辛強，陳俠，王志懷

(蘇州中汽檢測技術服務有限公司，江蘇蘇州 215134)

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動力總成懸置靜、動剛度的測試研究

辛強，陳俠，王志懷

(蘇州中汽檢測技術服務有限公司，江蘇蘇州 215134)

摘要：基于MTS831.10彈性體測試系統(tǒng)對某款車型上的發(fā)動機動力總成懸置進行靜、動剛度特性的測試，闡述橡膠元件靜、動剛度的測試原理，探索和總結影響結果的幾個重要因素，為相關的汽車零部件及整車開發(fā)提供理論依據(jù)。

關鍵詞：動力總成懸置；靜剛度；動剛度；測試

0引言

隨著現(xiàn)代汽車使用性能要求的不斷提高，汽車中使用越來越多的橡膠元件，主要有動力總成懸置、各式各樣的襯套、曲軸扭轉減振器和排氣管吊耳等。其中動力總成懸置系統(tǒng)在整車中的主要作用是支撐、限位、隔震、降噪，文中闡述了對其進行靜、動剛度測試的意義，測試原理及影響測試結果的重要因素。

1進行靜、動剛度測試的意義

汽車動力總成通過懸置安裝在汽車底盤或車身上，它主要有以下幾個功能：(1)支撐功能。當車輛靜止時，主要靠懸置靜剛度起支撐動力總成的作用，所以必須確保有足夠的靜剛度K。(2)減振功能。當車輛行駛時，懸置承受來自發(fā)動機與地面的激勵，所以要求動力總成懸置在相對應的頻率范圍內(nèi)，具有足夠低的動剛度K′，以防止將發(fā)動機和地面共同產(chǎn)生的振動傳導至車身內(nèi)，影響乘坐舒適性。此外，懸置還應具有防振功能，即為控制共振(不可避免時)的傳遞率增幅，應有足夠高的阻尼。因此，對于動力總成懸置進行靜、動剛度測試非常有必要。

2橡膠元件動、靜剛度特性測試

靜剛度K指在一定范圍內(nèi)，其所受壓力(或拉力)變化量與其位移變化量的比值，其計算公式為：

K=(F1-F2)/(S1-S2)

加載過程中，要求加載速度盡可能慢，一般加載變形速度為0.15 mm/s。靜剛度的測定必須在一定位移范圍內(nèi)進行，不同位移范圍測定的靜剛度是不同的。

圖1即為靜剛度測試過程，其中A、B、C、D和F段并非必選項，而E段為靜剛度測試的正式試驗階段，此過程為從試驗階段水平1到試驗階段水平2然后又回到試驗階段水平1，在此期間得到各個點載荷與位移的值，最后畫出一載荷與位移關系的曲線。

以某一樣件為例說明，條件為兩終端力值為±3 000 N，測量點為±100 N，得到以下曲線，圖2中直線2表示加載時當力分別達到-100和100 N時，連接兩點所得的直線；直線3表示卸載時當力分別達到-100和100 N時，連接兩點所得的直線；將這兩條直線的斜率進行平均即可得到樣件的靜剛度，即為圖2顯示的計算所得的靜剛度值57.52 N/mm。

動剛度K′是指在一定的位移范圍內(nèi)、一定的頻率下，其所受的壓力(或拉力)變化量與其位移變化量的比值，其計算公式為：

K′=Aload/Adisp

動剛度必須在一定的位移范圍內(nèi)、一定的頻率下測定，不同的位移范圍，頻率不同，所測得的動剛度值也不同。

圖3即為動剛度測試過程，其中J段與K段為動剛度的正式試驗階段，其余皆為可有可無的選項。此過程為樣件在受到一定的預載、一定的動態(tài)幅值(力/位移)及特定的頻率下進行周期性的往復運動，在此期間采集各個載荷峰-峰值與位移峰-峰值，最后畫出動剛度與頻率關系的曲線。

以某一樣件為例說明，條件為預載為0，在頻率為5 Hz、幅值為±1 mm，頻率為10 Hz、幅值為±0.5 mm，頻率為25 Hz、幅值為±0.1 mm，頻率為100 Hz、幅值為±0.05 mm這些條件下測試樣件的動剛度，結果如圖4所示：頻率為5 Hz時,動剛度為79.75 N/mm；頻率為10 Hz時,動剛度為79.23 N/mm；頻率為25 Hz時,動剛度為104.40 N/mm；頻率為100 Hz時,動剛度為129.30 N/mm?？偟膩碚f，隨著頻率的上升，動剛度也隨之增大。

金屬件的動、靜剛度基本一樣，橡膠件則基本不一樣，橡膠件靜剛度一般為非線性的，即不同載荷下靜剛度值不一樣，而金屬靜剛度為線性的。

橡膠件動剛度隨頻率變化，基本上頻率越高動剛度越大，低頻時變化較大，到高頻時趨于穩(wěn)定；同一頻率下，振動幅值越大，動剛度越小。

3影響測試的因素

在進行橡膠件靜、動剛度的測定過程中，一般有以下幾點影響因素：(1)從橡膠配方上考慮，主要因素有：生膠的選用，碳黑的選用和配合量及油的選用。例如，生膠的種類主要分為天然橡膠和合成橡膠，合成橡膠中又有諸多分類如丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠和乙丙橡膠等，如果改變順丁橡膠的用量，對于靜、動剛度并無影響，而如果減少丁苯橡膠的用量，雖然對靜剛度無影響，但會降低動剛度；選用粒徑小的碳黑可以提高靜、動剛度，增大碳黑的配合量也有利于提高靜、動剛度；使用芳香烴油比使用環(huán)烷烴油的配方有利于提高靜、動剛度。(2)各種懸置的結構方式不同，以及進行測定時所選擇的方向不同(如軸向或徑向)，所得結果也不同。(3)如果樣件自身剛度與夾具剛度較為接近時，必須測出夾具剛度，然后再將結果減去夾具剛度以做剛度修正。(4)夾具的影響。夾具做得是否合理，對于測試結果有相當大的影響。加工精度、表面粗糙度等是否達到要求，所設計的夾具結構是否能準確進行力的傳導，都對測試結果有影響。如夾具中樣件的放置孔過大，造成樣件與夾具間有間隙，當進行試驗時，由于間隙存在，樣件外骨架并沒有頂在夾具上，所測得的力將偏小，因此會對結果造成較大影響；還要確保夾具的作用面足夠大，以保證將作動缸的作用力傳導至整個面上。(5)加載速度、預載、頻率、幅值(力/位移)的影響。對于靜剛度，要求加載速度越小越好；對于動剛度，頻率越高，動剛度越大；幅值越大，動剛度越??；幅值越小時，幅值引起的動剛度變化越大；當幅值逐漸增大時，這種影響將越來越小。預載越大，動剛度越大。圖5所示的曲線為某樣件在不同預載、相同幅值與頻率下，進行動剛度測定的結果，可以看出預載對動剛度測試結果的影響。(6)環(huán)境溫度。

因此，要獲得得較為準確的靜、動剛度數(shù)據(jù)結果，必須對諸多因素進行綜合考慮。

4結束語

汽車動力總成懸置除了以上提到的支撐、減振和防振功能外，還應保證動力總成在諸如汽車起步、制動和轉向等特殊工況下位移值不能超過允許值，即對其進行限位，以防止和其他零部件有干涉現(xiàn)象。因此，在進行計算設計時，要綜合考慮靜態(tài)變形量與動態(tài)變形量。當車輛靜止時，懸置承受發(fā)動機，產(chǎn)生的變形量為靜變形；當車輛行駛時，在發(fā)動機與地面的激勵作用下，在靜變形基礎上產(chǎn)生來回振動，所產(chǎn)生的變形量為動變形。因此，總的變形量為靜變形量與動變形量之和。設計時一般要在此基礎上留有足夠的余量或者在懸置上采用限位裝置來避免干涉。此外，在進行動剛度測試時，要探尋在哪個頻率段樣品會產(chǎn)生共振，在進行相關結構設計時要避開這些頻率段。由此可見，對動力總成懸置進行靜、動剛度的測試研究是十分必要，不僅為相關的設計提供理論依據(jù)，而且可提前避免許多需要等到實車試驗時才能發(fā)現(xiàn)的問題。在進行靜、動剛度測試時，夾具的設計極為關鍵，因為夾具對中性是否良好涉及載荷路徑是否為一條直線，有無彎曲，也就影響到試驗數(shù)據(jù)的準確性。此外，靜、動剛度的影響因素還包括樣品的材料與相關配方、加工工藝、樣品自身的結構形狀以及測試條件、環(huán)境溫濕度等。所以要獲得較為準確的數(shù)據(jù)必須綜合考慮諸多因素，這是由橡膠自身獨特的黏彈特性決定的。

參考文獻:

【1】《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京:人民交通出版社,2001,

【2】溫強,余卓平,張立軍,等.懸架中的橡膠支承及其靜、動剛度特性試驗研究[J].上海汽車,1999(8):7-9.

Testing Research on Static and Dynamic Stiffness of Powertrain Mounting

XIN Qiang, CHEN Xia, WANG Zhihuai

(China Auto Testing Technology Services Co.,Ltd., Suzhou Jiangsu 215134,China)

Keywords:Powertrain mounting;Static stiffness;Dynamic stiffness;Test

Abstract:The static and dynamic stiffness of the engine powertrain mounting of a certain vehicle were tested based on the MTS831.10 elastomer test system. The testing principles of the static and dynamic stiffness of rubber components were explored and several important factors influencing results were summarized.It provides theoretical basis for the development of relevant automobile components and vehicle.

收稿日期：2016-01-04

作者簡介：辛強(1983—)，男，碩士，工程師，專業(yè)方向為車輛工程。E-mail：xinqiang08@126.com。

中圖分類號:U461.2

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)05-079-03