曾发发

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌330001）

1 引言

悬置支座是汽车动力系统的主要部件，其通过螺栓安装在车架纵梁上，再通过压缩式橡胶悬置固定发动机与变速箱，其主要作用是抑制外力对动力系统的偏移，同时减弱发动机传递到车架的振动。当车辆行驶在凹坑路面时，悬置支座将受到不同的激励和振动，若设计不合理，其容易产生失效风险，直接影响车辆的安全性和舒适性，因此其强度性能必须满足设计要求。为了校核某轻卡发动机悬置支座的强度性能，采用有限元方法建立其网格模型，基于典型工况对其进行强度仿真分析，得到了其应力分布，评估其风险。

2 有限元分析原理

有限元分析原理是首先将系统连续的区域离散化成若干个单元，然后进行进行单元力学特性分析，再进行等效节点力计算和建立平衡方程，最后进行节点位移的求解和单元应力的计算。系统的平衡方程是基于力学平衡条件和加载边界条件将每个网格单元重新组合，力与位移的关系为[1-2]：

式（1）中：f为结构的载荷列阵；K为结构的刚度矩阵；q为结构节点的位移列阵。

3 建立有限元模型

某轻卡发动机悬置支座包括前悬置支座（连接发动机）和后悬置支座（连接变速箱），前悬置支座属于铸造件，后悬置支座属于钣金件。将其前后悬置支座均导入有限元前处理软件Hypermesh[3-4]中，首先对其表面进行清理和简化，然后采用尺寸为3 mm 的壳单元对前悬置支座的表面进行网格划分，生成四面体单元，采用六面体单元建立橡胶垫模型，并设置其刚度属性，同前悬置支座进行共节点处理，再抽取后悬置支座的中性面，同样采用尺寸为3 mm 的四边形单元对其进行离散化处理，其橡胶垫也采用六面体建模。发动机和变速箱的质量为320 kg，通过采用Mass 点模拟其重量属性。悬置支座的材料为SAPH400，其弹性模量为21 000 MPa，泊松比为0.3，密度为7 850 kg/m3，屈服极限值为255 MPa，建立相应的材料属性并赋予各个部件，以此建立悬置支座有限元模型，如图1 所示。

图1 悬置支座有限元模型

4 强度性能分析

4.1 强度分析工况

轻卡的典型工况主要分为：①垂跳工况。垂向加载3.5g重力场，验证车辆在坑洼路面行驶时，悬置支座的垂向抗变形能力。②制动工况。纵向加载1.0g 重力场，验证悬置支座的纵向抗弯曲能力。③转弯工况。横向加载1.0g 重力场，验证悬置支座的横向抗扭转能力。基于悬置支座有限元模型，采用Nastran 软件[5-6]约束前后悬置支座与车架螺栓安装孔的所有自由度，对其进行强度性能仿真分析。

4.2 强度分析结果

垂跳工况前后悬置支座的应力云图分别如图2 和图3 所示，由图2 可知，前悬置支座的最大应力为186.2 MPa，位于其左下板倒角处，强度安全系数为1.37，低于材料屈服值。由图3 可知，后悬置支座的最大应力为150.2 MPa，位于其右上板螺栓孔处，强度安全系数为1.7，小于材料极限值。

制动工况前后悬置支座的应力云图分别如图4 和图5 所示，由图4 可知，前悬置支座的最大应力为123.5 MPa，位于其左下板倒角处，强度安全系数为2.06，低于材料许用值。由图5 可知，后悬置支座的最大应力为51.3 MPa，位于其左上板螺栓孔处，强度安全系数为4.97，远小于材料极限值。

图2 垂跳工况前悬置支座的应力云图

图3 垂跳工况后悬置支座的应力云图

图4 制动工况前悬置支座的应力云图

图5 制动工况后悬置支座的应力云图

转弯工况前后悬置支座的应力云图分别如图6 和图7 所示，由图6 可知，前悬置支座的最大应力为160.5 MPa，位于其左下板螺栓孔处，强度安全系数为1.59，小于材料屈服值。由图7 可知，后悬置支座的最大应力为96.6 MPa，位于其左上板螺栓孔处，强度安全系数为2.64，仍然低于于材料极限值。

综上所述，该轻卡发动机悬置支座在三种极限工况下的应力均低于材料屈服值，其安全系数均高于工程要求值（1.2），符合强度性能要求。

图6 转弯工况前悬置支座的应力云图

图7 转弯工况后悬置支座的应力云图

5 结论

基于有限元分析原理建立发动机悬置支座网格模型，约束螺栓安装孔的所有自由度，分析其垂跳工况、制动工况与转弯工况的强度性能，得到其最大应力值分别为186.2 MPa、123.5 MPa 和160.5 MPa，其安全系数均高于目标值，满足强度性能要求，具有较强的工程意义，同时为结构的优化设计提供了参考和借鉴。