纲要：以直列三缸鼓动机为钻研方向，解析了曲柄连杆机构的挽救惯性力、往返惯性力及缸内气体压力对缸体形成的不均衡力和力矩。给出了三种均衡法子：曲轴加均衡重、一阶均衡轴机谈判二阶均衡轴机构，别离论述了每种均衡法子的均衡机理，并推导了所需均衡重的原料及形成的附加力矩。在三种模范的均衡方法（统统不均衡，50%均衡和统统均衡）下，祈望并比较了每种情景下缸体遭到的不均衡力矩和悬置的动反力。创设了三缸鼓动机悬置系统的计划请求，提议了三缸鼓动机悬置系统的优化计划法子，并给出一祈望实例，对悬置在部分坐标系下的静刚度及装配角度施行优化计划。

关键词：动力总成悬置系统，三缸鼓动机，悬置刚度和阻尼的优化，计划法子

1.绪言*

跟着汽车节能减排请求日渐抬高，三缸鼓动机在产业界的运用越来越普遍。由于三缸鼓动机的均衡性较差，致使鼓动机形成较大的振荡，是以，经悬置传播到车内的振荡也较大。看来，三缸鼓动机悬置系统的计划请求比四缸鼓动机更为老成[1-3]。

在昔人的处事中，采纳曲轴或均衡轴加均衡重的方法[4-7]，可减小鼓动机缸体遭到的不均衡力，进而减小鼓动机的振荡。然则太多的均衡举措，会致使鼓动机油耗的增多。如安在节减三缸鼓动机均衡举措的运用的情景下，经过悬置系统的计划，减小悬置向车内传播的振荡是当前三缸鼓动机悬置系统的计划的方向。在当前的动力总成悬置系统的钻研处事中，针对三缸鼓动机悬置系统计划的钻研较少。

本文以三缸鼓动机为钻研方向，解析了曲柄连杆机构的挽救惯性力和活塞组的往返惯性力对其缸体的不均衡力和力矩，推导了鼓动机缸体在不采纳均衡机构，和采纳不同典型的均衡方法时遭到的不均衡力和力矩的抒发式。遵循均衡方法的不同，三缸鼓动机的均衡法子可分为如下三种：曲轴均衡机构，一阶均衡轴机构，二阶均衡轴机构。论文别离论述了每种均衡法子的均衡机理，推导了所需均衡重的原料及形成的附加力矩。给出了三种情景下（统统不均衡、50%均衡和统统均衡）鼓动机缸体遭到的不均衡力矩及悬置的动反力。

创设了三缸鼓动机悬置系统的计划请求，包罗对动力总成固有频次、能量散布及悬置动反力的请求，详细论述了三缸鼓动机悬置系统的优化计划法子。给出一祈望实例，以各悬置在部分坐标系下线性段的静刚度及装配角度为计划变量，采纳遗传算法和序列二次计议法相分离的算法，获得各计划变量的最优值。经考证，优化后的悬置可满意三缸鼓动机固有频次和能量散布的请求，且优化后采纳50%均衡方法时悬置的动反力小于优化前统统均衡情景下悬置的动反力。为低落低转速领域内悬置的动反力，从新计划左、右悬置的动态特点，将橡胶悬置改换为液阻悬置后，悬置的动反力获得显然低落。本文对三缸鼓动机均衡性的解析法子和提议的三缸鼓动机悬置系统的计划法子，对三缸鼓动机在整车上的运用、抬高整车的振荡噪声功能具备指点意义。

2.三缸鼓动机的受力解析

2.1曲柄连杆机构对缸体的做使劲

每个缸内曲柄连杆机构的疏通能够分为曲柄绕曲轴的挽救疏通和活塞组件（包罗活塞、活塞环、活塞销和活塞销卡环）、连杆沿气缸内壁的往返疏通。鼓动机缸体遭到曲柄挽救疏通形成的挽救惯性力、活塞组件往返疏通形成的往返惯性力、缸内气体焚烧的气膂力三者的协同效用。气缸内的气膂力效用于活塞，使得曲柄连杆机构形成一个绕曲轴的翻转力矩，该力矩的巨细与缸内气体压力相关。各缸气膂力形成的翻转力矩的协力矩即为鼓动机的输效劳矩，不须要对其施行均衡。曲柄形成的挽救惯性力和活塞组件形成的往返惯性力是形成鼓动机不均衡力的根本，需选择举措给以均衡。

上可知，三缸鼓动机缸体遭到沿鼓动机坐标系的X、Y、Z方位的协力均为零。

2.2曲柄连杆机构对缸体的做使劲矩

(1)挽救惯性力对缸体形成的力矩

(2)往返惯性力对缸体形成的力矩

(3)鼓动机缸体遭到的协力矩

3.三缸鼓动机的均衡法子钻研

针对式（7）、（8）中绕Y轴和Z轴的不均衡力矩

，采纳下述方法施行均衡，使得各曲柄连杆机构对鼓动机缸体的挽救惯性协力矩，一阶、二阶往返惯性协力矩部份或统统均衡。均衡挽救惯性协力矩采纳在曲轴加均衡重的法子，均衡一阶往返惯性协力矩可采纳曲轴加均衡重安乐衡轴加均衡重两种法子。曲轴均衡重的装配地方有曲柄臂、飞轮和挽救减振器等。均衡二阶往返惯性协力矩须要采纳均衡轴加均衡重的法子，且均衡轴的转速为曲轴转速的两倍。遵循均衡轴均衡往返惯性协力矩阶次的不同，分为一阶均衡轴机谈判二阶均衡轴机构。

3.1曲轴均衡机构

逐一均衡式为在每个曲柄臂上别离装一均衡重，其解析法子与集体均衡式雷同，本文不再赘述。

3.2一阶均衡轴机构

3.3二阶均衡轴机构

二阶均衡轴机构用来均衡缸体遭到的二阶往返惯性协力矩

。图8、9所示别离为三缸鼓动机的二阶单轴、双轴均衡机构示妄念。二阶均衡轴的转速均为曲轴转速的两倍。二阶均衡轴上的均衡重形成的挽救惯性力的协力为零，不会对缸体形成附加力。

3.4.缸体遭到的不均衡惯性力归纳

4.三缸鼓动机悬置系统的计划法子

4.1悬置优化计划方向函数的创设

与保守四缸鼓动机悬置系统比拟，三缸鼓动机悬置系统的计划请求不只包罗对动力总成固有频次、能量散布、位移管束等的请求，还包罗对悬置动反力的请求。由于三缸鼓动机的均衡性较差，是以，公道计划悬置的动反力，有益于减小鼓动机的振意向车身传播。基于对动力总成固有频次、能量散布和悬置动反力的计划请求，创设如下悬置优化计划方向函数。

(1)固有频次和能量散布的方向

(2)悬置动反力的优化方向

4.2计划变量及束缚前提

悬置系统的计划变量为：

测试获得的和采纳公式（22）祈望获得的液阻悬置动态特点弧线见图10，从图中能够看出，祈望的动刚度和滞后角与测试数据相符较好。

此中，L和U别离暗示被束缚的刚度及刚度比例的下限和上限。

5.三缸鼓动机悬置系统的计划祈望

5.1已知参数

一三缸鼓动机曲柄连杆机构的参数如表5示。动力总成悬置系统在动力总成质心坐标系下的原料及动弹惯量见表6。该三缸鼓动机纵置，动力总成质心及各悬置在整车坐标系下的装配地方见表7。整车坐标系X轴向后，Z轴笔直进取，Y轴程度向右，动力总成坐标系各轴与整车坐标系平行。

各悬置的初始装配角度与整车坐标系平行。各悬置均为橡胶悬置，在低频（0-20Hz）下，悬置的动静比取1.4，滞后角为10°。各悬置在其部分坐标系下静刚度的初始值、束缚前提别离见表8、9。不同转速下，单个缸的气体焚烧压强随曲轴转角的改变弧线如图11示。

5.2三种均衡情景下缸体遭到的不均衡力矩

(1)动力总成固有频次和能量散布的设定

(2)悬置计划成绩

依据第4节中给出的方向函数、束缚前提，采纳序列二次计议法与遗传算法相分离的算法，优化获得的各个悬置在其部分坐标系下线性段静刚度的计划值及左、右悬置的装配角度，别离如表10、11示。

别离祈望优化前、后动力总成的固有频次和能量散布，成绩见表12。从表中能够看出，优化前Z向和Rx向的固有频次生气足隔振的计划请求，且这两个方位的能量散布均较低，优化后的各固有频次和能量散布均满意计划请求。

采纳优化前的悬置系统参数别离祈望统统不均衡、50%均衡和统统均衡情景下悬置动反力的均方根值，采纳表10、11中的悬置优化参数，祈望50%均衡情景下悬置动反力的均方根值，祈望成绩如图14示。从图中能够看出，优化后的左、右悬置动反力均小于优化前统统均衡时悬置的动反力，后悬置的动反力虽未抵达优化前统统均衡时悬置的动反力，但小于优化前50%均衡情景下的悬置动反力。是以，优化后各悬置的动反力获得显然减小。

图14优化先后各悬置动反力的均方根值

(3)含液阻悬置的悬置动反力计划

从图14中能够看出，左、右悬置在低转速下的动反力较大，跟着转速抬高动反力慢慢减小。是以，思考从新计划左、右悬置的动态特点，以低落左、右悬置在低转速下的动反力。由于液阻悬置可在肯定领域的频次内供给较大阻尼和较小动刚度，是以，将左、右悬置改换为液阻悬置。依据第4节中给出的方向函数和束缚前提，对液阻悬置的四个计划参数施行优化计划（已肯定），为防止改换液阻悬置后，悬置的动反力在高频领域内大幅增多，计划左、右悬置的动刚度和阻尼特点弧线如图15示。经祈望，左、右悬置为液阻悬置时，各悬置的动反力如图16示。从图中能够看出，改换为液阻悬置后，左、右悬置动反力有显然低落，后悬置根本稳固。

6.论断

（1）解析了曲柄连杆机构的的挽救惯性力和活塞组的往返惯性力对其缸体的不均衡力和力矩，推导了鼓动机缸体在不加均衡机构时遭到的不均衡力和力矩的抒发式

（2）遵循均衡方法的不同，给出了三缸鼓动机的三种均衡法子：曲轴均衡机构，一阶均衡轴机构，二阶均衡轴机构。论述了每种均衡法子的均衡机理，推导了所需均衡重的原料及形成的附加力矩。给出了三种情景下（统统不均衡、50%均衡和统统均衡）鼓动机缸体遭到的不均衡力矩及悬置的动反力。

（3）创设了三缸鼓动机悬置系统的计划请求，包罗对动力总成固有频次、能量散布及悬置动反力的请求，详细论述了三缸鼓动机悬置系统的优化计划法子。经过一祈望实例考证，优化后的悬置可满意三缸鼓动机固有频次和能量散布的请求，且优化后采纳50%均衡方法时悬置的动反力小于优化前统统均衡情景下悬置的动反力。液阻悬置能够灵验低落悬置在低转速领域内的动反力。

7.参考文件

[1]ShangguanWen-Bin.Enginemountsandpowertrainmountingsystems:areview[J].InternationalJournalofVehicleDesign,,49(4):-.

[2]何邦全,曹金龙.三缸鼓动机的均衡与布局计划[J].袖珍内燃机,,29(4):5-7.

[3]郁其祥,王明武.三缸汽车鼓动机的曲轴均衡与振荡测试[J].噪声与振荡管束,(5):15-17.

[4]SuhK.,LeeY.andYoonH.,AstudyontheBalancingoftheThree-CylinderEnginewithBalanceShaft.SAETechnicalPaper,-01-,.

[5]KarabulutH..Dynamicmodelofatwo-cylinderfour-strokeinternal

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