发动机悬置刚度优化设计.docx

3GA2发动机悬置刚度优化设计
摘要：本文利用多体动力学软件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)建立了3GA2动力总成悬置系统六自由度刚体动力学模型。通过线性模态提取的方法，结合本发动机实际，以力传递率最小为目标函数，悬置刚度值作为设计变量，在强迫激励下，利用二次序列规划法SQP(SequentialQuadraticProgramming)进行优化，针对对隔振影响较大的参数进行调整，最终提出悬置刚度设计方案，达到了使传递力有效值降低30%左右的良好效果。
关键词：悬置系统，SQP，ADAMS，力传递率，振动
ABSTRACT:The3GA2power-trainsix-degreerigiddynamicmodelwasbuiltundertheADAMSenvironment,andthendependingonthecomputedresponsesensitivitiestodeterminethechangestothemountsystemthatwouldleadtominimumresponseatuser-definedlocationinthevehicle.Designvariableswerethemountsstiffness,whichwerechangeduntilthelowestlevelofresponsewasfound.Underforcedvibration,mountsstiffnesswereoptimizedbythemethodofSQP(SequentialQuadraticProgramming).Finally,thedesignplanofmountsstiffnesswasputforwardandthevirtualvalueoftransferforcewasreducedabout30percent.
KEYWORDS:Mountsystem,SQP,ADAMS,Reactiontransmissibility,Vibration
1发动机悬置优化设计的一般方法
设计性能良好的动力总成悬置系统，减少动力总成振动向车体的传递，从而降低噪声，改善舒适性，这一直是汽车设计者所关心的重要课题。目前悬置优化设计的一般方法有：
(1)能量解耦法
这是一种传统的设计方法，不仅较好地协调了具有复杂形态的频率约束和解耦目标之间的关系，而且不必考虑发动机的具体形状，避免了繁琐的调试过程，并对系统结构及布置形式无特殊要求，具有广泛适用性。
但是以解耦为目标的优化不涉及到任何响应计算，虽然按照传统的经验，这对降低振动向整车的传递有一定的作用，但是要把振动传递率控制在一个较低的水平，还需要以支承处的响应为目标进行优化。因此解耦法一般适用于初期设计阶段初始参数的选取和悬置的布置。
(2)动态响应法
初期设计以后，为了把振动控制在一个较低的水平，还需要对悬置的位置、刚度等参数进行重新调整。动态响应法直接以响应的最小为目标，以刚度、位置等参数为变量进行优化，以达到减振、降噪的目的。
本文采取以力传递率最小为目标，对悬置的各向刚度进行优化设计。
2建立仿真分析模型
(1)质量和参数的获取
通过项目组获取模型相关数据。包括3GA2动力总成质量惯量数据，曲柄连杆机构数模，悬置刚度和位置，发动机转速与输出扭矩和燃气爆发压力随曲轴转角变化的特性曲线等。
(2)发动机激励分析
3GA2发动机为四冲程3缸发动机，相位差为240度。机体受到曲柄连杆机构的往复惯性力、旋转离心力以及由燃气爆发压力和往复惯性力共同作用产生的力矩的影响。由于3缸机没有4缸机的自身平衡性好，所以机体将受到较大的激励力。
(3)悬置支承的处理
建立悬置系统的动力学模型，支架以及悬置臂作为刚性体处理。
(4)橡胶力学特性参数的处理
动力学模型中橡胶悬置被处理成具有三向刚度和阻尼的弹簧，刚度和阻尼值由图纸查找得到。
(5)激励的处理
三个气缸中心线位置沿气缸轴线方向，施加燃气爆发压力；在曲轴旋转方向，施加发动机转速。
(6)动力学模型的建立
将发动机看作刚体，活塞和缸体之间以移动副连接，约束后活塞只沿轴线运动；连杆和活塞销以球副连接；连杆和曲轴轴颈之间以圆柱副连接；旋转副建立了曲轴和发动机缸体之间的相对转动；建立的动力学模型存在六个自由度，即沿的平动和绕三个轴的转动，如图所示。
图1动力学模型

3仿真分析
通过实车的试驾和测试，确定了该发动机在怠速转速（880r/min）~2000r/min的转速区间内振动较大，尤其是怠速转速工况。
因此，在仿真时选取发动机转速为880r/min、汽车静置怠速作为计算工况。由于在怠速时发动机前悬置基本不受力，所以所谓的四点悬置实际上变成三点悬置