拖臂扭轉(zhuǎn)梁式懸架系統(tǒng)整體與單件強(qiáng)度對(duì)比分析研究

劉彥春

【摘 要】在現(xiàn)代汽車(chē)上，底盤(pán)中的拖臂扭轉(zhuǎn)梁式懸架系統(tǒng)是重要的受力部件，由于正常行駛工作中，汽車(chē)懸架系統(tǒng)各組成部件在載荷作用下相對(duì)位置會(huì)發(fā)生改變，常用的仿真系統(tǒng)對(duì)單件分析載荷，沒(méi)有考慮構(gòu)件的柔性，對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，這些原因?qū)е路抡娼Y(jié)果產(chǎn)生偏差。因此，本文以某轎車(chē)拖臂扭轉(zhuǎn)梁式懸架系統(tǒng)為例，對(duì)拖臂扭轉(zhuǎn)梁式懸架系統(tǒng)進(jìn)行整體強(qiáng)度分析，對(duì)比整體與單件強(qiáng)度，分析結(jié)果的差異，對(duì)提高拖臂扭轉(zhuǎn)梁式懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】拖臂扭轉(zhuǎn)梁式懸架；整體結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度分析

中圖分類(lèi)號(hào)： U463.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）12-0151-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.068

Strength Analysis of Integrated Trailing Arm Torsion Beam Suspension System

LIU Yan-chun

（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering，

Department of Mechnical Engineering， Wuhu 241002）

【Abstract】The trailing arm torsion beam suspension is an important force components which is very complicated in the chaisis system. Generally， when the suspension system during strength analysis， the relative position of assembly of the various components will be change. Therefor the strength of a single piece of analysis， it is difficult to take these factors into account. The load which is used for the single piece is derived from the calculation results of Adams. Therefor，this paper takes a car trailing arm torsion beam suspension for example， the finite element analysis is used for the whole rear axle assembly. The difference between the analysis of rear axle assembly and a single piece was compared， it is important for the design and development of trailing arm torsion beam suspension.

【Key words】Trailing arm torsion beam suspesnsion； Integrated model

0 前言

在現(xiàn)代汽車(chē)上，拖臂扭轉(zhuǎn)梁式懸架是一種比較新的后懸架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是由焊在一根橫梁上的兩根縱向臂組成，每個(gè)縱向臂上安裝一根車(chē)輪。由于拖臂扭轉(zhuǎn)梁式懸架的后軸是一個(gè)總成，傳遞從車(chē)身到車(chē)輪之間的各種力和力矩，控制車(chē)輪前行運(yùn)動(dòng)規(guī)律，減弱由于路面不平整對(duì)車(chē)身的沖擊，確保操縱汽車(chē)在行駛過(guò)程中的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，所以拖臂扭轉(zhuǎn)梁式懸架的強(qiáng)度，直接影響到車(chē)輛行駛的安全壽命和可靠性[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)拖臂扭轉(zhuǎn)式懸架后軸總成的強(qiáng)度分析大多針對(duì)各總成零部件進(jìn)行單件強(qiáng)度校核，但在正常行駛工作中，由于懸架系統(tǒng)后軸總成各零部件間相對(duì)位置發(fā)生改變，加上仿真懸架時(shí)并沒(méi)有考慮懸架中各構(gòu)件的柔性等，都導(dǎo)致單件計(jì)算方式和強(qiáng)度分析都存在偏差，影響最終計(jì)算結(jié)果和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性[2-4]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文以某轎車(chē)拖臂扭轉(zhuǎn)式懸架后軸總成為例，建立該后軸總成中各部件的柔性約束關(guān)系，同時(shí)對(duì)襯套、減振器等彈性單元進(jìn)行建模，并建立對(duì)該懸架后軸總成整體強(qiáng)度分析方法。對(duì)建模后的后軸總成整體進(jìn)行強(qiáng)度分析，比較總成分析與單件分析結(jié)果的差異，總結(jié)產(chǎn)生差異的原因[5]。

1 有限元建模與載荷工況確定

1.1 拖臂扭轉(zhuǎn)式懸架系統(tǒng)整體有限元建模

某轎車(chē)拖臂扭轉(zhuǎn)式懸架后軸總成主要由螺旋彈簧、減振器、后梁、縱臂、減振器支架、輪轂座支架、縱臂加強(qiáng)板和后梁加強(qiáng)板等組成，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙利用三維Catia軟件建立如圖1所示幾何模型。后利用有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行分析計(jì)算。

1.2 載荷工況

車(chē)輛在行駛時(shí)，車(chē)輪所承受的載荷情況非常復(fù)雜，因此確定幾個(gè)對(duì)懸架系統(tǒng)最不利的工況，作為強(qiáng)度校核尤為重要[1]。將作用于路面與車(chē)輪接觸點(diǎn)處的載荷簡(jiǎn)化為4種典型工況[6]，即：（1）最大制動(dòng)力工況，即車(chē)輛滿(mǎn)載緊急制動(dòng)；（2）最大垂直力工況，即車(chē)輛滿(mǎn)載行駛于不平路面，承受沖擊載荷；（3）最大側(cè)向力工況，即車(chē)輛滿(mǎn)載轉(zhuǎn)彎；（4）最大縱向力工況，即車(chē)輛滿(mǎn)載直線(xiàn)加速。

2 對(duì)比分析

根據(jù)某轎車(chē)基本參數(shù)為：輪胎半徑289mm、滿(mǎn)載質(zhì)心高度550mm、軸距2530mm、輪距1550mm、后輪單側(cè)滿(mǎn)載381kg。拖臂扭轉(zhuǎn)式懸架后軸總成材料參數(shù)為：后梁材料為QSTE420TM；減振器支架、縱臂加強(qiáng)板和后梁加強(qiáng)板的材料均為SPHE。

下面將該拖臂扭轉(zhuǎn)式懸架系統(tǒng)的有限元分析結(jié)果與后梁、縱臂等的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，討論結(jié)果的差異性。表1為單件強(qiáng)度與整體強(qiáng)度分析方法的最大應(yīng)力值對(duì)比。圖2在工況2下，后梁?jiǎn)渭治龅膽?yīng)力分布云圖

由表1中分析結(jié)果可知，單件分析時(shí)應(yīng)力值普遍高于整體分析結(jié)果，其原因總結(jié)如下：

（1）單件分析時(shí)，載荷取自ADAMS仿真結(jié)果，沒(méi)有考慮構(gòu)件間的柔性，使得仿真結(jié)果與實(shí)際載荷有一定差異。

（2）單件分析時(shí)，對(duì)單件的約束多采用固定約束，載荷也主要是集中載荷形式，都導(dǎo)致單件分析的應(yīng)力水平過(guò)高。

（3）后懸系統(tǒng)的有限元分析中，沒(méi)有考慮連接襯套的柔性剛度，會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

3 結(jié)論

該拖臂扭轉(zhuǎn)式后懸架系統(tǒng)的輪轂座連接支架應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限，建議將凹陷處抹平同時(shí)增加板的厚度。其它各組成部件在四個(gè)典型工況下都滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

通過(guò)對(duì)比分析研究，單件分析時(shí)的應(yīng)力水平普遍高于整體分析時(shí)的應(yīng)力值，原因是單件分析載荷取自ADAMS仿真結(jié)果，沒(méi)有考慮構(gòu)件間的柔性連接，且單件的約束多采用固定約束，載荷施加主要為集中載荷，都導(dǎo)致單件分析時(shí)應(yīng)力值過(guò)高?？傮w來(lái)說(shuō)，單件分析結(jié)果趨于保守，整體分析結(jié)果接近實(shí)際，還需要進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

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