發動機懸置動靜剛度試驗分析

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（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

發動機懸置是汽車上連接發動機和車身的比較重要的零部件，其動靜剛度性能好壞直接影響對發動機振動的衰減，乃至整車駕駛的舒適性，甚至發動機的使用壽命。懸置系統設計解耦過程中，每個懸置元件都被賦予了不同的動靜剛度參數，這些參數的合理性對實現其在整車上的功能有著很大的影響，同時又要滿足其他部分的性能要求，比如懸置元件的耐久性、抗老化、拉伸強度等性能。因此，發動機懸置動靜剛度參數試驗測試非常重要，日益受到重視與關注。

1 發動機懸置動靜剛度參數

1.1 懸置靜剛度

懸置靜剛度（K）指力和位移曲線中力的變化量與位移變化量的比值，其計算公式為：

式中，F1、F2為加載力，S1、S2為在加載力的作用下的變形量。

1.2 懸置動剛度

懸置動剛度是在一定的預載荷、一定加載頻率以及一定動態振幅下進行測量的，在幅值上等于動態力的峰一峰值與動態位移的峰一峰值之比，或者是扭矩的峰一峰值與角度的峰一峰值之比，其計算公式為：

式中，Aload為動態力或動態力矩的峰一峰值，Adisp為動態位移或動態轉角的峰一峰值。

經過相當多的試驗測試、數據統計分析可知，懸置元件的動剛度一般都比靜剛度要大，動剛度與靜剛度比值一般在1.2—2.5倍之間。

2 靜剛度試驗及分析方法

2.1 靜剛度試驗前提條件要求

1）試驗在零件完成一周后進行，樣件不能有橡膠點、毛刺等；

2）試驗溫度根據設計圖紙要求，圖紙無要求則設定為23℃±5℃；

3）試驗夾具的安裝盡量與實際裝車狀態相一致。

2.2 靜剛度試驗

1）試驗時參數的設定應按照懸置元件設計圖紙上的要求進行，靜剛度值誤差范圍≤20%；

2）預加載荷速度0.2mm/s，試驗加載速度0.15mm/s（或者無限緩慢）；

3）試驗溫度：23±5℃；

4）試驗設備：MTS彈性體性能試驗機；

5）設備準備：儀器設備通電，打開靜剛度試驗軟件，先調到低壓油源，使之預熱到正常工作溫度，再將油源壓力調到高壓；

6）試驗安裝：用合適的夾具將懸置試驗樣件固定在試驗測試設備上；

圖1 動靜剛度測試試驗樣件安裝示例

7）調整好設備供油壓力；

8）根據加載范圍，以預加載荷0.2mm/s的速度對試驗樣件進行預加載，然后以0.15mm/s的加載速度（實際測試時可根據樣件的硬度來適當調節加載速度）進行加載。根據懸置元件在實車上的實際受力情況，壓縮和拉伸的方向都要加載，采集數據。

每個懸置元件靜剛度的試驗測試一般包括兩個階段，預加載階段和加載測試階段。預加載測試階段用于對懸置進行預加載荷的循環，加載測試階段用于靜剛度數據的采集與計算。如下圖流程：

9）試驗次數大于等于3次；

10）分別測試懸置X、Y、Z三個方向；

11)靜剛度的取值：一般根據懸置元件在實車上的受力情況，設計選取測試曲線中比較線性段的部分上選取一段，端點坐標（S1，F2），（S2，F2），則試驗樣件的靜剛度由（1）可計算得出。

圖2 測試流程圖

2.3 靜剛度試驗分析

1）弦線法

弦分析法定義試驗件測試點兩點間的剛度

圖3 弦線法示例

2）切線法

切線分析法定義試驗件某一點的剛度

圖4 切線法示例

3）差值法

根據定義的力或位移的分析點發生的位移或力的變化，分析參數可選擇力或位移。

圖5 差值法示例

3 動剛度試驗及分析方法

3.1 動剛度試驗前提條件

1）同2.1靜剛度試驗前提條件要求；

2）試驗所用夾具在保持足夠的硬度下盡量輕，避免對動剛度產生影響。

3.2 動剛度試驗

1）試驗時參數的設定應按照懸置元件設計圖紙上的要求進行，動剛度值誤差范圍≤20%或動靜比小于設計值；

2）試驗溫度：23±5℃；

3）試驗設備：MTS彈性體性能試驗機；

4）試驗安裝：選用合適的夾具將懸置試驗樣件固定在試驗測試設備上；

5）試驗樣件安裝示例同靜剛度試驗；

6）根據預加載值，以預加載荷0.2mm/s的速度對試驗樣件進行預加載，保持樣件自然狀態 60s，然后準備進行動剛度的測量。

7）設定頻率和振幅：設定好動態測試程序，設置激振頻率、振幅、預載荷等參數（一般按照設計要求進行設置相應參數）；

動態測試程序是一個很大程度上自包含式的程序，可以創建一個僅包含一個動態特性描述程序的試驗步驟，該程序流程包括：

圖6 動態測試程序圖

8）動剛度測試值：動剛度的測試結果隨加載頻率的變化而變化的動剛度。

表1 動剛度試驗測試數據

3.3 動剛度試驗分析

3.3.1 懸置元件動剛度影響因素

懸置元件的動剛度主要受三個方面條件的影響：動態載荷的頻率、預載荷、動態載荷的振幅。

1）頻率與動剛度的對應關系

對于目前使用較多的傳統的橡膠懸置來說，動剛度隨著加載頻率的增加也增加。可以看出，預載荷、動態振幅一定下，動剛度隨頻率增高而變大。

圖6 動剛度與頻率和動態幅值的變化關系

2）動態幅值與動剛度的對應關系

經過大量試驗測試、分析，從圖6能夠得出，在載荷、動態載荷頻率相同下，動態振幅越大，動剛度變的越小；反之，動剛度變的越大。振幅小引起的動剛度變化大；反之，引起的變化小。

3）預載荷不同下的動剛度

根據發動機的重量，各個懸置元件都應設計選取所承受的載荷，該載荷作為動剛度的測量時的預載荷，以此測試該條件下的動剛度等參數。不同預載荷，懸置動剛度測得的結果也會不同，試驗測試分析得出，同等條件下預載荷大，動剛度大。

圖7 動剛度與預載荷的變化關系

3.3.2 橡膠懸置與液壓懸置動剛度

從掃頻剛度曲線中可看出，橡膠懸置隨著頻率的增加而變大，出現高頻硬化后，剛度變的很大。液壓懸置在低頻、大振幅激勵情況時，液壓懸置內的液體在上下室內做往復運動，能夠產生大阻尼效應，消耗振動能量；在高頻、小振幅的激勵情況時，液壓懸置內的液體隨著解耦膜一起高速振動，從而降低高頻時激勵時壓懸置的動剛度，能夠避免動態硬化，達到減振的目的。

圖8 振幅±0.05mm，掃頻動剛度曲線

4 結束語

通過對發動機懸置動靜剛度試驗方法的確定以及分析，了解到懸置動靜剛度等參數的影響因素，對設計、選用合理的發動機懸置參數有一定的意義。