动力总成悬置与悬置支架的设计与试验

作     者：牟南沙 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：Subhash Rakheja;潘孝勇

授予年度：2020年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：悬置 悬置支架 力-位移特性 强度 有限元法 

摘      要：动力总成悬置作为底盘部件,具有支承动力总成、缓冲、减振与降噪等作用,对整车舒适性具有重要影响。本文以某款车型动力总成悬置系统为对象展开对悬置与悬置支架的设计方法研究,主要工作如下:（1）建立了动力总成悬置系统的多体动力学模型。将不同工况下施加在动力总成质心处的载荷作为输入,计算得到悬置的载荷。采用迭代计算的方式调整悬置非线性刚度实现了动力总成质心的位移控制设计。计算结果为悬置与悬置支架设计提供依据。（2）悬置力-位移特性设计。以悬置系统位移控制设计结果为目标设计了左悬置和右悬置三个主刚度方向的力-位移特性。根据设计目标完成了悬置的选型和结构设计,左悬置为压缩型悬置,右悬置为复合型悬置。提出了采用正交试验结合方差分析研究不同撞块设计参数对撞块刚度特性的影响的设计方法。（3）悬置支架结构设计与优化。根据悬置系统布置空间以及悬置结构等因素设计了悬置支架结构。根据静强度设计要求与不同支架模型应力失效预测结果,对悬置支架进行了多目标拓扑优化,参照优化结果与常用设计思想对悬置支架的结构与尺寸进行了修改,优化其设计参数,降低零件失效风险,实现材料合理分布。其中,左悬置支架von Mises等效应力在原模型分析结果基础上平均下降51.5%,P1（major）应力下降56.1%,强度有较大提升,优化后的左悬置支架质量减少11.2%,右悬置支架质量减少15.5%。（4）悬置及悬置支架性能分析。建立了悬置有限元模型,模拟悬置实际测试过程中静态加载方式预测悬置三个主刚度方向力-位移特性。通过提出一种新的载荷分解方式,将悬置作用于支架的载荷分解为由主簧和撞块传递的静载荷,分析预测悬置支架的静强度。通过模态分析计算得到了悬置支架第一阶和第二阶约束模态。结合道路载荷谱和材料S-N曲线完成了对悬置支架的疲劳耐久分析,预测其疲劳失效风险。（5）悬置及悬置支架性能测试。对悬置样件并进行了三个主刚度方向的力-位移特性测试,测试结果与有限元分析结果的偏差在±15%之内,验证了有限元法的有效性以及悬置使用性能的可靠性。测试左悬置和右悬置的支架样件静强度与疲劳耐久性能,测试结果表明两款悬置支架满足静强度与疲劳耐久性能设计要求。