某微卡前懸架上擺臂失效分析及改進(jìn)

周從源，孫翔鴻

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某微卡前懸架上擺臂失效分析及改進(jìn)

周從源，孫翔鴻

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章通過(guò)Nastran有限元分析軟件，對(duì)各工況下，某微卡前懸架上擺臂應(yīng)力情況進(jìn)行分析，確定失效原因。并對(duì)前懸架上擺臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和道路可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，從而滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度及可靠性要求。

前懸架上擺臂；有限元；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；可靠性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.027

CLC NO.: U469.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-78-02

引言

懸架是汽車(chē)上的重要總成之一，它把車(chē)身和車(chē)輪彈性地連接在一起。懸架的主要作用是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力等，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)身的沖擊載荷，衰減由此引起的振動(dòng)，保證汽車(chē)行駛平順性[1]。因此，懸架系統(tǒng)必須要有良好的可靠性，具有足夠的剛度、強(qiáng)度和壽命。

1、問(wèn)題現(xiàn)狀

某微卡采用圖1所示雙橫臂式前獨(dú)立懸架，在安徽定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)化路驗(yàn)證過(guò)程中，出現(xiàn)駕駛室左下方異響，停車(chē)檢查發(fā)現(xiàn)：左側(cè)前懸架上擺臂有開(kāi)裂問(wèn)題，故障現(xiàn)象見(jiàn)圖2。

2、失效原因分析

2.1工況設(shè)定

根據(jù)車(chē)輛類(lèi)型和使用情況，以三種典型的極限工況確定該懸架的極限受力情況。三種典型的極限工況為：垂直動(dòng)載、直線行駛時(shí)側(cè)向力最大，緊急制動(dòng)（前懸架）[2]。

根據(jù)整車(chē)軸荷分布及懸架結(jié)構(gòu)，計(jì)算得出三種工況下的最終載荷情況如表1所示。

工況1：垂直力z最大。

工況2：側(cè)向力y最大。

工況3：制動(dòng)力x最大。

表1 三種工況最終載荷情況

2.2計(jì)算結(jié)果

表2 現(xiàn)結(jié)構(gòu)三種工況計(jì)算結(jié)果

現(xiàn)有件為沖壓焊接件，屈服強(qiáng)度為 305MPa，通過(guò)仿真分析可知，原有的前懸架上擺臂在以下兩種情況時(shí)，強(qiáng)度不滿足要求：通過(guò)凹坑或凸起時(shí)，z向力最大；緊急制動(dòng)時(shí)，x向力最大。

3、優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析

3.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在保證現(xiàn)有的裝配應(yīng)點(diǎn)與原沖壓焊接件的對(duì)應(yīng)點(diǎn)保持不變的情況下，上擺臂本體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，材料：1.采用鑄件，材料使用QT400-15；2.采用鍛件，材料使用40Cr[3]。

上擺臂的球頭支座與擺臂本體鑄造成一體，通過(guò)壓裝工藝將球銷(xiāo)裝配在球座中，接著裝配防塵罩、卡環(huán)等配件。

3.2優(yōu)化分析

結(jié)構(gòu)優(yōu)化后仍然采用表1三種工況邊界條件進(jìn)行分析。

表3 優(yōu)化后三種工況計(jì)算結(jié)果

可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，鑄件或鍛件均能滿足各工況強(qiáng)度要求，考慮到制造成本，采用鑄件結(jié)構(gòu)。

4、試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1強(qiáng)化路驗(yàn)證

整改后的鑄造前懸架上擺臂安裝在試驗(yàn)車(chē)上，經(jīng)過(guò)20000km鵝卵石、凹坑、扭曲路等強(qiáng)化路面驗(yàn)證，均未出現(xiàn)前懸架上擺臂開(kāi)裂問(wèn)題。

4.2緊急制動(dòng)驗(yàn)證

整改后的鑄造前懸架上擺臂安裝在試驗(yàn)車(chē)上，進(jìn)行多輪緊急制動(dòng)驗(yàn)證，均未出現(xiàn)前懸架上擺臂開(kāi)裂問(wèn)題。

5、結(jié)論

通過(guò)對(duì)失效的前懸架上擺臂物理模型進(jìn)行三種極限工況的有限元分析，確定了原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的問(wèn)題；根據(jù)應(yīng)力分布情況對(duì)前懸架上擺臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、理論分析并通過(guò)實(shí)車(chē)驗(yàn)證，確保了該零部件的強(qiáng)度及可靠性。

[1] 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000(05):133.

[2] 扶原放,金達(dá)鋒.多工況懸架下擺臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2009(08):1-3.

[3] 戈曉嵐,王特典.工程材料[M].南京:東南大學(xué)出版社,2000(01): 112-115.

A micro card front suspension arm is placed on failure analysis and improvement

Zhou Congyuan, Sun Xianghong
( Anhui jianghuai automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Based on the finite element analysis software-Nastran,this paper determines its failure reason by analyzing stress conditions of swing arm on front suspension of one mini-truck under various operation conditions.And the author also makes structure optimization and road test verification for the swing arm of front suspension in order to meet the strength and reliability of the design requirements.

Swing arm of front suspension; The finite element; Structure optimization; Reliabilit

U469.6

A

1671-7988（2015）09-78-02

周從源，總布置設(shè)計(jì)工程師，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心。