某乘用車型后懸控制臂力學性能仿真和試驗研究

劉敏

摘 要：后懸控制臂是底盤系統的關鍵承載部件 對整車性能有重要影響 文章針對某乘用車型后懸控制臂進行了CAE強度和疲勞分析 并進行了臺架剛度測試和疲勞測試 CAE分析和臺架試驗結果表明 該車型后懸控制臂零件的力學性能滿足目標要求。

關鍵詞：后懸;控制臂;力學性能

中圖分類號：U467? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）18-136-03

Abstract： The rear suspension control arm is the key load-bearing component of the chassis system， which has an important impact on the vehicle performance. In this paper， CAE strength and fatigue analysis are carried out for the rear suspension control arm of a passenger vehicle， and the bench stiffness test and fatigue test are carried out. The results of CAE analysis and bench test show that the mechanical properties of the rear suspension control arm of the vehicle meet the target requirements.

Keywords： Rear suspension; Control arm; Mechanical properties

CLC NO.： U467? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）18-136-03

1 引言

隨著國家經濟高速發展 人民的生活水平日益提高 乘用車銷量也得到快速發展 與此同時 人們對于整車的舒適性要求也越來越高。控制臂作為懸架系統的導向和傳力元件 用于支撐車身、減震器 并且緩沖行駛中的振動 將作用在車輪各種力傳遞給車身 同時保證車輪按照一定軌跡運動[1-2] 故研究后懸控制臂的力學性能具有重要的價值和意義。

本文研究源于某款新乘用車型S需開發后懸控制臂部件 需確保其結構強度和疲勞性能滿足設計目標要求 通過有限元方法 基于Hyperworks及Ncode軟件 對后懸控制臂進行了強度和疲勞CAE分析 結合臺架試驗 進行了剛度測試和臺架疲勞試驗 CAE分析結果和臺架測試結果表明此后懸控制臂剛強度性能及抗疲勞性能滿足目標。

2 后懸控制臂CAE分析

2.1 后懸控制臂FEA模型

本文采用有限元軟件Hyperworks對某乘用車型后懸控制臂系統進行了建模 網格大小為5mm 對應材料為QSTE 460-TM和20#鋼 其對應屈服強度分別為460和245MPa 有限元模型如圖1所示。

2.2 后懸控制臂CAE強度分析

本文分析了某乘用車后懸前后下控制臂強度力學性能 強度工況為：靜態工況 制動工況 轉彎工況 采用慣性釋放法進行強度計算 模型無約束 輸入載荷為ADAMS計算輸出的載荷。

根據設計規范進行的某乘用車型后懸控制臂強度分析結果表明 前下控制臂和后下控制臂最大應力都出現在轉彎工況 最大應力分別為158.1MPa和348.1MPa 都小于對應材料屈服強度 滿足設計要求 匯總結果如表1所示。

2.3 后懸控制臂臺架疲勞CAE分析

本文對某乘用車后懸控制臂進行了臺架疲勞CAE分析 根據試驗規范 工況為Bracket Load X向加載1g 循壞次數30000次 評價標準為損傷值小于0.6 CAE分析結果表明前、后下控制臂和最大疲勞損傷值分別為0.00004和0.275 損傷值小于目標值 滿足設計要求。

3 后懸控制臂臺架試驗分析

3.1 后懸控制臂臺架剛度試驗分析

臺架試驗是通過科學方法重現試驗場載荷激勵 以實現關鍵零部件或整車的強度和抵抗疲勞性能摸底和評價 良好的臺架試驗 可降低研發費用 縮短開發周期[3]。

本文對后懸控制臂進行了臺架剛度測試 如圖4所示。臺架試驗邊界條件為：將后懸控制臂連接處固定 施加Z向載荷 觀測試驗后 零部件是否產生裂紋。

本文按照上述試驗方法 進行了后懸控制臂臺架剛度試驗 得到圖5試驗結果 經測量分析 前下控制臂剛度為22.1KN/mm 后下控制臂剛度為23.5KN/mm 滿足設計目標值大于20KN/mm。

3.2 后懸控制臂鹽霧疲勞試驗分析

本文對后懸控制臂進行了鹽霧疲勞測試 鹽水濃度為5% 鹽霧沉降量為1.2ml/h連續噴降 溫度35度 試驗周期為500小時 試驗結果如圖6。

本文按照上述鹽霧疲勞試驗邊界條件進行測試 得到表2試驗結果 經檢測 500h后 試樣未生銹 滿足設計目標。

3.3 后懸控制臂疲勞試驗分析

本文對某乘用車型后懸控制臂進行了臺架疲勞試驗 正弦波激勵 頻率為5Hz循環次數25000次 試驗邊界條件如圖7所示：

本文按照上述邊界條件 進行了后懸控制臂臺架疲勞試驗 逐個對試樣進行了檢測 如圖8所示 均無裂紋 滿足設計目標。

4 結論

本文基于Hyperworks和Ncode有限元仿真分析軟件 對某乘用車后懸控制臂進行了強度和疲勞CAE分析 結合臺架試驗設備 進行了后懸控制臂剛度測試和臺架疲勞試驗 CAE和臺架試驗結果表明 此乘用車型后懸控制臂力學性能滿足設計目標。

參考文獻

[1] 張博文.基于試驗工況的轉向節CAE分析[D]，湖北：湖北汽車工業學院，2017.

[2] 謝穎.汽車后懸架下控制臂的有限元分析與優化[J]內燃機與配件，2020（3）：15-19.

[3] 許江濤，郭瑞霞.海基于虛擬技術某轎車前副車架疲勞試驗的優化 [J]南京工業職業技術學院學報，2018，4（1）：1-5.