方亮，徐論意（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

載貨車板簧支架輕量化設(shè)計(jì)

方亮，徐論意
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)整車輕量化，根據(jù)載貨車板簧支架的實(shí)際使用情況，運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化對板簧支架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)工況設(shè)計(jì)后驗(yàn)證支架出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，對加載工況重新定義，最終完成強(qiáng)化并通過試驗(yàn)驗(yàn)證，成功實(shí)現(xiàn)板簧支架輕量化。

關(guān)鍵詞：拓?fù)鋬?yōu)化；板簧支架；載貨車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.005

CLC NO.: U469.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-09-03

引言

為是適應(yīng)節(jié)能環(huán)保發(fā)展趨勢，同時(shí)隨著國家法律法規(guī)越來越完善，油耗限值大幅度加嚴(yán)，重量法規(guī)對質(zhì)量利用系數(shù)的要求，整車降重迫在眉睫。板簧支架是用于鋼板彈簧與車架的連接，傳遞二者之間的相對運(yùn)動(dòng)和作用力，所受載荷復(fù)雜，對該件輕量化設(shè)計(jì)需要更加完善的分析和驗(yàn)證。

1、板簧支架拓?fù)鋬?yōu)化

1.1 板簧支架在某中型載貨車上的實(shí)際應(yīng)用

板簧支架受力比較復(fù)雜，主要有垂直向上的承載沖擊力、與車輛行駛方向平行的加速及緊急制動(dòng)力，車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)施加在板簧支架上的橫向力，板簧支架在整車上裝配關(guān)系如圖1所示。

1.2 板簧支架優(yōu)化

根據(jù)載荷分配，該載貨車后軸載荷為9t，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，對卷耳處分別施加垂跳2.5g、制動(dòng)0.8g、轉(zhuǎn)彎0.5g及三個(gè)方向綜合四種工況載荷，分析時(shí)按最大載荷值50000N進(jìn)行加載，具體工況定義見表1。

表1　板簧支架受力工況

通過拓?fù)鋬?yōu)化后結(jié)果如圖2，優(yōu)化前原件板簧支架重6.7kg，優(yōu)化結(jié)構(gòu)板簧支架重3.8kg。按照定義工況對支架進(jìn)行有限元分析，加載模型見圖3所示，經(jīng)分析得出結(jié)果見表2，各工況安全的系數(shù)都優(yōu)于原件。

表2　分析結(jié)果對比表

1.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

制作樣件進(jìn)行整車路試，結(jié)果出現(xiàn)前側(cè)上端安裝孔處加強(qiáng)筋根部斷裂，故障圖片見圖4，具體試驗(yàn)里程分布如表3。

表3　樣件試驗(yàn)里程分布

根據(jù)整車路試斷裂里程分布與斷裂部位判斷，斷裂載荷主要是垂跳和制動(dòng)復(fù)合工況，追加臺架驗(yàn)證，在40萬次出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，斷裂位置相同，臺架試驗(yàn)情況見圖5。

綜上，優(yōu)化結(jié)構(gòu)驗(yàn)證中出現(xiàn)斷裂的主要原因是優(yōu)化時(shí)沒有考慮垂跳和制動(dòng)方向載荷。

2、改善措施

根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證分析結(jié)果，對板簧支架受力工況重新定義，具體見表4。

表4　板簧支架受力工況

重新對板簧支架進(jìn)行強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體措施如表5，圖6所示。

表5　板簧支架的改善措施

按照重新定義載荷工況，對強(qiáng)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，同時(shí)對比分析結(jié)果，具體見表6。

表6　分析結(jié)果對比表

由分析結(jié)果可以看出，工況2垂跳和制動(dòng)方向應(yīng)力最大達(dá)到483.8Mpa，且超過工況4垂跳、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎復(fù)合。強(qiáng)化結(jié)構(gòu)使工況2最大應(yīng)力下降約19%，理論計(jì)算N2=N1×（δ 1/δ2)5，壽命增加2.8倍。

3、強(qiáng)化結(jié)構(gòu)驗(yàn)證

改善措施確定后，先對強(qiáng)化結(jié)構(gòu)樣件進(jìn)行臺架試驗(yàn)，100萬次循環(huán)未出現(xiàn)斷裂，可以滿足壽命要求。強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件在整車上進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，載荷狀況與優(yōu)化結(jié)構(gòu)驗(yàn)證時(shí)相同，樣車經(jīng)過強(qiáng)化12000km，山路8000km，未出現(xiàn)斷裂，由此可見，改善效果明顯，最終確定輕量化方案為強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，降重效果由原來6.7kg，降至4.8kg，降重1.9kg（28%）。

4、結(jié)論

由此例可見，通過拓?fù)鋬?yōu)化，同時(shí)使用新材料、新工藝，該支架實(shí)現(xiàn)降重1.9kg（28%），目前載貨汽車該類型支架還有很大輕量化空間。

根據(jù)驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)的問題，對于前端固定，后段擺動(dòng)吊耳結(jié)構(gòu)懸架系統(tǒng)固定端的板簧支架需要考慮垂跳和制動(dòng)的載荷工況，該工況比三向綜合工況應(yīng)力大16%。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)擺動(dòng)吊耳結(jié)構(gòu)對于制動(dòng)工況載荷定義過大，后期可以進(jìn)一步輕量化。

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The Light Weight Design Of The Truck Spring Bracket

Fang Liang, Xu Lunyi
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:In order to actualiaze the light weight of the truck, According to the truck spring bracket fact load,topological optimization is utilized to the light weight design of the spring bracket. The bracket that design according to the experience work condition break in the test. Then redefine the work condition,the strengthening structure bracket is passed the test,and the target that the light weight of spring bracket is reached.

Keywords:Topological optimization; Suspension Bracket; Truck

作者簡介：方亮，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

中圖分類號：U469.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-09-03