基于HyperMesh的商用車托架總成優化分析

閆雪鵬，朱建軍

基于HyperMesh的商用車托架總成優化分析

閆雪鵬1，朱建軍2

（1.太原理工大學機械工程學院，太原 030024；2.山西大運汽車制造有限公司，運城044000）

托架總成裝配于雙前軸車型的一二軸板簧結合處，變速箱的正下方，相當于車架的第一橫梁，該零部件可以增大車架抗扭剛度。然而售后市場托架總成法蘭板頻繁從螺栓連接孔處撕裂。本文基于HyperMesh建立了商用車托架總成與車架總成裝配模型，并對托架總成在彎扭工況下進行仿真計算，對托架總成的薄弱點進行優化，為車架提供更大的承載能力和抗扭能力，同時還可以降低市場故障率和售后維修成本。

托架；彎扭工況；優化

2.Shanxi Dayun Automobile Manufacture Co.，Ltd， Yuncheng， 044000， China.）

引言

懸架系統在商用汽車的各系統中占舉足輕重的地位，而懸架系統的承載和導向作用尤為重要。本文針對市場反饋的某主機廠懸架系統中的托架總成故障率偏高，總成維修成本高等缺點，進行分析和優化。

·托架總成裝配于雙前軸車型的一二軸板簧結合處，變速箱的正下方，相當于車架的第一橫梁，該零部件可以增大車架抗扭剛度，在惡劣工況和頻繁彎曲應力作用的情況下會造成托架總成法蘭板及加強筋的斷裂，同時在使用者不知情的情況下連續使用，有可能導致車架的斷裂，造成更大的損失和事故。托架總成在車架的上安裝位置如圖1所示：

分析車架在彎扭工況下，未安裝托架總成與裝配該零部件處車架應力分布對比如圖2、圖3。從圖2可以看出，應力大且在車架邊緣，而圖3的車架應力已減小且向車架腹面移動從而確定分析、優化該零件的必要性，得以起到保護車架的作用。

1　建立托架總成與車架裝配的模型并進行仿真

1.1 實物測繪及模型的建立

對實物進行測繪并利用Catia繪制三維數模，法蘭板、加強筋及拱形梁通過焊接連成一個總成件，三種零件的材料均為510L。然后將繪制的數模通過支座與車架裝配，模擬實物裝配后的模型，如圖4所示：

1.2 托架總成與車架裝配的有限元分析

托架總成通過支座與車架裝配后，車架的變形和扭轉應力通過剛性支座傳遞給托架總成，托架總成從而為車架提供抵抗扭轉變形的力。因而選取車架扭轉工況進行仿真，將該車架一二橋輪胎，對角抬高175 mm ，在標準軸核作用下，對托架總成的受力情況進行分析。從圖5、圖6我們可以看出，托架總成的法蘭板螺栓孔邊緣應力達到780 MPa，遠遠超于材料的屈服極限510 Mpa，因而托架總成頻繁損壞是意料之中的。

1.3 對故障件的統計

對該主機廠2013年6-8三個月生產并銷售的車輛進行追蹤，發現托架總成的故障率非常高，且故障均集中在法蘭板和加強筋2個零部件上，失效模式與有限元分析一樣，如表1所示。因而斷定分析是合理的，且零件的應力集中點和斷裂位置是一致的，因而接到改進、優化該零部件的項目。

表1　原托架總成故障率統計

2　托架總成的改進加強方案

2.1材料改進

將法蘭板、加強筋和拱形梁的材質由510L加強至610L，同時提高加強筋的壁厚。

2.2結構改進

連接方式由焊接改為螺栓連接，將剛性體轉變為半剛性體，如圖7所示。

托架總成法蘭板由直板增加翻邊，可以對法蘭板起到保護、加強的作用，同時加強筋的厚度由6 mm增加至8 mm，并在側邊增加翻邊，翻邊平面可以用螺栓連接加強筋與法蘭板，腹面與托架拱形梁相連接，從而形成介于剛性體與撓性體之間的一種結構。示意如圖8所示：

2.3改進后托架總成及各零部件仿真：

改進后的托架總成在同樣的扭轉載荷作用下，車架扭轉通過支座傳遞給托架的應力分布可以看出，改進后翻邊處應力在497 MPa左右，如圖9所示，而改進前邊緣處的應力高達780 MPa，在邊緣處改善效果達到36%，雖然法蘭板和加強筋各有一處應力集中現象，但均遠小于材料的屈服極限。在滿足最惡劣的扭轉工況后，對制動工況、垂直載荷工況及轉向工況同時進行校核，均遠小于材料屈服極限。所以優化方案是成功的。

3　結論

改進后的托架總成，即使因為疲勞導致托架的某個零部件斷裂或者失效，也可以通過更換某一單個零件而讓其恢復功能，而不需要像以前的焊接件需要更換總成。該件經該主機廠切換使用以來，市場反饋良好，售后故障率直線下降，且三包費用趨于零。

［1］劉惟信.汽車設計［M］.北京:清華大學出版社，2001.

［2］周長城.車輛懸架設計及理論［M］.北京:北京大學出版社，2011.

［3］聶毓琴，孟廣偉.材料力學［M］.北京:機械工業出版社，2004.

［4］陳耀明. 汽車懸架論文集［M］.蘇州:蘇州大學出版社，2012.

［5］陳傳增.基于HyperMesh有限元分析的橋殼輕量化設計［J］.汽車實用技術， 2014，（01）:61～64.

［6］鐘佩思，辛紀光，劉鳳景，等.基于Hypermesh的中型貨車車架有限元分析與優化［J］.煤礦機械，2009，（04）:6～8.

專家推薦

史建鵬：

本文研究出了售后市場托架總成法蘭板頻繁從螺栓連接孔處撕裂的原因，并應用對托架總成在彎扭工況下進行仿真計算，提出了解決方案，得到市場用戶的認可。屬于利用CAE仿真技術較好地解決了工程中實際的問題，建議推薦。

The optimization design and analysis of commercial vehicle bracket assembly based on Heypermesh

YAN Xue-peng1， ZHU Jian-jun2
（1.School of Mechanical Engineering， Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， China；

Bracket isLocated at the plate spring attaches， which is between the first axle and the second axle of the double front axle model， just below the gearbox. It could increase the frame's torsional stiffness. Then， its bracket assembly flange plate tears from bolt connection hole frequently. This article is based on HyperMesh to establish commercial vehicle bracket assembly and frame assembly model， and then calculate it under the crankle condition in the simulation environment. In the end， some optimization is done at the aim of the vulnerabilities of bracket assembly. The final destination provides better carrying capacity and the torsional ability for the frame， at the same time it can also reduce the failure rate and the cost of aftersales maintenance.

vehicle bracket； bending and torsion condition； optimization

U463

A

1005-2550（2015）02-0014-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.02.004

2014-08-12