郟 超
(安徽江淮汽車集團股份有限公司,安徽 合肥 230601)
發動機懸置是汽車上連接發動機和車身的比較重要的零部件,其動靜剛度性能好壞直接影響對發動機振動的衰減,乃至整車駕駛的舒適性,甚至發動機的使用壽命。懸置系統設計解耦過程中,每個懸置元件都被賦予了不同的動靜剛度參數,這些參數的合理性對實現其在整車上的功能有著很大的影響,同時又要滿足其他部分的性能要求,比如懸置元件的耐久性、抗老化、拉伸強度等性能。因此,發動機懸置動靜剛度參數試驗測試非常重要,日益受到重視與關注。
懸置靜剛度(K)指力和位移曲線中力的變化量與位移變化量的比值,其計算公式為:
式中,F1、F2為加載力,S1、S2為在加載力的作用下的變形量。
懸置動剛度是在一定的預載荷、一定加載頻率以及一定動態振幅下進行測量的,在幅值上等于動態力的峰一峰值與動態位移的峰一峰值之比,或者是扭矩的峰一峰值與角度的峰一峰值之比,其計算公式為:
式中,Aload為動態力或動態力矩的峰一峰值,Adisp為動態位移或動態轉角的峰一峰值。
經過相當多的試驗測試、數據統計分析可知,懸置元件的動剛度一般都比靜剛度要大,動剛度與靜剛度比值一般在1.2—2.5倍之間。
1)試驗在零件完成一周后進行,樣件不能有橡膠點、毛刺等;
2)試驗溫度根據設計圖紙要求,圖紙無要求則設定為23℃±5℃;
3)試驗夾具的安裝盡量與實際裝車狀態相一致。
1)試驗時參數的設定應按照懸置元件設計圖紙上的要求進行,靜剛度值誤差范圍≤20%;
2)預加載荷速度0.2mm/s,試驗加載速度0.15mm/s(或者無限緩慢);
3)試驗溫度:23±5℃;
4)試驗設備:MTS彈性體性能試驗機;
5)設備準備:儀器設備通電,打開靜剛度試驗軟件,先調到低壓油源,使之預熱到正常工作溫度,再將油源壓力調到高壓;
6)試驗安裝:用合適的夾具將懸置試驗樣件固定在試驗測試設備上;
圖1 動靜剛度測試試驗樣件安裝示例
7)調整好設備供油壓力;
8)根據加載范圍,以預加載荷0.2mm/s的速度對試驗樣件進行預加載,然后以0.15mm/s的加載速度(實際測試時可根據樣件的硬度來適當調節加載速度)進行加載。根據懸置元件在實車上的實際受力情況,壓縮和拉伸的方向都要加載,采集數據。
每個懸置元件靜剛度的試驗測試一般包括兩個階段,預加載階段和加載測試階段。預加載測試階段用于對懸置進行預加載荷的循環,加載測試階段用于靜剛度數據的采集與計算。如下圖流程:
9)試驗次數大于等于3次;
10)分別測試懸置X、Y、Z三個方向;
11)靜剛度的取值:一般根據懸置元件在實車上的受力情況,設計選取測試曲線中比較線性段的部分上選取一段,端點坐標(S1,F2),(S2,F2),則試驗樣件的靜剛度由(1)可計算得出。
圖2 測試流程圖
1)弦線法
弦分析法定義試驗件測試點兩點間的剛度
圖3 弦線法示例
2)切線法
切線分析法定義試驗件某一點的剛度
圖4 切線法示例
3)差值法
根據定義的力或位移的分析點發生的位移或力的變化,分析參數可選擇力或位移。
圖5 差值法示例
1)同2.1靜剛度試驗前提條件要求;
2)試驗所用夾具在保持足夠的硬度下盡量輕,避免對動剛度產生影響。
1)試驗時參數的設定應按照懸置元件設計圖紙上的要求進行,動剛度值誤差范圍≤20%或動靜比小于設計值;
2)試驗溫度:23±5℃;
3)試驗設備:MTS彈性體性能試驗機;
4)試驗安裝:選用合適的夾具將懸置試驗樣件固定在試驗測試設備上;
5)試驗樣件安裝示例同靜剛度試驗;
6)根據預加載值,以預加載荷0.2mm/s的速度對試驗樣件進行預加載,保持樣件自然狀態 60s,然后準備進行動剛度的測量。
7)設定頻率和振幅:設定好動態測試程序,設置激振頻率、振幅、預載荷等參數(一般按照設計要求進行設置相應參數);
動態測試程序是一個很大程度上自包含式的程序,可以創建一個僅包含一個動態特性描述程序的試驗步驟,該程序流程包括:
圖6 動態測試程序圖
8)動剛度測試值:動剛度的測試結果隨加載頻率的變化而變化的動剛度。
表1 動剛度試驗測試數據
3.3.1 懸置元件動剛度影響因素
懸置元件的動剛度主要受三個方面條件的影響:動態載荷的頻率、預載荷、動態載荷的振幅。
1)頻率與動剛度的對應關系
對于目前使用較多的傳統的橡膠懸置來說,動剛度隨著加載頻率的增加也增加??梢钥闯?,預載荷、動態振幅一定下,動剛度隨頻率增高而變大。
圖6 動剛度與頻率和動態幅值的變化關系
2)動態幅值與動剛度的對應關系
經過大量試驗測試、分析,從圖6能夠得出,在載荷、動態載荷頻率相同下,動態振幅越大,動剛度變的越??;反之,動剛度變的越大。振幅小引起的動剛度變化大;反之,引起的變化小。
3)預載荷不同下的動剛度
根據發動機的重量,各個懸置元件都應設計選取所承受的載荷,該載荷作為動剛度的測量時的預載荷,以此測試該條件下的動剛度等參數。不同預載荷,懸置動剛度測得的結果也會不同,試驗測試分析得出,同等條件下預載荷大,動剛度大。
圖7 動剛度與預載荷的變化關系
3.3.2 橡膠懸置與液壓懸置動剛度
從掃頻剛度曲線中可看出,橡膠懸置隨著頻率的增加而變大,出現高頻硬化后,剛度變的很大。液壓懸置在低頻、大振幅激勵情況時,液壓懸置內的液體在上下室內做往復運動,能夠產生大阻尼效應,消耗振動能量;在高頻、小振幅的激勵情況時,液壓懸置內的液體隨著解耦膜一起高速振動,從而降低高頻時激勵時壓懸置的動剛度,能夠避免動態硬化,達到減振的目的。
圖8 振幅±0.05mm,掃頻動剛度曲線
通過對發動機懸置動靜剛度試驗方法的確定以及分析,了解到懸置動靜剛度等參數的影響因素,對設計、選用合理的發動機懸置參數有一定的意義。