张彦斌，周宏涛，贺新峰（.湖南中车时代电动汽车股份有限公司，湖南株洲4007；.株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲4007）

基于CAE技术的发动机悬置软垫设计

张彦斌1，周宏涛1，贺新峰2
（1.湖南中车时代电动汽车股份有限公司，湖南株洲412007；2.株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007）

根据发动机悬置NVH分析的刚度要求，确定发动机悬置的初始结构并建立三维模型，利用ABAQUS软件对其进行静刚度/强度的仿真分析，并进行试验验证。结果表明，实测静刚度与仿真结果十分接近，从而探索出了一条利用CAE分析技术设计悬置软垫的方法。

发动机；悬置软垫；CAE技术；刚度/强度

发动机作为整车振动、噪声来源之一，其悬置系统的设计对汽车整车的减振降噪至关重要[1-3]。而悬置软垫作为发动机与底盘/车架之间的弹性元件，既要减少发动机向车架传递的振动，又要减小路面激励对发动机造成的振动破坏，从而保证发动机工作的安全性，并在一定程度上延长发动机及与其连接附件的使用寿命[4-7]。

传统悬置软垫的设计通常是根据经验，先采用某种配方的橡胶硫化，将硫化完的悬置软垫进行刚度测试，再根据测试结果调整配方，再循环上述过程，直到悬置软垫的静刚度满足使用要求为止。本文根据发动机NVH分析对悬置软垫的刚度要求，确定发动机悬置的初始结构，利用ABAQUS软件对其进行静刚度仿真分析。针对分析后的悬置软垫进行试制并加载测试，测试结果与优化设计十分吻合，从而探索出了利用CAE技术设计橡胶悬置软垫的方法，降低了试制成本，提高了生产效率[8-10]。

1 产品设计要求及仿真模型建立

根据发动机悬置的NVH分析结果，得知悬置的刚度要求和在各种典型工况下的最大受力（具体计算本文中不叙述，详见参考文献[4]），如表1所示。根据经验，确定悬置软垫的原始模型结构，并利用pro/E建立三维模型，具体如图1所示。

表1 在各种典型工况下的最大状态

图1 悬置的模型

将上述三维模型转化为IGS格式，导入ABAQUS软件中。为了让计算简单又不失有效性，对悬置模型进行一些简化：

1）刚度/强度分析时，不考虑加载速度；

2）在不影响关注部位的应力分布及应力趋势的前提下，对模型中倒圆角、橡胶薄层省略，进行几何简化；

3）省略金属部件中与其他部件进行连接的连接结构（安装孔、定位销等）。

考虑到上支撑座比较复杂，一般机加工无法满足，故采用铸件，而下支撑件可以采取拼焊的形式，故上下支撑座的材料分别为QT400-18L和Q235A，其力学性能如下：弹性模量都为210 000 MPa，泊松比分别为0.28和0.3，屈服应力分别为250 MPa和235 MPa，拉伸强度分别为400 MPa和375 MPa。橡胶部分采用sha48°硬度的橡胶。

用ABAQUS软件中的C3D8R单元模拟悬置中的金属，C3D8H单元模拟减振橡胶单元，采用六面体单元，将悬置软垫进行网格划分，网格数为43 710个，如图2所示。

图2 悬置软垫网格划分结果

根据实际安装情况，将有限元模型的边界条件设定为：悬置软垫上面通过螺栓与发动机悬置支架连接，下面通过螺栓与车架连接支架连接。

2 刚度/强度分析及试验验证

对于悬置来说，既要满足刚度要求，又需要保证足够的强度，这样才能既满足使用要求，又具有一定的使用寿命，这些都需要通过试验验证。

2.1 刚度分析

按照表1中的最大受力载荷进行加载，计算悬置各向的刚度如图3所示。

图3 力-位移图

为了不让动力总成有过大位移，悬置都会设计限位，曲线的拐点就是限位开始起作用的点，本悬置软垫结构中的螺栓及螺母为限位装置，而计算悬置软垫的刚度时一般都会按照拐点之前直线段计算。从图3可以得出：X向刚度为529 N/mm（0～2.28 mm）、Y向刚度为123 N/mm（0～2.06 mm）、Z向刚度为481 N/mm（0～5.76 mm）。

以上计算得到的静刚度与表1中NVH分析需要的刚度对比：X、Z方向的刚度偏差在3%以内；Y方向偏差较大，达6.9%，但是X、Z方向是结构设计的重点，故此悬置的静刚度符合设计要求。

2.2 结构强度分析

根据以往的设计经验及其悬置软垫的一般失效来看，悬置软垫的失效是从橡胶部分开始的，故本文只对橡胶部分的结构强度进行分析。在悬置软垫中加入表1中的载荷，计算橡胶的应力应变，仿真计算部分结果如图4所示。从计算结果中可以看出，X、Y、Z向的应力分别为0.28 MPa，0.11 MPa，1.14 MPa，而橡胶的粘结强度为4 MPa，故满足使用要求；X、Y、Z向的应变分别为0.23 mm、0.16 mm、0.86 mm，都小于2 mm，也满足使用要求。

图4 悬置软垫中橡胶的应力

2.3 试验验证

针对上述分析设计悬置软垫，进行开模试制。将试制完的样件在CSS-44600电子万能试验机上进行静刚度测试，力的加载范围为0～10 kN，将测试的结果导出并绘制成图表，如图5所示，取其中直线段0～8 mm，计算得到静刚度为500 N/mm，满足设计要求的483（1±15%）N/mm，故本文中应用CAE软件分析悬置软垫的方法可靠。

图5 悬置软垫力-位移曲线

3 结束语

针对发动机悬置NVH分析对悬置软垫静刚度的要求，确定发动机悬置的初始结构并用Pro/E建立三维模型，用ABAQUS软件对其进行静刚度仿真分析。根据分析结果进行试制，并将试制完的悬置软垫在CSS-44600电子万能试验机进行了静刚度的测试。结果表明实测静刚度与仿真结果十分接近，产品的静刚度满足设计要求，从而探索出了一条基于CAE分析技术设计悬置软垫的方法，降低了试制成本，提高了生产效率。

[1]杨良勇，成传胜，廖抒华.基于ABAQUS的某微型车发动机后悬置支架的新设计[J].组合机床与自动化加工技术，2011（7）：87-90.

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修改稿日期：2017-04-09

Design on Engine Mounting Soft Cushion Based on CAE Technology

Zhang Yanbin1，Zhou Hongtao1,He Xinfeng2
（1.Hunan CRRCTimes Electric Vehicle Co.,Ltd,Zhuzhou 412007,China; 2.Zhuzhou Times New MaterialTechnology Co.,Ltd,Zhuzhou 412007,China)

According to the stiffness requirements of the NVH analysis on the engine mounting,the authors determine the initialstructure ofthe engine mounting and establish its 3D model.Then,they analyze the static stiffness and strength ofthe mounting cushion using ABAQUS software,and carry outthe experiments validation.The results show thatthe static stiffness measurementdata are very close to the simulation data.Thus,a design method ofthe mounting softcushion using CAE is explored out.

engine;mounting softcushion;CAE technology;stiffness/strength

U464

B

1006-3331（2017）04-0037-03

张彦斌（1989-），男，设计师；主要从事新能源客车底盘技术研究工作。