韓冬 趙丹 田婧 鄭棟 剡文娟

摘 要：本設計在不影響下支架強度的基礎上對下支架進行結構優(yōu)化設計。主要改進點為下支架上端結構采用弧形坡口型式 兩側使用豁口結構設計 避免下支架焊縫端頭受力過大 提高下支架使用壽命。最后通過Hyper mesh軟件分析優(yōu)化前后下支架及其焊縫的應力大小分布 確定最終優(yōu)化方案。

關鍵詞：弧形坡口;豁口;Hyper mesh分析

中圖分類號：U466? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-44-03

Abstract： This design optimizes the structure of the lower support without affecting the strength of the lower support. The main improvement point is that the upper structure of the lower bracket adopts the curved groove type and use the gap structure design on both sides， so as to avoid the overloading of the weld end of lower bracket and improve service life of the lower support. Finally， the stress distribution of the lower bracket and its welding seam before and after optimization is analyzed by Hyper mesh software to determine the final optimization.

Keywords： The curved gioove; Break; Hyper mesh analysis

CLC NO.： U466? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-44-03

前言

在國內整車市場競爭力日益增長的趨勢下 整車質量和零件品質成為競爭力的核心。下支架是整橋承載的關鍵性零件 本次下支架改進是基于對市場典型售后問題分析的前提下 針對性對下支架進行定向優(yōu)化設計 規(guī)避現(xiàn)有下支架存在的售后問題 最后通過理論結合有限元分析確定最優(yōu)方案。

1 下支架市場失效模式及分析

通過實地市場調研和售后反饋 下支架售后市場主要失效模式表現(xiàn)為下支架端頭焊縫焊趾處開裂 實物如圖1所示。

下支架與橋殼連接為焊接結構 下支架開裂后售后維修需更換橋殼總成 導致售后費用增加;針對此失效模式初步對市場部分售后件橋殼總成進行焊縫端頭局部切樣分析[4] 剖切面視圖如圖2所：切口表面平整 無氣泡 無裂紋 焊縫融合性良好。

針對某失效件橋殼、下支架切樣后 進行材料理化分析 具體成分含量見表1所示。

綜合切樣和理化分析所得 橋殼和下支架均符合設計材料要求 且焊縫未見明顯缺陷。初步認為下支架端頭焊縫開裂與焊縫端頭受力過大 容易產生應力集中有關。

2 新下支架結構設計

針對原結構下支架售后問題 確定本次下支架結構優(yōu)化方向 設計宗旨在于降低下支架焊縫端頭應力大小。如下圖所示：

新結構設計理念 主要在于A、B、C處設計不同 新支架設計是以下支架焊縫在車橋上實際受力狀態(tài) 以及支架受力后焊縫變形趨勢為基礎 結合下支架有限元分析進行的全面設計 極大提高了下支架的使用壽命 降低了售后市場故障率。

以下具體介紹新支架結構設計的目的及意義[1-2]：

A處結構：

（1）采用圓弧形頂口結構設計 焊縫長度增長 加強了下支架與橋殼連接的強度;

（2）在垂向交變載荷加載狀態(tài)下 由于焊縫為下彎圓弧設計 與橋殼垂向受力變形趨勢相同 在一定程度上減小了焊縫端頭在極限沖擊載荷下所受的拉應力 一定程度上降低了焊縫沖擊開裂的風險。

（3）在前后方向推力加載狀態(tài)下 由于頂口為圓弧設計 中間焊縫高度低于端頭處焊縫 所以中間焊縫所受力矩遠大于端頭焊縫 此結構設計對端頭焊縫受力有所改善。

B處結構：

在垂向和前后推力共同加載狀態(tài)下 下支架接近頂口位置兩側采用豁口設計 通過改變力的方向有效降低了焊縫端頭集中受力 從而降低了支架端頭焊縫的應力值 使得端頭處焊縫在同等大小推力下使用壽命更長。

C處結構：

由于下支架頂口弧形結構和兩側豁口式結構的設計 縮小了下支架中心截面的高度 此處設計首先應保證在下支架與整車推力桿球頭極限運動不干涉的條件下 保證支架整體強度設計;主要利用下支架下方平口式設計 增大支架中心截面 從而增強支架整體強度。

3 改進方案有限元分析

3.1 下支架優(yōu)化方案說明

某驅動橋下支架結構優(yōu)化設計分析 有限元模型基于Pro/E三維幾何模型建立 如下圖所示：

3.2 CAE分析說明

采用車輛前進坐標系 x軸指向車輛前進方向 y軸指向前進方向的左側 z軸豎直向上。采用mm s t有限元常用單位制 采用四面體單元劃分實體網格。材料參數(shù)如下表所示。[3]

4 結論

該優(yōu)化結構下支架從2019年批量投產以來未反饋故障 相比原結構下支架壽命得到很大提升 同時兼顧輕量化設計 節(jié)約成本 提升了整橋的可靠性 對關閉售后下支架質量問題起到了關鍵性作用;此結構設計還具有廣泛適用性 類似下支架可參考此類結構進行優(yōu)化設計。

參考文獻

[1] 劉維信，汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2] 余志生，汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[3] 張勝蘭，鄭東黎，郝琪，李楚林編著，基于HyperWords的結構優(yōu)化設計技術[M].北京：機械工業(yè)出版社.

[4] 丁惠麟，金榮芳.機械零件缺陷、失效分析與實例[M]北京：化學工業(yè)出版社，2013.56-90.