載貨車板簧支架輕量化設計

方亮，徐論意（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

載貨車板簧支架輕量化設計

方亮，徐論意
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：為了實現(xiàn)整車輕量化，根據(jù)載貨車板簧支架的實際使用情況，運用拓撲優(yōu)化對板簧支架進行輕量化設計。根據(jù)經(jīng)驗工況設計后驗證支架出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，對加載工況重新定義，最終完成強化并通過試驗驗證，成功實現(xiàn)板簧支架輕量化。

關鍵詞：拓撲優(yōu)化；板簧支架；載貨車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.005

CLC NO.: U469.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-09-03

引言

為是適應節(jié)能環(huán)保發(fā)展趨勢，同時隨著國家法律法規(guī)越來越完善，油耗限值大幅度加嚴，重量法規(guī)對質量利用系數(shù)的要求，整車降重迫在眉睫。板簧支架是用于鋼板彈簧與車架的連接，傳遞二者之間的相對運動和作用力，所受載荷復雜，對該件輕量化設計需要更加完善的分析和驗證。

1、板簧支架拓撲優(yōu)化

1.1 板簧支架在某中型載貨車上的實際應用

板簧支架受力比較復雜，主要有垂直向上的承載沖擊力、與車輛行駛方向平行的加速及緊急制動力，車輛轉彎時施加在板簧支架上的橫向力，板簧支架在整車上裝配關系如圖1所示。

1.2 板簧支架優(yōu)化

根據(jù)載荷分配，該載貨車后軸載荷為9t，根據(jù)經(jīng)驗公式，對卷耳處分別施加垂跳2.5g、制動0.8g、轉彎0.5g及三個方向綜合四種工況載荷，分析時按最大載荷值50000N進行加載，具體工況定義見表1。

表1　板簧支架受力工況

通過拓撲優(yōu)化后結果如圖2，優(yōu)化前原件板簧支架重6.7kg，優(yōu)化結構板簧支架重3.8kg。按照定義工況對支架進行有限元分析，加載模型見圖3所示，經(jīng)分析得出結果見表2，各工況安全的系數(shù)都優(yōu)于原件。

表2　分析結果對比表

1.3 試驗驗證

制作樣件進行整車路試，結果出現(xiàn)前側上端安裝孔處加強筋根部斷裂，故障圖片見圖4，具體試驗里程分布如表3。

表3　樣件試驗里程分布

根據(jù)整車路試斷裂里程分布與斷裂部位判斷，斷裂載荷主要是垂跳和制動復合工況，追加臺架驗證，在40萬次出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，斷裂位置相同，臺架試驗情況見圖5。

綜上，優(yōu)化結構驗證中出現(xiàn)斷裂的主要原因是優(yōu)化時沒有考慮垂跳和制動方向載荷。

2、改善措施

根據(jù)試驗驗證分析結果，對板簧支架受力工況重新定義，具體見表4。

表4　板簧支架受力工況

重新對板簧支架進行強化結構設計，具體措施如表5，圖6所示。

表5　板簧支架的改善措施

按照重新定義載荷工況，對強化結構進行有限元分析，同時對比分析結果，具體見表6。

表6　分析結果對比表

由分析結果可以看出，工況2垂跳和制動方向應力最大達到483.8Mpa，且超過工況4垂跳、制動和轉彎復合。強化結構使工況2最大應力下降約19%，理論計算N2=N1×（δ 1/δ2)5，壽命增加2.8倍。

3、強化結構驗證

改善措施確定后，先對強化結構樣件進行臺架試驗，100萬次循環(huán)未出現(xiàn)斷裂，可以滿足壽命要求。強化結構件在整車上進行可靠性試驗，載荷狀況與優(yōu)化結構驗證時相同，樣車經(jīng)過強化12000km，山路8000km，未出現(xiàn)斷裂，由此可見，改善效果明顯，最終確定輕量化方案為強化結構，降重效果由原來6.7kg，降至4.8kg，降重1.9kg（28%）。

4、結論

由此例可見，通過拓撲優(yōu)化，同時使用新材料、新工藝，該支架實現(xiàn)降重1.9kg（28%），目前載貨汽車該類型支架還有很大輕量化空間。

根據(jù)驗證中發(fā)現(xiàn)的問題，對于前端固定，后段擺動吊耳結構懸架系統(tǒng)固定端的板簧支架需要考慮垂跳和制動的載荷工況，該工況比三向綜合工況應力大16%。同時也發(fā)現(xiàn)擺動吊耳結構對于制動工況載荷定義過大，后期可以進一步輕量化。

參考文獻

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The Light Weight Design Of The Truck Spring Bracket

Fang Liang, Xu Lunyi
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:In order to actualiaze the light weight of the truck, According to the truck spring bracket fact load,topological optimization is utilized to the light weight design of the spring bracket. The bracket that design according to the experience work condition break in the test. Then redefine the work condition,the strengthening structure bracket is passed the test,and the target that the light weight of spring bracket is reached.

Keywords:Topological optimization; Suspension Bracket; Truck

作者簡介：方亮，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

中圖分類號：U469.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-09-03