李正輝，張山峰，項興富

（寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

1 引言

隨著道路環(huán)境的改善及節(jié)能減排標準的日漸嚴格，使汽車向著大扭矩和輕量化發(fā)展，進而導致發(fā)動機抖動的現(xiàn)象更加突出，嚴重影響汽車的乘坐舒適性。其中發(fā)動機與整車連接處產生的震動比較嚴重，因此發(fā)動機動力總成的NVH性能分析研究越來越受到重視。

汽車發(fā)動機前懸置是動力總成系統(tǒng)的關鍵零件，需要滿足汽車在不同工況下的強度和剛度。通過深入的研究分析，發(fā)動機前懸置的剛度對發(fā)動機的NVH性能影響比較大，剛度低的懸置會導致車內的噪聲、振動大。懸置如果設計得不合理，懸置支架的固有頻率低于發(fā)動機工作轉速范圍，懸置支架將會產生共振[1]，使得汽車內部噪聲大，因此剛度是懸置支架的重要指標之一。

針對懸置處的剛度[2]，可以通過仿真計算優(yōu)化結構，提高發(fā)動機懸置系統(tǒng)的剛度[3]，進而優(yōu)化發(fā)動機NVH性能，同時減輕產品的重量，從而達到最優(yōu)化設計。

本文適用于通過懸置螺栓，將發(fā)動機前懸置支架與正時罩蓋、缸體、缸蓋連接的結構；常用的優(yōu)化方法：調整整車懸置長度、提高整車懸置強度、調整發(fā)動機懸置螺栓安裝點距離、增加發(fā)動機懸置螺栓安裝點的數量、提高正時罩蓋強度等。

2 模擬分析計算

將氣缸體、氣缸蓋、氣缸蓋罩、油底殼、變速器殼體、正時罩蓋、前懸置支架、后懸置支架數模通過螺栓裝配，輸入材料、彈性模量、密度、重量等關鍵參數，通過HyperMesh軟件對數據進行前處理，用MSC.Nastran2012軟件進行仿真計算[4]，在整車懸置末端（靠近整車連接處）施加載荷（模擬發(fā)動機受到來自整車的振動），該載荷可以在實車上進行測量，需要選取最惡劣的工況，也可以粗略地根據經驗值X=7G、Y=7G、Z=7G（G為發(fā)動機的質量）來計算，算出Compliance值（動柔度），剛度（懸置末端振動幅度）=1/Comp-liance，進而得出剛度的計算結果。

3 整車懸置強度的影響

整車懸置的懸臂長度、懸臂厚度、懸臂材料是整車懸置的重要參數，對懸置系統(tǒng)的剛度有一定影響。

整車懸臂長度：整車懸臂末端到懸置受發(fā)動機重力中心的距離。對同款發(fā)動機搭載不同車型的前懸置進行仿真計算，兩款車型的整車懸臂長度相差23mm（見圖1懸置懸臂長度），懸臂短的前懸置系統(tǒng)剛度增大747N/mm，在這款懸臂的基礎上將長度再減少20mm，前懸置系統(tǒng)剛度增加1049N/mm 。由此可以看出整車懸置懸臂長度對剛度影響較大，減小整車懸置懸臂長度可以直接地提高懸置系統(tǒng)剛度，因此合理設計機艙空間很重要。

圖1 懸置懸臂長度

整車懸置懸臂強度：對某款發(fā)動機的前懸置進行仿真計算，將整車前懸置懸臂厚度增加10mm（見圖2），同時將材料由鋁合金改為鋼制，計算前懸置系統(tǒng)剛度增加312N/mm。由此可以看出整車前懸置懸臂厚度、材料對剛度有較小的影響，雖然可以通過該方法來提高懸置系統(tǒng)剛度，但是成本增加較大，不建議采用此類方法。

圖2 懸置懸臂長度

4 前懸置支架結構的影響

發(fā)動機前懸置支架有集成式和獨立式兩種結構，結構差異見圖3。集成式懸置支架：將發(fā)動機前懸置支架集成在正時罩蓋上，正時罩蓋直接與整車懸置連接；獨立式懸置支架：單獨一個發(fā)動機支架用來連接整車前懸置與發(fā)動機正時罩蓋。

集成式前懸置支架安裝相對簡單，總重量較輕，前懸置支架與發(fā)動機前罩蓋是一個件，可以將前懸置處的振動導入到零件罩蓋上，減小發(fā)動機前懸置末端的振幅，進而提高剛度，但是集成式前懸置支架鑄造難度較大，懸置處容易出現(xiàn)鑄造缺陷，在福特的?？怂管囆蜕嫌邢嚓P應用，市場上主要還是獨立式前懸置支架結構應用較廣。

圖3 正時罩蓋結構

某機型通過仿真計算，通過將獨立式懸置支架改為集成式懸置支架，懸置系統(tǒng)剛度提高610N/mm。針對本結構調整前懸置支架的結構對剛度有一定影響。

5 懸置螺栓的影響

正時罩蓋通常使用一圈的M6～M8小螺栓裝配壓緊密封面，在懸置附近使用2～5顆M10～M12大螺栓將懸置/罩蓋緊固在缸體/缸蓋上，我們稱這幾顆大螺栓為懸置螺栓。懸置螺栓是支撐懸置的主要受力點，是影響剛度的重要因素?？梢酝ㄟ^調整懸置螺栓間距、數量及位置去提供懸置剛度。

某機型通過仿真計算，將懸置螺栓安裝點由2顆安裝螺栓改為3顆安裝螺栓，懸置剛度提高706N/mm；將兩顆懸置螺栓間距加長35mm，懸置剛度提高748N/mm。由此可以看出正時罩蓋懸置螺栓安裝點的數量、間距對剛度影響比較大，增加懸置螺栓數量、調整懸置螺栓間距可以直接提高懸置系統(tǒng)剛度，因此要合理設計懸置螺栓安裝點。

6 正時罩蓋的影響

正時罩蓋作為連接發(fā)動機懸置與 發(fā)動機缸體、缸蓋的主要零件，正時罩蓋的剛度對懸置系統(tǒng)剛度影響比較大。通常采用拓撲分析計算[5]罩蓋的薄弱點，優(yōu)化正時罩蓋加強筋的辦法提高正時罩蓋剛度。

某機型通過多次優(yōu)化正時罩蓋加強筋，在懸置受力方向增加豎筋，調整加強筋的角度，在拓撲分析的薄弱地區(qū)加筋等措施，使懸置系統(tǒng)剛度提高824 N/mm。由此可以看出正時罩蓋強度對懸置系統(tǒng)的剛度影響比較大，雖然還可以繼續(xù)優(yōu)化提高，但是綜合重量、成本和工藝的考慮沒有采用。

7 結語

（1）根據本文中驗證的結論，整車懸置長度、整車懸置強度、發(fā)動機前懸置支架結構、發(fā)動機懸置螺栓安裝點數量、發(fā)動機懸置螺栓安裝點距離、正時罩蓋強度等都可能對發(fā)動機前懸置系統(tǒng)的剛度產生影響，可以通過調整上述關鍵的參數優(yōu)化結構，提高發(fā)動機前端懸置系統(tǒng)的剛度。

（2）本文的研究結論，對獨立式懸置支架的設計和使用也有參考價值。