某制動電磁閥支架性能分析與優(yōu)化

鄒賓興

某制動電磁閥支架性能分析與優(yōu)化

鄒賓興

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330052）

為了分析某制動電磁閥支架的性能是否符合設(shè)計(jì)要求，首先采用有限元技術(shù)建立制動電磁閥支架模型，對其進(jìn)行模態(tài)性能分析，分析結(jié)果表明其第一階固有頻率低于路面激勵(lì)，將會引起共振，不符合振動特性要求。然后對其進(jìn)行頻率響應(yīng)強(qiáng)度分析，分析結(jié)果表明其最大應(yīng)力超過材料屈服，不滿足強(qiáng)度要求。最后采用Optistruct軟件對其厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化之后其模態(tài)性能和強(qiáng)度性能均符合要求，優(yōu)化效果比較明顯。

電磁閥支架；模態(tài)；強(qiáng)度；優(yōu)化

1 引言

制動電磁閥是汽車制動系統(tǒng)的重要組成部分，制動電磁閥通過固定支架安裝在車架縱梁后端，當(dāng)車輛行駛在凹坑路面時(shí)，其將受到路面振動激勵(lì)，當(dāng)其固有頻率與路面激勵(lì)頻率接近時(shí)，將發(fā)生共振風(fēng)險(xiǎn)，直接影響制動系統(tǒng)的安全性和可靠性，因此制動電磁閥支架的模態(tài)性能和強(qiáng)度性能顯得特別重要。為了校核某新型制動閥電磁支架的性能是否符合要求，現(xiàn)采用有限元方法對其進(jìn)行模態(tài)分析和頻率響應(yīng)強(qiáng)度分析，并且對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 模態(tài)性能分析

2.1 建立有限元模型

某新型制動電磁閥總成主要由車架縱梁、電磁閥、固定支架組成，電磁閥本體重量為1.2kg，電磁閥支架的厚度為3.0mm，其材料為Q235（屈服強(qiáng)度為235.0MPa），將它們的三維模型導(dǎo)入至有限元前處理軟件Hypermesh中[1,2]，抽取車架縱梁和固定支架的中性面，并且采用尺寸為3mm的四邊形殼單元對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，電磁閥本體采用3mm的四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，螺栓連接采用剛性單元（RBE2）連接，以此建立制動電磁閥支架有限元模型，如圖1所示。

圖1 制動電磁閥支架有限元模型

2.2 模態(tài)分析結(jié)果

基于制動電磁閥支架有限元模型，采用Nastran軟件[3]約束縱梁兩端對其進(jìn)行模態(tài)性能分析，獲取其第一階固有頻率為26.4Hz。如圖2所示為其模態(tài)陣型，由圖2可知，其表現(xiàn)為Z向彎曲。該制動電磁閥支架的第一階固有頻率低于路面激勵(lì)（30.0Hz），將會發(fā)生共振風(fēng)險(xiǎn)，不滿足模態(tài)特性要求。

圖2 制動電磁閥支架第一階模態(tài)陣型

3 強(qiáng)度性能分析

3.1 邊界條件

基于制動電磁閥支架有限元模型，采用Nastran軟件在車架縱梁兩端同時(shí)加載X方向（1.0g）、Y方向（1.0g）和Z方向（2.0g）的振動激勵(lì)，頻率計(jì)算范圍0~100Hz，阻尼為0.05，以此對其進(jìn)行頻率響應(yīng)強(qiáng)度分析。

3.2 頻率響應(yīng)分析結(jié)果

圖3 制動電磁閥支架頻率-應(yīng)力曲線

如圖3所示，為制動電磁閥支架頻率-應(yīng)力曲線。由圖3可知，當(dāng)激勵(lì)頻率為26.4Hz時(shí)，支架的應(yīng)力幅值達(dá)到最大（252.6MPa）。

如圖4所示，為制動電磁閥支架的應(yīng)力云圖。由圖4可知，制動電磁閥支架的應(yīng)力集中點(diǎn)位于支架的折彎處，其應(yīng)力最大值超過其材料屈服極限，不符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，存在疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 制動電磁閥支架應(yīng)力云圖

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了使該制動電磁閥支架的模態(tài)性能和強(qiáng)度性能符合設(shè)計(jì)要求，基于Optistruct軟件[4]以制動電磁閥支架的應(yīng)力最小化和第一階模態(tài)頻率最大化作為目標(biāo)函數(shù)，對支架的厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化之后制動電磁閥支架厚度的最優(yōu)值為3.5mm。如圖5所示，為優(yōu)化之后的制動電磁閥支架的應(yīng)力云圖。由圖5可知，其最大應(yīng)力水平為186.8MPa，小于其材料極限值，能夠符合強(qiáng)度性能要求。其第一階固有頻率32.8Hz，整體優(yōu)化效果比較明顯。

圖5 優(yōu)化之后的制動電磁閥支架應(yīng)力云圖

5 結(jié)論

采用有限元技術(shù)對某制動電磁閥支架進(jìn)行模態(tài)性能，其第一階固有頻率為26.4Hz，不符合模態(tài)特性要求。其頻率響應(yīng)強(qiáng)度的最大應(yīng)力值為252.6MPa，超過材料屈服，不滿足強(qiáng)度性能要求。通過對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其模態(tài)性能和強(qiáng)度性能均得到了一定的提升，均符合設(shè)計(jì)要求。

[1] 潘宇.某車型副車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].機(jī)械強(qiáng)度,2017,39（6）:1490-1494..

[2] 趙燕,趙攀,阮成明,等.考慮剛?cè)狁詈咸匦缘腟UV控制臂強(qiáng)度分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2018（8）:80-83.

[3] 索明何,吳慶捷.汽車蓄電池支架頻率響應(yīng)分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2019,35（1）:196-199.

[4] 曹立波,宋慧斌,武和全,等.基于拓?fù)鋬?yōu)化的汽車前縱梁耐撞性設(shè)計(jì)[J].中國機(jī)械工程,2016,27（6）:827-832.

Performance Analysis and Optimization of a Brake Electron Magnetic Valve Bracket

Zou Binxing

（Product Development & Technology Center, Jiangling Motors Corporation Limited, Jiangxi Nanchang 330052）

Aiming at analyzing the performance of a brake electron magnetic valve bracket whether meet the design requirements.Firstly, the brake electron magnetic valve bracket model was established by adopt finite element technique, it was modal performance analyzed, the analysis result showed that its first natural frequency was lower than the road excitation, so it would cause resonance, it couldn’t meet vibration characteristics requirements.Secondly, the brake electron magnetic valve bracket was frequency response strength analyzed, the analysis result showed that its maximum stress exceeds material yield, it couldn’t meet strength requirements. Lastly, the brake electron magnetic valve bracket thickness was optimized design by adopt Optistruct software, its modal and strength properties could meet the requirements after optimized, the optimization effect was obvious.

Electron magnetic valve bracket; Modal; Strength; Optimized

A

1671-7988(2019)21-77-02

TH16

A

1671-7988(2019)21-77-02

鄒賓興（1986.04-），男，本科，工程師，就職于江鈴汽車股份有限公司，研究方向：項(xiàng)目管理、油耗動力性開發(fā)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.026

CLC NO.: TH16