發(fā)動機懸置設計

動力總成懸置系統(tǒng)的設計是很復雜的。一般來說對于懸置系統(tǒng)是一個6自由度的系統(tǒng)，要求對動力總成在各個方向上解耦。但是也要控制一定的位移。懸置是將發(fā)動機的震動（扭矩變化，發(fā)動機離心慣性力，往復慣性力等）盡量隔離，將路面對發(fā)動機的激勵和急加速急減速以及急轉彎造成的發(fā)動機的位移與震動盡量降低。一般說來，動力總成懸置的正向設計是復雜的，要對動力總成的質心，轉動慣量，主慣性軸等參數獲得，通過一定的計算對發(fā)動機懸置的布置點進行布置，當然要考慮到發(fā)動機艙的實際情況。將懸置在3個方向的彈性軸與動力總成三個方向的主慣性軸重合就能使動力總成在6個方向上解耦（似乎是這樣的）。對于發(fā)動機艙而言，要控制動力總成相對發(fā)動機艙的距離，有文獻說要控制在20mm以上，建議在25mm以上，在各個方向上的繞軸旋轉控制在6度，推薦3?4度，在三個方向的位移控制在正負15mm以內。對懸置的位置，和個數（3個以上）確定之后才是設計懸置單個件，橡膠懸置的靜剛度曲線一般是3剛度曲線，需要在一定的方向上有限位，限位處為靜剛度曲線的拐點。動剛度曲線在低頻大幅震動剛度基本是隨著頻率增大而增大，高頻時容易出現動態(tài)硬化的現象，即剛度值理論上非常大。液壓懸置在動剛度曲線的走向上比較而言好控制，因為他的工作原理不同，有點像單筒式液壓減震器，通過液體（乙二醇）在慣性通道或者節(jié)流管道的阻尼力減少振動，將振動的能量轉化成內能。液壓懸置的靜剛度曲線與橡膠懸置沒什么區(qū)別，也就是說漏液的液壓懸置與好的液壓懸置靜剛度曲線相同。動剛度曲線就截然不同，一般說來，在最大阻尼角附近，動剛度曲線突然升高，在一定頻率之后，動剛度曲線呈下降趨勢，不會出現橡膠懸置隨頻率增大而增大，出現動態(tài)硬化。懸置設計主要是考慮高頻低幅振動和低頻大幅振動的工況。減少發(fā)動機高頻的噪聲和低頻的振動，同時使發(fā)動機不會出現過大的位移，造成發(fā)動機艙內零件干涉以致于破壞零件，使零件失效。建議在設計時進行ADMAS分析。剛度受外力作用的材料、構件或結構抵抗變形的能力。材料的剛度由使其產生單位變形所需的外力值來量度。各向同性材料的剛度取決于它的彈性模量E和剪切模量G（見胡克定律）。結構的剛度除取決于組成材料的剛度外，還同其幾何形狀、邊界條件等因素以及外力的作用形式有關。分析材料和結構的剛度是工程設計中的一項重要工作。對于一些須嚴格限制變形的結構（如機翼、高精度的裝配件等），須通過剛度分析來控制變形。許多結構（如建筑物、機械等）也要通過控制剛度以防止發(fā)生振動、顫振或失穩(wěn)。另外，如彈簧秤、環(huán)式測力計等，須通過控制其剛度為某一合理值以確保其特定功能。在結構力學的位移法分析中，為確定結構的變形和應力，通常也要分析其各部分的剛度。剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。零件的剛度（或稱剛性）常用單位變形所需的了或力矩來表示，剛度的大小取決于零件的幾何形狀和材料種類（即材料的彈性模量）。剛度要求對于某些彈性變形量超過一定數值后，會影響機器工作質量的零件尤為重要，如機床的主軸、導軌、絲杠等。機械零件和構件抵抗變形的能力。在彈性范圍內，剛度是零件載荷與位移成正比的比例系數，即引起單位位移所需的力。它的倒數稱為柔度，即單位力引起的位移。剛度可分為靜剛度和動剛度。小位移和大位移計算剛度的理論分為小位移理論和大位移理論。大位移理論根據結構受力后的變形位置建立平衡方程，得到的結果精確，但計算比較復雜。小位移理論在建立平衡方程時暫時先假定結構是不變形的，由此從外載荷求得結構內力以后，再考慮變形計算問題。大部分機械設計都采用小位移理論。例如，在梁的彎曲變形計算中，因為實際變形很小，一般忽略曲率式中的撓度的一階導數，而用撓度的二階導數近似表達梁軸線的曲率。這樣做的目的是將微分方程線性化，以大大簡化求解過程；而當有幾個載荷同時作用時，可分別計算每個載荷引起的彎曲變形后再迭加。靜剛度和動剛度靜載荷下抵抗變形的能力稱為靜剛度。動載荷下抵抗變形的能力稱為動剛度，即引起單位振幅所需的動態(tài)力。如果干擾力變化很慢（即干擾力的頻率遠小于結構的固有頻率），動剛度與靜剛度基本相同。干擾力變化極快（即干擾力的頻率遠大于結構的固有頻率時），結構變形比較小，即動剛度比較大。當干擾力的頻率與結構的固有頻率相近時，有共振現象，此時動剛度最小，即最易變形，其動變形可達靜載變形的幾倍乃至十幾倍。構件變形常影響構件的工作，例如齒輪軸的過度變形會影響齒輪嚙合狀況，機床變形過大會降低加工精度等。影響剛度的因素是材料的彈性模量和結構形式，改變結構形式對剛度有顯著影響。剛度計算是振動理論和結構穩(wěn)定性分析的基礎。在質量不變的情況下，剛度大則固有頻率高。靜不定結構的應力分布與各部分的剛度比例有關。在斷裂力學分析中，含裂紋構件的應力強度因子可根據柔度求得。對一些規(guī)則形橡膠件（指簡單的幾何形狀，如圓柱形、長方形、圓形及錐形套等）的設計計算，70年代基本已獲得解決。橡膠的剪切模數G是計算橡膠件的重要參數。它隨橡膠硬度增大而增大的。但是由于各國的橡膠配方存在差異，對同一硬度的橡膠，他們的G值也不相同。因此，按不同方法計算求得的橡膠件剛度也存在較大差

異，相對誤差達60%――70%,甚至更大。橡膠的硬度單位，目前采用的有兩種：一是國際硬度單位（以舊HD表示），另一是肖氏硬度單位（以HS表示）。國際上，如美、英、德等國采用前者，我國橡膠界習慣上仍采用肖氏硬度。在工程上我國常用的橡膠硬度范圍內（HS40-HS80），兩種硬度單位的G值是相近的。橡膠件的計算主要是剛度和強度計算問題，有時還是穩(wěn)定性估算，所以也是力學的分支。由于一般橡膠件都與金屬件連接在一起，并且根據橡膠件與金屬件的不同連接方式，如硫化粘結一壓配合和摩擦接觸等，他們的彈性特性存在很大的差異。因此，對公式的適用條件、形狀系數的選取，必須特別注意。特種橡膠在汽車中的應用特種橡膠以其特殊優(yōu)異的性能於多個領域取代普通橡膠制品，尤其是注車行業(yè)。根據汽車不同橡膠部件的具體要求，也要相應地選用不同的特種橡膠材料。汽車用各種高壓膠管漸采用特種橡膠，以滿足更高性能要求。用于汽車的橡膠部件很多，并在汽車系統(tǒng)中發(fā)揮著不同的作用，如膠帶用于運動傳輸，密封件用于支撐徑向或往復運動部件，墊片和O形圈用于密封油或燃油，膠管用于輸送液體或氣體，膜片用于控制流體或氣體等。用途不同，對所用橡膠的種類、性能等的要求也不同。要根據材料的耐燃、耐油、耐熱以及低溫柔性和密封能力等來選擇使用。有時，同一裝置也可能選用不同的材料，主要取決于應用溫度、燃油和油品的種類以及汽車的設計要求。汽車發(fā)動機同步帶同步帶用于帶動曲軸凸輪同步運轉。同金屬鏈條相比，同步帶可以有效降低帶與鏈輪的接觸噪音，也不需要潤滑，而且具有輕量化的特點。同時，由于其柔韌性，也可適用于多軸驅動。在日本，有70%以上的小汽車使用同步帶，在歐洲則高達80%以上。以前橡膠同步帶主要采用氯丁橡膠（CR）覆蓋膠。而氫化丁橡膠（HNBR）具有更優(yōu)越的性能，因此在汽車用同步帶獲得了更多應用。HNBR綜合性能比CR優(yōu)勝，在較寬的溫度范圍內具有穩(wěn)定的復數模量、較好的低溫性能、耐熱和耐臭氧性能、優(yōu)異的耐屈撓性能和良好的耐油性。在膠帶功能試驗中，HNBR同氯丁橡膠（CR）覆蓋膠相比，在相同的運轉時間下前者的耐熱水平高出40°C。同時，HNBR的壽命是CR的2倍，耐久性超過了10萬公里。密封件和墊片密封系統(tǒng)主要用于阻止液體或其它材料泄露。有時用金屬、塑料或織物制造密封件，但更多的是使用橡膠。當發(fā)動機和傳動系統(tǒng)使用石油系列潤滑油時，密封材料一般選用丁（NBR）、丙烯酸酯橡膠（ACM）、硅橡膠（VMQ）或氟橡膠（FPM）。發(fā)動機用油要求壽命長、粘度低（節(jié)油）、高溫下潤滑平穩(wěn)等，因此通常發(fā)動機油含有多種添加劑。NBR在凈化劑、防老劑和抗磨劑環(huán)境中會受到嚴重破壞，而HNBR、FPM、ACM在高溫下置于含添加劑的油中長時間浸泡彳爰，還能保持較好的強度性能。盡管ACM的拉伸強度較低，但它在除磷酸烷基酯和環(huán)烷酸鉛以外的所有添加劑中都能保持性能穩(wěn)定。FPM的物理性能也不高，但它具有極好的耐熱和耐油性能。HNBR在這幾種橡膠中的拉伸強度最大，對各種添加劑的抗耐性也是最好的，只有二硫代磷酸鋅對其有輕微的影響。長期以來，汽車行業(yè)一直用NBR和軟木橡膠制造發(fā)動機用的墊片，但現在以使用ACM和VMQ為主，以滿足耐熱、密封能力和壓縮耐久性的要求。在正常條件下，VMQ比ACM的低溫屈撓性和耐熱性要好，但VMQ在機油中長時間浸泡彳爰會顯著軟化，相比之下，FPM和ACM則無劣化現象。機油散熱器膠管和空氣輸送管潤滑油散熱器膠管和機油散熱器膠管曾以內層膠NBR、外層膠CR為主。為了改善耐熱性，還曾選用過氯醚橡膠（ECO）和氯化聚乙烯（CM），現在廣泛使用ACM和AEM?？諝廨斔凸芎瓦M氣管必須具有良好的屈撓性、耐候性、減震性、耐真空塌陷性和耐油性。多種彈性體（如CR、NBR/PVC、EPDM、ECO、CM、ACM）和熱塑性彈性體（如聚酯、聚丙烯與EPDM的共混體）被選用于該用途，乃基于不同的車輛有不同的設計要求。燃油系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)燃油系統(tǒng)用膠管燃油系統(tǒng)一般由油箱、過濾器、泵和連接管組成。燃油輸送管可由鋼、熱塑性塑料（一般為聚胺）或補強橡膠制成。1）燃油膠管目前有兩種供油系統(tǒng)：化油器和噴油泵?；推飨到y(tǒng)用膠管一直是以NBR或NBR/PVC（PB）作內層膠，CR作外層膠，直到芳香族組分含量高的汽油投入使用彳爰，情況才發(fā)生了變化。芳香族組分含量高的汽油會引起內層NBR龜裂，把液體NBR用作不抽出的增塑劑可解決這一問題。由于發(fā)動機室的溫度升高了，燃油膠管的外層膠已從CR變?yōu)槁然腔垡蚁–SM）或環(huán)氧氯丙烷一環(huán)氧乙烷一烯丙基縮水甘油醚（GECO）的三聚物、增大GECO中的烯丙基縮水甘油醚（AGE）的含量可改善GECO的耐臭氧和耐熱性能。GECO現在廣泛用作燃油膠管的外層膠，與CR和CSM相比，它經試驗油抽提彳爰仍具有優(yōu)異的動態(tài)耐臭氧性能。在燃油噴射系統(tǒng)中，目前主要用兩種類型的膠管：油泵和噴油閥之間的高壓膠管、調壓器和油箱之間的低壓膠管。高壓膠管的內層膠采用FPM，因為它具有低的汽油滲透性，良好的耐氧化汽油性和優(yōu)異的耐熱性。低壓膠管的內層膠用FPM或HNBRo同FPM相比，HNBR的燃油滲透性較差，但價格低。和NBR比較，HNBR在氧化汽油中浸泡試驗彳爰拉伸強度則較高，且具有良好的綜合物理性能。2）注油口膠管連接加油口蓋和油箱的注油口膠管一直用PB制造。最近開發(fā)了FPM三聚物內層膠，GECO外層膠的注油膠管，進一步降低汽油滲透性。在揮發(fā)物管理條例愈來愈嚴格的情況下，這一點至關重要。3）揮發(fā)膠管揮發(fā)膠管與化油器燃油系統(tǒng)用膠管所用的材料相同，即一般用NBR作內層膠，CR作外層膠。4）控制膠管（連接真空控制閥和吸氣岐管）控制膠管用3種橡膠材料，根據使用溫度而定。隨工作溫度的提高，材料從NBR/CR變?yōu)镚ECO直到ACM。已開發(fā)出了新型ACM膠料，具有良好的綜合物理性能。燃油系統(tǒng)用密封件和膜片燃油泵膜片是化油器系統(tǒng)中典型的燃油泵結構件。膜片要承受發(fā)動機產生的熱影響，因此不僅要求在汽油中具有良好的耐久性，同時必須具有較高的耐熱性。曾經使用的材料有NBR和PB，現在已開始改用HNBR和FPM，因為需要耐氧化汽油，對于密封件而言，NBR、PB、HNBR和FPM都可用于減震器、絕緣體和油封，至于選用哪種材料則要根據具體使用溫度而定。液壓轉向系統(tǒng)用橡膠制品液壓轉向系統(tǒng)有兩種膠管：油泵和變速箱間的高壓膠管；變速箱與油箱之間的低壓膠管。過去兩種膠管都分別以NBR和CR作內層和外層膠。低壓膠管的內層膠現在使用ACM或CSM，以提高其耐熱性，由HNBR內層膠和CSM外層膠組成的新型高壓膠管比過去的膠管耐熱性更好。空調系統(tǒng)用橡膠制品當制冷劑為CFC12時，膠管的內層膠為NBR，外層膠為CR。現在制冷劑和潤滑油產生了變化，要求使用更好的材料，而且膠管由兩層變?yōu)槿龑印葘泳哂懈吣蜔嵝院偷蜐B透性，中間層具有低滲透性