某輕卡后橋系統力學性能仿真研究

張 磊 李信麗 黃 勤

(江西五十鈴汽車有限公司產品開發(fā)技術中心，江西 南昌 330010)

0 引言

隨著疫情過后，國家經濟復蘇快速發(fā)展，輕卡由于其經濟性和便利性，已經成為運輸貨物的必然選擇[1-3]，銷量得到迅猛增長作為整車行駛系統中的重要組成部分，后橋系統既是商用車主要傳力部件，也是重要承載部件，需要在動靜載荷作用下具備足夠的強度和耐久疲勞性能[4-5]。因此，研究輕卡后橋系統力學性能具有重要的經濟和社會意義。

本文基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對輕卡后橋系統進行了CAE模態(tài)分析、剛度分析和2種不同軸荷工況條件下的強度分析，分析結果顯示，后橋系統剛強度和NVH性能滿足設計目標，同時耐久試驗通過。

1 后橋系統CAE模態(tài)分析

1.1 后橋系統有限元模型

本文采用Hyperworks軟件，對某輕卡后橋系統進行建模，網格尺寸大小4mm，橋殼材料為QT450，后橋系統重量為138kg，FEA模型如圖1所示。

1.2 后橋系統CAE模態(tài)分析

經Hypermesh建模后，采用Nastran軟件對后橋系統進行自由模態(tài)分析，提取前兩階模態(tài)，得到圖2的CAE分析結果，一階縱向彎曲模態(tài)為91Hz，一階垂向彎曲模態(tài)為135Hz，與競品車型處于同一水平。

圖1 后橋系統FEA模型

圖2 后橋系統模態(tài)分析結果

2 后橋CAE剛度分析

本文根據目標客戶特定要求，需校核后橋剛度性能，剛度分析約束邊界條件如圖3所示，約束輪心位置及軸向的轉向自由度，在彈簧座板的中心位置施加滿載載荷，單邊載荷F=18360N。

本文按照上述邊界條件，得到如圖4的后橋剛度分析結果，最大位移為1.34mm，小于競品1.5mm，滿足設計要求。

3 后橋系統CAE強度分析

后橋系統不但要滿足NVH模態(tài)和剛度性能要求，同時也需要保證必要的強度耐久性能。本文對后橋系統進行了強度分析。

圖3 后橋系統剛度分析邊界條件示意圖

圖4 后橋剛度分析結果

本文對后橋約束輪心位置移動及轉向自由度，放開另一端軸向平動自由度，并施加重力場，載荷分為2個STEP，其中STEP1為在彈簧座板中心位置施加2.5倍滿載軸荷43514N，而STEP2為在彈簧座板中心位置施加6倍滿載軸荷104433N，約束加載邊界條件見圖5。

圖5 后橋系統強度分析加載邊界條件示意圖

本文按照上述邊界條件，得到圖6所示的2.5倍滿載載荷工況下后橋系統強度分析結果，后橋橋殼最大應力為351MPa，主減速器克的最大應力為184MPa，板簧安裝座及減震器下支架最大應力為215MPa，主減速器后蓋最大應力為185MPa，都滿足小于材料屈服強度要求。

圖6 后橋強度分析結果(2.5倍滿載軸荷工況)

圖7為后橋系統6倍滿載載荷工況下后橋系統強度分析結果，后橋橋殼最大應力為453MPa，主減速器克的最大應力為312MPa，板簧安裝座及減震器下支架最大應力為240MPa，主減速器后蓋最大應力為190MPa，都滿足小于材料性能要求。

圖7 后橋強度分析結果(6倍滿載軸荷工況)

表1為后橋系統強度分析結果匯總表，可以得出：2倍滿載軸荷工況下，后橋系統各部件最大應力都小于對應材料屈服強度；6倍滿載軸荷工況下，后橋系統最大拉應力都小于材料抗拉極限，符合設計目標。

表1 后橋系統CAE強度分析結果匯總表 (MPa)

4 結語

本文基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對輕卡后橋系統進行了CAE模態(tài)分析、剛度分析和2種不同軸荷工況條件下的強度分析，分析結果顯示：

后橋一階縱向彎曲模態(tài)為91Hz，一階垂向彎曲模態(tài)為135Hz，與競品車型處于同一水平；后橋剛度工況下，最大位移為1.34mm，小于競品1.5mm，滿足設計要求；2倍滿載軸荷工況下，后橋系統各部件最大應力都小于對應材料屈服強度，6倍滿載軸荷工況下，后橋系統最大拉應力都小于材料抗拉極限；綜上，后橋系統力學性能滿足設計目標。