智数汽车大数据麦克恒通汽车轻量化在线
查看: 1816|回复: 0
收起左侧

[发动机] 发动机悬置系统故障分析及改进

[复制链接]
发表于 2015-10-12 08:48:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

亲,赶快注册吧,有更多精彩内容分享!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
         

       

发动机悬置系统故障分析及改进

发动机悬置系统故障分析及改进

         

        本文主要介绍了WP12发动机悬置系统的失效原因,利用ANSYS软件对这一悬置系统进行CAE分析,提出了切实可行的解决方案,并且通过试验验证,确定了这一方案的可行性。

        根据国家法规政策要求,陕汽在2007年开发了匹配潍柴WP12系列(符合国Ⅲ排放)发动机的车型,前期在做整车性能测试时出现了发动机前悬置软垫错位撕裂现象。这一问题的出现对该车型的开发造成了很严重的影响。为了保证该系列车型的顺利投产推广,我们对悬置软垫进行了原因分析,并提出有效的解决方案,彻底解决了这一问题。

失效原因分析

        在做整车可靠性能测试时,根据试验统计,3辆匹配WP12发动机的前悬置软垫都出现了失效问题。平均每行驶1800km左右便出现开裂损坏现象(见图1)。损坏件的主要特征为:橡胶撕裂,中间金属变形且边缘处有明显碰撞的痕迹。对失效件进行分析,材料符合图纸要求;通过首剥试验,确认橡胶硫化完好,粘结强度符合要求。由此可以判断橡胶是由于受到较大的冲击载荷产生撕裂,撕裂后刚度下降,造成中间金属件的变形,明显的碰撞痕迹应当是与安装螺栓发生干涉产生的。

        此悬置软垫最初是给WP10系列发动机悬置系统开发设计的,在设计WP12发动机悬置系统(见图2)时,考虑到零件的通用性,所以也采用了这个橡胶软垫。出现失效现象后,首先对两种发动机的悬置特性进行了对比分析:该悬置软垫都应用在发动机的前悬置部位,悬置安装倾角都是与水平方向成60°夹角。由于WP10、WP12两个发动机前悬置安装点不同,质量、质心也不同,因此前悬置承载情况也不相同。
       

发动机悬置系统故障分析及改进

发动机悬置系统故障分析及改进

       

        由表中的数据可以看出WP12发动机的前悬置承受的负荷比WP10发动机增加了50%。并且WP12发动机的前后悬置的负荷基本相当。前悬置软垫的性能参数最初是按照WP10发动机前后载荷1:3的比例进行开发设计的,这个比例明显不符合WP12发动机的受力分配情况。

分析、试验提出解决方案并进行验证

        由于发动机的安装位置受发动机布置等因素影响,不可改变,因此只能从发动机悬置软垫的刚度、悬置支架安装角度两个方面进行重新优化设计,以满足前悬置强度需求。为了更好地分析以上两种参数对发动机悬置性能的影响,首先建立了发动机悬置系统的三维模型基础,然后输入各相关零件的基本参数,确定边界条件,利用ANSYS分析软件求得了悬置软垫的各种特性。
       

发动机悬置系统故障分析及改进

发动机悬置系统故障分析及改进

       

1.悬置软垫刚度特性分析

        图3所示的数据为在同一安装角度下采用不同弹性模量材料的零件在1G(1G=3kN)载荷下的最大弹性应变。

        根据图3中的数据计算可知:弹性模量提高60%,零件的应变量约下降了27%。
       

发动机悬置系统故障分析及改进

发动机悬置系统故障分析及改进

       

2.悬置安装角度特性分析

        (1)图4所示为1G静载下零件的弹性应变曲线。通过对数据的分析,可以发现,安装角度不同,零件的应变量也不同。

        根据图4中的数据计算可知:水平倾角由60°降到30°,弹性应变下降了约30%。

        (2)安装角度不同,零件的的载荷-变形曲线也不同,如图5所示。

        根据图5中的数据可知:与水平成30°倾斜安装时的曲线斜率小,约为60°安装时的40%,即在同样载荷条件下这种安装方式将产生较小的静态变形。
       

发动机悬置系统故障分析及改进

发动机悬置系统故障分析及改进

       

        (3)经过三维动态模拟分析,不同的安装角度对于零件中最大应变的位置没有影响。最大应变发生在零件靠近车架一侧的橡胶处,具体剪切应变分析结果如图6所示,此分析结果与实际零件的失效模式吻合。根据以上分析结果,在不改变发动机悬置位置及悬置结构的情况下,通过对前悬置软垫刚度特性及安装角度进行优化设计也可以提高悬置系统的强度。据此作如下改进:将前悬置软垫的刚度由原来的1757N/mm提高到2500N/mm;将前悬置的安装倾角由原来的60°改为了30°。

        改进后的悬置系统,重新做了12000km的可靠性试验,没有出现任何失效现象,可靠性、隔振性均满足了实际使用需求。
       

发动机悬置系统故障分析及改进

发动机悬置系统故障分析及改进

       

结语

        1.在不改变前悬置零件结构形式条件下,提高零件弹性材料模量将改善零件的应变状态,从而有助于提高疲劳寿命。

        2.减小前悬置的安装角度将有利于改善零件的受力状况,从而有助于提高疲劳寿命。

        3.在设计发动机悬置系统时,既要考虑它的隔振性能又要兼顾它的强度,通过优化设计满足整车设计需求。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则