轻卡某车型发动机悬置系统的匹配设计

杜智超



轻卡某车型发动机悬置系统的匹配设计

杜智超

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230000）

发动机悬置系统的主要作用是衔接动力总成和车身，支撑动力总成，减少并控制发动机振动对整车的影响。发动机悬置系统的匹配与设计，不仅关系到整车的可靠性，而且对整车的NVH性能有着非常重要的影响。文章基于国内轻卡某车型，介绍轻卡发动机悬置系统的匹配与设计。

轻卡；发动机悬置系统；匹配与设计

前言

发动机是车体内部的振动源，同时汽车运行时还要受到外部各种激振源的激发振动作用，因此，设计悬置系统，在保证可靠性与耐久性的基础上，可以把发动机传递到支承系统的振动减小到最小限度，这对于汽车运行的安全性和舒适性都有极其重要的作用。

发动机悬置系统应能满足的基本要求：A.能在所有工况下承受动、静载荷，并使发动机在所有方向上的位移不超过可接受范围；B.隔离路面产生的振动，降低振动噪声；C.保证发动机机体与飞轮壳体连接面不超过发动机厂家的允许值。

1 该轻卡车型发动机悬置系统相关参数（表1）

2 悬置系统三维数模设计

2.1 悬置系统型式及关键零部件的选择

2.1.1 悬置系统点数的选择

悬置点数受动力总成的长度、质量、用途和安装方式影响，一般采用3点或4点悬置系统。由于四点式悬置的稳定性好、能克服较大的转矩反作用力，因此在轻卡上应用最为普遍，故该轻卡优先选择4点悬置系统。

2.1.2 悬置系统布置形式的选择

轻型卡车发动机悬置的布置方式主要有会聚式、斜置式、平置式、斜置平置组合式等，而斜置式悬置布置形式较为常用，故该车型优先采用斜置式悬置布置形式。

表1 发动机及变速箱参数

2.1.3 悬置系统软垫的选择

悬置系统的传递率T要求小于10%，由此可以计算自激振动频率Fm。

式中：F为外部扰动频率。

软垫的变形量为：S=9.8×25.4/Fm2,由此计算出软垫静刚度：K=P/S，其中P为各个支撑处的载荷，即为支撑反力的一半。一般情况下动静刚度比为1.2～1.6，因此可以计算出动刚度，并以此来匹配所需要的软垫。但由于悬置软垫设计影响到发动机的隔振效果，因此一般使用已经成熟的产品，或者使用发动机厂商所自带的软垫。故通过筛选数据库，选择某代号为A的前悬置软垫和代号为S的后悬置软垫。其基本参数如下：

表2 前悬置软垫A参数

表3 后悬置软垫S参数

2.1.4 支架、连接板类零部件及标准件材料的选择

根据发动机悬置系统的要求，支架、连接板类零部件均选择抗拉强度和屈服强度较高的510L钢板，螺栓选择强度等级10.9级的强化螺栓。

2.2 三维数模设计

2.2.1 发动机前悬置部分

发动机悬置软垫与车架连接，有叉式和拖式两种结构可选，首先按拖式结构进行布置，数模如图1。

可以看出，由于整车发动机定位点高度的需要，导致发动机悬置软垫Z向超出车架连接板，该状态会导致发动机抖动加剧，颠簸路面存在安全风险，故拖式结构不可行，随后选择叉式结构进行布置。

图1 前悬拖式结构

2.2.2 变速箱后悬置部分

变速箱吊架分左右两个对称件，通过螺栓固定在车架三横梁上；变速箱支架总成也相应地分左右两个对称件，通过螺栓固定在变速箱壳体左右两侧。变速箱吊架和变速箱支架总成通过软垫衔接。

2.2.3 发动机悬置系统整体布置

按整车总布置要求进行三维数模设计，首先保证物理搭载，与周边部件无干涉，并留有空间给其它分组布置，具体如图2：

图2 发动机悬置系统轴视图

3 发动机悬置系统空间校核

通过以下校核列表可以看出，发动机悬置系统空间校核满足设计要求。通过总布置空间校核，发动机本体与周边部件的间隙也满足设计要求。

表4 发动机悬置系统空间校核

4 发动机悬置系统应力校核及仿真分析

4.1 应力校核

前支撑到飞轮壳中心的距离L1=365mm，发动机质心到飞轮壳中心位置距离L2=213mm，变速箱质心距飞轮壳中心距离L3=154mm，前后支撑点距离L4=746mm。

根据受力平衡和弯矩平衡，可列如下方程：

R1+R2=（M1+M2)·g （2）

R2· L4=M1· g · (L1-L2)+M2· g · （L1+L3） （3）

式中，R1——前支撑合力，N

R2——后支撑合力，N

M1——发动机质量，Kg

M2——变速箱质量，Kg

g——重力加速度，N/Kg

结合以上发动机、变速箱及距离参数，可得：R1=2041N ；R2=943.1N

发动机前支撑单边承受的压力为F1=R1/2/Cos48°=1525.1N

后支撑单边承受的压力F2=R2/2/Cos21°=505N

车辆静止状态下，

前悬置软垫的压缩量L前=F1/420N/mm≈3.63mm

后悬置软垫的压缩量L后=F2/250N/mm≈2.02mm

4.2 仿真分析

给前悬加载5倍重力冲击，模拟连接板及支撑的受力情况，如图3：

图3 前悬连接板及支撑受力仿真图

经CAE模拟分析，前悬置在5倍重力下主要部位应力在200MPa以下，满足510L材料的要求。

5 结论

通过对该发动机悬置系统的空间布置校核、应力计算及CAE模拟分析，该车型悬置系统的匹配设计满足整车总布置的要求，性能满足相关设计标准的要求，NVH性能可在后期整车试验中验证并优化。

[1] 王望舒.汽车设计（第四版）[M].北京:机械工业出版社,2004(8).

[2] 李霄锋.汽车底盘设计[M].北京:清华大学出版社,2010.

[3] 张详东.理论力学[M].重庆:重庆大学出版社,2006.

The matching and design of the engine mount system of a car model of light truck

Du Zhichao

（Anhui jianghuai automobile group co. LTD., Anhui Hefei 230000）

The main function of the engine mounting system is to connect the power assembly and body, support the power assembly, reduce and control the impact of engine vibration on the whole vehicle. The matching and design of the engine mounting system is not only related to the reliability of the whole vehicle, but also has a very important influence on the NVH performance of the whole vehicle. This paper introduces the matching and design of the suspension system of the light truck engine based on a car model in China.

Light truck; Engine mounting system; matching and design

U463.8

A

1671-7988(2018)22-169-03

杜智超，男，动力匹配工程师，现就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.060