某型前獨立懸掛下擺臂總成與減震器支架的改進分析

馮文

摘 要：以某型前獨立懸掛下擺臂總成與減震器支架為例，采用AN SYS 建立了該結構有限元模型，其中考慮了結構材料、減震器線速度、輸入載荷、應力等因素，對其進行了整體受力分析。分析結果表明了該結構內(nèi)部受力大小及分布情況，再結合臺架疲勞試驗結果對該獨立懸掛下擺臂整體結構可靠性進行分析研究。對獨立懸掛下擺臂結構的改進設計、使用及維修具有一定的參考價值。

關鍵詞：前懸下擺臂；可靠性分析；維修改進

1 問題概況

基于某9米公交車型前獨立懸架下擺臂總成開裂的報告，內(nèi)容如下：

車型：6900J，車牌號：BUS014、BUS019，行駛里程：14萬公里，問題描述：前懸掛下擺臂發(fā)生斷裂故障。

斷裂照片說明，見圖1：

2 初步原因分析

2.1 在初次優(yōu)化設計下擺臂時，曾對下擺臂（材料QT450-10，表1）進行了可靠性分析（減振器在0.52m/s時，拉力10910N）并做了相應的試驗（PMS—500液壓脈動疲勞試驗機），如表2。

2.2 在接到獨立懸架下擺臂總成開裂報告后，向減震器供應商探討了此問題，并提供了減震器在極限線速度1.5m/s的示工圖（圖2），輸入載荷，13300N。并且按照此工況分析了新的球鐵件整體臂并改進了裝配方式。

2.3 分析結果

2.3.1 筆者認為此下擺臂斷裂非疲勞斷裂，應該是沖擊斷裂。通過對斷裂件圖片、當?shù)氐穆窙r及司機駕駛習慣的再次分析，筆者初步認為線速度應該取1.5m/s來滿足客戶的實際情況（以減振器1.5m/s的線速度下的阻尼力13300N）。

2.3.2 原分體下擺臂設計為了滿足螺栓連接而造成此區(qū)域的局部剛度過大，易造成其周邊應力集中，最大應力集中區(qū)域在下擺臂的（如圖3示）。

3 改進方案簡介

針對原分體臂焊接變形大，加工困難而優(yōu)化設計新的下擺臂，新下擺臂為球鐵件整體下擺臂，整體結構進行了加強和優(yōu)化，下擺臂整體應力分布均勻。（見3.1中圖3新下擺臂結構圖）。

3.1 舊分體臂與新整體臂CAE分析及試驗

第一次改進分析由減振器廠家提供的減振器測試報告中線速度0.52m/s，減振器阻尼力為輸入載荷，10910N。

對比圖如下圖3、圖4。

下擺臂總成分析結果：受力最大為模型左側下擺臂安裝支架的凸臺及通孔處。

由圖3、圖4分析可知：整體臂應力分布均勻，安全系數(shù)高，優(yōu)勢明顯。

3.2 新整體臂及減震器支架集成CAE分析

在對減震器架和下擺臂組件做5-35kN加載的疲勞試驗運行過程中，發(fā)現(xiàn)安裝支架的?14螺栓出現(xiàn)11次斷裂現(xiàn)象，當疲勞頻次數(shù)9.004萬次后，下擺臂和支架從螺栓孔處開裂。因此將減震器支架改為裝下平面，原減震器支架無法滿足現(xiàn)在減震器的安裝高度，現(xiàn)采用板焊件，做CAE分析如下：

3.2.1 下擺臂分析數(shù)模，圖5。

3.2.2 減振器支架CAE分析，圖6。

3.2.3 減震器支架和下擺臂組件5-35kN加載的疲勞試驗，圖7。

4 總結及分析結論

根據(jù)以上的CAE分析及試驗驗證，改進的下擺臂和減震器支架采用整體球鐵下擺臂和減震器支架安裝于下平面的安裝方式比以往的分體下擺臂和安裝方式更為合理。合理的安裝方式如圖8所示：

參考文獻：

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