基于有限元的发动机悬置托臂静态强度分析与改进

谢 凯

（凯斯纽荷兰（中国）管理有限公司，上海200131）

0 引言

发动机悬置托臂是连接发动机与车架非常关键的零部件，C925车型在初期实验阶段出现金属托臂断裂情况（图1、图2）。针对这一失效问题，本文对该托臂进行强度分析，并在模具改动最小的前提下进行改进设计。

图1 悬置托臂断裂图

图2 托臂断裂分解图

1 计算机模型的建立

有限元应力分析能够快速有效地找到零件的薄弱点，将该产品在CATIA中的三维模型导入ABAQUS进行网格划分，单元基本尺寸3mm，类型C3D10M，取Z向视图（图3）。

图3 托臂网格示意图

托臂的材料是AlSi9Cu3，参考标准EN AC－46000材料特性参数（表1）。

表1 材料特性参数

2 边界条件和加载

如图4所示，托臂的3个孔固定于发动机对应的支座上，另一端固定于车架上，分别对不同的工况进行加载。

图4 悬置示意图

根据发动机不同工作条件下的扭矩及传动比，经过ADAMS机械系统动力学自动分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），计算出不同工况下的受力值（表2）。

表2 不同工况下的受力值

3 计算分析

针对上述不同工况下的应力要求对产品进行运算分析，找出最大应力点。托臂的应力云图如图5～图12所示。分析云图可见不同工况下的最大应力位置。为了方便对比，现将优化前后最大应力值以及标准要求同时放入表3中。

图5 工况1#

图 6 工况 2#

图 7 工况 3#

图 8 工况 4#

图9 工况5#

图 10 工况 6#

图 11 工况 7#

图 12 工况 8#

表3 优化前后不同工况下的最大应力值 单位：MPa

可见，优化前最大应力在工况1#、2#、3#、5#的情况下均不满足规范要求。

4 结构优化

根据ABAQUS的分析结果，在尽量少改动托臂压铸模具的前提下，采用增加材料的方式来减小最大应力值，如图13所示，改进托臂在增加一条加强筋（圆圈处）的同时增加脱模圆角来减小应力值。

图13 改进方案

再次对改进后的托臂进行不同工况下的应力分析，并将优化后的最大应力值汇总于表3中。

5 结语

通过对悬置托臂1#～8#工况下的静刚度进行有限元分析，可以清晰地看出应力分布位置。在尽量避免压铸模具报废的前提下，采用增加材料的方式减小最大应力值来满足标准要求。

［1］王勖成．有限单元法［M］．清华大学出版社，2003

［2］机械设计手册编委会．机械设计手册（单行本）：疲劳强度设计［M］．机械工业出版社，2007

［3］吴富民．结构疲劳强度［M］．西北工业大学出版社，1985