負(fù)載類支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

時(shí) 辰

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

負(fù)載類支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

時(shí) 辰

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

∶某輕型卡車在可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，冷凝器支架發(fā)生斷裂。文章通過對(duì)比分析，提出整改方案，強(qiáng)度分析等手段，解決支架斷裂問題。從而找到了一種優(yōu)化方法，為負(fù)載類支架設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了思路。

∶冷凝器支架；強(qiáng)度分析；最大應(yīng)力；支架斷裂

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.026

CLC NO.: U463.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-71-03

前言

負(fù)載類支架是指負(fù)擔(dān)承載的起支撐作用的構(gòu)架。它在汽車工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，通常用于蓄電池、油箱等零部件的支撐與固定。卡車往往在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，這對(duì)負(fù)載類支架可靠性帶來嚴(yán)峻的考驗(yàn)，無(wú)論試驗(yàn)驗(yàn)證過程中或是市場(chǎng)反饋，支架斷裂問題層出不窮，負(fù)載類支架的可靠性一直是衡量支架質(zhì)量的重要指標(biāo)。

隨著汽車工業(yè)發(fā)展，道路試驗(yàn)條件要求日益苛刻，這對(duì)支架可靠性的要求越來越高，給負(fù)載類支架強(qiáng)度帶來很大挑戰(zhàn)。同時(shí)，支架設(shè)計(jì)要求輕量化來減少成本浪費(fèi)，這些都給支架設(shè)計(jì)帶來更高要求。

下面通過某輕型卡車?yán)淠髦Ъ軆?yōu)化案例，淺析負(fù)載類支架的優(yōu)化方法。

1、負(fù)載類支架設(shè)計(jì)優(yōu)化例舉

1.1支架斷裂案例

某輕型卡車?yán)淠髦Ъ茉诳煽啃栽囼?yàn)驗(yàn)證時(shí)發(fā)生斷裂現(xiàn)象（冷凝器支架斷裂如圖1所示）。該支架材料為Q235A，冷凝器重量約為5kg，布置位置為輕型卡車縱梁外側(cè)。

圖1　冷凝器支架斷裂圖

1.2分析方法及改進(jìn)方案

針對(duì)斷裂問題，我們分下面幾步進(jìn)行分析改進(jìn)：①將斷裂支架與類似成熟車型支架進(jìn)行對(duì)比分析，找出不足；②對(duì)斷裂支架用軟件（ANSA、NASTRAN、HYPERVIEW等軟件）進(jìn)行強(qiáng)度分析，找出支架薄弱點(diǎn)；③提出改進(jìn)措施，將整改方案進(jìn)行強(qiáng)度分析，找出最優(yōu)方案驗(yàn)證其可靠性。

圖2　冷凝器支架布置圖

1.2.1與成熟車型支架進(jìn)行對(duì)比

圖3　支架對(duì)比圖

支架斷裂處位于支架與車架的連接面，初步分析，該連接面處支架強(qiáng)度不足是斷裂的主要原因。

1.2.2用軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析

根據(jù)冷凝器數(shù)模建立有限元分析模型。鈑金件采用SHELL單元離散，粘膠采用SOLID單元模擬，縫焊采用RBE2單元模擬，點(diǎn)焊采用CWELD單元模擬。約束支架與車架的連接面上螺栓孔位的所有自由度，在冷凝器質(zhì)心上，用一質(zhì)量單元模型冷凝器，用剛性單元連接冷凝器的四個(gè)安裝孔，有限元模型見圖4?？疾煸诹N工況下的應(yīng)力水平，見表1。

圖4　有限元模型

表1　分析工況

分析結(jié)果如下：

圖5　X向4.4G加速度工況應(yīng)力云圖結(jié)果對(duì)比圖

圖6　Y向4.4G加速度工況應(yīng)力云圖結(jié)果對(duì)比圖

圖7　Z向4.4G加速度工況應(yīng)力云圖結(jié)果對(duì)比圖

分析結(jié)果：由分析可看出，X向4.4G加速度工況下支架應(yīng)力最大，且斷裂位置與此工況下應(yīng)力分布十分吻合，此時(shí)支架在斷裂位置的最大應(yīng)力為136MPa，而成熟車支架在同種工況下的最大應(yīng)力僅為82.9MPa。

其中，支架所用材料為Q235A，材料的抗拉強(qiáng)度為235MPa，校核支架的屈服極限為235MPa×0.45=105.8MPa（選取校核強(qiáng)度的安全系數(shù)為0.45）。

因此可得知，問題支架不滿足強(qiáng)度校核要求，而成熟支架滿足要求。

1.2.3提出改進(jìn)措施并分析驗(yàn)證

下面從3個(gè)方面改進(jìn)結(jié)構(gòu)，以考察結(jié)構(gòu)強(qiáng)度改善效果。

①將斷裂處連接面加長(zhǎng)15mm，與成熟車長(zhǎng)度一致

圖8

結(jié)論：此支架最大應(yīng)力為112MPa，不能滿足強(qiáng)度要求。

②改變中間支架厚度，由原結(jié)構(gòu)3mm改為4mm

圖9

結(jié)論：此支架最大應(yīng)力為130MPa，不能滿足強(qiáng)度要求。

③在斷裂處連接面增加厚度為2mm的加強(qiáng)板

圖10

結(jié)論：此支架最大應(yīng)力為80MPa，滿足強(qiáng)度要求。

1.3整改結(jié)論

三種修改方案均可以降低斷裂處的最大應(yīng)力值，第三種方案效果最好，改進(jìn)后的結(jié)果接近成熟車支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度水平。后期進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果無(wú)斷裂情況發(fā)生。

2、總結(jié)

針對(duì)某輕型卡車?yán)淠髦Ъ軘嗔褑栴}及優(yōu)化方案案例，針對(duì)問題提出了三種優(yōu)化方案：增大斷裂面、強(qiáng)化加強(qiáng)板、斷裂面增加襯板。通過軟件強(qiáng)度分析、道路試驗(yàn)雙重驗(yàn)證，最終得出，通過增加襯板的方案效果最佳，且此方案易實(shí)現(xiàn)，成本變動(dòng)最小，為后期負(fù)載類支架優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

[1] 劉占峰,宋力,趙丹平.汽車空調(diào)[M].北京大學(xué)出版社,2011.

[2] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].高等教育出版社,2012.

[3] 賀李平,龍凱.Ansys13.0與HyperMesh11.0聯(lián)合仿真有限元分析[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

Optimization design method of load type bracket

Shi Chen
(Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601)

The condenser bracket breaks when the light truck in the process of reliability test. In this article, we solve this case by means of comparative analysis, proposing modified solutions and strength analysis.Finally, we find a optimized way, providing a idea for us, to solve this case.

Condenser bracket; Strength analysis; Maximum stress; Bracket fracture

∶U463.1

∶A

∶1671-7988 (2016)09-71-03

時(shí)辰（1990-），男，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事電器其設(shè)計(jì)。