趙軍峰

上海汽車集團(tuán)股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海 200438

0 引言

空氣懸架系統(tǒng)是當(dāng)今流行于發(fā)達(dá)國家汽車行業(yè)的先進(jìn)產(chǎn)品，在牽引車上面的使用率已經(jīng)達(dá)到了80%，結(jié)合目前我國高速公路的不斷拓展和改善，從某種程度上為汽車空氣懸架的發(fā)展和運(yùn)用創(chuàng)造了有力的硬件條件。

據(jù)統(tǒng)計，截止2007年底，我國高速公路的通車?yán)锍桃呀咏?.36萬公里，高速公路總里程穩(wěn)居世界第二，僅次于美國，而且隨著高速公路以每年4000km的速度增長，我國到2012年底將建成8.9萬公里的高速公路，基本上完成了我國現(xiàn)代化交通網(wǎng)絡(luò)的基本骨架和結(jié)構(gòu)。隨著我國高速公路的快速發(fā)展，必然會對汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性和安全性提出更高的要求，從整體上對空氣懸架在國內(nèi)市場的運(yùn)用起到了很好的促進(jìn)作用。

另外，伴隨著重型汽車對路面破壞機(jī)理的研究與認(rèn)識逐步加深，以及國家對高速公路養(yǎng)護(hù)的重視，并適時制訂了超限超載等相關(guān)法規(guī)與政策，使得空氣懸架系統(tǒng)在重型汽車上的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大，因此，為了更好的適應(yīng)高速公路運(yùn)輸?shù)男枰霋鞝恳噾?yīng)盡可能的使用空氣懸架系統(tǒng)。

1 空氣懸架結(jié)構(gòu)特點

半掛牽引車全氣囊式空氣后懸架系統(tǒng)，包括車架、后橋、膜式空氣彈簧、高度傳感器總成、儲氣筒總成、減震器總成，以及支架、橡膠限位塊、V型推力桿、縱向推力桿、均衡梁和橫向穩(wěn)定桿等結(jié)構(gòu)。

均衡梁通過整體鑄造成形，能夠有效的提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和外觀質(zhì)量，并且能夠降低裝配工序流程的復(fù)雜程度。在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞壽命的同時，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，此均衡梁結(jié)構(gòu)可以有效降低重量，滿足輕量化的設(shè)計要求。

2 均衡梁受力分析

2.1 最大驅(qū)動力工況

α轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)： 1.3發(fā)動機(jī)最大功率（kw）： 420發(fā)動機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速（r/min）： 2200發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N·m）： 1767.25變速器傳動比ig： 14.86主減速比i0： 10.24機(jī)械傳動效率： 0.85汽車驅(qū)動力（kN）: 358.27

2.2 最大制動力工況

前、后軸軸距L： 3300 mm汽車質(zhì)心與前軸中心之間的水平距離Lf： 1200 mm整車整備質(zhì)量m： 20500 kg質(zhì)心高度h： 700 mm

前軸負(fù)荷Fzfo： 7500 kg汽車質(zhì)心與后軸中心之間的水平距離Lr： 3300.00 mm整車整備重量G： 200900.00 N后軸負(fù)荷Fzro： 13000.00 kg制動加速度aB(g) 0.8車輪-地面附著系數(shù)μ 0.8前軸負(fù)荷Fzf 80,865 N前軸最大制動力FBf 64,691.9 N前軸負(fù)荷增加比例：Fzf/Fzfo 146 %

制動時，作用在后軸上的垂直負(fù)荷是減少的，用于靜強(qiáng)度計算后輪制動最大工況：

后輪上的制動力FBm2f: 101920 N后輪上的垂直力FVB2f: 127400 N

2.3 減震器極限工況

在給定頻率和幅值的情況下，可根據(jù)單個循環(huán)所測得的減震器位移和阻尼力，利用計算機(jī)程序繪制出減震器示功圖和速度特性曲線，其中，減震器在某位移處的速度即為減震器在該位移處的導(dǎo)數(shù)。由于減震器復(fù)原阻尼力要比壓縮阻尼力大的多，因此，在極限工況下，將減震器的最大復(fù)原阻尼力作為均衡梁有限元分析的邊界條件值。

根據(jù)減震器的示功圖，減震器在極限工況下的最大復(fù)原阻尼力值為Fmax=8kN。

2.4 橫向穩(wěn)定桿極限工況

橫向穩(wěn)定桿的截面慣性距：

端點的橫向穩(wěn)定桿剛度：

穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度：

當(dāng)端點的垂向位移差達(dá)到30mm時：

作用在端點上的力：

3 空氣懸架均衡梁受力分析

3.1 材料特性

空氣懸架均衡梁主要采用ZG270中碳鑄鋼鑄造而成。該材料具有一定的韌性及塑性，強(qiáng)度和硬度較高，切削性良好。

表1 ZG270-500 材料特性

3.2 網(wǎng)格劃分的設(shè)置

在通過有限元網(wǎng)格劃分工具Hypermesh，對均衡梁模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，同時設(shè)定實體單元的整體大小為4mm，公差為0.3mm，生成的均衡梁有限元模型中節(jié)點總數(shù)是638608，單元總數(shù)為384332。

3.3 約束條件的確立

圖1 均衡梁等效應(yīng)力圖

對均衡梁有限元模型進(jìn)行線性靜力分析，所得到的均衡梁VonMises等效應(yīng)力圖，如圖1所示。由均衡梁的等效應(yīng)力圖可得，均衡梁的最大應(yīng)力σ’max=221MPa。最大應(yīng)力主要分布于空氣懸架后橋安裝座平面與騎馬螺栓安裝孔的接觸處（騎馬螺栓預(yù)緊力：109092N），推力桿與均衡梁連接處。

從有限元校核結(jié)果可知：

σ’max＜σmax=230MPa，該半掛車空氣懸架均衡梁基本滿足半掛牽引車運(yùn)行過程中的強(qiáng)度要求。

4 結(jié)論

將上述計算結(jié)果作為均衡梁的有限元邊界條件，對均衡梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、變形和疲勞分析與校核，分析結(jié)果為空氣懸架牽引車樣車的設(shè)計開發(fā)提供了合理的理論依據(jù)。均衡梁有限元分析結(jié)果表明：在后橋安裝座平面與騎馬螺栓安裝孔接觸處、推力桿與均衡梁連接處、均衡梁中部均存在較大的應(yīng)力值區(qū)域，是均衡梁結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。

因此，在均衡梁樣件制造加工過程中，需要對均衡梁的上述薄弱環(huán)節(jié)，采取減少氣泡、砂眼、縮松、夾雜等制造缺陷形成的精鑄工藝，同時可對均衡梁的上述薄弱區(qū)域進(jìn)行局部熱處理，從而提高均衡梁的強(qiáng)度與疲勞壽命。

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