汽車發動機懸置支架模態分析與研究

（蕪湖職業技術學院 安徽 蕪湖 241003）

0.前言

汽車發動機懸置支架是動力總成支撐的安全件和功能件，發動機通過懸置支架固定在車身上，必須滿足汽車在各種行駛工況下的強度及整車噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH-Noise、Vibration、Harshness的英文縮寫）需要，所以在產品設計時需要綜合考慮強度、模態及輕量化等方面的因素，本文特針對以上這些方面進行了較為全面的闡述。

1.材料對模態的影響

針對材料物理特性：彈性模量、泊松比及密度等情況下對某一懸置支架進行模態分析，并結合材料的實際應用，考察材料的物理特性對模態的影響。

1.1 彈性模量對懸置支架模態的影響

選取 2 組彈性模量分別為 1.7×105Mpa和 2.1×105Mpa，μ=0.257，ρ=7.1×103Kg/m3，按上述材料物理特性進行模態分析，約束與發動機裝配的螺栓孔，其1階模態振型如下圖1所示。結果表明彈性模量的增加會使懸置支架的1階固有頻率上升。

1.2 泊松比對懸置支架模態的影響

選取 2 組泊松比分別為 0.257 和 0.33，E=1.7×105Mpa，ρ=7.1×103 Kg/m3，按上述材料物理特性進行模態分析，約束與發動機裝配的螺栓孔，其1階模態振型如下圖2所示。結果表明泊松比對懸置支架的1階固有頻率影響不明顯。

1.3 密度對懸置支架模態的影響

選取 2 組彈性模量分別為 7.1×103Kg/m3和 7.9×103Kg/m3，E=1.7×105Mpa，μ=0.257，按上述材料物理特性進行模態分析，約束與發動機裝配的螺栓孔，其1階模態振型如下圖3所示。結果表明密度的增加會使懸置支架的1階固有頻率降低。

但實際應用中以球墨鑄鐵和鑄鋁為主，如QT450-10和A380材料，其參數分別為 E=1.7×105Mpa/7×104Mpa，μ=0.257/0.31，ρ=7.1×103 Kg/m3/2.7×103Kg/m3。結果表明同樣結構鑄鐵支架1階固有頻率比鑄鋁支架要低。

2.結構對懸置支架模態的影響

2.1 支架懸臂結構強度

以2個支架的模態分析為例，找出薄弱點或對結構剛度產生影響的原因，為結構的改進設計提供理論依據，下圖4中第一個為原設計方案，模態較低；從模態的振型圖可看出，紅色圈內所示部分為應變能較大的區域，對此部分進行加強可有效改善支架模態。加強后的機構模態分析如圖5中第二個所示，從上述模態分析可看出，在應變能較大部位合理加強可有效改善支架模態。

2.2 懸臂質量結構輕量化

發動機懸置支架模態分析均需要考慮托臂結構，托臂結構的輕量化對整個部件的模態影響較大；如下圖5所示：

3.固定方式對懸置支架模態的影響

懸置支架的模態與固定方式的關系較大。例：如果懸置支架只有2個螺栓孔固定到發動機，模態相較原3個螺栓孔固定低很多，見下圖6所示。所以設計支架時，固定孔的數量和位置設計非常重要。

4.結論

模態分析在設計分析過程中具有重要的意義，在保持在原設計狀態的基礎上，再找出薄弱點或對結構剛度產生影響的原因，提升支架模態；同時在滿足產品設計要求的基礎上持續改進，使產品結構設計更加合理以達到設計輕量化。總之：模態分析可以支持整車噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH-Noise、Vibration、Harshness的英文縮寫）理論分析、提高結構的合理性，縮短產品開發周期；同時可以實現現代汽車輕量化理念。同時、結合材料技術應用、裝配結構設計、輕量化技術的運用，可以加快產品設計進度。

【參考文獻】

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