混联式发动机后悬置支架有限元分析

    汽车发动机动力总成系统的后悬置支架强度、刚度对整车的安全性及使用寿命有很大的影响。因此，发动机后悬置支架的强度和刚度在整个汽车设计中十分重要。本文采用有限元仿真分析方法对某型客车的动力总成后悬置支架结构进行强度研究，分析并找出其在某些工况下易产生破坏的位置，并根据有限元分析结果对支架结构进行优化设计。通过对比分析，支架强度得到明显提高。

    1 后悬置受力计算及结构模型

    本动力系统总成属于混联式结构，发动机飞轮壳后端连接有发电机、分离装置、牵引电机等，传动链结构与传统客车有很大的差别。动力传动方式：发动机→离合器→发电机→分离装置→牵引电机→输出动力。动力总成的总长度（发动机附加皮带轮外端面到牵引电机输出法兰端面）为2104mm。在计算受力前，需将发电机、分离装置、牵引电机合成一个大部件计算其质心位置。通过与发动机的质心作连线形成扭矩中心轴。

    运用有关计算公式进行力学计算。先假设牵引电机端不使用辅助支承，即F3=0情况下，计算得到发动机飞轮壳后端面弯矩Mx＝3644N·m。此值超出发动机的许可弯矩值（发动机公司要求Mx＜1350N·m），因此，确定在牵引电机端增加辅助支承，形成六点悬置。增加辅助支承后，辅助支承所加预定载荷应使Mx=0。计算结果显示，发动机飞轮壳端的后悬置受力点的静力载荷F2=4879N，单边平均受力P2=F2/2=4879/2=2439.5N，飞轮壳后端面弯矩Mx=0＜1350N·m。六点悬置的动力总成受力如图1所示。

图1 六点悬置的动力总成受力图

    利用分别建模后悬置左支架、右支架、飞轮壳，存为sldprt格式文件；在组件环境下依次将飞轮壳、后悬置左支架、后悬置右支架装配，不用装配标准件及后悬置软垫，全部约束后存为sldasm格式文件。左支架与右支架的材质选用QT450-10，飞轮壳的材质选用HT250。发动机后悬置支架装配图在Simulation环境下生成的有限元模型如图2所示。

图2 发动机后悬置支架有限元模型

    2 铸件支架的强度分析及优化

    2.1 定义参数

    定义的材质与GB/T1348-2009标准有一定的区别，因此，需对材质的物理性能再编辑定义，保证与GB/T1348-2009的规定相一致。球墨铸铁的材质参数如表1所示。

表1 球墨铸铁物理性能参数

    本文采用的数据以GB/T1348-2009为准。