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重型汽車底盤懸架部件輕量化設(shè)計方法與研究

2018-08-03 09:20:48司永超
中國科技博覽 2018年30期
關(guān)鍵詞:輕量化設(shè)計方法

司永超

[摘 要]此次研究根據(jù)重型汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn),分析了重型汽車底盤懸架部件輕量化設(shè)計的方式,探討了重型汽車底盤懸架部件輕量化的舉措,希望以此為廣大讀者提供參考。

[關(guān)鍵詞]重型汽車底盤;懸架部件;輕量化設(shè)計;方法

中圖分類號:G916 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2018)30-0022-01

伴隨著國家新的法律規(guī)章制度的實行和重型汽車市場競爭力的增強(qiáng),公路汽車用戶對于底盤輕量化的需要提出了高要求,因此汽車輕量化技術(shù)受到了很多商用車的關(guān)注。并且汽車領(lǐng)域?qū)τ谀茉垂?jié)省與燃油經(jīng)濟(jì)性規(guī)定的逐步提升,零部件研發(fā)過程的輕量化要求迫切,在這之中汽車底盤懸架系統(tǒng)是汽車重量的核心部分,對于能源節(jié)省有很大的影響與作用。因此,以下就針對重型汽車底盤懸架部件輕量化展開了分析論述。

一、重型汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)

重型汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計具備電子化特點(diǎn)。人類在汽車底盤的幾大構(gòu)成系統(tǒng)中研發(fā)了不一樣的電子控制系統(tǒng)。這部分電子控制系統(tǒng)根據(jù)汽車動向可劃分成幾個類型:橫向轉(zhuǎn)向與橫擺力矩控制、縱向制動與驅(qū)動控制、垂向控制。現(xiàn)如今,重型汽車底盤電控系統(tǒng)多數(shù)是根據(jù)某一個功能進(jìn)行研發(fā),同時經(jīng)過輪胎和地面的接觸力產(chǎn)生通。好比制動防抱死裝備,經(jīng)過控制縱向力,讓重型汽車在制動的過程中憑借輪胎使用路面附著系數(shù),減短制動間距,將汽車安全性能大大提升。主動懸架,經(jīng)過垂向力的控制,實現(xiàn)對汽車垂向運(yùn)動與車身姿態(tài)俯仰運(yùn)動控制的目標(biāo),將汽車舒適性提升了。再者,汽車底盤懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計具備了輕量化特點(diǎn)。為解決能源匱乏問題,在并未尋找到渠道燃料的情況下,不管是對以往的燃油汽車,還是新能源汽車,汽車輕量化均是一種基礎(chǔ)技術(shù),并且,全球各個大型汽車生產(chǎn)企業(yè)均把汽車輕量化當(dāng)成了研發(fā)產(chǎn)品的關(guān)鍵部分。輕量化設(shè)計能夠減少燃油損耗,將燃油經(jīng)濟(jì)性提升,對節(jié)省能源有很重要的作用。

二、重型汽車底盤懸架部件輕量化設(shè)計方式分析

首先,更新系統(tǒng)技術(shù)。在充分滿足法律規(guī)章制度與用戶運(yùn)用的要求下,打破以往的懸架系統(tǒng)方式,采用懸架系統(tǒng)先進(jìn)技術(shù),設(shè)置系統(tǒng)全面優(yōu)化方案,比如運(yùn)用橡膠懸架與空氣復(fù)合懸架、空氣懸架與提升懸架、橡膠復(fù)合與復(fù)合材料板簧等懸架系統(tǒng)技術(shù),可以達(dá)到懸架系統(tǒng)在相等的承受能力中,將重量刪減到20%左右的目的,從而減少成本費(fèi)用的投入。

其次,等邊界設(shè)計方式。按照不一樣的輕質(zhì)型材料的機(jī)械功能與工藝成型特征,比如塑料、鋁合金、復(fù)合型材料等,在確保零部件相互之間不產(chǎn)生干擾的狀況下,將原本的結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ),融合零部件和四周相連部件之間的靜態(tài)裝配與運(yùn)動關(guān)系,強(qiáng)度等邊界束縛情況下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方式。與此同時確保重型汽車底盤懸架系統(tǒng)通用化設(shè)計。

再次,集成化設(shè)計的方式。重型汽車底盤懸架部件輕量化集成化設(shè)計方式,是一種分工細(xì)化的系統(tǒng)設(shè)計,每一個系統(tǒng)的零部件兼容性較小。特別是各種支架件,互相之間的界限非常明顯。打個比方,鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向機(jī)支架,雖布設(shè)的空間尤其相似,可是卻是很多個零部件。在設(shè)計輕量化這一觀念中,從布設(shè)中思考需要將多個支架集成化一個零部件。接著經(jīng)過優(yōu)化,讓集成化零部件的重量小于分布布設(shè)的零部件。

最后,等應(yīng)力設(shè)計的方式。事實上等應(yīng)力設(shè)計方式的原理就是在材料科學(xué)布置與結(jié)構(gòu)形貌優(yōu)化的基礎(chǔ)之上,經(jīng)過減輕強(qiáng)度冗余與局部增強(qiáng)方式,把控零部件不相同位置的結(jié)構(gòu)應(yīng)力在定義的限制范疇中,實現(xiàn)設(shè)計效果提升的目標(biāo)。運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化等方法,優(yōu)化設(shè)計零部件,讓零部件每一個部位的應(yīng)力值相似,也就是每一個部位的壁厚不同,受力較小的位置減輕料厚,進(jìn)而將零部件的重量減小。

三、重型汽車底盤懸架部件輕量化實踐研究

(一)優(yōu)化重型汽車底盤懸架支架結(jié)構(gòu)

進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計是對重型汽車與零部件構(gòu)架展開研究與分析,經(jīng)過優(yōu)化結(jié)構(gòu),在確保安全使用功能功能的基礎(chǔ)之上,達(dá)到重型汽車結(jié)構(gòu)與零部件精簡化與輕量化的目的。重型汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式就是:形狀優(yōu)化法、拓?fù)鋬?yōu)化方法、尺寸優(yōu)化法。其中,形狀優(yōu)化方式就是按照零部件的關(guān)鍵受力部位,對零部件的形狀展開改善與優(yōu)化,讓零部件受力變得更為均衡。拓?fù)鋬?yōu)化方式在重型汽車結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計環(huán)節(jié)使用得比較多,在給定的重型汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計區(qū)域中經(jīng)過算法優(yōu)化,在充分滿足束縛條件的條件下,達(dá)到結(jié)構(gòu)材料的最好布局形式目的,提升材料使用率,確保結(jié)構(gòu)的多種功能在安全系數(shù)范疇內(nèi)。比如采用Hyperworks等分析軟件,優(yōu)化某一個重卡推力桿支架結(jié)構(gòu)。

(二)運(yùn)用復(fù)合性材料及鋁合金輕質(zhì)材料

通過研究與分析外國著名的重卡與懸架零部件供應(yīng)商,始終致力于探究取代的輕質(zhì)型材料來替代金屬材料。比如說VOLVO研發(fā)使用鋁合金氣囊托架與推力桿等。在中國,一汽解放與博戈橡膠在多年以前就已經(jīng)投入到了開發(fā)復(fù)合型材料板簧,以此來選擇全新的減輕重量的方法。將某重卡當(dāng)作彈簧壓板基礎(chǔ),采用等邊界設(shè)計方式,把符合材料使用在彈簧壓板設(shè)計研發(fā)過程中去,在這之中和四周的零部件接觸位置使用金屬嵌套設(shè)計,承載能力小的位置使用尼龍骨架進(jìn)行設(shè)計,在充分滿足承載能力的情況下,達(dá)到減輕懸架部件重量的目的,減輕重量是68%。

(三)采用高強(qiáng)度彈簧鋼

一般來說,鋼板彈簧重量和設(shè)計應(yīng)力的平方是反比關(guān)系,提升鋼板彈簧工作應(yīng)力可以將重型汽車底盤懸架部件重量減輕。現(xiàn)如今在中國彈簧行業(yè)運(yùn)用最大的材料就是51CrV4,這種材料的抗拉強(qiáng)度是1350兆帕,而工作應(yīng)力通常開工至550兆帕之內(nèi)。舉例言之,引進(jìn)部分應(yīng)力高的板簧材料,將抗拉強(qiáng)度提升1000兆帕,而將工作應(yīng)力維持在600兆帕以上,以此來達(dá)到輕量化與使用時間延長的目的。例如,以某重卡前板簧作為例子,通過高強(qiáng)度彈簧鋼性能與重量優(yōu)化比較:51CrV4的抗拉強(qiáng)度是1350到1650兆帕,屈服強(qiáng)度大于等于1200兆帕,斷后伸縮率大于等于6%,重量是76千克。52CrMoV4的抗拉強(qiáng)度是1450到1750兆帕,其屈服強(qiáng)度大于等于1300兆帕,斷后伸縮率大于等于6%,重量為61千克。由此可知,使用高強(qiáng)度的彈簧鋼材料,減輕了19%的重量。

結(jié)束語

經(jīng)過探索對我國重型汽車領(lǐng)域輕量化技術(shù)線路,整理且歸納出懸架系統(tǒng)輕量化設(shè)計的具體思路與輕量化設(shè)計方式,同時將工程實踐研發(fā)作為例子,給重型汽車底盤懸架系統(tǒng)輕量化設(shè)計提供借鑒。此次研究還存在著很多的不足,還需要相關(guān)研究人員持續(xù)探索汽車底盤懸架部件輕量化技術(shù),為我國重型汽車輕量化的實現(xiàn)貢獻(xiàn)出一份力量。

參考文獻(xiàn)

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