某乘用車型后懸控制臂力學(xué)性能仿真和試驗(yàn)研究

劉敏

摘 要：后懸控制臂是底盤系統(tǒng)的關(guān)鍵承載部件 對整車性能有重要影響 文章針對某乘用車型后懸控制臂進(jìn)行了CAE強(qiáng)度和疲勞分析 并進(jìn)行了臺架剛度測試和疲勞測試 CAE分析和臺架試驗(yàn)結(jié)果表明 該車型后懸控制臂零件的力學(xué)性能滿足目標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：后懸;控制臂;力學(xué)性能

中圖分類號：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）18-136-03

Abstract： The rear suspension control arm is the key load-bearing component of the chassis system， which has an important impact on the vehicle performance. In this paper， CAE strength and fatigue analysis are carried out for the rear suspension control arm of a passenger vehicle， and the bench stiffness test and fatigue test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the mechanical properties of the rear suspension control arm of the vehicle meet the target requirements.

Keywords： Rear suspension; Control arm; Mechanical properties

CLC NO.： U467? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）18-136-03

1 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展 人民的生活水平日益提高 乘用車銷量也得到快速發(fā)展 與此同時(shí) 人們對于整車的舒適性要求也越來越高。控制臂作為懸架系統(tǒng)的導(dǎo)向和傳力元件 用于支撐車身、減震器 并且緩沖行駛中的振動 將作用在車輪各種力傳遞給車身 同時(shí)保證車輪按照一定軌跡運(yùn)動[1-2] 故研究后懸控制臂的力學(xué)性能具有重要的價(jià)值和意義。

本文研究源于某款新乘用車型S需開發(fā)后懸控制臂部件 需確保其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求 通過有限元方法 基于Hyperworks及Ncode軟件 對后懸控制臂進(jìn)行了強(qiáng)度和疲勞CAE分析 結(jié)合臺架試驗(yàn) 進(jìn)行了剛度測試和臺架疲勞試驗(yàn) CAE分析結(jié)果和臺架測試結(jié)果表明此后懸控制臂剛強(qiáng)度性能及抗疲勞性能滿足目標(biāo)。

2 后懸控制臂CAE分析

2.1 后懸控制臂FEA模型

本文采用有限元軟件Hyperworks對某乘用車型后懸控制臂系統(tǒng)進(jìn)行了建模 網(wǎng)格大小為5mm 對應(yīng)材料為QSTE 460-TM和20#鋼 其對應(yīng)屈服強(qiáng)度分別為460和245MPa 有限元模型如圖1所示。

2.2 后懸控制臂CAE強(qiáng)度分析

本文分析了某乘用車后懸前后下控制臂強(qiáng)度力學(xué)性能 強(qiáng)度工況為：靜態(tài)工況 制動工況 轉(zhuǎn)彎工況 采用慣性釋放法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 模型無約束 輸入載荷為ADAMS計(jì)算輸出的載荷。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行的某乘用車型后懸控制臂強(qiáng)度分析結(jié)果表明 前下控制臂和后下控制臂最大應(yīng)力都出現(xiàn)在轉(zhuǎn)彎工況 最大應(yīng)力分別為158.1MPa和348.1MPa 都小于對應(yīng)材料屈服強(qiáng)度 滿足設(shè)計(jì)要求 匯總結(jié)果如表1所示。

2.3 后懸控制臂臺架疲勞CAE分析

本文對某乘用車后懸控制臂進(jìn)行了臺架疲勞CAE分析 根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范 工況為Bracket Load X向加載1g 循壞次數(shù)30000次 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為損傷值小于0.6 CAE分析結(jié)果表明前、后下控制臂和最大疲勞損傷值分別為0.00004和0.275 損傷值小于目標(biāo)值 滿足設(shè)計(jì)要求。

3 后懸控制臂臺架試驗(yàn)分析

3.1 后懸控制臂臺架剛度試驗(yàn)分析

臺架試驗(yàn)是通過科學(xué)方法重現(xiàn)試驗(yàn)場載荷激勵(lì) 以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件或整車的強(qiáng)度和抵抗疲勞性能摸底和評價(jià) 良好的臺架試驗(yàn) 可降低研發(fā)費(fèi)用 縮短開發(fā)周期[3]。

本文對后懸控制臂進(jìn)行了臺架剛度測試 如圖4所示。臺架試驗(yàn)邊界條件為：將后懸控制臂連接處固定 施加Z向載荷 觀測試驗(yàn)后 零部件是否產(chǎn)生裂紋。

本文按照上述試驗(yàn)方法 進(jìn)行了后懸控制臂臺架剛度試驗(yàn) 得到圖5試驗(yàn)結(jié)果 經(jīng)測量分析 前下控制臂剛度為22.1KN/mm 后下控制臂剛度為23.5KN/mm 滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)值大于20KN/mm。

3.2 后懸控制臂鹽霧疲勞試驗(yàn)分析

本文對后懸控制臂進(jìn)行了鹽霧疲勞測試 鹽水濃度為5% 鹽霧沉降量為1.2ml/h連續(xù)噴降 溫度35度 試驗(yàn)周期為500小時(shí) 試驗(yàn)結(jié)果如圖6。

本文按照上述鹽霧疲勞試驗(yàn)邊界條件進(jìn)行測試 得到表2試驗(yàn)結(jié)果 經(jīng)檢測 500h后 試樣未生銹 滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.3 后懸控制臂疲勞試驗(yàn)分析

本文對某乘用車型后懸控制臂進(jìn)行了臺架疲勞試驗(yàn) 正弦波激勵(lì) 頻率為5Hz循環(huán)次數(shù)25000次 試驗(yàn)邊界條件如圖7所示：

本文按照上述邊界條件 進(jìn)行了后懸控制臂臺架疲勞試驗(yàn) 逐個(gè)對試樣進(jìn)行了檢測 如圖8所示 均無裂紋 滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 結(jié)論

本文基于Hyperworks和Ncode有限元仿真分析軟件 對某乘用車后懸控制臂進(jìn)行了強(qiáng)度和疲勞CAE分析 結(jié)合臺架試驗(yàn)設(shè)備 進(jìn)行了后懸控制臂剛度測試和臺架疲勞試驗(yàn) CAE和臺架試驗(yàn)結(jié)果表明 此乘用車型后懸控制臂力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張博文.基于試驗(yàn)工況的轉(zhuǎn)向節(jié)CAE分析[D]，湖北：湖北汽車工業(yè)學(xué)院，2017.

[2] 謝穎.汽車后懸架下控制臂的有限元分析與優(yōu)化[J]內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（3）：15-19.

[3] 許江濤，郭瑞霞.海基于虛擬技術(shù)某轎車前副車架疲勞試驗(yàn)的優(yōu)化 [J]南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，4（1）：1-5.