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[摘 要]伴随着科学技术的不断发展和进步，汽车数量不断增多，性能也实现了全面优化，在汽车发动机悬置系统的设计方面，不仅要提升其减振效果，也要维护系统自身的振动水平，发挥其可靠性价值优势。本文对重型卡车发动机悬置设计和胶垫故障问题进行了简要分析，并着重阐释了优化设计项目，以供参考。
[关键词]重型卡车；发动机悬置；故障；优化设计
中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0064-02
在对汽车发动机悬置系统进行分析的过程中，要着重对发动机悬置设计、软垫结构和安装予以分析，并且对其设计质量给予实时监督和检测，由于胶垫开裂在初期难以有效觉察，所以，设计人员要按流程开展设计，从优化设计等方式出发，保证发动机悬置隔振率提高适用性的同时也要确保驾驶过程的安全性，进而减少发动机悬置结构失灵造成的经济损失。
一、 重型卡车发动机悬置存在的故障
在重型卡车运行的过程中，对其发动机进行试验，在相关数据反馈的信息中，发动机悬置胶垫的开裂会导致严重的安全隐患，故障问题较大，且会对稳定性运行造成制约，甚至会影响试验的基本进程。另外，在对故障进行分析的基础上，能对配件的不同区域应力强度予以分析，尤其是在橡胶结构和上下钢板交界面形成的区域，会最早形成结构疲劳，存在安全隐患。也就是说，在不考虑整体结构出现的微观裂缝的条件下，结构疲劳会在表面出现，且发现时间较早，而内部的疲劳破坏则都是由初始细小的缝隙或者是裂纹逐渐演变成大问题，甚至会在最后使得整个橡胶悬置出现撕裂问题[1]。
综上所述，要结合实际情况建立健全系统化的分析机制，从优先设计和试验角度出发来规避或者减少故障的出现。
二、 重型卡车发动机悬置优化设计
（一） 确定参数
在参数管理工作开展的过程中，要对动力总成的总质量参数予以管理，以保证相关系统测定和设计结构的有效性[2]。假设某重型卡车的发动机质量为897kg（含离合器），变速箱总成质量为297kg，则整体系统动力总成总质量达到1194kg。其质心位置要按照坐标系进行判定，并且结合厂商提供的相关数据对发动机总成质心结构予以分析，基本模型见图一：
结合具体运行环境对各个点的参数数值进行分析，假设前悬置支撑力结构为R1，后悬置支撑力结构为R2，且发动机含离合器重量为We（8791N），变速箱重量为Wt（2911N）。此时发动机质心到前支撑结构的距离为358mm（L1）、发动机前支撑到后支撑点距离993（L2）、变速箱质心到前支撑点距离1367（L3）。对前悬支撑处取矩，就能得出相应的力矩平衡方程：，另一方面，。综合两个公式，最终可以算出前悬受的支撑力R1=4526N，R2=7176N。
与此同时，通过试验方法确定发动机和变速箱的转动惯量，后续用于计算隔振率和优化设计，见下表一：
（二） 悬置软垫安装位置、角度确定
悬置软垫安装位置、角度是影响发动机悬置系统隔振效果之一，但受发动机输出点和姿态角影响，悬置安装位置、角度样式不多，常见两种见图二：
为了安装、维修方便，同时可靠性更好，通常会选择第一种布置结构进行设计。
（三） 刚度设计计算
悬置软垫刚度设计是发动机悬置设计和优化最关键的一步，设计时需满足发动机悬置隔振的需求，追求优秀隔振效果的同时还是兼顾橡膠可靠性要求。隔振方面，必需考虑发动机激振（点火）频率影响，普通六缸四冲程发动机的激振（点火）频率为：（其中n为发动机转速，i为发动机缸数量），代入可计算出怠速700转激振频率35Hz。为了获得好的隔振效果，发动机怠速激振频率必须大于发动机悬置系统的固有频率1.414倍，而且越大越好。根据行业经验，频率比与隔振效果如下表二规律：
为了提高舒适性和竞争力，目标设定需达到“好”的评价，换算出发动机固有频率应该在14Hz以内。根据前面展示，悬置软垫安装位置、角度基本确定可调范围小，因此隔振优化的主要责任落在装悬置软垫刚度上。
橡胶可靠性方面，除了与橡胶品质、生产商的制造水平有关，还与橡胶压缩量、动静刚度比有关。通过行业对标分析发现，橡胶压缩量在2～8mm之间，通常不超过8mm；而动静比方面，常规化天然橡胶结构的静刚度参数比例为1.2到1.6之间，多数人都会采用1.4作为标准[3]。
获得发动机、变速箱质量参数、悬置软垫安装位置、角度和兼顾橡胶可靠性原则等参数后，可通过admas隔振分析软件计算，可输出固有频率，软垫受力，压缩变形等参数，如下图三所示：
结果显示：频率比为2.81，预计隔振率为 84.1%，压缩量落在2～8mm之间，满足设计要求。
（四） 结构优化
结合计算过程和相关结构类型，对性能进行有效优化，整合相关参数的同时，确保具体问题具体分析，真正建构更加有效的管理措施和标准，维护优化的目标。
第一，要对橡胶结构和金属结构的粘连位置予以判定，有效利用圆滑过渡件进行处理，维护实体部分的收缩水平，尤其要规避交替压缩出现的切入问题。只有保证内部胶体处理的完整性，才能有效落实具体操作[4]。
第二，要对橡胶体的周边结构予以处理，避免较为突出的棱形拐角，只有发挥圆形过渡的优势，才能从根本上提高整体性能结构的实效性。
第三，相较于传统的优化模型，在胶垫中间增加部分钢板，能有效提升系统和结构的基础性抗剪能力，维护其可靠性和质量水平，实现结构优化的目标。
第四，技术人员要对上下骨架的实际尺寸进行处理，尽量缩小的同时，有效规避钢板结构的变形问题，真正维护橡胶的实际应力参数。结合计算结果对优化项目予以处理，将理论参数和实践应用效果结合在一起，为优化其整体可靠性奠定坚实基础，也能一定程度上消减应力集中的问题，促进整体结构质量水平的全面提升[5]。 三、 重型卡车发动机悬置优化设计验证
在对其进行优化设计后，要借助道路测试验证优化效果，从而保证优化水平和改良后性能能满足实际需求，落实更加系统化的运维机制。
（一） 优化前后性能测试
在优化设计前，对发动机悬置胶垫进行刚度测试和橡胶配方调整，直到获得与设计相符合的刚度，一般地，橡胶静刚度变化应该在15%范围内，动刚度要求为静刚度的1.4倍左右，不得超过1.6倍，超出则判定为不合格。经过相关技术人员对其进行了优化试验和测定，主要是利用台架试验进行静刚度和动刚度的处理，确保相关参数的有效性。另一方面，为了确保软垫可靠性，还需开展台架疲劳试验，根据试验标准，悬置软垫应满足50万次振动试验后无剥落、龟裂现象，刚度变化率小于20%，永久变形小于3mm。通过借助优化设计实验，能实现整体结构的优化目标，且发动机悬置减振水平和基本可靠性也得以有效提升和优化。
（二） 优化前后道路试验测试
结合性能测试，对胶垫结构进行装车试验，在实践应用中验证其悬置结构的可靠性程度，并且建立相应的跟踪监督机制，有效针对具体问题进行具体分析和处理，确保实际应用效果的完整性，为整辆车的可靠性奠定坚实基础。本次可靠性试验测试过程中，出现了后悬置软垫橡胶开裂的问题，经分析，判定为橡胶过软和压缩量过大导致。通过优化设计，将后悬软垫垂直方向刚度调整到700N/m，压缩量由6.6mm减少到5.5mm，而隔振率由84.1%降到82.3%。重新调试之后，再经一轮可靠性的试验验证，结果显示发动机悬置开裂问题得以解决，满足优化需求，整体优化设计是成功的。
四 结束语：
总而言之，在對重型卡车发动机悬置结构优化的过程中，要对问题产生原因予以系统化分析和整合，确保后续优化设计项目中能提升基础性结构参数和性能维护效果，保证设计匹配程度的同时，减少应力集中区域，从而一定程度上规避问题的累积和恶化，提高刚度管理水平，完善道路试验设计，满足设计需求和使用要求。
参考文献
[1] 高艳军.某重型卡车发动机悬置优化设计[J].汽车实用技术，2017（05）：4-6.
[2] 王霄锋， 林如宁， 扶原放， 等.动力总成悬置系统隔振性能的有限元分析方法[J].机械设计与制造，2013（10）：1-3.
[3] 安徽江淮汽车股份有限公司.一种重卡发动机后悬置支撑机构：CN200520070866.6[P].2014-06-07.
[4] 芜湖佳景科技有限公司.一种重型卡车发动机用前悬置软垫总成：CN201020539683.5[P].2013-04-20.
[5] 王霄锋， 林如宁， 扶原放，等.动力总成悬置系统隔振性能的有限元分析方法[C].中国汽车工程学会越野车技术分会2014年学术年会.2014：476-480.
[关键词]重型卡车；发动机悬置；故障；优化设计
中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0064-02
在对汽车发动机悬置系统进行分析的过程中，要着重对发动机悬置设计、软垫结构和安装予以分析，并且对其设计质量给予实时监督和检测，由于胶垫开裂在初期难以有效觉察，所以，设计人员要按流程开展设计，从优化设计等方式出发，保证发动机悬置隔振率提高适用性的同时也要确保驾驶过程的安全性，进而减少发动机悬置结构失灵造成的经济损失。
一、 重型卡车发动机悬置存在的故障
在重型卡车运行的过程中，对其发动机进行试验，在相关数据反馈的信息中，发动机悬置胶垫的开裂会导致严重的安全隐患，故障问题较大，且会对稳定性运行造成制约，甚至会影响试验的基本进程。另外，在对故障进行分析的基础上，能对配件的不同区域应力强度予以分析，尤其是在橡胶结构和上下钢板交界面形成的区域，会最早形成结构疲劳，存在安全隐患。也就是说，在不考虑整体结构出现的微观裂缝的条件下，结构疲劳会在表面出现，且发现时间较早，而内部的疲劳破坏则都是由初始细小的缝隙或者是裂纹逐渐演变成大问题，甚至会在最后使得整个橡胶悬置出现撕裂问题[1]。
综上所述，要结合实际情况建立健全系统化的分析机制，从优先设计和试验角度出发来规避或者减少故障的出现。
二、 重型卡车发动机悬置优化设计
（一） 确定参数
在参数管理工作开展的过程中，要对动力总成的总质量参数予以管理，以保证相关系统测定和设计结构的有效性[2]。假设某重型卡车的发动机质量为897kg（含离合器），变速箱总成质量为297kg，则整体系统动力总成总质量达到1194kg。其质心位置要按照坐标系进行判定，并且结合厂商提供的相关数据对发动机总成质心结构予以分析，基本模型见图一：
结合具体运行环境对各个点的参数数值进行分析，假设前悬置支撑力结构为R1，后悬置支撑力结构为R2，且发动机含离合器重量为We（8791N），变速箱重量为Wt（2911N）。此时发动机质心到前支撑结构的距离为358mm（L1）、发动机前支撑到后支撑点距离993（L2）、变速箱质心到前支撑点距离1367（L3）。对前悬支撑处取矩，就能得出相应的力矩平衡方程：，另一方面，。综合两个公式，最终可以算出前悬受的支撑力R1=4526N，R2=7176N。
与此同时，通过试验方法确定发动机和变速箱的转动惯量，后续用于计算隔振率和优化设计，见下表一：
（二） 悬置软垫安装位置、角度确定
悬置软垫安装位置、角度是影响发动机悬置系统隔振效果之一，但受发动机输出点和姿态角影响，悬置安装位置、角度样式不多，常见两种见图二：
为了安装、维修方便，同时可靠性更好，通常会选择第一种布置结构进行设计。
（三） 刚度设计计算
悬置软垫刚度设计是发动机悬置设计和优化最关键的一步，设计时需满足发动机悬置隔振的需求，追求优秀隔振效果的同时还是兼顾橡膠可靠性要求。隔振方面，必需考虑发动机激振（点火）频率影响，普通六缸四冲程发动机的激振（点火）频率为：（其中n为发动机转速，i为发动机缸数量），代入可计算出怠速700转激振频率35Hz。为了获得好的隔振效果，发动机怠速激振频率必须大于发动机悬置系统的固有频率1.414倍，而且越大越好。根据行业经验，频率比与隔振效果如下表二规律：
为了提高舒适性和竞争力，目标设定需达到“好”的评价，换算出发动机固有频率应该在14Hz以内。根据前面展示，悬置软垫安装位置、角度基本确定可调范围小，因此隔振优化的主要责任落在装悬置软垫刚度上。
橡胶可靠性方面，除了与橡胶品质、生产商的制造水平有关，还与橡胶压缩量、动静刚度比有关。通过行业对标分析发现，橡胶压缩量在2～8mm之间，通常不超过8mm；而动静比方面，常规化天然橡胶结构的静刚度参数比例为1.2到1.6之间，多数人都会采用1.4作为标准[3]。
获得发动机、变速箱质量参数、悬置软垫安装位置、角度和兼顾橡胶可靠性原则等参数后，可通过admas隔振分析软件计算，可输出固有频率，软垫受力，压缩变形等参数，如下图三所示：
结果显示：频率比为2.81，预计隔振率为 84.1%，压缩量落在2～8mm之间，满足设计要求。
（四） 结构优化
结合计算过程和相关结构类型，对性能进行有效优化，整合相关参数的同时，确保具体问题具体分析，真正建构更加有效的管理措施和标准，维护优化的目标。
第一，要对橡胶结构和金属结构的粘连位置予以判定，有效利用圆滑过渡件进行处理，维护实体部分的收缩水平，尤其要规避交替压缩出现的切入问题。只有保证内部胶体处理的完整性，才能有效落实具体操作[4]。
第二，要对橡胶体的周边结构予以处理，避免较为突出的棱形拐角，只有发挥圆形过渡的优势，才能从根本上提高整体性能结构的实效性。
第三，相较于传统的优化模型，在胶垫中间增加部分钢板，能有效提升系统和结构的基础性抗剪能力，维护其可靠性和质量水平，实现结构优化的目标。
第四，技术人员要对上下骨架的实际尺寸进行处理，尽量缩小的同时，有效规避钢板结构的变形问题，真正维护橡胶的实际应力参数。结合计算结果对优化项目予以处理，将理论参数和实践应用效果结合在一起，为优化其整体可靠性奠定坚实基础，也能一定程度上消减应力集中的问题，促进整体结构质量水平的全面提升[5]。 三、 重型卡车发动机悬置优化设计验证
在对其进行优化设计后，要借助道路测试验证优化效果，从而保证优化水平和改良后性能能满足实际需求，落实更加系统化的运维机制。
（一） 优化前后性能测试
在优化设计前，对发动机悬置胶垫进行刚度测试和橡胶配方调整，直到获得与设计相符合的刚度，一般地，橡胶静刚度变化应该在15%范围内，动刚度要求为静刚度的1.4倍左右，不得超过1.6倍，超出则判定为不合格。经过相关技术人员对其进行了优化试验和测定，主要是利用台架试验进行静刚度和动刚度的处理，确保相关参数的有效性。另一方面，为了确保软垫可靠性，还需开展台架疲劳试验，根据试验标准，悬置软垫应满足50万次振动试验后无剥落、龟裂现象，刚度变化率小于20%，永久变形小于3mm。通过借助优化设计实验，能实现整体结构的优化目标，且发动机悬置减振水平和基本可靠性也得以有效提升和优化。
（二） 优化前后道路试验测试
结合性能测试，对胶垫结构进行装车试验，在实践应用中验证其悬置结构的可靠性程度，并且建立相应的跟踪监督机制，有效针对具体问题进行具体分析和处理，确保实际应用效果的完整性，为整辆车的可靠性奠定坚实基础。本次可靠性试验测试过程中，出现了后悬置软垫橡胶开裂的问题，经分析，判定为橡胶过软和压缩量过大导致。通过优化设计，将后悬软垫垂直方向刚度调整到700N/m，压缩量由6.6mm减少到5.5mm，而隔振率由84.1%降到82.3%。重新调试之后，再经一轮可靠性的试验验证，结果显示发动机悬置开裂问题得以解决，满足优化需求，整体优化设计是成功的。
四 结束语：
总而言之，在對重型卡车发动机悬置结构优化的过程中，要对问题产生原因予以系统化分析和整合，确保后续优化设计项目中能提升基础性结构参数和性能维护效果，保证设计匹配程度的同时，减少应力集中区域，从而一定程度上规避问题的累积和恶化，提高刚度管理水平，完善道路试验设计，满足设计需求和使用要求。
参考文献
[1] 高艳军.某重型卡车发动机悬置优化设计[J].汽车实用技术，2017（05）：4-6.
[2] 王霄锋， 林如宁， 扶原放， 等.动力总成悬置系统隔振性能的有限元分析方法[J].机械设计与制造，2013（10）：1-3.
[3] 安徽江淮汽车股份有限公司.一种重卡发动机后悬置支撑机构：CN200520070866.6[P].2014-06-07.
[4] 芜湖佳景科技有限公司.一种重型卡车发动机用前悬置软垫总成：CN201020539683.5[P].2013-04-20.
[5] 王霄锋， 林如宁， 扶原放，等.动力总成悬置系统隔振性能的有限元分析方法[C].中国汽车工程学会越野车技术分会2014年学术年会.2014：476-480.