周磊磊，王曉軍

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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一種輕型客車板簧安裝支架的優(yōu)化設(shè)計

周磊磊，王曉軍

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章是主要針對某輕型客車的板簧安裝支架進行優(yōu)化，通過CAE分析對其進行拓撲優(yōu)化，在滿足使用要求的同時，最大程度降低產(chǎn)品的重量。

關(guān)鍵詞：板簧安裝支架；產(chǎn)品優(yōu)化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.048

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-138-03

前言

隨著國家經(jīng)濟的快速增長，能源與資源的消耗與環(huán)境問題與經(jīng)濟增長的矛盾越來越凸顯出來，如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為人們共同思考的問題。而中國汽車業(yè)，零部件設(shè)計過程中，產(chǎn)品輕量化則是大家的一致目標。鑒于此，我們對現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品做了一些分析，通過改進產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料來達到滿足設(shè)計要求，并進一步降低重量和提高性能的目標。

1、優(yōu)化過程

1.1 簡述

1.1.1 支架工作環(huán)境

如圖1所示，板簧安裝支架通過4根安裝螺栓安裝在車架上，再通過1根螺栓將板簧前端與車架連接，其優(yōu)化前后模型分別如圖2、3所示。

圖1 板簧支架使用環(huán)境

圖2 優(yōu)化前模型

圖3 優(yōu)化后模型

1.1.2 產(chǎn)品優(yōu)化

采用UG或CATIA三維軟件建立支架實體模型，利用Hyperworks和Anasyis分析軟進行靜力和疲勞壽命分析，并進行拓撲優(yōu)化，最終通過修改結(jié)構(gòu)和材料代替，最大程度達到降低重量、去除過余設(shè)計、同時提高零部件使用壽命的目的。

1.2 工況建立

1.2.1 靜力模擬工況

靜力模擬工況，如表1所示：

表1

1.2.2 疲勞模擬工況

工況1：約束與大梁安裝四個螺栓孔，在銷軸孔施加豎直方向交變載荷，按正弦曲線變化，最大峰值為30000N，最小為-6000N，規(guī)定向上為正，設(shè)計循環(huán)1000萬次不發(fā)生失效。

圖4 疲勞工況1

工況2：約束與大梁安裝四個螺栓孔，在銷軸孔兩端各施加行駛方向的交變力偶，按正弦曲線變化，最大峰值為10000N，最小為-10000N，設(shè)計循環(huán)1000萬次不發(fā)生失效。

圖5 疲勞工況2

1.3 分析對比

1.3.1 靜力分析

圖8 最大等效應(yīng)力分布云圖（工況3）

圖9 最大等效應(yīng)力分布云圖（工況4）

圖10 最大等效應(yīng)力分布云圖（工況5）

1.3.2 疲勞壽命分析

圖11 最大等效交變應(yīng)力分布云圖（疲勞工況1）

圖12 疲勞安全系數(shù)預(yù)測（疲勞工況1）

圖13 預(yù)測疲勞壽命（疲勞工況1）

圖14 疲勞安全系數(shù)預(yù)測（疲勞工況2）

圖15 疲勞安全系數(shù)預(yù)測（疲勞工況2）

圖16 預(yù)測疲勞壽命（疲勞工況2）

2、分析結(jié)果對比

2.1 靜力工況

表2 靜力工況分析結(jié)果

2.2 實測對比

表3 疲勞工況分析結(jié)果

為了驗證理論分析的準確性，分別選擇優(yōu)化前和優(yōu)化后支架應(yīng)力較大的幾個區(qū)域進行應(yīng)變采集，并將得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成應(yīng)力與分析對比。通過優(yōu)化前后實測和理論分析對比結(jié)果可以看出，理論和實測結(jié)果趨勢基本一致，從而可以判斷理論分析結(jié)果的準確性。

圖17 優(yōu)化前后理論與實際最大應(yīng)力對比

3、結(jié)論

此板簧支架優(yōu)化前材料為QT400-18，優(yōu)化后采用高強度材料ZGD650-830；重量減輕38.29%；靜強度方面，整體結(jié)構(gòu)最小安全系數(shù)高于原結(jié)構(gòu)；最小疲勞安全系數(shù)高于原結(jié)構(gòu)，疲勞性能較好，并通過了實車驗證。通過CAE分析，可以最大程度的降低整體重量，同時消除過設(shè)計，達到降重、降耗、環(huán)保和安全的綜合指標。如果整車所有零部件能夠按照這種思路進行優(yōu)化，效益將會十分可觀。

參考文獻

[1] 李舜酩.機械疲勞與可靠性設(shè)計[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

[2] 濮良貴,紀名剛.機械設(shè)計[M].北京:高等教育出版社.2003.

[3] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社.2000.

[4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].下冊.人民交通出版社.1996.

使用維修

Optimization of A Light Bus Leaf Spring Mounting Bracket

Zhou Leilei, Wang Xiaojun
（Anhui Jianghuai Automobile Technology Center, Anhui Hefei 230601）

Abstract:The paper is mainly aimed at optimization the leaf spring mounting bracket of light bus, besides the analysis of CAE for topology optimization, both reducing the weight of product to the greatest extent, and meeting the using requirements at the same time.

Keywords:Leaf Spring Mounting Bracket; Optimization

作者簡介：周磊磊，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。

中圖分類號：U463.8

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-138-03