一款重卡駕駛室后懸置支架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

齊淼，黨龍，王蘭，申建乎，趙長城，李榮梅

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

前言

重型卡車駕駛室懸置的主要功能是通過前、后懸置支架與車架、駕駛室本體連接來支撐起駕駛室，利用彈性元件和減震器起到緩沖震動的作用，通過結(jié)構(gòu)中的彈性元件實(shí)現(xiàn)防止車身在轉(zhuǎn)向等行駛工況下發(fā)生的側(cè)向傾斜。

隨著汽車工業(yè)的不斷完善與發(fā)展，重型卡車駕駛員對卡車舒適性、安全性和可靠性等要求不斷提高。另外隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，面對國外高品質(zhì)重卡的市場沖擊，國內(nèi)重卡主機(jī)廠愈加重視舒適性、安全性、可靠性。本文以某重型卡車駕駛室后懸置為研究對象，以實(shí)際工況結(jié)構(gòu)分析，利用 Hyper Works軟件平臺建立有限元靜態(tài)分析模型，通過與原結(jié)構(gòu)的對比分析，證明優(yōu)化改進(jìn)后的支架結(jié)構(gòu)的可行性與有效性，及在駕駛室懸置系統(tǒng)性能要求方面的提升。

1 優(yōu)化設(shè)計需求來源

該重卡卡車駕駛室后懸置結(jié)構(gòu)簡單，利于整車布置，左右支撐內(nèi)部空間最大化。但是該結(jié)構(gòu)抗左右偏擺能力較差，未采用橫向減震器，導(dǎo)致橫向擺動幅度較大，抗駕駛室側(cè)傾的能力較差，目前表現(xiàn)為駕駛室舒適性差，易導(dǎo)致后懸置液壓鎖、減震器損壞率的上升。

對該后懸置支架進(jìn)行臺架試驗，實(shí)驗方法如下：

1.1 針對液壓鎖、減震器及支架系統(tǒng)

（1）單側(cè)固定，另一側(cè)在鎖銷中心橫向向內(nèi)分別加載37.6KG、70KG、100KG的載荷，測量鎖銷中心點(diǎn)的位移。

（2）單側(cè)固定，另一側(cè)在鎖銷中心橫向向外分別加載37.6KG、70KG、100KG的載荷，測量鎖銷中心點(diǎn)的位移。

1.2 單側(cè)支架

單側(cè)支架總成固定，在液壓鎖鎖銷中心向外分別加載37.6KG、70KG、100KG的載荷，測量鎖銷中心點(diǎn)的位移。

實(shí)驗所得結(jié)果如下圖：

圖1 臺架試驗位移曲線

橫向向內(nèi)加載：當(dāng)受 75kg的力時，鎖止部位位移為11mm；等效剛度為66.8N/mm。

橫向向外加載：當(dāng)受 75kg的力時，鎖止部位位移為11mm；等效剛度為66.8N/mm。

單測液壓鎖向外加載：當(dāng)受75kg的力時，鎖止部位位移為13mm；等效剛度為56.5N/mm。

實(shí)驗數(shù)據(jù)顯示，該支架橫向剛度較小，在轉(zhuǎn)彎等橫向力較大時會引起較大位移，即該后懸置抗側(cè)傾性能較差。

2 改進(jìn)方案及結(jié)構(gòu)性能分析

針對該重卡后懸置支架抗側(cè)傾能力較差的問題，需對該支架進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計，以提高懸置系統(tǒng)抗側(cè)傾能力，提升駕駛室舒適性及安全性。

該支架為拼焊總成，焊接結(jié)構(gòu)存在焊接過程中易變形、焊接過程內(nèi)應(yīng)力較高、焊縫影響外觀及可靠性等缺點(diǎn)。鑄鋼件則在避免以上問題的同時，還可通過不同的熱處理工藝在較大的范圍內(nèi)選擇力學(xué)性能和使用性能，并可有效減少加工切削量?；谏鲜鲈?，確定更改方案為鑄件結(jié)構(gòu)替代焊接結(jié)構(gòu)。

圖2 位移分析結(jié)果

保證減震器、液壓鎖及與車架連接方案不變的前提下，在原拼焊結(jié)構(gòu)支架的基礎(chǔ)上完成鑄件三維數(shù)模繪制。并進(jìn)行鑄造工藝性、加工可行性分析。按照上文實(shí)驗方法，利用HyperWorks軟件對原支架后懸置總成及優(yōu)化支架后的后懸置總成模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，將支架在載荷為75KG時的最大應(yīng)力、載荷加載點(diǎn)最大位移的分析結(jié)果進(jìn)行對比。

表1 靜力學(xué)分析位移結(jié)果對比

在加載載荷、約束等外部條件完全一致的情況下，原結(jié)構(gòu)與改進(jìn)后結(jié)構(gòu)在HyperWorks軟件中的分析結(jié)果如下：

圖3 受力分析結(jié)果

表2 靜力學(xué)分析應(yīng)力結(jié)果對比

3 優(yōu)化改進(jìn)方案與原方案對比

根據(jù)以上實(shí)驗數(shù)據(jù)及 HyperWorks軟件分析結(jié)果，改進(jìn)后鑄件支架懸置總成在受力、支架剛度等方面比原焊接結(jié)構(gòu)有大幅提升。

圖4 支架原模型與優(yōu)化后模型對比

3.1 降低零件生產(chǎn)成本

原結(jié)構(gòu)為鈑金拼焊件，五個零件焊接組成支架總成，改進(jìn)后支架為單一零件，工時成本、庫存成本、管理成本、轉(zhuǎn)運(yùn)成本等都可大幅降低。

3.2 減少風(fēng)險點(diǎn)

原結(jié)構(gòu)加工過程較多，會造成加工過程中誤差累計的增加，改進(jìn)后為鑄件結(jié)構(gòu)，僅需機(jī)加工處理，零件質(zhì)量控制、焊接過程控制等風(fēng)險點(diǎn)可以大大減少。

3.3 抗偏擺性能提高

相比于原結(jié)構(gòu)的鈑金拼焊結(jié)構(gòu)，改進(jìn)后的精鑄件結(jié)構(gòu)在抗左右偏擺能力上有很大提升。

4 結(jié)論

本文針對某款抗側(cè)傾能力較差的駕駛室后懸置總成進(jìn)行分析研究，通過改進(jìn)其支架結(jié)構(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)該懸置的性能提升。在不影響相關(guān)零部件裝配、使用的前提下，將原支架鈑金拼焊結(jié)構(gòu)更改為精鑄件結(jié)構(gòu)。HyperWorks軟件分析結(jié)果表明，改進(jìn)后的支架，最大位移減小約18%，最大應(yīng)力減小約00.0.45%，靜態(tài)承載安全系數(shù)同步大幅提高，加工過程風(fēng)險因素有效減少。