汽车发动机悬置支架模态分析与研究

（芜湖职业技术学院 安徽 芜湖 241003）

0.前言

汽车发动机悬置支架是动力总成支撑的安全件和功能件，发动机通过悬置支架固定在车身上，必须满足汽车在各种行驶工况下的强度及整车噪声、振动与声振粗糙度（NVH-Noise、Vibration、Harshness的英文缩写）需要，所以在产品设计时需要综合考虑强度、模态及轻量化等方面的因素，本文特针对以上这些方面进行了较为全面的阐述。

1.材料对模态的影响

针对材料物理特性：弹性模量、泊松比及密度等情况下对某一悬置支架进行模态分析，并结合材料的实际应用，考察材料的物理特性对模态的影响。

1.1 弹性模量对悬置支架模态的影响

选取 2 组弹性模量分别为 1.7×105Mpa和 2.1×105Mpa，μ=0.257，ρ=7.1×103Kg/m3，按上述材料物理特性进行模态分析，约束与发动机装配的螺栓孔，其1阶模态振型如下图1所示。结果表明弹性模量的增加会使悬置支架的1阶固有频率上升。

1.2 泊松比对悬置支架模态的影响

选取 2 组泊松比分别为 0.257 和 0.33，E=1.7×105Mpa，ρ=7.1×103 Kg/m3，按上述材料物理特性进行模态分析，约束与发动机装配的螺栓孔，其1阶模态振型如下图2所示。结果表明泊松比对悬置支架的1阶固有频率影响不明显。

1.3 密度对悬置支架模态的影响

选取 2 组弹性模量分别为 7.1×103Kg/m3和 7.9×103Kg/m3，E=1.7×105Mpa，μ=0.257，按上述材料物理特性进行模态分析，约束与发动机装配的螺栓孔，其1阶模态振型如下图3所示。结果表明密度的增加会使悬置支架的1阶固有频率降低。

但实际应用中以球墨铸铁和铸铝为主，如QT450-10和A380材料，其参数分别为 E=1.7×105Mpa/7×104Mpa，μ=0.257/0.31，ρ=7.1×103 Kg/m3/2.7×103Kg/m3。结果表明同样结构铸铁支架1阶固有频率比铸铝支架要低。

2.结构对悬置支架模态的影响

2.1 支架悬臂结构强度

以2个支架的模态分析为例，找出薄弱点或对结构刚度产生影响的原因，为结构的改进设计提供理论依据，下图4中第一个为原设计方案，模态较低；从模态的振型图可看出，红色圈内所示部分为应变能较大的区域，对此部分进行加强可有效改善支架模态。加强后的机构模态分析如图5中第二个所示，从上述模态分析可看出，在应变能较大部位合理加强可有效改善支架模态。

2.2 悬臂质量结构轻量化

发动机悬置支架模态分析均需要考虑托臂结构，托臂结构的轻量化对整个部件的模态影响较大；如下图5所示：

3.固定方式对悬置支架模态的影响

悬置支架的模态与固定方式的关系较大。例：如果悬置支架只有2个螺栓孔固定到发动机，模态相较原3个螺栓孔固定低很多，见下图6所示。所以设计支架时，固定孔的数量和位置设计非常重要。

4.结论

模态分析在设计分析过程中具有重要的意义，在保持在原设计状态的基础上，再找出薄弱点或对结构刚度产生影响的原因，提升支架模态；同时在满足产品设计要求的基础上持续改进，使产品结构设计更加合理以达到设计轻量化。总之：模态分析可以支持整车噪声、振动与声振粗糙度（NVH-Noise、Vibration、Harshness的英文缩写）理论分析、提高结构的合理性，缩短产品开发周期；同时可以实现现代汽车轻量化理念。同时、结合材料技术应用、装配结构设计、轻量化技术的运用，可以加快产品设计进度。

【参考文献】

［1］于开平，周传月等.hypermesh从入门到精通[M].北京：科学出版社，2005.

［2］刘惟信.机械最优化设计[M].北京：清华大学出版社，1994.

［3］庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动：理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006.