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大型矿车发动机橡胶悬置静、动态刚度特性研究

胡启国;周亨;罗天洪;彭涛;田振勇

【摘要】大型矿车的发动机质量巨大、安装方式独特,对其发动机悬置的静、动态

刚度特性进行研究具有重要意义.采用显式有限元计算方法对大型矿车的发动机橡

胶悬置进行了静、动态刚度特性分析,并在试验台上进行试验来检测数值仿真的精

度,结果表明:大型矿车发动机悬置的静刚度仿真测试相对误差在8％以内、动刚度

仿真测试相对误差在15％以内,这说明仿真与测试结果较为吻合,可以在结构设计阶

段通过数值模拟的方式预测其静、动态刚度特性.研究结果对大型装备悬置系统的

结构设计、缩短研发周期以及预防振动噪声具有参考价值.

【期刊名称】《机械设计与制造》

【年(卷),期】2015(000)012

【总页数】4页(P213-215,220)

【关键词】大型矿车;橡胶悬置;静、动态刚度;显式有限元法

【作者】胡启国;周亨;罗天洪;彭涛;田振勇

【作者单位】重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;重庆交通大学机电

与汽车工程学院,重庆400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;重

庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,

重庆400074

【正文语种】中文

【中图分类】TH16;TH114

摘.：大型矿车的发动机质量巨大、安装方式独特，对其发动机悬置的静、动态刚

度特性进行研究具有重要意义。采用显式有限元计算方法对大型矿车的发动机橡胶

悬置进行了静、动态刚度特性分析，并在试验台上进行试验来检测数值仿真的精度，

结果表明：大型矿车发动机悬置的静刚度仿真测试相对误差在8%以内、动刚度仿

真测试相对误差在15%以内，这说明仿真与测试结果较为吻合，可以在结构设计

阶段通过数值模拟的方式预测其静、动态刚度特性。研究结果对大型装备悬置系统

的结构设计、缩短研发周期以及预防振动噪声具有参考价值。

随着矿用自卸车的不断发展，人们对其平顺性和舒适性的要求不断提高，因此矿用

自卸车的NVH性能就显得尤为重要，它是衡量平顺性和舒适性的重要指标之一。

大型矿车的发动机质量重达10t以上，通过安装支架与车架相连接，这种结构造

成其悬置系统与传统轿车的结构形式不一样，很有必要对发动机橡胶悬置的静、动

态刚度特性进行研究。但是市面上鲜有关于这种重量级别发动机悬置性能的研究资

料，目前对橡胶悬置系统进行静、动态刚度研究工作主要是针对中小型汽车，相关

研究有：

文献[1]对发动机悬置橡胶材料的非线性行为进行了研究，讨论了材料的非线性行

为与悬置的静、动态刚度之间的关系。文献[2-4]基于哑铃形橡胶试件的疲劳试验

结果，分别以应变能密度、最大主Green-Lagrange应变、有效应力为损伤参量

建立该橡胶材料的三种寿命预测模型对汽车动力总成橡胶悬置疲劳寿命进行预测。

文献[5-6]利用解析解法及有限元法对橡胶悬置的静态刚度特性的计算方法进行了

研究，并与实验进行对比，对橡胶元件的结构设计方法进行了总结；文献[7-8]研

究了轿车的发动机悬置刚度的测试方法，并对测试方法进行了有限元模拟，得到了

悬置的静、动态刚度。

综上所述，以往研究通过橡胶材料的非线性模型、先进的试验方法以及有限元数值

模拟对悬置的强度和刚度进行了分析，并取得了良好效果。然而这些研究绝大部分

都是针对中小型汽车，大型矿用自卸车是最近几年国内才开发出来的重量级装备，

其体积庞大，发动机橡胶悬置刚度与一般小型汽车不在一个数量级，相关研究资料

较为馈乏，为此，对其发动机橡胶悬置进行了静、动态刚度特性研究。

以某公司的一款大型矿用自卸车为研究对象，由于发动机质量超过10t，是普通轿

车的数十倍，其发动机的安装形式一般的汽车有所不同，其发动机并没有直接与车

架相连，而是安装在发动机安装支架上，通过安装支架与车架相连。其悬置采用三

点支撑方式，前悬置为一点支撑，后悬置为二点支撑，如图1所示。这种三点支

撑方式导致前后橡胶悬置的结构有所区别，前悬置包括支撑座、外衬套、内衬套、

橡胶件和承力杆等零件，后悬置包括支撑座、内衬套、橡胶件和承力杆等零件，它

与前悬置相比少了外衬套，且承力杆不再是两边对称承载。

建模时采用3维CAD软件进行建模，忽略对分析影响很小的零部件，同时对一些

无关紧要的细小特征进行简化处理。建模完成后导入Hypermesh软件进行网格划

分，整个模型主要用