關(guān)于重卡車橋輪邊氣室支架有限元分析及優(yōu)化

蘆鑫，蔡明，王震，王靜，程遙

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

前言

隨著我國近年來汽車產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，已然成為我國國民經(jīng)濟(jì)只支柱產(chǎn)業(yè)之一。重型卡車作為汽車產(chǎn)業(yè)的一部分，也得到了空前發(fā)展，其市場保有量持續(xù)增高。由于重型卡車的承載力大而且路況多變，在行駛過程中一些重要零件結(jié)構(gòu)需持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，以滿足可靠性要求，防止售后故障多發(fā)，保證行車安全。

1 背景分析

目前重型卡車大體分為：自卸車、牽引車、載貨車等。本文所分析的輪邊氣室支架為左右對稱件（以下皆以左件分析）。其失效模式主要體現(xiàn)在自卸車和牽引車上。失效模式主要為裂紋和斷裂。

該失效模式主要是由整車在工況多變、承載過大的情況下，司機(jī)的頻繁制動(dòng)導(dǎo)致了輪邊氣室支架剛性不足，應(yīng)力偏大引起。

2 輪邊氣室支架優(yōu)化方案

通過對輪邊氣室支架舊結(jié)構(gòu)建模分析，根據(jù)分析結(jié)果并結(jié)合輪邊氣室支架失效模式，以及考慮重量不變的情況下對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行CAE優(yōu)化改進(jìn)，通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)從而增強(qiáng)該輪邊氣室支架的支撐剛性、降低其售后故障率。（舊結(jié)構(gòu)如圖1；新結(jié)構(gòu)如圖2）

圖1 輪邊氣室支架舊結(jié)構(gòu)

圖2 輪邊氣室支架新結(jié)構(gòu)

3 有限元分析

3.1 材料說明

新輪邊氣室支架結(jié)構(gòu)在材料不發(fā)生變化，仍沿用QT450。材料特性如表1。

表1 新輪邊氣室支架結(jié)構(gòu)材料特性

3.2 有限元模型加載說明

有限元模型基于Croe三維幾何模型建立。有限元模型采用車輛前進(jìn)坐標(biāo)系，X軸指向車輛前進(jìn)方向，Y軸指向前進(jìn)方向的左側(cè)，Z軸豎直向上。采用mm，s,t有限元常用單位制。由于該輪邊氣室支架屬于實(shí)體結(jié)構(gòu)，采用10結(jié)點(diǎn)四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格。該輪邊氣室支架只在車輛制動(dòng)時(shí)受氣室的反推力，數(shù)值如下：

以24''氣室為例，氣壓為1MPa。

A——?dú)馐夷て行娣e；

P——?dú)馐抑苿?dòng)氣壓；

F——制動(dòng)力

所以完整的舊、新輪邊氣室支架有限元模型分別為圖3、圖4：

圖3 舊結(jié)構(gòu)有限元模型

圖4 新結(jié)構(gòu)有限元模型

3.3 舊、新輪邊氣室支架應(yīng)力云圖比較

當(dāng)整車制動(dòng)時(shí)，舊、新輪邊氣室支架制動(dòng)工況下應(yīng)力云圖分別為圖5和圖6。

圖5 舊結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

圖6 新結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

表2 新舊結(jié)構(gòu)輪邊氣室支架在制動(dòng)工況下最大應(yīng)力

通過對舊、新輪邊氣室支架制動(dòng)工況下應(yīng)力云圖對比分析可知，舊結(jié)構(gòu)在制動(dòng)時(shí)的最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于QT450材料本身屈服強(qiáng)度310MPa，且與故障模式一致，通過CAE結(jié)構(gòu)優(yōu)化，新結(jié)構(gòu)輪邊氣室支架在制動(dòng)工況下最大應(yīng)力均小于QT450材料本身屈服強(qiáng)度，滿足使用強(qiáng)度要求。

4 結(jié)論

通過對舊輪邊氣室支架的CAE建模分析，同時(shí)針對其市場失效模式以及保持重量不變的情況下，對其舊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。新輪邊氣室支架在制動(dòng)工況下應(yīng)力分布均勻且都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料本身屈服強(qiáng)度，較原結(jié)構(gòu)有了較大改善，滿足設(shè)計(jì)需求，從而大幅度提高了該氣室支架的使用壽命、減少了用戶保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用，現(xiàn)已批量裝車使用。