基于HyperWorks的某重卡前簧支架可靠性優化設計

劉 崑

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于HyperWorks的某重卡前簧支架可靠性優化設計

劉 崑

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

采用CATIA三維軟件建模，運用HyperWorks對零部件進行有限元分析，對某重型載貨車前簧固定支架進行應力分析，得出分析結果，從分析結果得出可優化部位，通過改變支架局部厚度及改變支架加強筋位置，提高支架可靠性。

前簧固定支架；CATIA；HyperWorks；有限元分析；可靠性

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-15-03

1 引言

1.1 板簧懸架的功用

板簧固定支架是汽車懸架系統中的一個重要組成部件，它在汽車中起到板簧與車架的連接作用，在因車輛制動、顛簸、側傾等復雜工況下受力情況復雜且受力較大，如果板簧支架的強度不能滿足使用要求，會使懸架系統失效，失去車架與車橋的連接，嚴重影響車輛行車安全。此外，隨著 GB 1589的實施，二軸載貨車額定總質量由16t提升至18t，載重量的增大對板簧支架的可靠性提出了更高的要求。

本文基于 HyperWorks軟件對前簧固定支架進行有限元分析，并進行優化設計，使該支架在不增加重量的情況下提升可靠性。

1.2 使用狀況

前簧固定支架的裝配示意圖如下，該件裝配在車架縱梁腹面及翼面上，通過M14的螺栓固定，在車輛啟動、制動、顛簸路面跳動、側傾等多種復雜工況下受到各方向應力。

圖1

2 螺栓預緊力校核計算

2.1 受力分析

該前簧固定支架通過3個M14的螺栓安裝在車架腹面、2個M14的螺栓安裝在車架翼面上，承受螺栓的預緊力。車輛在加速或制動時該支架受到來自板簧沿車輛行駛方向（X向）的力，車輛在發生側傾時該支架受到垂直車架腹面方向（Y向）的力，車輛在顛簸路面行駛時該支架受到因板簧跳動產生的垂直地面方向（Z向）的力，Z向受力工況為主要工況。

2.2 M14螺栓的預緊力

該板簧支架承受螺栓預緊力，產生內應力。

該處螺栓的預緊力矩為T：170N.m，根據螺栓的受力計算可得，螺栓的預緊力為Fx，由下式計算：

由螺栓的緊固力矩的計算公式可得螺栓的預緊力為 F=44471N。

其中：P為螺距1.5mm；

d2為螺栓的螺紋中徑取d2min=13mm；

Dkm螺母的等效半徑為22.5mm；

摩擦系數μG和μk定為0.2。

2.3 板簧傳遞給該件的力

車輛最大前軸荷5300kg，簧下質量（輪胎、板簧、車橋）593kg，計算可得單個固定支架承載 G=(5300-593)×9.8/4=11532N。

3 原件CAE分析

3.1 分析過程

該件為對稱模型，因此取模型一半進行分析，以減少計算量。該模型共由三個子件構成：支架模型、車架模型和螺栓模型。其中支架模型采用C3D10M進行離散，車架模型和螺栓模型采用C4D8I進行離散。除螺栓和車架接觸面處采用Tie來模擬，其余的接觸面采用“硬接觸”來模擬。因沖擊載荷影響，具體各方向受力如下：

工況一，Z向（主要工況）：F1=3.5G=40362N；

工況二，Z向、X向復合工況：F1=40362N，F2=1.1G=12685N；

工況三，Z向、Y向復合工況：F1=40362N，F3=0.8G=9226N；

工況四，極限工況：F1=40362N，F2=12685N，F3=9226N。

3.2 工況加載

固定車架一端，模型對稱面施加對稱約束，螺栓模型施加44471N預緊力，在板簧固定支架上分別按照上述四種工況施加作用力。

對各零部件進行網格劃分，定義各零部件材料屬性，然后施加約束條件及載荷。

3.3 應力云圖

圖2

3.4 結果分析

從應力云圖中可以看出，去除螺栓孔處不準確的應力，該固定支架在工況二時應力較大，達到 274Mpa，該件所用材料為QT500-7，屈服強度為320MPa，安全系數1.17。

3.5 結構優化

圖3 結構優化之前

圖4 結構優化之后

3.6 優化件CAE分析

優化件為在原來基礎上對零部件結構，尤其是加強筋位置進行優化。

3.7 結構優化分析結果

從對比分析中可以看出，經充分考慮各工況下零部件受力情況，改變支架結構，尤其優化加強筋位置，優化后零部件在不增加重量的情況下，在四種工況下應力均得到明顯下降。

表1

4 結論

本文通過Altair HyperWorks12.0對原前簧固定支架及優化后支架在各種工況下進行了靜強度有限元分析，分別得到了兩種狀態支架在模擬載荷試驗下的應力分布云圖。通過對比分析得出，優化后支架在不增加重量的情況下可靠性提升明顯。

[1] 王望予.汽車設計.[M]機械工業出版社,2003.

[2] 成大先.機械設計手冊.[M]化學工業出版社,2008.

[3] 申晉憲,王鐵.載貨汽車總體設計分析.[M]中國標準出版社,2013.

The reliability optimization design of a front leaf spring bracket based on hyperWorks

Liu Kun
（Anhui Jiang Huai Automobile Corp, Anhui Hefei 230601）

Use CATIA to do three-dimensional modeling.Application of finite element analysis of HyperWorks to analyse the bracket of a heavy truck’front leaf spring. By analysing the result to get the sites that can be optimized. By changing the stents partial thickness and the stiffener location to improve the reliability.

front leaf spring bracket; CATIA; HyperWorks; Finite element analysis; reliability

U462.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)20-15-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.005

劉崑，?？?，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。