发动机悬置系统振动分析及优化设计

论文总字数：29879字

摘 要

发动机悬置系统是一个六自由度振动系统。耦合振动会扩大共振的频带,增加隔振难度。运用ADAMS软件建立了发动机悬置系统的动力学仿真模型，通过ADAMS/ Vibration模块对发动机悬置系统进行模态分析，得到悬置系统各阶模态的固有频率、主振型及能量解耦率。运用MTALAB软件编写了动力总成悬置系统固有频率和解耦率计算程序，程序的输出结果与悬置系统的ADAMS模型结果基本一致。

运用MTALAB软件编写了悬置系统的悬置参数优化程序及界面。以两组悬置的刚度和悬置组的位置为设计变量，以Z向和θ_x方向的固有频率、悬置系统最大固有频率和解耦率为综合目标，通过为每个目标分配权重，将多目标优化问题转化为单目标优化问题。采用遗传算法作为优化算法，约束每组悬置的刚度、位置和悬置系统的固有频率、非激振力方向解耦率范围，基于垂直刚度理论对悬置系统进行解耦设计，得出了系统悬置参数的理论优化数据。通过实验证明，解耦优化后的发动机悬置系统固有频率配置和隔振性能均得到改善。

关键词：装载机 动力总成悬置系统 模态分析 优化设计 遗传算法

The Vibration Analysis and Optimization

of Engine Mounting System

02009401 Jie Su

Supervised by Beibei Sun

Abstract：Powertrain is one of the most important excitation source in construction vehicles, which has a great impact on the vehicle working performance and comfort of riding. In construction vehicle design, how to layout mounting, which help the powertrain vibration transmitted to the frame to be effectively isolated, is an important issue. In this paper, methods of vibration optimization of powertrain mounting system is summarized according to extensive literature at home and abroad. On the basis, the engine mounting system of a certain type of loader is analyzed on its vibration properties and optimized.

Powertrain mounting system is a six degree of freedom vibration system. Coupled vibration will cause resonance frequency band to be expanded and increase the difficulties of isolating vibration. A dynamics simulation model of the engine mount system is established in ADAMS software. Modal analysis of the model is done to obtain the modal frequencies and modal shapes. A program which is used to calculate the natural frequencies and decoupling rate of the engine mounting system, is written through MATLAB. The results of the MATLAB program and the output of the ADAMS model are basically the same.

A MATLAB optimization program and interface are written, which are used to optimize the parameters of each mount. In this paper, mounting stiffness and location are chosen as design variables, the natural frequencies and decoupling rate of the Z-direction and θx-direction are configured for the integrated goals. Each goal is assigned weight. The multi-objective optimization problem is converted to a single objective optimization problem. Genetic algorithm is taken as the optimization algorithm. Mount stiffness, location and mounting system natural frequency, decoupling rate are constrained. The mounting system is designed on the theory of vertical stiffness. The theoretical data of parameters is obtained. Both the natural frequency configuration and vibration isolation performance are improved.

Key words: loader, powertrain mounting system, modal analysis, optimization，GA

目 录

1、绪 论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 1

1.3本文研究的主要内容 1

2、发动机悬置系统振动分析 1

2.1 发动机激励分析 1

2.1.1 概述 1

2.1.2 发动机激励力分析 1

2.1.3 发动机激励频率分析 1

2.2 发动机悬置系统建模与分析 1

2.2.1发动机悬置系统工作原理及模型 1

2.2.2发动机悬置系统振型 1

2.2.3发动机悬置系统自由振动微分方程 1

2.3 发动机悬置系统悬置布置方式 1

2.3.1发动机悬置点数 1

2.3.2发动机悬置布置形式 1

2.4 发动机悬置系统的一般设计要求 1

2.5 本章小结 1

3、发动机悬置系统多体动力学分析 1

3.1 发动机悬置系统参数 1

3.1.1 动力总成参数 1

3.1.2 动力总成悬置参数 1

3.2 发动机悬置系统ADAMS建模 1

3.2.1 ADAMS简介 1

3.2.2 ADAMS建模及隔振优化流程 1

3.2.3 ADAMS模态分析结果 1

3.3 用MATALAB求解悬置系统的模态 1

3.3.1 MATLAB简介 1

3.3.2 用MATLAB计算模态 1

3.4 ADAMS模型与MATALAB结果的比较 1

3.5 本章小结 1

4、发动机悬置系统优化理论 1

4.1 系统六自由度解耦与部分解耦 1

4.1.1 撞击中心理论 1

4.1.2 垂直刚度理论 1

4.1.3 机身一阶弯曲振动 1

4.1.4 能量法解耦 1

4.2悬置系统固有频率的配置 1

4.2.1 Z方向上固有频率的配置 1

4.2.2 绕X轴旋转方向上的固有频率 1

4.3 悬置系统传递率 1

4.4多目标约束优化问题求解 1

4.4.1 约束优化问题 1

4.4.2 多目标优化问题 1

4.4.3多目标优化问题求解算法 1

4.4.4遗传算法 1

4.5 本章小结 1

5、发动机悬置系统优化设计 1

5.1 优化设计 1

5.1.1 目标函数 1

5.1.2 设计变量 1

5.1.3 约束条件 1

5.2 优化算法 1

5.3 优化结果 1

5.4 优化前后结果比较 1

5.5本章小结 1

6、总结与展望 1

6.1 论文主要成果 1

6.2进一步研究方向 1

致谢 1

参考文献 1

附录 重要程序清单及功能 1

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