一款重卡駕駛室后懸置支架結構的優化設計

齊淼，黨龍，王蘭，申建乎，趙長城，李榮梅

（陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

前言

重型卡車駕駛室懸置的主要功能是通過前、后懸置支架與車架、駕駛室本體連接來支撐起駕駛室，利用彈性元件和減震器起到緩沖震動的作用，通過結構中的彈性元件實現防止車身在轉向等行駛工況下發生的側向傾斜。

隨著汽車工業的不斷完善與發展，重型卡車駕駛員對卡車舒適性、安全性和可靠性等要求不斷提高。另外隨著國民經濟發展，面對國外高品質重卡的市場沖擊，國內重卡主機廠愈加重視舒適性、安全性、可靠性。本文以某重型卡車駕駛室后懸置為研究對象，以實際工況結構分析，利用 Hyper Works軟件平臺建立有限元靜態分析模型，通過與原結構的對比分析，證明優化改進后的支架結構的可行性與有效性，及在駕駛室懸置系統性能要求方面的提升。

1 優化設計需求來源

該重卡卡車駕駛室后懸置結構簡單，利于整車布置，左右支撐內部空間最大化。但是該結構抗左右偏擺能力較差，未采用橫向減震器，導致橫向擺動幅度較大，抗駕駛室側傾的能力較差，目前表現為駕駛室舒適性差，易導致后懸置液壓鎖、減震器損壞率的上升。

對該后懸置支架進行臺架試驗，實驗方法如下：

1.1 針對液壓鎖、減震器及支架系統

（1）單側固定，另一側在鎖銷中心橫向向內分別加載37.6KG、70KG、100KG的載荷，測量鎖銷中心點的位移。

（2）單側固定，另一側在鎖銷中心橫向向外分別加載37.6KG、70KG、100KG的載荷，測量鎖銷中心點的位移。

1.2 單側支架

單側支架總成固定，在液壓鎖鎖銷中心向外分別加載37.6KG、70KG、100KG的載荷，測量鎖銷中心點的位移。

實驗所得結果如下圖：

圖1 臺架試驗位移曲線

橫向向內加載：當受 75kg的力時，鎖止部位位移為11mm；等效剛度為66.8N/mm。

橫向向外加載：當受 75kg的力時，鎖止部位位移為11mm；等效剛度為66.8N/mm。

單測液壓鎖向外加載：當受75kg的力時，鎖止部位位移為13mm；等效剛度為56.5N/mm。

實驗數據顯示，該支架橫向剛度較小，在轉彎等橫向力較大時會引起較大位移，即該后懸置抗側傾性能較差。

2 改進方案及結構性能分析

針對該重卡后懸置支架抗側傾能力較差的問題，需對該支架進行優化改進設計，以提高懸置系統抗側傾能力，提升駕駛室舒適性及安全性。

該支架為拼焊總成，焊接結構存在焊接過程中易變形、焊接過程內應力較高、焊縫影響外觀及可靠性等缺點。鑄鋼件則在避免以上問題的同時，還可通過不同的熱處理工藝在較大的范圍內選擇力學性能和使用性能，并可有效減少加工切削量?；谏鲜鲈颍_定更改方案為鑄件結構替代焊接結構。

圖2 位移分析結果

保證減震器、液壓鎖及與車架連接方案不變的前提下，在原拼焊結構支架的基礎上完成鑄件三維數模繪制。并進行鑄造工藝性、加工可行性分析。按照上文實驗方法，利用HyperWorks軟件對原支架后懸置總成及優化支架后的后懸置總成模型進行靜力學分析，將支架在載荷為75KG時的最大應力、載荷加載點最大位移的分析結果進行對比。

表1 靜力學分析位移結果對比

在加載載荷、約束等外部條件完全一致的情況下，原結構與改進后結構在HyperWorks軟件中的分析結果如下：

圖3 受力分析結果

表2 靜力學分析應力結果對比

3 優化改進方案與原方案對比

根據以上實驗數據及 HyperWorks軟件分析結果，改進后鑄件支架懸置總成在受力、支架剛度等方面比原焊接結構有大幅提升。

圖4 支架原模型與優化后模型對比

3.1 降低零件生產成本

原結構為鈑金拼焊件，五個零件焊接組成支架總成，改進后支架為單一零件，工時成本、庫存成本、管理成本、轉運成本等都可大幅降低。

3.2 減少風險點

原結構加工過程較多，會造成加工過程中誤差累計的增加，改進后為鑄件結構，僅需機加工處理，零件質量控制、焊接過程控制等風險點可以大大減少。

3.3 抗偏擺性能提高

相比于原結構的鈑金拼焊結構，改進后的精鑄件結構在抗左右偏擺能力上有很大提升。

4 結論

本文針對某款抗側傾能力較差的駕駛室后懸置總成進行分析研究，通過改進其支架結構的方式實現該懸置的性能提升。在不影響相關零部件裝配、使用的前提下，將原支架鈑金拼焊結構更改為精鑄件結構。HyperWorks軟件分析結果表明，改進后的支架，最大位移減小約18%，最大應力減小約00.0.45%，靜態承載安全系數同步大幅提高，加工過程風險因素有效減少。