驅動后橋氣室支架設計改進及驗證方案

劉艷平，許克楊，陳 利

（合肥美橋汽車傳動及底盤系統有限公司，安徽合肥230051）

驅動后橋氣室支架設計改進及驗證方案

劉艷平，許克楊，陳 利

（合肥美橋汽車傳動及底盤系統有限公司，安徽合肥230051）

本文針對試驗場出現的氣室支架斷裂問題進行分析，確認鑄件澆冒口位置設定不合理和設計強度不足為支架斷裂的主要原因。文中針對此問題點提出更改澆冒口位置改善金相組織同時通過應力分析改善設計結構來提升氣室支架強度，改善后的零件通過臺架試驗和道路試驗滿足使用要求。

氣室支架；設計強度；鑄件澆冒口

1 氣室支架的斷裂問題

后橋氣室支架用于支撐氣室進行整車行車制動或駐車制動，所承受力為氣壓傳遞給氣室的作用力和制動器回位彈簧帶動調整臂旋轉形成的支撐力。某輕型卡車試驗車在山區強化路段進行道路試驗時出現氣室支架斷裂現象，主要斷裂狀態及斷裂區域如圖1所示。此路段主要特點為路面起伏不定，試驗車制動頻繁，制動力大。本文針對該氣室支架斷裂問題進行分析改善，提升了氣室支架強度并進行了分析驗證，避免氣室支架在市場出現斷裂和變形量大等強度不足問題。

圖1 氣室支架失效狀態

2 失效原因分析

理論分析氣室支架失效原因有以下幾種可能性：零件尺寸不合格、零件內部材料組織缺陷、設計強度不足。失效原因驗證排除如下：

（1）零件尺寸來料抽檢合格，失效件復核尺寸合格，可排除零件尺寸不合格的問題；

（2）對失效件支架從斷裂位置附近剖開進行檢測。經檢測球化級別2級，球化級別檢測效果如圖2所示，符合1~3級之間的規定[1]。

圖2 球化級別檢測

珠光體含量檢測大部分區域為10%~15%，如圖3所示，符合≤20%的規定，但是在斷口附近有一處區域珠光體含量嚴重超標，達到90%~95%，如圖4所示，不符合規定。

圖3 珠光體含量合格狀態

圖4 珠光體含量超標狀態

局部區域珠光體含量超標是導致支架斷裂的原因之一。

（3）通過FEA分析復核設計強度。模擬受力及裝配件情況建立受力模型草圖如圖5.

圖5 FEA分析受力模型

FEA分析結果顯示局部區域最大應力達到429 MPa，如圖6位置，超出了許用應力250 MPa，設計強度不足，存在失效風險。

圖6 應力集中區域

3 提升方案

（1）局部珠光體含量超標問題經分析為鑄件澆注冒口處材料壁厚偏薄冷卻過快所致，為解決這個問題，將澆注冒口位置從支架臂部改到底座位置，底座壁厚較大，可避免冷卻過快導致的珠光體含量超標問題。更改后的件金相檢測合格。

（2）根據數模FEA分析情況對支架進行強化設計，將支撐臂上緣由原來的直線型改成凸起的圓弧提升支架整體支撐剛性，同時將應力超差處的加強筋與支架主體連接的邊緣圓角由R3改成R10，改善應力集中。改善后的數模及分析結果如下圖（圖7），最大應力188.5 MPa小于許用應力250 MPa，改善后的設計強度滿足使用要求。

圖7 改善后的數模和受力分析情況

整改后的支架樣件臺架試驗合格。送往試驗場對試驗車的舊件進行更換，更換后的支架完成整個試驗里程未再出現斷裂現象。

4 結論

通過驗證結果來看，此次支架斷裂故障的原因分析是合理的，改善方案也是有效的。鑄件澆注冒口位置的設定需要根據工件本身的結構特點和受力情況做出合理選擇，避免因此影響鑄件質量。通過FEA模擬受力分析改善設計結構是提升支架強度的有效方案。在此過程中設計的受力形式可用于其他型號類似新產品的開發驗證及老產品，以便做好早期預防。

[1]李炯輝.金屬材料金相圖譜[M].北京：機械工業出版社，2006.

Design Im prove and Validation of Air Brake Support Bracket

LIU Yan-ping，XU Ke-yang，CHEN Li
（Hefei AAM Automotive Driveline&Chassis System Co.，Ltd.，Anhui Hefei 230051，China）

In this paper，the analysis of the fracture of the gas chamber support in the test field is carried out，and themain reason for the failure of the support is that the unreasonable setting of the casting riser position and the lack of design strength.In this paper the problem put forward to change the pouring position to improve microstructure and through stress analysis to improve the design structure to enhance chamber support strength，improved parts through bench test and road test tomeet the use requirements.

air brake support bracket；design strength；riser of casting

TH162

A

1672-545X（2017）04-0150-02

2017-01-22

劉艷平（1984-），女，江蘇鹽城人，本科，助理工程師，研究方向：汽車前后橋設計研究。