普通乘用汽车橡胶悬置系统布置研究

总结。

【关键词】橡胶悬置;悬置布置;悬置个数;

随着汽车产业的迅猛发展，汽车制造开始由数量向质量转变不断地适应消费者的需求。汽车的发动机功率也大幅提高，由此也产生了更大的噪音和振动，汽车的舒适性对购车者来说就显得尤为重要了。经过精心设计的动力总成悬置系统，不但可以减少和阻隔振动及噪音的传递，还能在一定程度上对动力总成起到保护作用，使车辆拥有更长的使用寿命，降低车主在动力总成上的维修保养费用。

1.橡胶悬置结构与分类

橡胶悬置元件是最早应用于汽车上的一种悬置元件，也是当今汽车上使用最广泛的悬置。人们将硫化橡胶块安装到金属悬置支架内就组成了橡胶悬置。当橡胶悬置元件受到外力作用时，橡胶材料的粘弹性使橡胶材料会发生变形滞后。橡胶在受振过程中发生迟滞回弹，一部分机械能由于橡胶分子之间的内部摩擦转变成热能，产生阻尼起到减振作用。橡胶悬置是利用橡胶体的压缩、拉伸与剪切变形来实现振动能量的吸收消耗来达到隔振目的。

橡胶悬置的分类方式有很多种，根据橡胶悬置结构形式可以分为衬套型橡胶悬置、方形橡胶悬置以及楔形橡胶悬置。

衬套型橡胶悬置的橡胶元件安装在内外两个圆筒形金属外管和内芯之间，橡胶元件承受压力或剪力，或者同时承受压力和剪力。衬套型橡胶悬置按主簧的形状还可以分为八字形，一字形及X形，如图1所示。为适应不同的整车要求，每种类型的衬套型悬置三向刚度比例不一样。

楔形橡胶悬置的硫化橡胶元件安装在金属两侧，主要用于承受剪切力，常用作前置后驱车辆的变速器悬置。方形橡胶悬置被成对安装于前置后驱车辆的V型悬置的左右悬置上。

如图2所示我们根据承载方式的不同又可以将橡胶悬置分为剪切式、压缩式和复合式。这三类橡胶悬置的弹性特性及使用场合见表1。

由于橡胶悬置的动刚度、阻尼损失角分别与频率大致呈线性关系，使得悬置设计时刚度和阻尼只能同时增大或减小[1]。小刚度、阻尼的悬置不适合承受低频冲击，可用于高频的隔振。大刚度、阻尼的悬置承受大于200hz的高频冲击时极易发生动态硬化现象只适合用于低频的隔振。

因此我们在橡胶悬置设计时为了满足承载和减振的要求，要同时考虑橡胶悬置的刚度及频率。为了满足这两种要求可以通过设计橡胶元件的结构或调整橡胶的性能，来改变悬置各个方向上的刚度及阻尼，使橡胶悬置具有多維空间刚度和阻尼。

2.悬置的布置个数

动力总成的悬置元件、悬置支架、发动机和变速箱等一起构成了一个振动系统。橡胶悬置将动力总成弹性连接在车架上，将来自地面、动力总成的振动有效隔离和衰减[2]。动力总成的振动特性会因为悬置个数、悬置点的位置及安装角度的不同发生很大的差异。因此对动力总成悬置系统振动特性发生影响的关键因素是悬置的布置方式。

悬置系统中悬置的个数多少往往取决于动力总成振幅的大小，可以设置成三点、四点、五点式等。大幅度的振动需要较少的悬置个数。振动幅度逐渐变大的情况下悬置个数过多会导致悬置的支撑件容易发生变形位移，使各悬置点之间的附加受力增大，长期处在这种情况下会损坏发动机、变速器或悬置元件本身。所以悬置在起到支撑作用的条件下，其布置的数目要尽可能的少[3]。

（1）三点式悬置布置

三点式悬置具备零件少、结构简单、成本较低、体积小等特点。该布置方式的固有频率较低、发生安装过定位的可能性小，抵抗扭转振动能力强。常用于中、小型轿车上。三点式悬置常见的排布形式：前部左右两个悬置采用斜置式布置，后悬置位置由动力总成的主惯性轴进行布置。这种形式存在较差的系统稳定可靠性，单个悬置承受较大载荷的缺点，常被用在四缸发动机纵置的小型车辆上。

（2）四点式悬置布置

四点支撑的悬置系统有定位稳定可靠，抗扭转反作用力大的优点，与三点悬置相比，四点悬置优点是系统稳定性好、单个悬置受载荷小，能克服动力总成较大的扭转反作用力。缺点是扭转刚度大，低频状态下隔振效果比较差，悬置系统容易发生定位干涉，对悬置零件加工精度有较高要求。所以四点式悬置多用于装有四、六缸发动机的大中型车辆。

（3）五点式悬置布置

五点式悬置布置多用于大型商用客车上，是指在典型的四点支承的基础上，在变速器上加辅助支承[4]。由于大型车辆的动力总成长度大、质量重，为了避免发动机后端面产生的弯矩过大，就在四点式悬置的基础上，在变速箱上增加一个支承点，形成五点式布置。

3.悬置的布置形式

悬置在发动机舱的位置摆放也非常重要，现在主流方法有平置式布置、汇聚式布置以及斜置式布置等。在悬置布置时如果任意布置悬置会导致悬置零件间各向刚度发生互相耦合，所以汽车工程中悬置的布置形式往往都有其一定的规律性。一般情况下我们不会将悬置人为地设置成不对称形式。按照车辆参考坐标系与橡胶悬置弹性元件刚度轴的相对位置关系，其布置形式可以分成三种：

（1）平置式布置

平置式布置是最传统的一种布置形式，具有布局简单，控制简便，方便装配，工作稳定等特点。如图4（a）所示在这种布置方式中，悬置系统Oxyz坐标系中x轴、y轴、z轴分别与单个悬置u、v、w三个相互垂直的刚度轴相平行。由于悬置的每个弹性主轴都与动力总成重心的每个坐标轴方向平行，所以沿着任一轴方向上的线位移在其他两个弹性方向上不会产生弹性恢复力，同理绕任一轴回转的角位移也在平行于此轴的弹性方向上不产生恢复力。

（2）斜置式布置

斜置式是当前在车辆上使用最多的一种布置方式，其布置形式是系统坐标系的x轴平行于单个悬置弹性主轴u轴，而系统坐标系中y、z轴分别与单个悬置弹性主轴v和w轴存在夹角关系。如图4（b）所示斜置式悬置安装在发动机动力总成剖面的两侧成对称布置，悬置之间的夹角和坐标位置也可以任意布置。斜置式布置模式同时兼顾较大的横向刚度和足够的柔软度可以提升减振水平，起到衰减振动的良好效果，被广泛地使用在汽车上。

（3）会聚式布置

会聚式布置是目前在汽车上比较少使用的一种总成布置方式。如图5所示这种布置形式的最大特点是将每个弹性悬置的主刚度轴都会聚到一个点上。这样悬置系统在获得较大稳定性的同时还使系统的倾斜角度也易于调节，系统振动的变化形态也可以由悬置坐标的建立来确定[5]。汇聚式布置在实际操作中使用较困难，容易受到空间的限制。所以在平置式和斜置式两种布置模式能够胜任的情况下并不为汽车主机厂所广泛使用。

4.结束语

汽车悬置系统是一个复杂的系统，橡胶悬置因其价格低、结构简单、变形量大、维护方便且性能穩定等特点，被汽车主机厂广泛应用在中低档轿车上。本文针对橡胶悬置元件结构类型、布置个数、位置形式等方面进行比较分析研究。设计悬置布置个数时，要考虑悬置的安装方便性及车辆的支撑平衡。选择悬置的安装位置及形式时，要考虑是否利于悬置系统的弹性支撑及系统解耦。在汽车动力总成悬置系统设计时，对上述因素要进行综合考虑分析，通过对悬置的合理布置、参数优化来提高车辆的减振降噪水准。一个悬置系统设计的成功与否，往往影响悬置的工作性能，还会对车辆的乘坐舒适性及NVH性能有着很大的影响。

参考文献：

[1]胡杰宏.动力总成液压悬置仿真分析与实验研究[D].长春：吉林大学

[2]沈颖刚，杨文钊，郭鹏，何振鹏，张俊红.汽车悬置系统研究综述[J].机械设计与研究，2015，31（06）：131-139.

[3]吴博.基于隔振理论的动力总成悬置系统及优化研究[D].湖北工业大学，2017.

[4]时培成.汽车动力总成悬置系统隔振分析与优化研究[D].合肥工业大学，2010.

[5]王昊.某微型车三缸发动机悬置系统的优化设计[D].吉林大学，2016.

（作者单位：上海交通职业技术学院）

推荐访问:悬置 橡胶 布置 研究 汽车