制動(dòng)硬管螺旋緩振結(jié)構(gòu)性能分析

苗月興Miao Yuexing

制動(dòng)硬管螺旋緩振結(jié)構(gòu)性能分析

苗月興
Miao Yuexing

（北京汽車集團(tuán)越野車有限公司 底盤(pán)部，北京 101300）

基于CAE仿真方法，對(duì)制動(dòng)硬管螺旋緩振結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，探究螺旋圈數(shù)、直徑、軸線重合度3個(gè)參數(shù)對(duì)緩振性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，增大螺旋圈數(shù)，增大螺旋直徑，提高軸線重合度有利于提升螺旋的緩振性能，提高制動(dòng)管路的耐久可靠性。

CAE；緩振；螺旋結(jié)構(gòu)

0 引 言

汽車制動(dòng)管路在制動(dòng)系統(tǒng)中承載傳遞制動(dòng)力的功能，其可靠性對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)乃至整車而言至關(guān)重要，一旦嚴(yán)重失效將導(dǎo)致車毀人亡[1]。對(duì)于車身與底盤(pán)之間存在較大相對(duì)運(yùn)動(dòng)的車輛，通常在制動(dòng)硬管局部設(shè)計(jì)緩振結(jié)構(gòu)，既可滿足緩振需求，又避免制動(dòng)軟管過(guò)長(zhǎng)。螺旋結(jié)構(gòu)為制動(dòng)硬管常見(jiàn)的緩振結(jié)構(gòu)，在滿足緩振需求的同時(shí)需要保持自身耐久可靠性能，避免在運(yùn)動(dòng)載荷下疲勞破壞[2]。基于CAE仿真軟件，對(duì)螺旋形緩振結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析，探究螺旋圈數(shù)、螺旋直徑、螺旋軸線重合度3個(gè)參數(shù)對(duì)緩振性能的影響。

1 仿真模型建立

如圖1所示，創(chuàng)建螺旋緩振結(jié)構(gòu)幾何模型，模型參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 仿真模型參數(shù)

續(xù)表1

圖1 螺旋緩振結(jié)構(gòu)幾何模型

定義軸線重合度為100%，則與螺旋軸線形成夾角的硬管是指外部載荷所施加的長(zhǎng)直線段，如圖2所示。硬管下端B點(diǎn)為固定端，限制6自由度（沿、、直角坐標(biāo)軸方向的3個(gè)移動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）。上端A點(diǎn)施加30 mm的向豎直向下位移激勵(lì)，模擬硬管承受的形變，其余模型的載荷施加方式相同。

圖2 軸線重合度定義及載荷施加示意圖

使用Hypermesh軟件對(duì)幾何模型進(jìn)行面網(wǎng)格劃分[3]，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)數(shù)量盡量避免三角形網(wǎng)格數(shù)量，提高計(jì)算精度將網(wǎng)格尺寸設(shè)置為2 mm，單個(gè)模型網(wǎng)格數(shù)量約為3 000個(gè)，網(wǎng)格質(zhì)量控制參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 網(wǎng)格劃分要求

2 仿真結(jié)果及分析

2.1 螺旋圈數(shù)對(duì)緩振性能的影響分析

螺旋圈數(shù)對(duì)緩振性能影響的仿真分析如圖3所示，參數(shù)計(jì)算見(jiàn)表3。

表3 不同螺旋圈數(shù)所對(duì)應(yīng)的硬管形變量

由圖3、表3可以看出，硬管總共承受30 mm的形變量，隨著螺旋圈數(shù)的減小，螺旋形變占硬管總形變比例逐漸降低，也就是螺旋承擔(dān)緩振作用的能力隨著圈數(shù)的減小逐漸降低。與此同時(shí)，平均每圈螺旋的形變量明顯增加，每圈螺旋承擔(dān)的緩振量增大，螺旋的工作條件惡化，不利于螺旋的疲勞耐久性能。

2.2 螺旋直徑對(duì)緩振性能的影響分析

螺旋直徑對(duì)緩振性能影響的仿真分析如圖4所示，參數(shù)計(jì)算見(jiàn)表4。

表4 不同螺旋直徑所對(duì)應(yīng)的硬管形變量

由圖4、表4可以看出，隨著螺旋直徑的增大，螺旋形變占硬管總形變比例逐漸增加，也就是螺旋承擔(dān)緩振的作用隨著螺旋直徑的增大逐漸增加。此時(shí)每圈螺旋所承擔(dān)的形變量雖然隨螺旋總形變量有所上升，但并不顯著，在布置條件允許的前提下，增大螺旋直徑可以有效提升螺旋緩振能力。

2.3 軸線重合度對(duì)緩振性能的影響分析

軸線重合度對(duì)緩振性能影響的仿真分析如圖5所示，參數(shù)計(jì)算見(jiàn)表5。

表5 不同軸線重合度所對(duì)應(yīng)的硬管形變量

由圖5、表5可以看出，隨著軸線重合度的降低，螺旋形變占總形變的比例大幅降低，當(dāng)螺旋軸線與硬管加載處長(zhǎng)直段垂直時(shí)，螺旋形變量?jī)H占總形變量的21%，并沒(méi)有充分起到緩振作用，制動(dòng)硬管總成形變的79%由螺旋以外的直段承擔(dān)。硬管直線段長(zhǎng)期承受交變彎曲載荷，極其不利于硬管總成的疲勞耐久性能，因此，帶有螺旋緩振結(jié)構(gòu)的硬管應(yīng)盡量避免軸線重合度過(guò)低。

綜上所述，增加螺旋圈數(shù)、增大螺旋直徑、提高軸線重合度，有利于提升硬管螺旋段的緩振性能，有助于提高螺旋段及硬管總成的緩振能力，以及整車制動(dòng)管路的耐久可靠性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)數(shù)值仿真的方法，得到了螺旋設(shè)計(jì)過(guò)程中螺旋圈數(shù)、螺旋直徑、軸線重合度對(duì)螺旋緩振性能的影響，為螺旋緩振結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。

[1]楊慧鋼. 制動(dòng)管路對(duì)整車制動(dòng)系統(tǒng)的影響[J]. 汽車科技，2009（6）：68-71.

[2]邱澤鑫，阮先軫，郭威.汽車空調(diào)管路系統(tǒng)振動(dòng)疲勞分析及優(yōu)化[J].時(shí)代汽車，2019（10）：89-92.

[3]苗月興，趙利偉，汪先東.基于CAE仿真的制動(dòng)管路設(shè)計(jì)[J].北京汽車，2020（3）：6-8，54.

2020-07-23

U463.55.03

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.06.010

1002-4581（2020）06-0039-03