應用有限元方法指導輕型載貨車懸架支架結構優(yōu)化

方亮，徐論意

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

應用有限元方法指導輕型載貨車懸架支架結構優(yōu)化

方亮，徐論意

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對懸架支架在試驗中所出現(xiàn)的問題，應用有限元軟件建立懸架支架的計算模型，并在有限元模型的計算結果下指導懸架支架的結構改進，降低了支架應力，提高了支架的使用壽命。

有限元；輕型載貨車；懸架支架

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.030

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-87-03

引言

懸架支架是整車承載系的重要部件，是用于彈性元件鋼板彈簧與車架的連接。本文結合懸架支架在試驗中出現(xiàn)的故障，運用有限元方法對支架斷裂故障及改進措施進行了分析，改善措施實施后，懸架支架在試驗中的壽命有大幅提高。

1、懸架支架斷裂原因的分析

1.1懸架支架斷裂故障的描述

某輕型載貨汽車懸架支架，所匹配的車型 GVW 為 4845kg，試驗中反饋該懸架支架在行駛里程3762km以內的強化路，在安裝孔處頻繁出現(xiàn)裂紋，如圖1和表1所示。

表1 懸架支架可靠性試驗斷裂統(tǒng)計

1.2懸架支架斷裂原因分析

建立整車的受力模型，分別計算懸架豎直向、橫向、縱向的受力情況。整車受力簡圖與懸架系統(tǒng)單側三個方向的受力簡圖分別如圖2、圖3、圖4、圖5所示。

由上圖所示，推倒出以下公式：

F1=n1×（Wf-Gf）/2 （1）

式中 F1——前軸懸架系統(tǒng)單側豎直向受力

n1——整車豎直向負荷系數(shù)取2.5

Wf——前軸荷

Gf——前軸簧下質量

Rf0=Wf/2+n2×W×h/(tf+a/b×tr) （2）

式中 Rf0——整車轉向時單側最大輪荷

W——總重量

h——重心高度

tf——前輪距

tr——后輪距

a——質心距前輪距離

b——質心距后輪距離

n2——橫向負荷系數(shù)取0.5

Ff3=n×Rf0 （3）

式中 Ff3——懸架系統(tǒng)單側橫向受力

Rf=Wf/2+(μ×W×h)/S×1/2 （4）

式中 Rf——制動時單側最大輪荷

μ——整車縱向方向負荷0.8系數(shù)

S——軸距該車為3308

Ff4=μ×Rf （5）

式中 Ff4——懸架系統(tǒng)單側縱向受力

式中整車實際質量及尺寸參數(shù)如表2所示，計算值見表3。

表2 整車實際質量及尺寸參數(shù)

表3 懸架支架受力計算值

結合以上受力分析情況，按如下原則建立如下懸架支架的有限元模型［1，2］：

（1）按其試驗滿載質量來計算懸架支架所承受的豎直向、橫向和縱向。

（2）在懸架支架安裝孔處約束六個自由度。

（3）采用實體單元 HEX8劃分網(wǎng)格，單元尺寸控制在3mm～5mm。

懸架支架有限元計算結果見圖7、表4：

表4 懸架支架應力最大值及分布位置

懸架支架的材料為QT450-10，屈服強度為310MPa，由此可以判定受橫向力工況時安裝孔處應力最大，可以判斷為主要斷裂原因。

2、改善措施及分析

針對懸架支架產(chǎn)生故障的原因，懸架支架的強度不能滿足實際載荷情況而引起的，所以制定了如下措施，并進行了有限元分析，分析結果見圖8、表5。

表5 懸架支架的改善措施

表6 整改措施對比表

從分析結果來看，通過連接結構優(yōu)化，最大應力位置轉移至翼面安裝孔處，應力下降約52%，改善效果明顯，同時重量由原來1.3kg，降至1kg，降重23%，安全率由原1.1提升至2.2。

3、改善措施的試驗驗證

改善措施確定后，選取了故障發(fā)生樣車上更換優(yōu)化樣件，載荷狀況相同，進行整改樣件的驗證，改善結果如下表所示：

表7 改善措施效果表

由此可見，改善效果明顯，懸架支架的驗證里程均有很大的提高。

4、結論

首先，應用有限元方法指導懸架支架結構優(yōu)化針對性較強，無須驗證多種方案，節(jié)省了試驗時間，縮短了改進驗證周期。

其次，我們在改進時可以通過結構優(yōu)化降低應力，而不是一味增加材料厚度或者提高材質來提高安全率。

最后，可以模擬分析多系列車型支架，進行安全率比對，對設計冗余支架進行降重優(yōu)化。

[1] 王霄鋒.汽車車輪結構強度分析[J] .機械強度,2002,24(01).

[2] 張立新.ANSYS 7.0 基礎教程[M] . 北京:機械工業(yè)出版社,004 (03).

[3] 石亦平.ABAQUS有限元分析示例詳解[M] .北京:機械工業(yè)出版社,2006.

[4] 王望予.汽車設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

The Structural Improvement of Light Truck suspension Bracket using FEA

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

In order to solve the problems of light truck suspension bracket, the model of suspension bracket is established using FEA software, According to FEA calculation results, modified the bracket structure, these modifications reduced the high stress in the bracket, therefore improved the using life of it.

FEA; Light Truck; Suspension Bracket

U467.3

A

1671-7988（2015）09-87-03

方亮，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。