李 鋒 齊海超 付亮亮 劉 庚 黃怡豐 鄭知松

（陜西汽車集團(tuán)股份有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000）

0 概述

車架是連接整車各系統(tǒng)的框架式結(jié)構(gòu)，承受來自車輛內(nèi)外的各種載荷，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是影響整車可靠性的主要原因之一。因此，車架設(shè)計(jì)前期應(yīng)考慮具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受汽車的載荷和從車輪傳來的沖擊。

本文以某輕型自卸車架結(jié)構(gòu)總成為研究對象，通過專業(yè)理論分析方法，對車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行理論分析，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化改進(jìn)結(jié)構(gòu)，達(dá)到整車承載需求。

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及模型建立

車架總成主要由左右縱梁、橫梁總成、板簧支架、副車架等零部件通過螺栓、鉚接連接而成。首先，根據(jù)車型屬性輸出整車質(zhì)量數(shù)據(jù)、軸距、輪距等性能參數(shù)及車架總成材料性能參數(shù)，為分析數(shù)據(jù)建立理論依據(jù)；其次，通過CATIA完成車架總成及外圍裝配件三維數(shù)模設(shè)計(jì)(如圖1所示)，將數(shù)模導(dǎo)入HyperWorks中搭建車架總成有限元模型(如圖2所示)。

圖1 三維數(shù)模設(shè)計(jì)

圖2 車架總成強(qiáng)度分析模型建立

表1 整車性能參數(shù)

車架總成強(qiáng)度分析模型建立，單元尺寸：殼單元10 mm，體單元3 mm；節(jié)點(diǎn)數(shù)量：429 871個，單元數(shù)量：1 318 981個。

表2 材料性能參數(shù)

2 車架靜強(qiáng)度分析

2.1 工況1——垂向沖擊工況

加載：Z向加載-3.5g沖擊載荷，如圖3所示；分析類型：線性靜力學(xué)分析。

圖3 車架垂向沖擊工況安全因子云圖

2.2 工況2——轉(zhuǎn)彎工況

加載：Z向加載-1g載荷，Y向加載0.4g載荷，如圖4所示；分析類型：線性靜力學(xué)分析 。

圖4 車架轉(zhuǎn)彎工況安全因子云圖

2.3 工況3——扭轉(zhuǎn)工況

加載：Z向加載-1g載荷，對角線輪端加載Z向強(qiáng)制位移300 mm，如圖5所示；分析類型：線性靜力學(xué)分析。

圖5 車架縱梁扭轉(zhuǎn)工況安全因子云圖

2.4 工況4——制動工況

加載：X向加載支座支反力，Z向施加-1g重力，如圖6所示；分析類型：線性靜力學(xué)分析。

圖6 車架縱梁制動工況安全因子云圖

3 結(jié)論

通過各設(shè)計(jì)工況、載荷下的有限元分析，該車架總成最小靜態(tài)安全因子數(shù)據(jù)見表3。

表3 各設(shè)計(jì)工況下的有限元分析結(jié)果

通過理論分析，該車架總成垂向沖擊工況、轉(zhuǎn)彎工況、制動工況最小靜態(tài)安全因子均大于1，強(qiáng)度滿足需求，但扭轉(zhuǎn)工況下第二橫梁下連接板的最小安全因子小于1，靜強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，此車架總成需重點(diǎn)優(yōu)化改進(jìn)第二橫梁下連接板處，可通過改變連接板料厚度、材質(zhì)或優(yōu)化結(jié)構(gòu)等措施提升強(qiáng)度，直至最小安全因子大于1，則表明該自卸車車架總成滿足市場需求。