劉艷平，許克楊，陳 利

（合肥美橋汽車傳動(dòng)及底盤系統(tǒng)有限公司，安徽合肥230051）

驅(qū)動(dòng)后橋氣室支架設(shè)計(jì)改進(jìn)及驗(yàn)證方案

劉艷平，許克楊，陳 利

（合肥美橋汽車傳動(dòng)及底盤系統(tǒng)有限公司，安徽合肥230051）

本文針對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)出現(xiàn)的氣室支架斷裂問(wèn)題進(jìn)行分析，確認(rèn)鑄件澆冒口位置設(shè)定不合理和設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足為支架斷裂的主要原因。文中針對(duì)此問(wèn)題點(diǎn)提出更改澆冒口位置改善金相組織同時(shí)通過(guò)應(yīng)力分析改善設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來(lái)提升氣室支架強(qiáng)度，改善后的零件通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)滿足使用要求。

氣室支架；設(shè)計(jì)強(qiáng)度；鑄件澆冒口

1 氣室支架的斷裂問(wèn)題

后橋氣室支架用于支撐氣室進(jìn)行整車行車制動(dòng)或駐車制動(dòng)，所承受力為氣壓傳遞給氣室的作用力和制動(dòng)器回位彈簧帶動(dòng)調(diào)整臂旋轉(zhuǎn)形成的支撐力。某輕型卡車試驗(yàn)車在山區(qū)強(qiáng)化路段進(jìn)行道路試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)氣室支架斷裂現(xiàn)象，主要斷裂狀態(tài)及斷裂區(qū)域如圖1所示。此路段主要特點(diǎn)為路面起伏不定，試驗(yàn)車制動(dòng)頻繁，制動(dòng)力大。本文針對(duì)該氣室支架斷裂問(wèn)題進(jìn)行分析改善，提升了氣室支架強(qiáng)度并進(jìn)行了分析驗(yàn)證，避免氣室支架在市場(chǎng)出現(xiàn)斷裂和變形量大等強(qiáng)度不足問(wèn)題。

圖1 氣室支架失效狀態(tài)

2 失效原因分析

理論分析氣室支架失效原因有以下幾種可能性：零件尺寸不合格、零件內(nèi)部材料組織缺陷、設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足。失效原因驗(yàn)證排除如下：

（1）零件尺寸來(lái)料抽檢合格，失效件復(fù)核尺寸合格，可排除零件尺寸不合格的問(wèn)題；

（2）對(duì)失效件支架從斷裂位置附近剖開進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)球化級(jí)別2級(jí)，球化級(jí)別檢測(cè)效果如圖2所示，符合1~3級(jí)之間的規(guī)定[1]。

圖2 球化級(jí)別檢測(cè)

珠光體含量檢測(cè)大部分區(qū)域?yàn)?0%~15%，如圖3所示，符合≤20%的規(guī)定，但是在斷口附近有一處區(qū)域珠光體含量嚴(yán)重超標(biāo)，達(dá)到90%~95%，如圖4所示，不符合規(guī)定。

圖3 珠光體含量合格狀態(tài)

圖4 珠光體含量超標(biāo)狀態(tài)

局部區(qū)域珠光體含量超標(biāo)是導(dǎo)致支架斷裂的原因之一。

（3）通過(guò)FEA分析復(fù)核設(shè)計(jì)強(qiáng)度。模擬受力及裝配件情況建立受力模型草圖如圖5.

圖5 FEA分析受力模型

FEA分析結(jié)果顯示局部區(qū)域最大應(yīng)力達(dá)到429 MPa，如圖6位置，超出了許用應(yīng)力250 MPa，設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足，存在失效風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 應(yīng)力集中區(qū)域

3 提升方案

（1）局部珠光體含量超標(biāo)問(wèn)題經(jīng)分析為鑄件澆注冒口處材料壁厚偏薄冷卻過(guò)快所致，為解決這個(gè)問(wèn)題，將澆注冒口位置從支架臂部改到底座位置，底座壁厚較大，可避免冷卻過(guò)快導(dǎo)致的珠光體含量超標(biāo)問(wèn)題。更改后的件金相檢測(cè)合格。

（2）根據(jù)數(shù)模FEA分析情況對(duì)支架進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)，將支撐臂上緣由原來(lái)的直線型改成凸起的圓弧提升支架整體支撐剛性，同時(shí)將應(yīng)力超差處的加強(qiáng)筋與支架主體連接的邊緣圓角由R3改成R10，改善應(yīng)力集中。改善后的數(shù)模及分析結(jié)果如下圖（圖7），最大應(yīng)力188.5 MPa小于許用應(yīng)力250 MPa，改善后的設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足使用要求。

圖7 改善后的數(shù)模和受力分析情況

整改后的支架樣件臺(tái)架試驗(yàn)合格。送往試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)車的舊件進(jìn)行更換，更換后的支架完成整個(gè)試驗(yàn)里程未再出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

4 結(jié)論

通過(guò)驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看，此次支架斷裂故障的原因分析是合理的，改善方案也是有效的。鑄件澆注冒口位置的設(shè)定需要根據(jù)工件本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況做出合理選擇，避免因此影響鑄件質(zhì)量。通過(guò)FEA模擬受力分析改善設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是提升支架強(qiáng)度的有效方案。在此過(guò)程中設(shè)計(jì)的受力形式可用于其他型號(hào)類似新產(chǎn)品的開發(fā)驗(yàn)證及老產(chǎn)品，以便做好早期預(yù)防。

[1]李炯輝.金屬材料金相圖譜[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

Design Im prove and Validation of Air Brake Support Bracket

LIU Yan-ping，XU Ke-yang，CHEN Li
（Hefei AAM Automotive Driveline&Chassis System Co.，Ltd.，Anhui Hefei 230051，China）

In this paper，the analysis of the fracture of the gas chamber support in the test field is carried out，and themain reason for the failure of the support is that the unreasonable setting of the casting riser position and the lack of design strength.In this paper the problem put forward to change the pouring position to improve microstructure and through stress analysis to improve the design structure to enhance chamber support strength，improved parts through bench test and road test tomeet the use requirements.

air brake support bracket；design strength；riser of casting

TH162

A

1672-545X（2017）04-0150-02

2017-01-22

劉艷平（1984-），女，江蘇鹽城人，本科，助理工程師，研究方向：汽車前后橋設(shè)計(jì)研究。