商務車發動機前懸置支架的優化設計

金安鵬

摘 要：商務車是一種多功能交通工具，其發動機前懸置支架的設計對于車輛的性能和安全具有重要影響。本研究旨在優化商務車發動機前懸置支架的設計，提高車輛的整體性能。通過對商務車前懸置支架的結構進行分析和研究，確定其在車輛運行中的受力情況和工作原理。然后，運用有限元分析方法，建立發動機前懸置支架的三維模型，并模擬不同工況下的應力分布和變形情況?；谟邢拊治龅慕Y果，針對發動機前懸置支架存在的問題，提出優化設計方案。通過改善支架的結構和材料選擇，降低支架的重量，提高了剛度和強度。同時，采用減震裝置和隔振材料，有效降低振動和噪聲。通過對優化設計方案的驗證和實驗測試，證明新設計的發動機前懸置支架在性能和安全方面的顯著改善，優化設計后的商務車發動機前懸置支架具有良好的抗震性能和減振效果，提高車輛的操控穩定性。

關鍵詞：商務車 發動機前懸置支架 優化設計

1 引言

商務車作為一種重要的交通工具，在現代社會中起著重要的作用。而商務車發動機前懸置支架作為商務車發動機的重要組成部分，是發揮商務車使用性能的關鍵點。但在實際使用過程中，商務車發動機前懸置支架存在廢渣問題，如振動、噪音、失穩等問題。因此，研究人員要加強商務車發動機前懸置支架的優化設計研究，有效改善商務車的使用性能?；诖吮疚闹荚谕ㄟ^對商務車發動機前懸置支架的優化設計研究，提出一種改進方案來解決現有問題。本研究意義在于提高商務車發動機前懸置支架的性能和舒適性，滿足用戶需求，通過優化設計，降低商務車發動機前懸置支架的振動和噪音，提高駕乘舒適性；優化設計還可提高商務車發動機前懸置支架的穩定性，減少安全隱患；優化設計還苯酚降低商務車發動機前懸置支架的能耗，提高燃油利用率，降低運營成本。在本文中，將通過對商務車發動機前懸置支架的優化設計研究，探索解決現有問題的方法，并提出改進方案。希望本研究為商務車發動機前懸置支架的設計和制造提供參考，進一步推動商務車行業的發展。

2 商務車前懸置支架的基本結構

商務車前懸置支架是指安裝在商務車前部的重要組成部件，其基本結構包括懸掛系統、轉向系統、制動系統、阻尼系統等。懸掛系統是商務車前懸置支架的核心部分，主要由彈簧、減振器、懸掛臂等環節組成。彈簧起到支撐車身重量和減震的作用，根據車輛負載的不同進行調整；減振器則用于消除車輛行駛過程中產生的震動和顛簸，提高乘坐舒適性；懸掛臂連接車輪和車身，起到支撐車輪運動的作用。轉向系統包括轉向節、轉向桿、轉向機構等。轉向節連接車輪和轉向桿，通過轉向桿傳遞駕駛員的轉向指令，使車輛能按照駕駛員的意愿進行轉彎；轉向機構則將轉向桿的轉動轉換為車輪的轉動，實現車輛的轉向功能。制動系統有剎車盤、剎車片、剎車鉗等。剎車盤固定在車輪上，當駕駛員踩下制動踏板時，剎車片被壓緊到剎車盤上，通過摩擦力將車輪減速或停止；剎車鉗則負責施加壓力，使剎車片與剎車盤緊密接觸。阻尼系統主要由減振器和液壓緩沖器組成。減振器通過消耗車輛行駛過程中產生的震動和顛簸的能量，提高乘坐舒適性；液壓緩沖器則通過調節液體的流速和阻尼力，控制車輛行駛過程中的阻尼效果，保證車輛的穩定性。

3 發動機前懸置支架幾何模型

商務車作為一種重要的商用交通工具，在商業領域中扮演著重要的角色，商務車的發動機前懸置支架是其重要的組成部分，對于商務車的穩定性起著關鍵作用。商務車發動機前懸置支架的幾何模型是根據車輛的設計需求進行確定，其主要功能是為了固定發動機，使其能在車輛運行過程中保持穩定。發動機前懸置支架的設計考慮多個因素，包括車輛結構、發動機重量、車輛行駛狀態等。商務車發動機前懸置支架的幾何模型通常由多個組件組成，包括懸置臂、支撐桿、連接件等。懸置臂是連接發動機和車輛底盤的主要組件，其長度和形狀根據車輛設計要求進行確定；支撐桿用于固定懸置臂和車輛底盤之間的連接，確保發動機在車輛行駛過程中的穩定性；連接件用來連接懸置臂和發動機，使其能固定在一起。

商務車發動機前懸置支架的幾何模型還要考慮到車輛的懸掛系統和轉向系統等其他組件的要求，這些要求涉及到懸掛系統的行程和剛度，以及轉向系統的靈活性。只有在考慮到這些因素的情況下，才能設計出適合商務車的發動機前懸置支架幾何模型。例如：在UG軟件中，工作人員將懸掛模型文件以IGES數據格式分別保存。接下來，他們打算將該文件導入Hypermesh軟件，導入一個三維立體模型，即圖1所示的發動機前懸掛。這款車型由上承重板、中承重板和下承重板共計6個部件組成，其中左右兩側各有一個部件。此外，左右兩個框架還需要與副框架進行焊接。為了完成上述任務，工作人員將使用Hypermesh的前處理功能，導入模型后對網格進行劃分。

4 有限元模型的建立

對于發動機前懸置支架來說，通過CAD軟件進行幾何建模，包括確定支架的尺寸、形狀、連接方式等。在建模過程中，要根據實際情況考慮支架的各部分，如橫梁、支撐桿等，還要考慮支架與發動機和車身的連接方式，如螺栓、焊接等。同時，建立有限元模型需要確定材料特性和邊界條件。對于商務車發動機前懸置支架來說，常用的材料包括鋼材、鋁合金等。在建立模型時，要獲取相關材料的力學性能參數，如彈性模量、屈服強度、泊松比等，且確定邊界條件，如支架與發動機的連接方式、約束條件等。接下來，進行網格劃分，限元模型是基于離散化的原理建立的，所以要將連續的支架結構劃分為離散的有限單元。在劃分網格時，要根據支架的幾何形狀和應力分布進行合理劃分，保證模型的準確性[1]。

根據前面獲取的材料從而性能參數，將其輸入到有限元模型中，科學定義支架材料的機械行為，準確地輸入材料參數，保證模擬結果的準確性。在有限元模型中，需要對支架施加適當的載荷和約束條件，以模擬實際工況下的受力情況。根據加載和邊界條件，使用有限元軟件進行求解，得到支架的應力、位移和變形等結果。研究采用PSHELL單元進行網格劃分后，對劃分后的網格進行檢查，發現符合要求0.7的總體質量指標為0.71，達到了網格質量要求。此外，該模型的單位總數為18395個，點位為18846個，完全的有限元模型是通過焊接單元模擬零件之間的連接而成的。

5 發動機前懸置支架的有限元分析

5.1 邊界約束和載荷處理

邊界約束是有限元分析中不可忽視的因素，正確地定義邊界約束能準確模擬實際工況下的受力情況，對于預測前懸置支架應力具有重要意義。通常邊界約束包括固定約束和位移約束，固定約束是指將支架的某些部分固定在空間中，如固定在車身上、與發動機底座相連，真實模擬實際安裝的情況；位移約束是指對支架的某些位置施加位移限制，模擬實際受力情況下的變形。通過合理定義邊界約束，減少計算量，提高計算效率，確保有限元分析結果的可靠性。而載荷處理是有限元分析中的關鍵要點，在實際工況下，前懸置支架承受著來自發動機的重量、振動力、動態載荷等多種載荷，準確模擬這些載荷對于前懸置支架應力分析至關重要。在有限元分析中，載荷可通過靜態加載或者動態加載來施加。靜態加載是指將固定值的力或者壓力施加在支架上，從而模擬靜止狀態下的受力情況；動態加載是施加變化的壓力，在一段時間內模擬振動實際工況下的載荷。通過合理選擇載荷類型，并根據實際工況進行加載，真實模擬前懸置支架在工作狀態下的受力情況[2]。

作為新車初期開發的分析數據，各大知名車企根據道路狀況、使用環境、地域等不同因素，總結出各種汽車行駛情況，共計28種標準工況（如表1所示）。為了進行模擬分析，他們應用ADAMS動力學軟件，根據動力總成懸掛系統的硬點布置，建立了相應的模型。通過模擬分析各種工況，他們提取出了載荷數據，從中提煉出了6種更常見的工況，以便進行CAE分析。在處理邊界約束時，在與副車架連接的區域上施加六自由度完全約束，并在與引擎連接的硬點上施加負荷，保證懸掛系統的布置結構的準確性。

5.2 強度計算結果與分析

利用INP格式導入ABAQUS分析軟件進行網格劃分的前懸支架模型，在5G向下和3G向右的工況下，通過計算得到最大的應力。這個最大應力值達到370MPa，位于右掛支架安裝孔洞處，這是由于連接橡膠部件連接處，整個支架受力狀況低于250MPa而產生的應力集中現象。這種最大應力值雖然比材料的屈服應力要小，但由于高應力分布比較集中，容易造成支架的疲勞性損傷，因此在設計上應該進行優化處理，使它的受力水平總體上有所降低[3]。

6 發動機前懸置支架結構優化設計

6.1 確定設計變量

通過對上述懸掛式支架三維模型的分析發現，它是由三個結構件焊接而成，工作人員應將支架的三個結構件分別應用于PART1、PART2和PART3中，作為設計的優化變量來表示（如表2所示）。

6.2 約束條件選擇

根據有限元分析的結果，經過一些特定工況下的應力測試，前懸支架承受的力量超過了材料的屈服極限。為了確保設計的安全性，工作人員決定選擇懸吊支架材料（SAPH440）的屈服應力作為約束條件，即353MPa。這個決策是基于對懸吊支架所承受的巨大壓力的深入研究和分析。工作人員需要保證該結構在任何情況下都能夠承受并保持其完整性，以確保人員的安全。因此，工作人員決定采用這個約束條件，以確保前懸支架的可靠性和穩定性[4]。

6.3 前懸置支架的優化分析

工作人員結合以上分析數據，利用支架最高受力的6種工況進行優化分析，推導出支架各環節的斷面尺寸，經過Optistruct的迭代（如表3所示）。

7 總結

綜上所述，商務車發動機前懸置支架的優化設計對于提高車輛的穩定性和乘坐舒適度具有顯著的效果。通過采用新型懸置支架結構，車輛能夠更好地應對道路震動，提供更平穩舒適的行駛體驗，并降低維修成本。因此，建議商務車制造商在生產中采用這一優化設計，以提高車輛的整體性能和市場競爭力。

參考文獻：

[1]曾華玉，陳欣，李強，等.輕客冷藏車前端輪系雙壓縮機支架開發及發動機強剛度分析[J].專用汽車，2021（12）：108-113.

[2]徐稼航，高新貝，袁帥.某重型柴油機一體式運輸支架故障分析及優化[J].汽車實用技術，2023，48（5）：77-80.

[3]黃光華.某重卡動力總成懸置多目標優化及結構設計[D].重慶理工大學，2022.

[4]朱紅霞，樓貴東，卓耀彬，等.沙灘車動力總成懸置系統模態分析及優化[J].機械工程師，2021（6）：125-127.