拖臂扭轉梁式懸架系統整體與單件強度對比分析研究

2018-07-28 07:12:14劉彥春

科技視界 2018年12期

劉彥春

【摘要】在現代汽車上，底盤中的拖臂扭轉梁式懸架系統是重要的受力部件，由于正常行駛工作中，汽車懸架系統各組成部件在載荷作用下相對位置會發生改變，常用的仿真系統對單件分析載荷，沒有考慮構件的柔性，對懸架系統進行強度分析時，這些原因導致仿真結果產生偏差。因此，本文以某轎車拖臂扭轉梁式懸架系統為例，對拖臂扭轉梁式懸架系統進行整體強度分析，對比整體與單件強度，分析結果的差異，對提高拖臂扭轉梁式懸架系統設計具有一定的指導意義。

【關鍵詞】拖臂扭轉梁式懸架；整體結構；強度分析

中圖分類號： U463.32 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）12-0151-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.068

Strength Analysis of Integrated Trailing Arm Torsion Beam Suspension System

LIU Yan-chun

（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering，

Department of Mechnical Engineering， Wuhu 241002）

【Abstract】The trailing arm torsion beam suspension is an important force components which is very complicated in the chaisis system. Generally， when the suspension system during strength analysis， the relative position of assembly of the various components will be change. Therefor the strength of a single piece of analysis， it is difficult to take these factors into account. The load which is used for the single piece is derived from the calculation results of Adams. Therefor，this paper takes a car trailing arm torsion beam suspension for example， the finite element analysis is used for the whole rear axle assembly. The difference between the analysis of rear axle assembly and a single piece was compared， it is important for the design and development of trailing arm torsion beam suspension.

【Key words】Trailing arm torsion beam suspesnsion； Integrated model

0 前言

在現代汽車上，拖臂扭轉梁式懸架是一種比較新的后懸架結構，其結構是由焊在一根橫梁上的兩根縱向臂組成，每個縱向臂上安裝一根車輪。由于拖臂扭轉梁式懸架的后軸是一個總成，傳遞從車身到車輪之間的各種力和力矩，控制車輪前行運動規律，減弱由于路面不平整對車身的沖擊，確保操縱汽車在行駛過程中的穩定性和平穩性，所以拖臂扭轉梁式懸架的強度，直接影響到車輛行駛的安全壽命和可靠性[1]。長期以來，對拖臂扭轉式懸架后軸總成的強度分析大多針對各總成零部件進行單件強度校核，但在正常行駛工作中，由于懸架系統后軸總成各零部件間相對位置發生改變，加上仿真懸架時并沒有考慮懸架中各構件的柔性等，都導致單件計算方式和強度分析都存在偏差，影響最終計算結果和仿真結果的準確性[2-4]。

針對上述問題，本文以某轎車拖臂扭轉式懸架后軸總成為例，建立該后軸總成中各部件的柔性約束關系，同時對襯套、減振器等彈性單元進行建模，并建立對該懸架后軸總成整體強度分析方法。對建模后的后軸總成整體進行強度分析，比較總成分析與單件分析結果的差異，總結產生差異的原因[5]。

1 有限元建模與載荷工況確定

1.1 拖臂扭轉式懸架系統整體有限元建模

某轎車拖臂扭轉式懸架后軸總成主要由螺旋彈簧、減振器、后梁、縱臂、減振器支架、輪轂座支架、縱臂加強板和后梁加強板等組成，根據設計圖紙利用三維Catia軟件建立如圖1所示幾何模型。后利用有限元分析軟件ABAQUS進行分析計算。

1.2 載荷工況

車輛在行駛時，車輪所承受的載荷情況非常復雜，因此確定幾個對懸架系統最不利的工況，作為強度校核尤為重要[1]。將作用于路面與車輪接觸點處的載荷簡化為4種典型工況[6]，即：（1）最大制動力工況，即車輛滿載緊急制動；（2）最大垂直力工況，即車輛滿載行駛于不平路面，承受沖擊載荷；（3）最大側向力工況，即車輛滿載轉彎；（4）最大縱向力工況，即車輛滿載直線加速。

2 對比分析

根據某轎車基本參數為：輪胎半徑289mm、滿載質心高度550mm、軸距2530mm、輪距1550mm、后輪單側滿載381kg。拖臂扭轉式懸架后軸總成材料參數為：后梁材料為QSTE420TM；減振器支架、縱臂加強板和后梁加強板的材料均為SPHE。

下面將該拖臂扭轉式懸架系統的有限元分析結果與后梁、縱臂等的結果進行對比，討論結果的差異性。表1為單件強度與整體強度分析方法的最大應力值對比。圖2在工況2下，后梁單件分析的應力分布云圖

由表1中分析結果可知，單件分析時應力值普遍高于整體分析結果，其原因總結如下：

（1）單件分析時，載荷取自ADAMS仿真結果，沒有考慮構件間的柔性，使得仿真結果與實際載荷有一定差異。

（2）單件分析時，對單件的約束多采用固定約束，載荷也主要是集中載荷形式，都導致單件分析的應力水平過高。

（3）后懸系統的有限元分析中，沒有考慮連接襯套的柔性剛度，會對結果產生一定的影響。

3 結論

該拖臂扭轉式后懸架系統的輪轂座連接支架應力超過材料的強度極限，建議將凹陷處抹平同時增加板的厚度。其它各組成部件在四個典型工況下都滿足強度要求。

通過對比分析研究，單件分析時的應力水平普遍高于整體分析時的應力值，原因是單件分析載荷取自ADAMS仿真結果，沒有考慮構件間的柔性連接，且單件的約束多采用固定約束，載荷施加主要為集中載荷，都導致單件分析時應力值過高。總體來說，單件分析結果趨于保守，整體分析結果接近實際，還需要進一步試驗驗證。

【參考文獻】

[1]王霄鋒.汽車底盤設計[M].北京：清華大學出版社.2010.47～53，272～273，282～294.