发动机悬置的分析研究

发动机悬置的分析研究 !""# 年第 $ 期发动机悬置的分析研究（中国第一汽车集团公司技术中心，吉林长春 %&""%%）滕腾文章编号：%""&’((%)（!""#）"$’"""%’"& 汽车工艺与材料 !"#$%$&’() #)*+,$($-. / %!#)0’!(·试验研究· 摘要：通过研究发动机悬置的材料、工艺、结构及材料、总成的技术要求，总结出发动机悬置的设计方法和控制发动机悬置质量的技术要求。从发动机悬置性能、连接、支撑、减振、*+, 等方面全面了解、熟悉发动机悬置的设计、生产工艺及质量控制过...

!""# 年第 $ 期发动机悬置的分析研究（中国第一汽车集团公司技术中心，吉林长春 %&""%%）滕腾文章编号：%""&’((%)（!""#）"$’"""%’"& 汽车工艺与材料 !"#$%$&’() #)*+,$($-. / %!#)0’!(·试验研究· 摘要：通过研究发动机悬置的材料、工艺、结构及材料、总成的技术要求，总结出发动机悬置的设计方法和控制发动机悬置质量的技术要求。从发动机悬置性能、连接、支撑、减振、*+, 等方面全面了解、熟悉发动机悬置的设计、生产工艺及质量控制过程，明确发动机悬置的发展方向。关键词：发动机悬置；材料；工艺中图分类号：-$#$.%& 文献标识码：/ 发动机悬置是汽车上比较重要的零件，其性能直接影响汽车发动机的振动乃至整车的舒适性和发动机的寿命。下面就发动机悬置的开发过程及试验进行分析研究，其中包括材料、工艺、结构、橡胶与金属的粘接强度、悬置总成技术要求的试验分析。 1 材料和工艺 121 材料以前悬置材料基本都采用单一橡胶材料 *0，现在逐渐采用共混胶，并且也是将来的发展趋势。共混胶比单一 *0 材料的耐老化性能、压缩性能和耐温性能有所提高，其耐温达 %"" 1，并有耐臭氧性能。各种橡胶耐温性能见图 %。结合图 %橡胶的强度、耐温性能、疲劳等性能和发动机悬置的工况要求，采用 *023402550 共混橡胶作为实例进行分析。发动机悬置所用材料成分见表 %。由表 %配方成分所得发动机悬置材料性能的试验结果见表 !。 123 工艺由模压成型改为注射成型可提高橡胶的密实性，提高强度及耐磨性。 3 结构发动机悬置的功能为连接、支撑、减振、限位。每个支撑点最多有 # 个自由度，即 !、"、#方向和绕 !、"、#方向的扭转。发动机悬置分布见图 !。根据产品的受力方向，考虑橡胶与金属之间的拉、压、剪切力的极限值进行产品的结构设计，同时解决局部应 !456789:56 ;8<=7 >4 )4?94@ %><4894? !"#$ !%&’ （067 89:;9<，=/> ?<@AB 8@C=B：9:GD:9 O@A:;D:G；OC;9 题。通过对粘接角度对悬置强度影响的试验得出，剪拉强度在 !"#$!"时逐渐减小、$!"#%!"时逐渐增加、!"#&’"时最大。剪拉强度和角度的关系见图 (。剪拉角度实物图见图 )。图 ! 剪拉强度和角度的关系图 " 剪拉角度实物图 ! 橡胶与金属的粘接 #$对金属基板采用除锈—喷砂—磷化—清洗—涂胶—烘干工艺处理。 %$胶粘剂选用适合 *+、,-+与金属的粘接，涂胶厚度均匀。 &$橡胶硫化设备采用适中的橡胶注射机。 ’$选择准确的硫化温度及硫化时间。 " 发动机悬置总成的技术要求及试验分析 "$( 静刚度弹性零部件的静刚度指的是产生单位变形量的弹簧负荷，即力与位移的比值。力和位移都是静态的。根据整车布置的空间要求和相关连接部分的要求，可以确定在各个方向上，尤其是在垂直方向上的最大空间行程。根据行程和动力总成布置的位置要求（如动力总成布置的角度），可以确定动力总成悬置系统的静变形量。根据静变形量和各悬置上静载荷的分配，依据公式 !".#$%" （#为系统质量）计算动力总成悬置的静刚度（主刚度方向）。 "$) 动刚度和阻尼系数在 ,/0 1/*2-334 标准中称动刚度和阻尼系数为复弹簧系数（56789:; <8=>?@ =AB:）。动刚度包括 C个部分，即与弹性件弹性相关的部分和与弹性件阻尼相关的部分。动刚度是两部分的矢量和。动刚度在幅值上等于激励力的峰峰值与位移的峰峰值之比。有时也将复刚度称为动刚度，是考察橡胶弹性元件减振效果的重要指标。动刚度的分解见图 ’，如果阻尼系数为零时 &’. !(，即力与位移的相位差为零。对于无阻尼材料来说，则动刚度与静刚度相等。 "$)$( 存储刚度动刚度中与弹性相关的部分称为存储刚度，存储刚度是与位移同相位的力矢量的分量与位移矢量的比值。 "$)$) 损失刚度动刚度中与阻尼相关的部分称为损失刚度。损失刚度是与速度同相位的力矢量的分量的幅值与速度矢量幅值的比值，其值等于 )!。 "$)$! 刚度之间的关系为便于理解这些概念，我们进行如下公式推导。根据运动学方程：)(（’）D!(（’）.&（’）拉氏变换：)"%（"）D!%（"）.&（"）表 ) 材料试验结果常态耐热后（&!! EFGC H）压缩永久变形（&!! EFC) H）I! 耐寒性邵尔硬度 1/ 扯断强度 I JKA 扯断伸长率! 1/ 硬度变化扯断强度降低率 " ! 扯断伸长率降低率 " ! ’C C’ $!! DC &! && &L 无裂纹滕腾：发动机悬置的分析研究图 ) 发动机悬置分布悬置点 C 悬置点 & 悬置点 ) 悬置点 ( !" &’" (!" )’" $!" G’" %!" ! &’ (! )’ $! G’ %! &!’ 角度 I（"）剪拉强度 IJ KA $ ’ ) ( C & 系列 & 系列 C 图 * 动刚度的分解图 )( &’ !( " CM M !""# 年第 $ 期 !"%#& $（"）%（"）用 &!代换 "，有 !&!%#& $（&!）%（&!）式中，!为阻尼系数；# 为存储刚度；$为动态力。所以，动刚度的复数表达为： $（&!） %（&!）&#%!!& 动刚度的幅值为： #’& $（&!）$（&!） & #%!!& & # !%（!!） !! 从上述推导过程中可以看出，存储刚度是动刚度的实部，损失刚度是动刚度的虚部。从幅值上看，#&#’()*（"），#+&!!&#’*,-（"）。从能量的观点我们也可以认为，动刚度为橡胶件在力的作用下所吸收的总能量，存储刚度是其弹性势能，这一部分在变形恢复后可以得到释放。损失刚度是橡胶件内部摩擦所消耗的动能，损失橡胶件的能量。 !"#"! 阻尼系数阻尼系数是与速度同相位的力矢量的分量与速度矢量的比值，即力矢量与位移矢量夹角的正切。 !"$ 传递率质量弹簧系统见图 #。系统在模拟激励频率作用下，系统的固有频率为 ! ’&!# #(! 。由于系统的非线性，存储刚度 # 也是随频率变化的，也就是说同一系统在不同频率激励下系统的固有频率是不相同的。如果激励频率与系统的固有频率相同，则系统发生共振。有一点需要注意，在多个频率同时激励系统时，刚度机理与单一频率是完全不同的。由于无法区分刚度的弹性部分和阻尼部分，所以只能考虑阻尼共振频率。系统的传递率表达式为： )*& ! !!!%#! （#.(!!）!%!!!!! 由传递率的公式，我们可以看到传递率首先是与系统的质量有关系，对于支撑件来说，质量就是系统的静载荷。其次，传递率与橡胶件的动刚度的弹性部分和阻尼部分相关，与激励的频率相关。也可以表达为： )*& /% !$!!’" # ! /. ! ! !’!" $ ! % !$!!’% $ !! 式中，)* 为传递率；! 为激励频率；!’为系统固有频率；$为阻尼比。 !与 !’的比值应大于 !! ，比值为 0 时传递率为 !"!。 !"! 动刚度及阻尼的变化规律测试动刚度及阻尼系数的基本参数为预载、振幅和频率。根据 123/"452标准测试样件，样件为圆柱形，其直径为 5" 66、高为 !5 66、硬度 5" 72。由图 8可以看出，动刚度随动态幅值的增加而减小，随频率的增加而增加。由图 9可以看出，阻尼角基本上随频率的升高而升高，随振幅值的升高而升高。但在 ":5 7;左右，滞后角的变化比较大。 !"% 台架疲劳寿命试验疲劳寿命是考核悬置可靠性寿命的重要指标，参数为静载荷、动载荷和频率。台架试验能否反映出图 & 动刚度与振幅、频率的关系振幅为 " · 6 6 ./ 频率 = 7; 图 ’ 阻尼角与振幅、频率的关系振幅为 "<9 66 振幅为 "<5 66 振幅为 ";?:>?;@ 45A B;-@= ?;@ J@4; $K@=-=>45> 011 418 E4=@; .14AA-56 -56 H@:G5<1<6L，!"""，%!#：(#$(&8 ［+］ BG E4=@;［M］8 9@>41 ,<:-@>L，%))#，（#）：%*8 ［(］ 24;::-=< M，@> 418 J@>>4O-1->L G@ ,L=>@I 01 $,- $96 Q->G ,-. B4;>-:?14>@=［M］8 ,:;-C>4 9@>411 94>@;，%))(，+%（%%）：%()#8 ［#］ S-4A4 M .8,>4O1@ 45A 9@>4=>4O1@ BG4=@ RT?-1-O;-=> -5 >G@ .G@I-:41 U5>@;4:>-<5 O@>Q@@5 01?I-5-?I 45A ,-1-:<5 .4;O-A@［M］8M@;-41= ,:-@5:@，%))"， !#：%&(!8 ［’］丁健君，等 800’"’% 铝基材上激光熔覆 .? / .;合金层的研究［M］8激光杂志，!""%，!!（!）：#*$’"8 （责任编辑林溪） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 本刊 !""’年第 #期要目预告 !汽车用双相钢板的开发与研究进展 !轿车发动机机体的轻量化技术 !泡沫铝技术及其在车辆中的应用研究 !2O$H- 微合金化汽车用钢 7,>R+("V(’"H9 的开发研究 !蠕化剂对蠕墨铸铁石墨形态和性能的影响 !竹节裂纹的探伤方法 !圆柱齿轮电化学机械光整加工应用研究 !激光拼焊板技术在汽车车身制造领域中的应用 !变速器油封使用和装配探讨 !谈一汽"丰田体系的涂装线管理 !奇瑞轿车油漆的多重质量保证体系 !散热器黄铜带锈拉延件的清洗技术 !新型滚镀锌生产线设计简介 !镀锌钝化新技术产生的问题及对策 !解读欧盟《关于报废汽车的技术指令》 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " %"$ $

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