发动机悬置支架模态分析实践
某重型车悬置支架的模态分析与改进
10.16638/ki.1671-7988.2017.02.003某重型车悬置支架的模态分析与改进黄先科（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230031）摘要：在动力总成悬置系统设计开发过程中，由于悬置支架刚度低造成车内结构振动与噪声增大的案例已经被证实，文章运用HyperMesh有限元分析软件建立某重卡悬置支架的有限元模型，从悬置支架结构优化设计的角度来说明不同支架结构及车架安装点对模态的影响，得出重卡悬置支架安装在车架腹面比安装在车架翼面更有利于刚度的提升。
关键词：刚度；模态；有限元分析；悬置支架中图分类号：U461.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2017)02-08-03Modal analysis and improvement of a heavy duty vehicle mount bracketHuang Xianke( Anhui Jianghuai Automobile Group CO., LTD, Anhui Hefei 230031 )Abstract: In the process of design and development of powertrain mounting system, the case that the vibration and noise of the vehicle structure has been increased due to the low stiffness of the mounting bracket has been confirmed. In this paper, FEA software HyperMesh to establish a heavy truck suspension bracket of the finite element model, from the mounting bracket structure optimization design point of view to illustrate the different frame structure and frame installation influence on modality, that heavy truck suspension mounting bracket is installed in the ventral surface of the frame than the installation frame wing surface is more conducive to enhance the stiffness.Keywords: stiffness; modality; FEA; Mounting bracketCLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)02-08-03引言近年来，随着重卡行业的竞争加剧以及人们对长途物流车辆舒适性要求的提高，重卡的振动噪音问题日益突出。
发动机悬置支架模态分析
>M>M@^@X^`X`>K>C@^@X^X` ` 0>K @^X`（2^）F t `
点的位自移由为振动时^，X>M结` @构^IX上``c各os>点K w@作t^ X简` 谐0振动，各节
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（3）
其中w为圆频率；> K{ φ>@K}@为w2振>wM2幅>@M列@0向 ^I量` 。0
悬置、铁芯和悬置护罩
图2 带附加质量的下支架 图3 单独下支架
螺栓和螺母
上支架 下支架
图1 发动机悬置支架系统
进行模态分析时，将图1悬置简化成3个互相 垂直的线性弹簧，悬置的轴向刚度为8250N/mm， 径向刚度为5700N/mm。图1模型的约束边界条 件为下支架的前端面、上支架的端截面和上支架 与发动机连接上端面的螺栓孔附近区域进行全约
1 模态分析的理论基础
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模 态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些 模态参数可以由计算或实验分析取得，其计算或实 验分析过程称为模态分析。计算模态分析即有限元 模态分析，是把要分析的结构细分为有限个形状简 单的微小网格单元，再将其综合起来进行近似计 算，是在很多领域得到广泛应用的一种模拟实验技 术，属于动态分析有限元方法［3］。通常将所研究 的机械结构看成是质点、刚体、弹性体及阻尼器 构成的系统，并将其离散成有限多个相互弹性连接
悬置模态和强度分析报告0119_更新
分析内容如下： 2.1、模态分析（约束模态）：
更改前的悬置
更改后的悬置
约束：支架与缸体的四个安装孔
约束：支架与缸体的四个安装孔
二、分析内容
2.2、强度分析（选取两个极限恶劣工况，如下：）
工况一：垂直向下＆左加载（Y向-3g；Z向-6g）
工况二：8KPH前碰（X向-11g；Z向-1g）
强度分析 约束及加载描述如下：
悬置模态和强度分析报告
2017-1-19
目录
一、模型描述 二、分析内容
三、分析结果
四、结论
一、模型描述
悬置边界数据示意图： 悬置材料：45号钢
结构优化
更改前的悬置
更改后的悬置
二、分析内容
对悬置支架进行模态分析和强度分析，并将悬置结构优化前与优化后的分析结果进行对比， 为结构设计工程师提供参考。
注：动力总成质量M=200kg
软垫中心点（载荷作用点）
软垫中心点（载荷作用点）
更改前的悬置
更改后的悬置
约束：支架与缸体的四个安装孔
约束：支架与缸体的四个安装孔
三、分析结果
3.1模态分析(第一阶)频率622Hz 更改前的悬置频率：628Hz
更改后的悬置
三、分析结果
3.2强度分析工况一：垂直向下＆左加载（Y向-3g；Z向-6g）
最大应力：269.0MPa 更改前的悬置
最大应力：220.7MPa 更改后的悬置
三、分析结果
3.3强度分析工况二：8KPH前碰（X向-11g；Z向-1g）
最大应力：218.4MPa 更改前的悬置
最大应力：198.2MPa 更改后的悬置
发动机悬置系统动力学仿真与模态试验验证
发动机悬置系统动力学仿真与模态试验验证宗德媛，朱炯，张志军，仇培涛（徐州工程学院土木学院，江苏徐州 221000）［摘要］发动机作为高空作业平台振动的主要激励源，对高空作业时的平稳性、安全性有很大影响。
性能良好的悬置系统能有效的隔离发动机的激励振动，切断振动向车架、车身的传递路径。
良好的悬置匹配还能起到整车减振降噪的作用，提高作业平台的平稳性、安全性。
本文采用Adams软件建立了发动机悬置系统的六自由度动力学仿真模型，将Adams/View与Adams/Vibration模块联合，对原动力系统进行了模态仿真分析。
同时在发动机测试台架各悬置点上布置振动加速度传感器，进行模态试验，检测动力总成的实际振动情况。
最后，将Adams动力学仿真结果与刚体模态试验结果进行对比，分析验证了所建虚拟样机模型的合理性。
［关键词］悬置系统；隔振；Adams；模态试验［中图分类号］U263.14 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2019）02-0076-05Dynamics simulation and modal test verification of powertrain mounting system ZONG De-yuan，ZHU Jiong，ZHANG Zhi-jun，QIU Pei-tao随着工程机械行业技术的不断发展和提高，人们对工程车辆的安全性、舒适性、噪声品质，都提出了更高要求。
发动机悬置系统作为高空作业平台振动的关键子系统，其振动的传递特性对高空作业时平台平稳性和安全性有很大影响［1］。
发动机悬置系统参数的匹配是否合理，直接关系着整机的振动、噪声水平，而提高平台作业平稳性、安全性，同时还可以提高发动机动力总成工作的可靠性，避免发动机总成零部件及其零部件因振动造成的过早损坏［2］。
因而发动机悬置系统的合理匹配设计越来越受到广泛的重视，如何更有效的进行隔振已成为各类工程机械设计研发的重要课题。
挖掘机发动机悬置系统分析与优化改进
挖掘机发动机悬置系统分析与优化改进Analysis and Optimization of Engine Mounting System on Excavator宗 波 黄世顶(徐州徐工挖掘机械有限公司，江苏 徐州 221004 )摘要：针对挖掘机发动机悬置系统减振问题，以某款新一代挖掘机为例，进行了挖掘机发动机悬置系统的优化改进，对悬置进行了解耦分析与优化改进和对悬置支架的刚度和模态进行了优化与改进。
通过相关改进大幅提升了悬置系统的隔振性能。
相关研究成果可为挖掘机的悬置系统优化改进提供理论支撑和参考。
关键词：发动机；悬置系统；能量解耦；模态；隔振率中图分类号：TK426 文献标识码：A0 引 言随着挖掘机作业范围的扩大，其作业环境也变得复杂恶劣，复杂的作业环境对整车产生更大的振动冲击，这不仅造成振动舒适性变差，还造成整车结构件产生振动开裂破坏。
发动机作为整车振动的主要来源之一，若其振动得不到有效控制将会极大地影响整车的振动性能。
挖掘机动力总成（发动机和泵等）与转台之间通过悬置系统进行弹性连接，悬置系统性能设计的好坏直接关系到发动机振动通过转台向整车进行传递，故合理的匹配悬置系统的性能可有效地控制发动机系统对整车振动的影响[1-5]。
本文以某款新一代挖掘机为例，进行了挖掘机发动机悬置系统分析与优化改进，悬置系统包括悬置与其连接的支架，首先对悬置进行了解耦分析与优化改进，接着对悬置支架的刚度和模态进行了优化与改进分析。
通过相关改进，大幅提升了悬置系统的隔振性能。
相关研究成果可为挖掘机的悬置系统优化改进提供理论支撑和参考。
1 悬置系统解耦优化设计1.1 悬置解耦理论悬置系统在设计过程时尽量保证在整车坐标系下是解耦的，即沿某一坐标方向的激励只引起该方向的振动而不引起其它方向的振动[1]，悬置解耦率的要求为：（1）z和Rot x对隔振影响最大，解耦率＞90%,其它方向＞70%；（2）各自由度固有频率间隔＞1Hz。
发动机悬置系统模态分析与优化
２． Ｏ
一ｌ ５． －６ ～７ ３ —８ １ ０ ０． － ５ — — ６ ０ —１ ５ ２ ６ ５ —１ ０ ３ ｌ５ ７ ． １ ０３ —７ —０ ７ｌ
７１ ０ ．
２． Ｏ
－８ ０ ５．
７． ０
８ ０ ５．
７． ０
８ ６ —９ ５． — ５ 一 ８ ５ ０． ５
Ｘ
Ｘｌ — ８ —０ Ｘ２ ８ ０ Ｘ －０ — － ９
表 ２ 悬置 点的 悬置 刚度 （ 位 ： Ｎ ｍｍ） 单 ／
ｌ ＃ ２ ＃ ３ ＃ ４ ＃
ＸＬ
ＸＩ Ｘ Ｊ
■
—７１ ８ ５ ８ ５ ９ ５ ３ Ｘ
Ｙ
（ 左） （ 右） （ 左 ） （ 前 前 后 后右 ）
Ｚ
—９ ０ — ５． － ０．
Ｘ ９０ Ｙｌ １
垫３ Ｑ：２ Ｑ ３
Ｓｃｉ ｎｃｅ ｅ ａｎ ｄ Ｔｅｃｈ Ｏｇｙ ｎｎｏｖ ｉ Ｈｅｒ ｌ ｎｏｌ Ｉ ａｔ ｏｎ ａｄ
工 程 技 术
发 动 机 悬 置 系 统模 态分 析 与优 化
陈树勋 吴松 尹 国保 李 志强 （ 广西 大学机械工 程学院 广西南 宁 ５ ０ ０ ） ３ ０ ４ 摘 要： 根据 悬王 系统设 计的基本理论 ， 对悬置 系统进行 了动 力模态分析 ； 在模 态分析基础上 ， 建立悬 置系统优 化设计的数 学模 型， 对悬置 系统 的能量 解耦度 和谐振 频率进 行 了优 化 设计 。 关键词 ： 悬王 模态分析 能量 解耦度 谐振频率 优化 中图分类号 ： ＴＨ１ Ｉ 文献标 识 码 ：Ａ 文章编号 ： ６ ４ ９ ｘ（ ｏ ） ４ ａ一０ ９ —０ １ ７ —０ ８ ２ １ ０ （ ） ０ ０ ２ Ｏ 随 着 经 济 发 展 和 道 路 交 通 环 境 的 不 断 改善 ， 及 能 源 和 污 染 以 问 题 的 日益突 出 ， 得轿 车 设 计 向着 大 扭 矩 、 量 化 方 向 发 展 。 使 轻 这 在 很 大 程 度上 恶化 了轿 车 的 振 动 特 性 ， 重 影 响 车辆 的乘 坐 舒 适 严 性 。 中发 动 机 隔振 问题 尤 为 突 出 ， 其 发动 机 动 力 总成 悬 置 系 统 的分 析 研 究 也越 来越 受 重 视 。 发动 机 悬 置 系统 的 最 基 本 的功 能 是 支 承 、 限位 及 隔振 。 为 研 作 究重 点的 隔 振 是 利 用 悬 置 元 件 的缓 冲 与 吸能 作 用 ， 离 衰 减 发 动 隔 机 激 励 力 引起 的车 架 振 动 和路 面随 机 激励 力 引起 的发 动机 力 动 力 总成的振动 。 传 统 的 悬 置 系 统 振 动 解 耦 理 论 虽 然 有 了较 大 的 发 展 ， 未 能 但 与 工 程 实 际应 用 较 好 地 结 合 起 来 ， 由 于 受到 发 动 机 安 装位 置等 且 因素 的 限制 ， 般 解 耦 率 并 不 高 。 一 本 文 在 模 态 分 析 基 础 上 ， 立 了 悬 置 系 统 自动 优 化 设 计 的 数 建 学 模 型 ， 以Ｌ ４ ５ － ２ 并 Ｊ６ Ｑ Ａ汽油 发 动 机 动 力总 成悬 置系 统 作为 应 用 案 例 ， 其 进 行能 量 解 耦度 与 谐 振 频率 自动 优 化 设计 ， 得 了满 意 对 获 的优 化 效 果 。 置 系统 的 固 有频 率 和 振 型 。 算 悬 置 系统 的 固 有频 率 时 ， 常 假 定 计 通 车 架 或 基 础具 有 无 限大 的 质量 ， 考 虑 发 动 机６ 自由度 的 运动 。 只 个 动 力 总 成 通 常用 橡 胶 悬 置 支撑 在 基 础 或 车 架 上 ， 因此 可 以把 发 动机 看作 是 弹 性 支 撑 的 刚体 。 当内 燃 机 在 空 间 作 任 意 方 向的 运 动 时 ， 胶 件 都 将 阻 止 这 种 运 动 。 般 橡 胶 元 件 的 阻 尼 不 大 ， 是 橡 一 且 小 振 幅 作用 ， 且不 考 虑 阻尼 作用 。 并 因此 橡 胶 支 撑在 空 间 三 维方 向 上都有弹性 ， 是线性的 ， 有抗扭转作用。 且 并 基 于此 ， 文 采 用 六 自由度 刚 体 本 簧的分析研究模型。 动 力 总成 简化 为 空 间 刚 体 ， 个 悬 置 元 件 简 化 为 空 间有 三 个 弹性 轴 单 的 弹 簧 ， 架 为 绝对 刚体 基 础 。 车 实 际 上 ， 动 力 总 成 悬 置 系 统设 计 中 ， ～２ Ｈｚ 低 阶 固有 频 在 ６ ０ 的 率 振 动 是 关注 的重 点 。 此 频 率 范 围 内 ， 用 上 述 分析 模 型 是很 合 在 采 理 的。 无 阻 尼 多 自 由度 系 统 的 自由振 动 微分 方 程 的 一 般 形 式 是
基于nastran的悬置支架模态分析
早期开发过程中具有指导作用，对提高悬置系统的隔振效果，改善整车的 NVH 性能有重要意义。 关键词：模态
Abstract: This paper introduces the modal analysis method for suspension bracket based on MSC.NASTRAN software. This method is very important in the early designing stage of the suspension bracket, especially in enhancing vibration isolation and improving the NVH performance of the vehicle. Keywords: mode FEA NVH mount system
rpm 900 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 90 80 75
Pa dB(A)
5500 90.00
70 65 60 55 50 40 F F F F
Overall level DOE:S (A ) Order 2.00 DOE :S (A) 30.00 Order 4.00 DOE :S (A) Order 6.00 DOE :S (A)
图 3-4
右侧主动支架改进后模型
4 总结
通过使用 MSC.NASTRAN 软件对支架进行有限元模态分析，并与实验数据进行对比，验 证了仿真结果的准确性。事实证明了有限元法的结果与实验结果非常接近，同样反映出实际 问题。所以，汽车悬置支架模态分析在支架设计过程中有重要的指导意义。 参考文献：
发动机悬置支架模态分析实践
Ｉ阶固有频率。本文通过悬置支架优化设计及模态分析实践，总结出提高模态方法，为设计提供理
论的参考依据。
２对模态影响的因素
２．１
材料对模态的影响
针对材料物理属性：弹性模量、泊松比及密度等情况下对某一悬置支架进行模态分析，并结合
实际材料的应用，考察材料的物理属性对模态的影响。
２．２弹性模量对悬置支架的模态影响
选取两组弹性模量分别为１７５ＧＰａ及２１０ＧＰａ，Ｕ＝Ｏ．３０，ｐ＝７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３，按上述材料物理属性
进行模态分析，约束与发动机装配的螺栓孔，其Ｉ阶模态振型如图ｌ所示。结果表明弹性模量的增
加会使悬置支架的Ｉ阶固有频率增加。
２．３泊松比对悬置支架的模态影响
选取两组泊松比分别为０．２５及０．３０，Ｅ＝２１０ＧＰａ，ｐ＝７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３，按上述材料物理属性进行模 态分析，约束与发动机装配的三个螺栓孔，其Ｉ阶模态振型如图１、图２所示。结果表明泊松比对
Ｅ戮
鹾
崮２
Ｉ阶楼态振型图（４４１
７Ｈｚ
夕：｜１Ｉ夕
斟３ Ｉ阶模态振型圈（４４０ ５Ｈｚ） 图４ Ｉ阶模志振型留（４４１ ７Ｈｚ
３结构设计对模态的影响
以两个悬置支架的模态分析为例，找出薄弱点或对结构刚度产生影响的原因，为结构的改进设 计提供理论依据。咧６为悬置支架原优化设计方案，模态较低。从模态振型图可看出，红色圈所示 部分为应变能较大的区域，对此部分进行加强可有效改善支架模态。增加加强筋后的结构模态分析 见图７，从上述模态分析可看出，在应变能太部位合理设置加强筋可有效改普模态。
实际应用中以铸钢和球墨铸铁材料为主。如ＺＧＤ４１０—７００和ＱＴ４５０－１０材料，其参数为
Ｅ＝２ＩＯＧＰａ／１５０ＧＰａ，ｌＪ＝０．３０／０．２５，ｐ＝７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３／７．３Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３；铸钢材料的悬置支架的模态分析 见图４，球黑铸铁的悬置支架模态分析见图５，结果表明铸钢材料的悬置支架比球墨铸铁材料的悬置 支架Ｉ阶固有频率要高。
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２．４密度对悬置支架的模态影响
选取两组密度分别为７．６Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３及７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３，‘Ｊ＝０．３０，Ｅ＝２１０ＧＰａ，按上述材料物理属性
进行模态分析，约束与发动机装配的螺栓孔，其Ｉ阶模态振型如图３所示。结果表明密度的增加会
使悬置支架的Ｉ阶同有频率降低。
参考文献
［１］于开平，周传月，谭惠丰ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ从入门到精通北京：科学出版社，２００５ ［２］庞剑，谌刚，何华汽车噪声与振动理论与应用北京：北京理工大学出版社．２００６
发动机悬置支架模态分析实践
作者： 作者单位： 王斌 东风精密铸造有限公司
引用本文格式：王斌 发动机悬置支架模态分析实践[会议论文] 2011
选取两组弹性模量分别为１７５ＧＰａ及２１０ＧＰａ，Ｕ＝Ｏ．３０，ｐ＝７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３，按上述材料物理属性
进行模态分析，约束与发动机装配的螺栓孔，其Ｉ阶模态振型如图ｌ所示。结果表明弹性模量的增
加会使悬置支架的Ｉ阶固有频率增加。
２．３泊松比对悬置支架的模态影响
选取两组泊松比分别为０．２５及０．３０，Ｅ＝２１０ＧＰａ，ｐ＝７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３，按上述材料物理属性进行模 态分析，约束与发动机装配的三个螺栓孔，其Ｉ阶模态振型如图１、图２所示。结果表明泊松比对
同时悬置支架的约束模态对车内的噪声影响较大。如设计不合理，其悬置支架Ｉ阶固有频率太低且 处于发动机工作转速范围内，悬置支架将产生共振，使得车内噪音增大。冈此模态是悬置支架重要
的设计指标之一。以乘用车四缸发动机为例，根据共振理论，要求发动机悬置支架的Ｉ阶固有频率
应大于５００Ｈｚ，最低应大于４００Ｈｚ。实际上由于布置空间的限制，达不到上述要求，要尽可能提高其
发动机悬置支架模态分析实践
东风精密铸造有限公司
王斌
摘要：本文通过对发动机悬置支架模态的影响因素进行分析实践，以乘用车为例，从材料选择、装配结构设计、产
品结构优化设计等方面改善发动机支架模态，实现对产品结构的轻量化设计，以满足整车使用性能要求。
关键词：悬置支架轻量化模态分析
１
前言
汽车发动机支架是动力总成悬置系统的安全件和功能件，须满足汽车在各种行驶工况下的强度，
实际应用中以铸钢和球墨铸铁材料为主。如ＺＧＤ４１０—７００和ＱＴ４５０－１０材料，其参数为
Ｅ＝２ＩＯＧＰａ／１５０ＧＰａ，ｌＪ＝０．３０／０．２５，ｐ＝７．８Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３／７．３Ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３；铸钢材料的悬置支架的模态分析 见图４，球黑铸铁的悬置支架模态分析见图５，结果表明铸钢材料的悬置支架比球墨铸铁材料的悬置 支架Ｉ阶固有频率要高。
例１１增加装配孔结拘Ｉ阶模态振型图（４４６
ｌ№
５结论
轻量化始终是当代汽车设计的一个核心发展方向，模态分析在设计分析中具有重要的意义，可 以保持在原设计状态的前提Ｆ，找出薄弱点或对结构剐度产生影响的原崮，并且在满足设计要求的 基础上持续改进，使产品结构设计更加合理，以达到轻量化的目的。结合材料技术应用，装配结构 设计，轻量化设计技术的综合运用，加快产品开发速度。
Ｉ阶固有频率。本文通过悬置支架优化设计及模态分析实践，总结出提高模态方法，为设计提供理
论的参考依据。
２对模态影响的因素
２．１
材料对模态的影响
针对材料物理属性：弹性模量、泊松比及密度等情况下对某一悬置支架进行模态分析，并结合
实际材料的应用，考察材料的物理属性对模态的影响。
２．２弹性模量对悬置支架的模态影响
图８改进前结构ｌ阶模态振型崮（４２４ ５Ｈｚ）
图９箭加宽后结构Ｉ阶模态振型图（４３９删ｚ
４约束条件的影响
悬置支架的模态与装配约束关系较大。如下例的悬置支架，改进前结构只有两个螵栓孔固定到 发动机上，Ｉ阶周有模态偏低。增加一个固定孔后，悬置支架的Ｉ阶固有模态明显ｈ升见图１０、图
１１。
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目１０改进前结构ｌ阶模态振型图（４１０Ｈｚ）
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Ｉ阶楼态振型图（４４１
７Ｈｚ
夕：｜１Ｉ夕
斟３ Ｉ阶模态振型圈（４４０ ５Ｈｚ） 图４ Ｉ阶模志振型留（４４１ ７Ｈｚ
３结构设计对模态的影响
以两个悬置支架的模态分析为例，找出薄弱点或对结构刚度产生影响的原因，为结构的改进设 计提供理论依据。咧６为悬置支架原优化设计方案，模态较低。从模态振型图可看出，红色圈所示 部分为应变能较大的区域，对此部分进行加强可有效改善支架模态。增加加强筋后的结构模态分析 见图７，从上述模态分析可看出，在应变能太部位合理设置加强筋可有效改普模态。