发动机悬置——静刚度和动刚度

king

看了一些资料和一些设计报告，在求发动机悬置系统模态和解耦时都用的是悬置的动刚度，但也有少数人用静刚度来算。
我的理解是：动刚度是模态分析中阻抗的概念，它包含了悬置本身的静刚度、质量和阻尼成分，所以比静刚度要大。但是质量和阻尼哪个的影响更大呢？按动刚度计算的系统固有频率是不是系统有阻尼固有频率，而不是我们通常说的（无阻尼）固有频率？
这个问题想了很久，希望高手指点一下。

hyl2323

我想你想复杂了，就把动刚度当实际运行中的刚度理解就行了。阻尼，质量的影响还是与静刚度情况相同。发动机悬置一般倾向考虑动刚度。

zzawei

我认为静刚度的考量衡量原因：1、支撑，及平衡，设计基本信息包括动力总成倾角、悬置取点、许用弹性中心的载荷、允许的位移量等。2、限位，这个很容易理解的。3、如果弹性单元是纯粹的弹性体，由于弹性体有自身动静比固定的特性，可以预先设计好静刚度，从而达到动刚度预先设计值；
考虑动刚度的原因：原则上获取小的动刚度是有利于提高NVH性能的。这个要素对于高频时的振动改善尤为重要，但是在低频时效果不很明显，当然，没有人愿意让车停在那里烧油玩。
正是由于弹性体有自身动静比固定的特性，这就有一个问题，支撑性能和低的动刚度是矛盾的两方面，不可一味的追求其一。
当然还要综合考虑疲劳强度、制造的工艺可行性、成本等方面的因素，才能设计出比较合理的悬置。

dlchen

我的理解是，发动机悬置的刚度系数在解耦设计时应考虑为动刚度。因为由于弹性支撑元件的阻尼存在，使得动载下的变形有迟滞现象出现，导致动刚度大于静刚度，比如橡胶隔振垫（天然橡胶的，一般动静比为1 .3~1.6）。如果是金属弹簧隔振器的话，因为没有迟滞现象，就不存在动刚度的说法，其动刚度等于静刚度。

neso770

动刚度和静刚度在做计算时，不要求精确的话可以看似相等的
当然别差的离谱 要是你阻尼考虑进来就不一样了

bobi8

弹性元器件的动静刚度比差别比较大,小的有1.2倍的,大的我见过有3倍之多的,这主要看做弹性元器件的橡胶材料的材质和各种原料的配比了.计算发动机悬置系统的刚体模态肯定应该用动刚度.对于发动机悬置来说,最理想的状态是低频时应该具有大刚度大阻尼,这样有利于衰减和吸收低频冲击能量，而高频时应该具有小阻尼和小刚度，这样有利用隔振和降噪，所以一般好一点的车都会用一个液压悬置，液压悬置具有这方面的特点．

ashui_zhou

不明白怎么用动刚度来计算呀? 动刚度是一根随频率变化的曲线, 怎么用它来计算系统的固有频率呢?除非近似认为动刚度和静刚度只是一个系数关系..高人指点.

bobi8

7楼的,你问的问题很好,对于橡胶悬置来说,在10Hz后刚度变化就比较慢了,而且一般来说对于发动机动力总成来说刚体模态在6Hz~20Hz之间,对于一套发动机悬置,你都取6Hz,或都取10Hz,或者15Hz,20Hz,算出来的刚体模态频率差别很小,现在通常采用15Hz处的动刚度.但我建议取怠速时的点火激励频率处的动刚度来计算刚体模态,如果这样算得的刚体模态频率分布和振型解耦较好,,那么悬置匹配就比较好了(当然还有个传递率的问题),过了怠速,激振频率会增加很快,而发动机悬置的刚度相对来说增加很少,而导致的发动机刚体模态频率增加就更小了,所以只要取怠速时的点火激励匹配出来的悬置满足悬置设计的那些要求,那就肯定没问题了.

king

8楼的回答很详细，很实用的。不过，我想问一下这仅是您个人的意见，还是多人意见的总结。因为我知道有关动刚度值的选取并没有多少资料介绍，我接触到一些计算报告是求动刚度的平均值。
另外对动刚度的测试并不只是一条曲线，而是给定几个振幅进行测试，对每一个振幅都有一条曲线。

bobi8

9楼的说的没错,测试动刚度时,有三个影响因素,频率,预载荷(静载),动态幅值,一般的做法是在给定的预载荷(一般为力控制),给定的动态幅值(一般是位移)下,进行频率扫描,做出一条动刚度曲线,在不同的振幅下测得的动刚度也是不同的,在不同的预载荷下测得的动刚度有时也是不同的(弹性元器件往往是非线性的),所以你得搞清楚你所测试的试件在实际工作状态下的承载状况,而不能随便乱测试.
9楼的说有关动刚度值的选取的确是没多少资料可查,前面的回答只是我在工作中接触这个问题后的一些思考的总结,希望同志们能够一起商量,提出不同的意思,这些想法我最近已经把他发表在了一遍文章中

chenqinghua

本人认为静态下的悬置只需要满足支撑、限位就可以了，最主要的还是动态。

king

bobi8，非常感谢你的回复，你的论文发表在什么杂志上第几期？应该是很有参考价值的。
我一直想通过编写一个程序就把悬置设计到最好，现在看来如果把所有方面都考虑进去，比如固频、解耦、限位、传递率等，似乎是不太可能实现，即使实现了，制造也会有很大偏差。特别是液力悬置就更不容易设计了，液力悬置的阻尼不知道该如何考虑？
另外，我觉得悬置刚度只有相对的较好，并没有一个绝对的最优解，我的理解对吗？

zzawei

我是做悬置结构的，工作6年。我谈一下我的感觉，给您一些建议，也许有用。
1、强度及模态：我认为不要把乘用车设计成坦克，在这个话题上，有机会看一下日本的设计，会觉得我们浪费了很多中国的钢材。说明一下，我并不喜欢日本，但是喜欢他们的设计。
2、结构：时下国内流行铸造，很浪费。然而聪明的冲压设计，是很重要的，车辆的成本会降低。感叹：铝制件是好，但是资源消耗甚大；铸钢是好，但是铸造水平及铸造件的重量，当然还有某些蹩脚的CAE分析，更加重了设计的重量，又让油耗加大。
4、静刚度：首先想要的是合理的静刚度，准确的支撑对整个动力总成布置是至关重要的。
5、动刚度：避开频率噪点，如果您能够做到，越低越好，可以将不快遏制在怠速以下。数次问题解决方向都是这样。设想：假如发动机漂在水上，振动是无从传递的。但是由于制造工艺及疲劳的限制，您往往不得不选择折中。
6、液压悬置：高频表现不错，但是我们国家总是在模仿，高速发展让我们忽略了追求根底。很多情况是原理懂一些，但是总是理论指导不能与制造、测试结果合拍，不得不承认，我们有时候在自己糊弄自己，糊弄别人。作为一个工程师，希望您能够静下心来，做一个实在一点的计算程序，别怕丢人，都知道连微软都在不停的改版本。
7、垫块、衬套式悬置：我认为非常实用，很适合中国国情，千万不要妄在经济型车辆上使用液压悬置，会害死供应商，害死汽车厂家，无论如何，成本会增加1.5倍以上。
我很欣赏KING的决心及计划，但愿有所突破，但愿有实质性突破。

Grace_84

各位前辈好！看了大家的讨论，很受启发，我现在也在做悬置系统的研究，有个问题想请教一下大家：悬置系统的设计流程往往是通过能量解耦优化优化出悬置的方位和刚度的匹配，以满足解耦的目的；然后通过悬置的结构设计来满足刚度的需要，因此，我想问的是，在进行结构设计时，施加的载荷如何确定？按照大家的讨论，满足解耦的刚度值应该是15HZ或者是怠速时对应的动刚度值，那么施加的载荷应该是15HZ或者是怠速对应的载荷，但是某一工况下的载荷是一根曲线，是随时间变化的，而一定的刚度对应的载荷应该是一个定值，那么这个定值的载荷如何确定呢？

eizhihua602

看了各前辈的讨论，很受启发。在静刚度设计环节，各支撑点的支撑力怎么定，有没有特定的方法。