某重型卡车发动机悬置优化设计
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10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.002
某重型卡车发动机悬置优化设计
高艳军
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601） 摘 要：文章主要针对某重卡发动机悬置胶垫在试验时开裂的现象，进行详细的调研和收集故障信息，之后较全面 的分析出发动机悬置胶垫裂纹形成的原因， 并对胶垫结构和性能进行优化设计， 确保优化后的悬置胶垫符合设计要 求，对悬置胶垫的刚度性能进行试验验证。 关键词：发动机悬置；裂纹；刚度；优化 中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)05-04-03
2、发动机前悬置胶垫优化设计
2.1 发动机悬置相关参数确定 （1）确定动力总成的总质量。 发动机质量为 875kg， 变速箱总成的质量为 270kg， 离合 器 50kg。动力总成的总重量为 1195kg. （2） 确定动力总成的质心位置 （以飞轮壳后端面中心为 坐标原点，水平向前为 X+，向右为 Y+，向上为 Z+） ．根据 发动机厂家提供的数据，可以查出发动机装置总成的质心位 置，（647， 0， 100），根据变速箱厂家提供的数据，可以 得出变速箱装置的质心位置（-365，0，15）。动力总成模型 如如图 2。在动力总成中，排气管、线束等相对整个动力总 成的重量都很小，这里可以忽略考虑。
作者简介：高艳军，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中 心。
后结果。
1、发动机前悬置胶垫故障分析
1.1 故障描述 根据试验反馈，某重型牵引车试验过程中出现发动机悬 置胶垫开裂，属于较严重试验故障。影响试验进展，故障图 如下图 1 所示：
图 1 悬置脚垫故障图
5
汽车实用技术 由故障形式可以看出有三个区域内的应力强度相对比较
The optimization design of the engine mounting in a heavy tractor
Gao Yanjun
( Anhui Jianghuai Automobile Group. Ltd., Anhui Hefei 230601 ) Abstract: In this paper.the phenomenon of cracking on the experiment for a heavy truck engine mounts.detailed research and collect the failure information. after a comprehensive analysis of the reasons for the formation of the engine mounting pads crack. pad structureand optimize the performance of the design to ensure that the optimized suspension pads to meet the design requirements. test validation of the stiffness properties of the suspension pad. Keywords: engine mounting; crack; stiffness; Optimization CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-04-03 构和性能分析，找出其设计缺陷，并通过实验验证检测优化
2017 年第 5 期
发动机质心距离后支撑点距离为 L2=579mm； 变速箱质心距离前支撑点距离为 L3=1517mm； 变速箱质心距离后支撑点距离为 L4=433mm； （4）前后悬置支撑点受力分析 由于静态情况下变速箱悬置不受力，所以此次计算不考 虑变速箱悬置支撑力。以发动机前悬置支撑点为旋转中心列 力矩平衡方程： G1×L1＋G2×L3=F2×（L1＋L2） 得静态情况下后悬置受力 F2= （G1×L1＋G2×L3） （ / L1 ＋L2）=8379N 以发动机后悬置支撑点为旋转中心列力矩平衡方程： G1×L2－F1×（L1＋L2）=G2×L4 得前悬置静态受力为 F1=（G1×L2－G2×L4）/（L1＋ L2）=3332N 前悬置为对称 45 度倾斜布置， 所以单个悬置胶垫垂直方 向受力为 3332×COS45°=2356N 2.2 发动机前悬置胶垫刚度计算 发动机外激干扰频率：
前言Fra Baidu bibliotek
汽车发动机悬置系统的设计应具备良好的减振效果，能 有效隔离发动机振动向车体的传递，降低车体的振动水平， 减小发动机对车体的影响，另外发动机悬置系统还应具备一 定的可靠性。所以对于整车而言必须设计一种合理的发动机 悬置系统，降低隔振后整机的振动烈度，避免造成构件残余 变形和裂纹，加速机器失效，影响车辆行驶的平顺性和驾驶 舒适性。 安装于发动机和车架之间的橡胶减振垫由于安装位置比 较隐蔽，胶垫开裂初期很难察觉，致使断裂发生后造成动力 总成异常工作，影响车辆行驶车主才能得知，此时必然造成 很大的经济损失。本文通过对某重卡发动机悬置软垫进行结
F= n.i 700 ´ 6 = = 35Hz 120 120
大，分别位于橡胶与上下两块钢板交界面处和橡胶内部与金 属件交界处，应力强度常呈带状分布，这种结构胶垫工作使 用时，这三个区域是疲劳失效最先发生的地方，成为结构的 疲劳源。即在不考虑结构微观裂纹及橡胶浇铸中可能出现气 孔的情况下，结构疲劳失效总是最先发生在表面上，而疲劳 破坏起因往往是由于初始细小裂纹的产生后急剧增大导致整 体橡胶悬置撕裂。 1.2 故障原因分析 橡胶与金属结合面整齐，橡胶压缩变形后被金属棱边割 破产生初始裂纹。 橡胶内设置限位销，悬置剪切变形后被销子尖角割破， 橡胶内部产生初始裂纹后扩散到外面。 胶垫金属板太长，拉伸变形后与橡胶结合面产生应力集 中导致结合面形成初始裂纹并沿结合面曼延 侧向剪切刚度底，压剪比过大，致使胶垫使用过程中存 在较大变形。 根据以上分析情况对发动机悬置胶垫进行重新结构和性 能优化设计。
某重型卡车发动机悬置优化设计
高艳军
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601） 摘 要：文章主要针对某重卡发动机悬置胶垫在试验时开裂的现象，进行详细的调研和收集故障信息，之后较全面 的分析出发动机悬置胶垫裂纹形成的原因， 并对胶垫结构和性能进行优化设计， 确保优化后的悬置胶垫符合设计要 求，对悬置胶垫的刚度性能进行试验验证。 关键词：发动机悬置；裂纹；刚度；优化 中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)05-04-03
2、发动机前悬置胶垫优化设计
2.1 发动机悬置相关参数确定 （1）确定动力总成的总质量。 发动机质量为 875kg， 变速箱总成的质量为 270kg， 离合 器 50kg。动力总成的总重量为 1195kg. （2） 确定动力总成的质心位置 （以飞轮壳后端面中心为 坐标原点，水平向前为 X+，向右为 Y+，向上为 Z+） ．根据 发动机厂家提供的数据，可以查出发动机装置总成的质心位 置，（647， 0， 100），根据变速箱厂家提供的数据，可以 得出变速箱装置的质心位置（-365，0，15）。动力总成模型 如如图 2。在动力总成中，排气管、线束等相对整个动力总 成的重量都很小，这里可以忽略考虑。
作者简介：高艳军，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中 心。
后结果。
1、发动机前悬置胶垫故障分析
1.1 故障描述 根据试验反馈，某重型牵引车试验过程中出现发动机悬 置胶垫开裂，属于较严重试验故障。影响试验进展，故障图 如下图 1 所示：
图 1 悬置脚垫故障图
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汽车实用技术 由故障形式可以看出有三个区域内的应力强度相对比较
The optimization design of the engine mounting in a heavy tractor
Gao Yanjun
( Anhui Jianghuai Automobile Group. Ltd., Anhui Hefei 230601 ) Abstract: In this paper.the phenomenon of cracking on the experiment for a heavy truck engine mounts.detailed research and collect the failure information. after a comprehensive analysis of the reasons for the formation of the engine mounting pads crack. pad structureand optimize the performance of the design to ensure that the optimized suspension pads to meet the design requirements. test validation of the stiffness properties of the suspension pad. Keywords: engine mounting; crack; stiffness; Optimization CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-04-03 构和性能分析，找出其设计缺陷，并通过实验验证检测优化
2017 年第 5 期
发动机质心距离后支撑点距离为 L2=579mm； 变速箱质心距离前支撑点距离为 L3=1517mm； 变速箱质心距离后支撑点距离为 L4=433mm； （4）前后悬置支撑点受力分析 由于静态情况下变速箱悬置不受力，所以此次计算不考 虑变速箱悬置支撑力。以发动机前悬置支撑点为旋转中心列 力矩平衡方程： G1×L1＋G2×L3=F2×（L1＋L2） 得静态情况下后悬置受力 F2= （G1×L1＋G2×L3） （ / L1 ＋L2）=8379N 以发动机后悬置支撑点为旋转中心列力矩平衡方程： G1×L2－F1×（L1＋L2）=G2×L4 得前悬置静态受力为 F1=（G1×L2－G2×L4）/（L1＋ L2）=3332N 前悬置为对称 45 度倾斜布置， 所以单个悬置胶垫垂直方 向受力为 3332×COS45°=2356N 2.2 发动机前悬置胶垫刚度计算 发动机外激干扰频率：
前言Fra Baidu bibliotek
汽车发动机悬置系统的设计应具备良好的减振效果，能 有效隔离发动机振动向车体的传递，降低车体的振动水平， 减小发动机对车体的影响，另外发动机悬置系统还应具备一 定的可靠性。所以对于整车而言必须设计一种合理的发动机 悬置系统，降低隔振后整机的振动烈度，避免造成构件残余 变形和裂纹，加速机器失效，影响车辆行驶的平顺性和驾驶 舒适性。 安装于发动机和车架之间的橡胶减振垫由于安装位置比 较隐蔽，胶垫开裂初期很难察觉，致使断裂发生后造成动力 总成异常工作，影响车辆行驶车主才能得知，此时必然造成 很大的经济损失。本文通过对某重卡发动机悬置软垫进行结
F= n.i 700 ´ 6 = = 35Hz 120 120
大，分别位于橡胶与上下两块钢板交界面处和橡胶内部与金 属件交界处，应力强度常呈带状分布，这种结构胶垫工作使 用时，这三个区域是疲劳失效最先发生的地方，成为结构的 疲劳源。即在不考虑结构微观裂纹及橡胶浇铸中可能出现气 孔的情况下，结构疲劳失效总是最先发生在表面上，而疲劳 破坏起因往往是由于初始细小裂纹的产生后急剧增大导致整 体橡胶悬置撕裂。 1.2 故障原因分析 橡胶与金属结合面整齐，橡胶压缩变形后被金属棱边割 破产生初始裂纹。 橡胶内设置限位销，悬置剪切变形后被销子尖角割破， 橡胶内部产生初始裂纹后扩散到外面。 胶垫金属板太长，拉伸变形后与橡胶结合面产生应力集 中导致结合面形成初始裂纹并沿结合面曼延 侧向剪切刚度底，压剪比过大，致使胶垫使用过程中存 在较大变形。 根据以上分析情况对发动机悬置胶垫进行重新结构和性 能优化设计。