚度可以通过力学分析求得,
振源。振动不仅会破坏零部件的结构强度,降低其可靠对其进行简化、假设
性,影响机械仪表设备的使用寿命,而且会引起结构噪
(1)由于动力总成系统振幅较小,且橡胶悬置的
声,恶化乘员的乘坐环境,降低乘坐的舒适性。为减小阻尼不大,所以每个弹性悬置可以简化为3个相互垂
动力总成振动引起的诸多影响,通常采用主动隔振的直的、只有轴向刚度的、没有阻尼的弹簧。
措施,即通过一套悬置系统来隔离振源,从而减小振动
2)由于悬置系统中各悬置彼此间距离不大,所
传递。动力总成悬置系统主要作用包括叫:固定和支撑以可以忽略其扭转刚度。每个弹性悬置本身没有回转
车辆的动力总成;承受动力总成内部发动机旋转和平刚度。
移质量产生的往复惯性力及力矩;承受车辆行驶过程
3)单性悬置的变形较小,故可认为其刚度特性
中作用于车辆动力总成的所有动奈力;隔离由于发动是线性的,即弹性悬置的恢复力和变形成正比,刚度为
机激励而引起车架或车身的振动;隔离由于路面不平常数。
度及车轮所受路面冲击引起的车身振动向动力总成的
(4)发动机各缸并列。
传递。动力总成悬置系统的固有特性分析包括系统的
综上,橡胶悬置可简化为沿着3条正交轴线具有
固有频率、振型以及各自由度之间的能量耦合程度阿,弹性的弹簧,称这3条轴线为主弹性轴,如图2所示
为研究动力总成悬置系统的固有特性,笔者建立系究
的六自由度模型,通过相应软件的开发,较快捷地实现2六自由度模型建立
了动力总成悬置系统模型的模态分析。
模型简化
发动机
离合器
变速箱
车辆的动力总成通过悬置支撑在车身或
车架士。由于动力总成悬置系统的固有频率
K
般在30Hz以下,而动力总成固有频率远
G/o
大于悬置系统的固有频率,所以在理论研究
时通常将动力总成视为刚体,对其进行整体
隔振。根据悬置系统与车身或车梨的支撑点
数,将悬置系统分为3点式、4点式等布置方
悬置
W
式。不失一般性,建立一个具有任意布置的悬
收稿日期:2014年7月
A图1动力总成简化模型示意.图
▲图2悬置简化模型示意图
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机械制造s2卷第604期
图1中G-XYZ为动カ总成系统的定坐标系,G为
将式(4)展开为矩阵二次型
系统的质心;为曲轴轴线方向,指向发动机自由端;Z
K00『S
沿着发动机汽缸轴向上;Y可通过右手法则来确定。
∑
88。]0Ku06
(5)
C1-ーXYZ为相对定坐标系的动坐标系,系统静平衡状态
00K」L6
时,两者重合。图2中O-UVW为悬置系统的悬置弹性
假设第个弹性悬置的位置坐标为(x,y,x1),且该
主轴坐标系,O为3条主轴的交点,の、V、W为3条弹悬置沿X、Y、Z方向的位移为ム、△y、△x1,有:
性主轴,该坐标系与系统定坐标系保持相对静止。
△元=xーy2+z
图1中动力总成悬置系统具有六个自由度,即沿
△y=y-zO2+xO2
X、Y、Z轴的平动为x、y、x和绕X、Y、Z轴的转动a
△x=x-xL6O,+yO
0,、。由于悬置自身的质量远小于动力总成的质量,可
由于悬翬的布置是任意角度的,假设
及
忽略。假设动力总成悬置系统作自由振动,通过能量法为X轴转至第个悬置3向弹性主轴び、V、W的夹
对其进行分析,求得动力总成悬置系统的动能和勢能,角;8n、Ba及Ba为Y轴转至第个悬置3向弹性主轴
由于前面不考虑橡胶悬置的阻尼,所以这里不考獻系の、V、W的夹角;Y1、a及ya为Z轴转至第个悬置
统耗散能。
3向弹性主轴ひ、V、W的夹角。则第个悬置沿各弹
2.1动力总成悬置系統的动能T
性主轴方向位移为
6=(x-y,0 +20 )cos *(y-0,#,0,)cos+(z-x,6,
=コm+コmr+'mi+2Ja+'2
+y 0, )Cosyn
6=(x-y62+xO,)eosaa+(y-260+xO,)cos6a+(z-xO
J2-Je9,-J9A02-J602
+y, 6.)C0SY22
式中:m为动力总成质量;Jみ、为动力总成绕参考坐
6=(x-y,0:#26, )cosa 3*(y-20 *x 0)co9:3+(z-x,6,
标轴的转动惯量;、、。为动力总成相对参考坐标
+y)
展开为矩阵
系的惯性积。
将式(1)展开成矩阵二次型
m00000「x
64 a cos n cosy,1 1 00 0 zi -y
O
00mn000
6。. cosas cosb, cosy 10
T=[xy2660,0
O
J
-de e
O2
みみ-「0
令
COSC
1 cost cosy
令:[=xyza2B,.]T为系统的广义速度矢量,
A=cosa
cosmi
00000
OS yt
1000
为动力总成悬置系
B=010
0
000.--J
y:=
000-J↓-J
K
k=|0K。0
统的质量矩阵。则系统的动能为
0OK
则动力总成系统势能び可表示为:
2.2动力总成悬羅系统的势能U
∑(Br·A-kT·AB〉
(8)
图1中,在第个弹性悬置沿3个主刚度轴方向
上所引起的变形为Sn、8on及8n,K。、K。及K。分別为弹令
性悬置的3向刚度。则整个蝉性悬系统的总势能为
[K]=∑(BT?A4T-kT?A;B)
U=∑(Kn8.+K,82+K,8a)
则U=[g]TK][q],[K]为动力总成悬置系统的
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N机械制造52卷第604期
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