搜索動(dòng)力總成懸置支架振動(dòng)噪聲設(shè)計(jì)
2016-11-22 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
摘 要:動(dòng)力總成懸置支架振動(dòng)噪聲設(shè)計(jì)關(guān)系到整車振動(dòng)噪聲,它是動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必 要部分。本文介紹了懸置支架振動(dòng)噪聲設(shè)計(jì)方法,包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),模態(tài)設(shè)計(jì),靜剛度與動(dòng)剛度設(shè) 計(jì)等。通過(guò)案例,分析了懸置支架結(jié)構(gòu)與懸置布置、懸置解耦結(jié)果的關(guān)系;懸置支架的模態(tài)分析、 設(shè)計(jì)要求;懸置支架的靜剛度設(shè)計(jì)方法及要求;懸置支架的動(dòng)剛度設(shè)計(jì)及判斷依據(jù)等。在懸置支 架模態(tài)計(jì)算、靜剛度和動(dòng)剛度計(jì)算中,使用 HyperMesh 軟件進(jìn)行幾何處理,網(wǎng)格劃分,使用 HyperView 或 HyperGraph 進(jìn)行結(jié)果顯示,可以大大提高懸置支架振動(dòng)噪聲設(shè)計(jì)的效率。
關(guān)鍵詞:模態(tài) 靜剛度 動(dòng)剛度 HyperWorks
Abstract: NVH design of powertrain mount bracket is very important, and it is a necessary part of powertrain mount system design. It consists of structure design, modal design, stiffness design, point mobility design, etc. Structure design relates to mount arrangement and optimization of mount decoupling ratio. Modal of mount bracket is designed to prevent resonance. Stiffness is designed for vibration isolation efficiency of the mount system. Point mobility is essential for isolation of vibration of every frequency. When we calculate the modal, stiffness, point mobility of the mount bracket, HyperMesh software can help us in the geometry cleaning and the meshing, HyperView and HyperGraph software can help us display the result. Using HyperWorks software can greatly improve the design efficiency.
Key words: modal, stiffness, point mobility, HyperWorks
1 引言
懸置系統(tǒng)是指動(dòng)力總成(包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器及變速器等)與車架或車身之間的彈性連接系統(tǒng), 該系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)與車體之間的振動(dòng)傳遞,影響整車的振動(dòng)噪聲性能。在懸置系統(tǒng) 中,懸置起到支承發(fā)動(dòng)機(jī),衰減和隔離發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的重要作用,對(duì)整車的振動(dòng)噪聲水平起到重要 影響。而懸置支架起到連接懸置與發(fā)動(dòng)機(jī)、車架或車身的重要作用,懸置支架的設(shè)計(jì)成功與否, 對(duì)懸置系統(tǒng)本身的性能起到很大影響。
自從汽車振動(dòng)噪聲性能引起國(guó)內(nèi)汽車公司重視以來(lái),對(duì)動(dòng)力總成懸置支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)就引起 了振動(dòng)噪聲工程師的一致重視,出現(xiàn)了一系列針對(duì)動(dòng)力總成懸置支架進(jìn)行優(yōu)化的案例[1-4]。隨著國(guó) 內(nèi)振動(dòng)噪聲研究水平的不斷提高,振動(dòng)噪聲工程師的工作已經(jīng)從單純的出現(xiàn)振動(dòng)噪聲問(wèn)題后進(jìn)行 優(yōu)化,逐步轉(zhuǎn)移到進(jìn)行合理的正向振動(dòng)噪聲設(shè)計(jì),并在樣車設(shè)計(jì)的前期解決振動(dòng)噪聲問(wèn)題的思路 上來(lái)[5]。
2 支架結(jié)構(gòu)形式
動(dòng)力總成懸置支架結(jié)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)的布置,車架或車身上各零部件的結(jié)構(gòu)布置相關(guān)。同時(shí),動(dòng)力總成懸置支架結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足動(dòng)力總成懸置解耦優(yōu)化設(shè)計(jì)中提出的懸置布置角度和位置要求。圖 1為懸置解耦優(yōu)化計(jì)算示例圖,一般要求懸置解耦率在 85%以上,各懸置頻率分隔 1Hz 以上。
動(dòng)力總成懸置布置形式多樣,簡(jiǎn)單的按照懸置個(gè)數(shù)可以分為二點(diǎn)懸置、三點(diǎn)懸置、四點(diǎn)懸置、以及常用于大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的五點(diǎn)和六點(diǎn)懸置等。由于與動(dòng)力總成懸置的布置有關(guān),懸置支架的結(jié) 構(gòu)形式比較多,支架個(gè)數(shù)與懸置個(gè)數(shù)相關(guān)。總體來(lái)說(shuō),動(dòng)力總成懸置支架分為主動(dòng)側(cè)懸置支架(動(dòng)力總成側(cè))和被動(dòng)側(cè)懸置支架(車架或車身側(cè)),結(jié)構(gòu)如如圖 2 所示。
3 支架模態(tài)設(shè)計(jì)
針對(duì)不同的發(fā)動(dòng)機(jī),對(duì)動(dòng)力總成懸置支架的模態(tài)頻率要求是不同的。動(dòng)力總成懸置支架受發(fā) 動(dòng)機(jī)振動(dòng)影響較大,為了與發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)隔離,動(dòng)力總成懸置支架頻率應(yīng)設(shè)置在怠速頻率以下或額 定轉(zhuǎn)速頻率以上。低于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率的區(qū)域一般用于布置動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的固有頻率,同時(shí) 動(dòng)力總成懸置支架的頻率一般較高,設(shè)計(jì)在該段頻率困難較大,因此動(dòng)力總成懸置支架固有頻率 一般布置在額定轉(zhuǎn)速頻率以上區(qū)域。
在進(jìn)行動(dòng)力總成懸置設(shè)計(jì)時(shí),一般要求外部激勵(lì)頻率與系統(tǒng)固有頻率之比至少達(dá)到 1.414 倍 時(shí)才能起到隔振作用。相對(duì)于該懸置設(shè)計(jì)規(guī)則,經(jīng)驗(yàn)上一般以不低于發(fā)動(dòng)機(jī)額定頻率 2-3 倍的頻 率為懸置支架頻率設(shè)計(jì)值。一般也要求動(dòng)力總成懸置支架的一階模態(tài)頻率在 500Hz 以上。
圖 3 為對(duì)圖 2 中動(dòng)力總成懸置支架的模態(tài)計(jì)算結(jié)果。該懸置支架模態(tài)分析使用 HyperMesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分,從而導(dǎo)出有限元模型進(jìn)行模態(tài)計(jì)算,最后使用 HyperView 軟件進(jìn)行結(jié)果顯示。計(jì) 算結(jié)果為:發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)支架一階頻率為 637.7Hz,二階頻率為 992.3Hz;車身側(cè)支架一階頻率為504.1Hz,二階頻率為 685.2Hz。該懸置對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為 3600rpm,按 3 倍的發(fā)動(dòng)機(jī)額 定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率計(jì)算,要求動(dòng)力總成懸置支架一階頻率在 360Hz 以上,示例中懸置支架滿足該要 求,且一階頻率在 500Hz 以上,滿足振動(dòng)噪聲設(shè)計(jì)要求。
4 支架靜剛度設(shè)計(jì)
動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振效果不僅取決于橡膠件的剛度,還與懸置支架的剛度有關(guān)。支架-隔 振橡膠件-支架共同組成動(dòng)力總成懸置系統(tǒng),從而起到在發(fā)動(dòng)機(jī)和車架或車身之間隔振與支承的作 用。懸置系統(tǒng)的總剛度可用下式表示:
式中,K 為懸置系統(tǒng)總剛度,KE 為發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)支架剛度,KI 為隔振橡膠件剛度,KV 為車架或車身側(cè)支架剛度。
根據(jù)上式懸置支架的剛度應(yīng)盡量大,這樣懸置系統(tǒng)的剛度就近似于隔振橡膠件的剛度,從而 使懸置系統(tǒng)達(dá)到好的隔振效果。一般來(lái)說(shuō),支架剛度應(yīng)為隔振橡膠剛度的 6-10 倍。如圖 4 所示為 某樣車動(dòng)力總成后懸置支架設(shè)計(jì)改進(jìn)的實(shí)例。改進(jìn)方案 1 相比原始方案加寬并加肋板,改進(jìn)方案2 相比方案 1 降低了懸置高度。本靜剛度優(yōu)化實(shí)例中采用 HyperMesh 進(jìn)行網(wǎng)格劃分,然后導(dǎo)出有 限元模型進(jìn)行計(jì)算,采用文本文檔從結(jié)果文件中讀取結(jié)果。
在三個(gè)方案中,經(jīng)過(guò)分析,其靜剛度計(jì)算如下表。在加肋板及加寬后,后懸置的 Z 向靜剛度 達(dá)到了要求,但 X 向和 Y 向剛度仍然不足;經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)部門(mén)協(xié)調(diào)相關(guān)布置,在改變懸置支架的高 度后,動(dòng)力總成懸置支架三個(gè)方向的靜剛度都滿足了要求。
5 支架點(diǎn)動(dòng)剛度設(shè)計(jì)
動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振效果不僅僅與靜剛度有關(guān),還與動(dòng)剛度有關(guān)。動(dòng)剛度是指單位位移 作用下,作用點(diǎn)沿位移作用方向的力隨位移作用頻率的變化。對(duì)于橡膠等粘彈性體減振元件,其 動(dòng)剛度是描述減振性能的關(guān)鍵指標(biāo)。對(duì)動(dòng)力總成懸置支架來(lái)說(shuō),與支架動(dòng)剛度密切相關(guān)的一個(gè)概 念是 Mobility [6],它指在單位力作用下作用點(diǎn)沿力作用方向的速度隨力作用頻率的變化,反映零 部件的局部動(dòng)態(tài)剛度特性;mobility 和動(dòng)剛度之間的關(guān)系為:
式中,ME 為發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)支架的 moblity,MI 為隔振橡膠件的 moblity,MV 為車架或車身側(cè)支架 的 moblity。
由上式可知,當(dāng)動(dòng)力總成懸置支架的點(diǎn)動(dòng)剛度遠(yuǎn)大于懸置的動(dòng)剛度時(shí),可有效隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的 振動(dòng)。由于動(dòng)剛度(Mobility)會(huì)隨著頻率而變化,所以需要在整個(gè)工作頻率下對(duì)其進(jìn)行考核。
一般要求動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)具有 20dB 以上的力傳遞損失,這相當(dāng)于力傳遞率是 0.1, 振動(dòng)的能量能量損失 99%。如果車架和動(dòng)力總成的動(dòng)剛度相同,并且其是懸置動(dòng)剛度的 18 倍以 上,則可達(dá)到 20dB 的力傳遞損失。在圖 4 的動(dòng)力總成懸置支架優(yōu)化實(shí)例中,各支架的 X 向點(diǎn)動(dòng) 剛度如圖 5 所示,經(jīng)過(guò)計(jì)算其等效動(dòng)剛度如表 2 所示。在完成計(jì)算后采用 HyperGraph 讀取結(jié)果 曲線。由分析結(jié)果可知,改進(jìn)方案 2 達(dá)到設(shè)計(jì)的動(dòng)剛度目標(biāo)值,可以作為實(shí)際設(shè)計(jì)方案。
6 總結(jié)
動(dòng)力總成懸置支架設(shè)計(jì)是否合理影響整個(gè)懸置系統(tǒng)的性能;動(dòng)力總成懸置支架 NVH 設(shè)計(jì)應(yīng) 包括從懸置解耦來(lái)設(shè)計(jì)支架結(jié)構(gòu),懸置支架的模態(tài)設(shè)計(jì),靜剛度設(shè)計(jì)和動(dòng)剛度設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
動(dòng)力總成懸置解耦率一般要求在 85%以上,各懸置頻率分隔 1Hz 以上;動(dòng)力總成懸置支架的 頻率要求在發(fā)動(dòng)機(jī)額定或最高轉(zhuǎn)速頻率的 2-3 倍,一般要求第一階模態(tài)頻率在 500Hz 以上;動(dòng)力 總成懸置支架靜剛度要求為懸置靜剛度的 6-10 倍;動(dòng)力總成懸置支架動(dòng)剛度要求在懸置動(dòng)剛度的18 倍以上。
在懸置支架模態(tài)計(jì)算、靜剛度和動(dòng)剛度計(jì)算中,使用 HyperMesh 軟件進(jìn)行幾何處理和網(wǎng)格 劃分,使用 HyperView 和 HyperGraph 進(jìn)行結(jié)果顯示和曲線處理,可以大大提高懸置支架振動(dòng)噪 聲設(shè)計(jì)的效率。
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