基于ANSYS的某重卡儲氣筒支架結構優化

谷同金，李本榮，顧鵬飛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司海外汽車研究所，安徽 合肥 230601）

前言

在采用氣壓制動系統的車輛上，儲氣筒是必不可少的零部件，一般在布置儲氣筒時都是根據儲氣筒布置位置設計專用的支架。支架應有足夠的強度保證，一旦支架發生開裂，進行影響整車制動性能，容易引起交通事故。

本文結合產品使用環境，采用ANSYS分析發現儲氣筒支架強度薄弱區域，進一步優化設計，滿足使用要求，提高客戶滿意度。

1 市場問題

我司某出口南美車型在客戶使用過程中出現儲氣筒支架開裂現象，該地區路況較差，且車輛超載情況嚴重。下圖為市場故障照片。

圖1 市場故障件

2 有限元分析

2.1 建立模型

根據該支架的幾何模型建立有限元模型。將支架幾何模型導入 ANSYS，對支架進行網格劃分。支架幾何模型及有限元模型如下圖所示。

圖2 儲氣筒支架幾何模型

圖3 儲氣筒支架有限元模型

2.2 模型計算

該支架通過上端面兩圓孔與車架橫梁螺栓連接，所以設置邊界條件時可將支架上端面進行全約束，同時考慮車架抖動及超載情況，施加載荷時設定3倍重力加速度。有限元分析結果如下圖所示。

圖4 有限元計算結果

圖5 優化后支架模型

從上圖計算結果可以看出，支架與車架橫梁連接處倒角附近應力水平較高，同時在倒角處出現應力集中現象。應力分布與該支架市場問題狀態基本一致。

2.3 優化方案

考慮到零部件的通用性及系統的模塊化要求，優化方案不涉及該支架與其他部件的配合尺寸。由上述應力云圖可以看出，支架腹面應力水平較低，可以考慮增加減重孔，而倒角處應力集中，可將倒角由R4加大到R6，同時為降低整體應力水平，將支架料厚由4.5mm改為5.5mm。

綜上，優化方案變動有以下三點：

1）支架腹面增加R25的減重孔；

2）腹面與安裝面倒角加大到R6；

3）支架整體料厚加大到5.5mm。

優化后支架模型如下圖所示，支架重量增加了0.034kg，幾乎不變。

2.4 優化方案驗證

優化后支架有限元分析邊界條件不變，應力分布如下圖所示。

圖6 優化后支架計算結果

由應力云圖可以看出，結構優化后的支架的最大應力為20.24MPa，而支架優化前的最大應力為 39.05MPa，支架強度增加48%。

3 市場驗證

將市場出現儲氣筒支架開裂的車輛統一更換優化后狀態的支架，經過十萬公里的累計使用里程驗證，未發現一例支架開裂反饋，此次整改優化有效。

4 結論

本文針對某重卡儲氣筒支架開裂問題進行分析，通過有限元計算提出整改方案，在不增加支架重量的前提下，提高支架整體強度，有效的降低整體應力水平，同時經過市場驗證，整改后支架強度及可靠性滿足設計要求。分享該支架的設計優化經驗，可有效避免同類問題再次發生。