谈苏阳
安徽安凯汽车股份有限公司 安徽合肥 230000
摘要：客车在制造过程中发动机悬置软垫变形是常发生的问题。变形的主要类型有：软垫扭曲，各处软垫受力不均，软垫不受压反受拉等。由于引起该问题的原因复杂，发生后解决周期较长，难度较大，会严重的影响生产效率。如果能够了解、分析引起发动机悬置软垫变形的主要原因就可以迅速的找出问题点，节省问题处理时间，保证生产效率。另一方面也可以从设计过程中及早的避免该问题的发生。
关键词：客车发动机悬置软垫变形原因
前言：随着汽车市场日益成熟，消费者对整车NVH 性能要求也越来越高，作为隔绝动力总成振动向悬架、车身、乘员舱传递的关键零部件，整车性能对悬置系统的隔振性能要求也越来越高；同时动力总成不断升级换代，增压、缸内直喷发动机等高扭矩、高功率发动机投入使用，悬置性能也面临新的挑战。汽车市场竞争也日益残酷，各车型都在降低实物成本以及提升通用化率，悬置系统在成本、通用化上的压力也越来越大。
一、客车发动机悬置软垫的主要形式
1.1平置式。平置式软垫程水平布置，结构简单、装配方便、尺寸精度要求低。平置式软垫有三种：（1）桶形，中心镶有套管，又上下两段直径不同的橡胶体组成。这类软垫使用比较普遍，有较好的定位和隔离冲击振动的功能，但是不承担剪切方向的变形。（2）方块形，橡胶体上下表面分别与金属骨架硫化粘结成一体，依靠金属骨架与发动机上支架和车架紧固件连接。它可以承受压缩和剪切两个方向上的变形，隔离扭转振动的功能较强，但水平方向上的自由度较大，横向稳定性较差，故软垫的金属骨架上应设有限位面。（3）V形橡胶支撑，橡胶体分两块分别硫化在金属骨架的V 型面上，将上下骨架硫化粘结成一体，中间有中心螺栓进行辅助固定。依靠金属骨架与发动机上的支架和车架紧固连接，它可以承担压缩和剪切两个方向上的变形，刚性较大，一般用于发动机后悬软垫。
1.2 斜置式斜置式成对称V 形左右倾斜布置，软垫部分受压缩，部分受剪切，可以利用橡胶的剪切高弹性，提高隔离扭转振动的能力。同时软垫布置在发动机前/中部两侧，可以降低发动机中心，提高发动机稳定性。但斜置式布置的制造精度和装配精度要求较高。
二、悬置软垫变形的主要原因
1.发动机悬置横梁的影响。发动机悬置横梁主要用来固定发动机后悬。客车发动机大多采用右偏20mm的布置形式，这就导致了悬置横梁的设计不是中心对称，左右两侧的斜面倾斜度不一样。这样对悬置横梁的设计和制造带来一定的困难。悬置横梁上，发动机后悬固定点尺寸需要精确计算，尺寸出现上下偏差后就会导致发动机倾角过大，前悬软垫不受压力反受拉力，出现前后偏差后，会导致前悬软垫前后错位扭曲。所以这对设计人员提出了较高的要求。此外，由于悬置横梁左右不对称，也使生产工人很容易将悬置横梁左右装反，导致悬置软垫的扭转错位。
2.前悬托架的影响。由于客车发动机总体布置基本采取右偏20mm的布置状态。这样发动机前悬左托架和右托架就存在一定的尺寸差别。并且左右托架一定要配套使用。由于左右托架存在尺寸差别，生产工人很容易将其左右装反，导致前悬软垫向内侧或者向外侧变形。
3.缓速器托架的影响。选装缓速器的车型一般都安装缓速器托架进行辅助支撑，缓速器托架也是影响悬置软垫的一个主要原因。缓速器托架如果将缓速器抬起过高就会造成发动机和变速箱倾角降低，从而导致发动机后悬置软垫不受力或者进而受拉力。如果缓速器托架将缓速器抬起高度不够，将起不到支撑作用，缓速器和变速箱的整体质量都将作用在发动机后悬上，导致后悬受力过大，出现变形错位，从而加大发动机倾角，进一步影响到发动机前悬置。所以这要求，设计人员在缓速器托架的设计过程中一定要做到尺寸精确。
4.风扇、压缩机皮带张紧力的影响。客车整车动力系统布置中，一般冷却系统的风扇和空调系统的压缩机会布置在发动机的左右两侧，需要通过皮带与发动机皮带轮相互连接。装配过程中，由于发动机左右方向上并没有刚性固定装置，皮带的张紧力对发动机软垫变形产生了一定的影响，前悬置软垫会向着皮带张紧力大的一侧倾斜变形。这就要求装配人员注意对发动机左右两侧皮带张紧力的均衡调节。
5.动力系统三点悬置设计不合理。对于安装缓速器的客车，整个动力系统悬置共有三处，发动机前悬置、后悬置和缓速器悬置。三个悬置点的关键尺寸要计算设计精确。如果发动机后悬设计尺寸偏低，就会造成后悬不受力，只有发动机前悬和缓速器悬置受力，从而导致发动机前悬前后位置上的错位变形。由于整车零部件制造误差的存在，完全精确的尺寸要求很难达到。为了便于整个悬置系统的调整，建议可以加大缓速器托架的调整程度，例如支架使用长条孔固定，方便上下调整缓速器的支撑位置，修整发动机前后悬置变形情况。
三、悬置软垫优化方案
1.发动机悬置软垫的安装要求。发动机通过悬置软垫、支架以及托架等安装到底盘上，为最大限度的发挥橡胶软垫防震性能，防止橡胶软垫扭曲变形，规定发动机安装后软垫变形量的要求。（1）斜置式软垫前后左右方向相应的尺寸错位应在3mm以内，不允许软垫有变形的现象。前后方向还需要保证发动机工作时，两边限位块不能干涉，要留有1mm以上间隙。（2）平置式软垫前后、左右方向相应尺寸错位应在3mm一下。不允许软垫有扭曲变形现象，左右方向还需要保证发动机启动熄火时，两边限位块不能生干涉发响。（3）V型橡胶支撑因此本身刚性较大，在实际装配过程中基本不变形。但是装配时要注意软垫上下支撑处均是内螺纹，要在孔位对正的情况下，用气动扳手打紧螺栓。（4）桶形软垫，发动机支架孔与软垫中心孔的错位程度不能大于3mm。
2.优化目的。车型内外饰及相关电器重新开发，车身随外造型局部细节优化，机舱、底盘及下车体布置维持不变。因车型悬置系统性能较差悬置被动侧振动刚好满足小于0.1 m/s2 目标要求，车内噪音发动机二阶超出设计目标在车型开发时，为保证整车NVH 性能达成，需对悬置系统进行优化；同时为保证量产状态悬置性能达成，悬置被动侧振动目标要求提升至小于0.08 m/s2。上面的螺柱用于与发动机支架连接, 建模时亦予以省略,两个方向上的力合成为沿螺柱轴向的力,以压力的形式加于斜面上; 而合成后沿螺柱径向的力则以集中载荷的方式加于螺柱与斜面相接处的节点上。钢板所选用的单元为八节点三维块单元, 橡胶材料所选用的单元为八节点三维超弹性块单元前、后悬置软垫有限元模型, 分析中, 随着载荷的逐渐变大, 结构位移越来越大, 使得结构由于折叠而发生自接触, 且最大应变超出材料性能参数范围, 造成分析不收敛而终止。因此, 要在每个结构的钢板上施加位移约束, 使得分析顺利进行。结构中, 橡胶硫化在钢结构上, 分析时, 在两种材料接触面上建立接触对, 接触类型为永不分离的粘结。通常悬置系统性能改善，主要通过悬置系统整体布置、悬置软垫性能两方面进行优化。悬置系统整体布置调整涉及布局更改、弹性中心位置调整，对机舱布置存在影响；悬置软垫性能优化主要通过设计合适刚度比例的悬置主簧结构、动/静刚度值、限位结构来实现。车型机舱布置借用车型悬置系统的优化不能影响机舱内其它系统，才可以通用化至平台其它车型，同时也不会产生大的成本变动。所以车型B悬置系统优化不能通过布置位置优化，也不能更换悬置软垫结构类型来实现刚度比例调整。现考虑在车型悬置系统基础上，进一步优化悬置系统结构，来实现更佳的动/静刚度值，以提升悬置系统NVH 性能。
本文详细介绍了安装过程和设计原理上对悬置软垫变形的原因进行了分析。造成发动机悬置软垫变形的原因很多，影响因素也很多，在客车生产制造过程中遇到该问题时要认真分析，细致查找原因，确保整车技术状态良好
参考文献：
[1]吕振华，范让林.动力总成-悬置系统振动解耦分析方法[J].机械工程学报，2019，41（4）：41-4.
[2]吴杰，上官文斌.动力总成悬置系统解耦布置的鲁棒性分析[J].振动与冲击，2019（9）：28-9.