韓冬 趙丹 田婧 鄭棟 剡文娟

摘 要：本設(shè)計(jì)在不影響下支架強(qiáng)度的基礎(chǔ)上對(duì)下支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要改進(jìn)點(diǎn)為下支架上端結(jié)構(gòu)采用弧形坡口型式 兩側(cè)使用豁口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 避免下支架焊縫端頭受力過(guò)大 提高下支架使用壽命。最后通過(guò)Hyper mesh軟件分析優(yōu)化前后下支架及其焊縫的應(yīng)力大小分布 確定最終優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：弧形坡口;豁口;Hyper mesh分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U466? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）18-44-03

Abstract： This design optimizes the structure of the lower support without affecting the strength of the lower support. The main improvement point is that the upper structure of the lower bracket adopts the curved groove type and use the gap structure design on both sides， so as to avoid the overloading of the weld end of lower bracket and improve service life of the lower support. Finally， the stress distribution of the lower bracket and its welding seam before and after optimization is analyzed by Hyper mesh software to determine the final optimization.

Keywords： The curved gioove; Break; Hyper mesh analysis

CLC NO.： U466? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-44-03

前言

在國(guó)內(nèi)整車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)下 整車(chē)質(zhì)量和零件品質(zhì)成為競(jìng)爭(zhēng)力的核心。下支架是整橋承載的關(guān)鍵性零件 本次下支架改進(jìn)是基于對(duì)市場(chǎng)典型售后問(wèn)題分析的前提下 針對(duì)性對(duì)下支架進(jìn)行定向優(yōu)化設(shè)計(jì) 規(guī)避現(xiàn)有下支架存在的售后問(wèn)題 最后通過(guò)理論結(jié)合有限元分析確定最優(yōu)方案。

1 下支架市場(chǎng)失效模式及分析

通過(guò)實(shí)地市場(chǎng)調(diào)研和售后反饋 下支架售后市場(chǎng)主要失效模式表現(xiàn)為下支架端頭焊縫焊趾處開(kāi)裂 實(shí)物如圖1所示。

下支架與橋殼連接為焊接結(jié)構(gòu) 下支架開(kāi)裂后售后維修需更換橋殼總成 導(dǎo)致售后費(fèi)用增加;針對(duì)此失效模式初步對(duì)市場(chǎng)部分售后件橋殼總成進(jìn)行焊縫端頭局部切樣分析[4] 剖切面視圖如圖2所：切口表面平整 無(wú)氣泡 無(wú)裂紋 焊縫融合性良好。

針對(duì)某失效件橋殼、下支架切樣后 進(jìn)行材料理化分析 具體成分含量見(jiàn)表1所示。

綜合切樣和理化分析所得 橋殼和下支架均符合設(shè)計(jì)材料要求 且焊縫未見(jiàn)明顯缺陷。初步認(rèn)為下支架端頭焊縫開(kāi)裂與焊縫端頭受力過(guò)大 容易產(chǎn)生應(yīng)力集中有關(guān)。

2 新下支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)原結(jié)構(gòu)下支架售后問(wèn)題 確定本次下支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向 設(shè)計(jì)宗旨在于降低下支架焊縫端頭應(yīng)力大小。如下圖所示：

新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念 主要在于A、B、C處設(shè)計(jì)不同 新支架設(shè)計(jì)是以下支架焊縫在車(chē)橋上實(shí)際受力狀態(tài) 以及支架受力后焊縫變形趨勢(shì)為基礎(chǔ) 結(jié)合下支架有限元分析進(jìn)行的全面設(shè)計(jì) 極大提高了下支架的使用壽命 降低了售后市場(chǎng)故障率。

以下具體介紹新支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的及意義[1-2]：

A處結(jié)構(gòu)：

（1）采用圓弧形頂口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 焊縫長(zhǎng)度增長(zhǎng) 加強(qiáng)了下支架與橋殼連接的強(qiáng)度;

（2）在垂向交變載荷加載狀態(tài)下 由于焊縫為下彎圓弧設(shè)計(jì) 與橋殼垂向受力變形趨勢(shì)相同 在一定程度上減小了焊縫端頭在極限沖擊載荷下所受的拉應(yīng)力 一定程度上降低了焊縫沖擊開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）在前后方向推力加載狀態(tài)下 由于頂口為圓弧設(shè)計(jì) 中間焊縫高度低于端頭處焊縫 所以中間焊縫所受力矩遠(yuǎn)大于端頭焊縫 此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)端頭焊縫受力有所改善。

B處結(jié)構(gòu)：

在垂向和前后推力共同加載狀態(tài)下 下支架接近頂口位置兩側(cè)采用豁口設(shè)計(jì) 通過(guò)改變力的方向有效降低了焊縫端頭集中受力 從而降低了支架端頭焊縫的應(yīng)力值 使得端頭處焊縫在同等大小推力下使用壽命更長(zhǎng)。

C處結(jié)構(gòu)：

由于下支架頂口弧形結(jié)構(gòu)和兩側(cè)豁口式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 縮小了下支架中心截面的高度 此處設(shè)計(jì)首先應(yīng)保證在下支架與整車(chē)推力桿球頭極限運(yùn)動(dòng)不干涉的條件下 保證支架整體強(qiáng)度設(shè)計(jì);主要利用下支架下方平口式設(shè)計(jì) 增大支架中心截面 從而增強(qiáng)支架整體強(qiáng)度。

3 改進(jìn)方案有限元分析

3.1 下支架優(yōu)化方案說(shuō)明

某驅(qū)動(dòng)橋下支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析 有限元模型基于Pro/E三維幾何模型建立 如下圖所示：

3.2 CAE分析說(shuō)明

采用車(chē)輛前進(jìn)坐標(biāo)系 x軸指向車(chē)輛前進(jìn)方向 y軸指向前進(jìn)方向的左側(cè) z軸豎直向上。采用mm s t有限元常用單位制 采用四面體單元?jiǎng)澐謱?shí)體網(wǎng)格。材料參數(shù)如下表所示。[3]

4 結(jié)論

該優(yōu)化結(jié)構(gòu)下支架從2019年批量投產(chǎn)以來(lái)未反饋故障 相比原結(jié)構(gòu)下支架壽命得到很大提升 同時(shí)兼顧輕量化設(shè)計(jì) 節(jié)約成本 提升了整橋的可靠性 對(duì)關(guān)閉售后下支架質(zhì)量問(wèn)題起到了關(guān)鍵性作用;此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還具有廣泛適用性 類(lèi)似下支架可參考此類(lèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉維信，汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2] 余志生，汽車(chē)?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3] 張勝蘭，鄭東黎，郝琪，李楚林編著，基于HyperWords的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[4] 丁惠麟，金榮芳.機(jī)械零件缺陷、失效分析與實(shí)例[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.56-90.