汽車橡膠減震 懸置 襯套的案例
汽車懸架橡膠襯套靜剛度設計方法
摘要:基于剛度疊加法的原理、非線性有限元分析及優(yōu)化理論，提出了懸架襯套3 個方向靜剛度的設計方法。以某乘用車懸架橡膠襯套的三向靜剛度設計為例論述了該方法的有效性。該方法對懸架襯套三向靜剛度的設計具有指導意義。
關鍵詞
:橡膠襯套;三向靜剛度;剛度疊加;有限元分析;優(yōu)化設計
汽車懸架橡膠襯套為懸架系統(tǒng)中重要的彈性元件，三向靜剛度是襯套的重要性能參數(shù)，該參數(shù)對汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性具有較大影響［1］。
在計算懸架襯套的三向靜剛度時，目前大都采用試湊的方法，或者利用工程中的一些簡單計算公式進行計算［2 － 4］。根據(jù)某乘用車懸架系統(tǒng)橡膠襯套的三向靜剛度設計要求，基于剛度疊加法、非線性有限元分析和優(yōu)化理論，文中提出了懸架襯套3 個方向靜剛度的設計計算方法。首先對襯套進行參數(shù)化，利用ABAQUS 軟件計算襯套的三向靜剛度與一系列襯套參數(shù)的關系; 然后進行數(shù)據(jù)擬合，得到襯套的三向靜剛度與襯套參數(shù)的關系; 最后通過優(yōu)化計算，得出滿足襯套三向靜剛度要求的襯套參數(shù)。給出了一個計算分析實例，說明了文中論述方法的有效性，該方法可以提高懸架襯套三向靜剛度的設計效率。
1 襯套的參數(shù)化和參數(shù)的確定
圖1 為要求設計的橡膠襯套安裝圖。橡膠體的內外表面分別與鑄鋁內管、尼龍外管硫化。其中高度H、內徑d 和外徑D 是橡膠體的主要尺寸。襯套三向靜剛度的要求見表1。
由于該懸架襯套2 個徑向剛度( Kx，Ky ) 的要求值不一樣，為此把襯套在xy 平面內的橡膠體設計成如圖2 所示的十字架形狀。襯套的橡膠體用2 個寬度參數(shù)b1，b2 進行離散化。
展開 某汽車動力總成橡膠懸置疲勞計算
1 引言
動力總成懸置系統(tǒng)重要功能之一是動力總成支撐和定位的作用。根據(jù)整車空間及減振的需要，發(fā)動機被支撐在幾個懸置上，在發(fā)動機本身振動和外界作用力驅動下，發(fā)動機和底盤之間存在著相對運動。因此懸置系統(tǒng)具有控制發(fā)動機相對運動和位移的功能，使發(fā)動機始終保持在相對穩(wěn)定和正確的位置上，而不能讓發(fā)動機在各方向運動中與底盤、車身上的零件產生干涉和觸碰。對于懸置系統(tǒng)而言，其疲勞性能的好壞對整車性能影響極大，越來越受到人們的關注。橡膠懸置的疲勞破壞形式以橡膠主簧失效居多，因此橡膠主簧的疲勞對整個懸置系統(tǒng)的壽命起著決定性的作用。今年來隨著有限元技術的不斷成熟，用有限元法來分析橡膠材料的疲勞破壞被各國學者廣泛采用。某動力總成橡膠懸置在臺架疲勞中出現(xiàn)橡膠主簧斷裂現(xiàn)象，如圖1 所示。由圖可知，橡膠主簧斷裂處位于主簧下側圓角處。此懸置臺架疲勞要求在特定的疲勞工況及特定的試驗頻率下，橡膠主簧40 萬次不出現(xiàn)裂紋，但是試驗懸置在27 萬次時失效，出現(xiàn)橡膠主簧斷裂現(xiàn)象。
圖1 失效橡膠懸置疲勞斷裂示意圖
針對此問題，首先采用ABAQUS 對失效懸置進行剛度與應變進行分析，找出失效懸置主簧斷裂與有限元計算結果之間的一致性；然后根據(jù)失效懸置與計算結果對原懸置重新進行結構設計，并利用ABAQUS 預測新結構懸置的應變與疲勞特性；最后通過臺架疲勞試驗驗證此懸置的實際壽命。
2 失效懸置有限元分析
2.1 模型描述
此懸置為某汽車動力總成前懸置，懸置外管與動力總成側支架固連接，懸置芯子與車身側支架固連接，如圖2 所示。
展開 告別簡化載荷塊：通用汽車如何用真實全路譜，實現(xiàn)橡膠襯套壽命的精準預測？
在汽車底盤橡膠襯套的耐久性開發(fā)中，工程師長期面臨一個核心矛盾：
臺架試驗或仿真分析中使用的簡化載荷塊（Block Cycle），能否真正復現(xiàn)車輛在復雜路況下承受的真實多軸載荷？
傳統(tǒng)的簡化方法依賴經驗判斷，不僅可能遺漏關鍵損傷載荷段，更無法精確復現(xiàn)真實的失效模式，尤其是考慮到橡膠材料的非線性力學性能和非線性損傷累積特性，采用基于傳統(tǒng)經驗方法得到的簡化路譜載荷預測橡膠襯套的疲勞壽命，可能和實測結果有巨大差異。隨著計算能力的提升，直接采用全時程、多通道的真實路譜數(shù)據(jù)進行仿真，已成為可能且必要的前沿方向。
SLA 型襯套在 FY 載荷最大（頂部）與最小（底部）工況下的最大主應變（NE – P1）云圖。直接仿真結果（左）與通過 Endurica EIE 插值所得結果（右）高度吻合。
基于全細節(jié)路譜的汽車底盤橡膠部件耐久性仿真工作流，其可行性與巨大價值已獲得工業(yè)級驗證。Endurica 與通用汽車（GM）、Tenneco 的工程師在SAE International Journal上聯(lián)合發(fā)表的成果，系統(tǒng)展示了這一先進方法的可靠性。
乘坐舒適型襯套在 FY 載荷最大（頂部）與最小（底部）工況下的最大主應變（NE – P1）云圖。直接仿真結果（左）與通過 Endurica EIE 插值所得結果（右）高度吻合。
研究核心：
當路譜數(shù)據(jù)不再“被簡化”
01
PART
本研究聚焦于兩款填充天然橡膠副車架襯套。研究人員沒有將其承受的載荷簡化為幾個代表性的循環(huán)，而是直接采用了在11種不同典型駕駛工況下（如不同路面、操控動作），通過六分力傳感器在原型車上實測得到的多通道（X, Y, Z方向力與力矩）全時程路譜數(shù)據(jù)。
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