基于ANSYS的某重卡儲氣筒支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

谷同金，李本榮，顧鵬飛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司海外汽車研究所，安徽 合肥 230601）

前言

在采用氣壓制動系統(tǒng)的車輛上，儲氣筒是必不可少的零部件，一般在布置儲氣筒時都是根據(jù)儲氣筒布置位置設(shè)計(jì)專用的支架。支架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度保證，一旦支架發(fā)生開裂，進(jìn)行影響整車制動性能，容易引起交通事故。

本文結(jié)合產(chǎn)品使用環(huán)境，采用ANSYS分析發(fā)現(xiàn)儲氣筒支架強(qiáng)度薄弱區(qū)域，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足使用要求，提高客戶滿意度。

1 市場問題

我司某出口南美車型在客戶使用過程中出現(xiàn)儲氣筒支架開裂現(xiàn)象，該地區(qū)路況較差，且車輛超載情況嚴(yán)重。下圖為市場故障照片。

圖1 市場故障件

2 有限元分析

2.1 建立模型

根據(jù)該支架的幾何模型建立有限元模型。將支架幾何模型導(dǎo)入 ANSYS，對支架進(jìn)行網(wǎng)格劃分。支架幾何模型及有限元模型如下圖所示。

圖2 儲氣筒支架幾何模型

圖3 儲氣筒支架有限元模型

2.2 模型計(jì)算

該支架通過上端面兩圓孔與車架橫梁螺栓連接，所以設(shè)置邊界條件時可將支架上端面進(jìn)行全約束，同時考慮車架抖動及超載情況，施加載荷時設(shè)定3倍重力加速度。有限元分析結(jié)果如下圖所示。

圖4 有限元計(jì)算結(jié)果

圖5 優(yōu)化后支架模型

從上圖計(jì)算結(jié)果可以看出，支架與車架橫梁連接處倒角附近應(yīng)力水平較高，同時在倒角處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力分布與該支架市場問題狀態(tài)基本一致。

2.3 優(yōu)化方案

考慮到零部件的通用性及系統(tǒng)的模塊化要求，優(yōu)化方案不涉及該支架與其他部件的配合尺寸。由上述應(yīng)力云圖可以看出，支架腹面應(yīng)力水平較低，可以考慮增加減重孔，而倒角處應(yīng)力集中，可將倒角由R4加大到R6，同時為降低整體應(yīng)力水平，將支架料厚由4.5mm改為5.5mm。

綜上，優(yōu)化方案變動有以下三點(diǎn)：

1）支架腹面增加R25的減重孔；

2）腹面與安裝面倒角加大到R6；

3）支架整體料厚加大到5.5mm。

優(yōu)化后支架模型如下圖所示，支架重量增加了0.034kg，幾乎不變。

2.4 優(yōu)化方案驗(yàn)證

優(yōu)化后支架有限元分析邊界條件不變，應(yīng)力分布如下圖所示。

圖6 優(yōu)化后支架計(jì)算結(jié)果

由應(yīng)力云圖可以看出，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的支架的最大應(yīng)力為20.24MPa，而支架優(yōu)化前的最大應(yīng)力為 39.05MPa，支架強(qiáng)度增加48%。

3 市場驗(yàn)證

將市場出現(xiàn)儲氣筒支架開裂的車輛統(tǒng)一更換優(yōu)化后狀態(tài)的支架，經(jīng)過十萬公里的累計(jì)使用里程驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)一例支架開裂反饋，此次整改優(yōu)化有效。

4 結(jié)論

本文針對某重卡儲氣筒支架開裂問題進(jìn)行分析，通過有限元計(jì)算提出整改方案，在不增加支架重量的前提下，提高支架整體強(qiáng)度，有效的降低整體應(yīng)力水平，同時經(jīng)過市場驗(yàn)證，整改后支架強(qiáng)度及可靠性滿足設(shè)計(jì)要求。分享該支架的設(shè)計(jì)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，可有效避免同類問題再次發(fā)生。