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基于強度分析的鋼板彈簧結(jié)構(gòu)設(shè)計

發(fā)布于:2016-03-28 19:51
強度分析

      鋼板彈簧是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種元件,其主片兩端彎成卷耳,內(nèi)裝由青銅或塑料、橡膠、粉末冶金制成的襯套,以便于彈簧銷與固定在車架上的支架或吊耳作鉸鏈連接。車輛行駛的加速度、載荷和路面狀況的變化,會導(dǎo)致鋼板彈簧承受的沖擊載荷亦不斷變化,其安裝支架或者吊耳的強度、應(yīng)力集中情況,均直接影響著車輛的安全性、可靠性、耐久性,因此,在不同工況下,鋼板彈簧安裝結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況,必須在其設(shè)計時予以充分考慮。在此,以某微車的鋼板彈簧安裝支架為研究對象,結(jié)合市場質(zhì)量反饋的故障信息,以不同工況下的強度分析為基礎(chǔ),對其進行改進設(shè)計。目前,新的設(shè)計結(jié)構(gòu)已經(jīng)批量投產(chǎn),并徹底解決了市場質(zhì)量問題。
      某車自投放市場以來,陸續(xù)收到客戶反饋,“后鋼板彈簧異響”,特別是顛簸路況,后鋼板彈簧發(fā)出“嘎、嘎”的響聲,客戶抱怨大。經(jīng)實地調(diào)查,車輛在顛簸路況行走,板簧向前攢動,加之前吊耳中的橡膠套變形加大,造成板簧前吊耳與安裝結(jié)構(gòu)干涉,異響情況發(fā)生。
      以新設(shè)計的鋼板彈簧安裝支架總成數(shù)模為基礎(chǔ),創(chuàng)建有限元分析模型。其模型包括:鋼板彈簧前后支架、后地板、左右車架縱梁、鋼板彈簧、后橋管梁等,如圖所示。首先,采用單元長度為8mm的四邊形殼單元對板簧前后支架、后地板、縱梁、后橫梁等進行有限元網(wǎng)格劃分,并控制單元格生成質(zhì)量在規(guī)定范圍內(nèi),用單元長度為5mm的六面體實體單元對板簧、后橋管梁進行網(wǎng)格劃分,控制生成的體網(wǎng)格單元質(zhì)量。然后,分別采用鋼材料對系統(tǒng)部件進行模擬,即左、右后縱梁使用D340LA材料,后懸架安裝支架使用SPHC材料。
      材料特性參數(shù)如表所示。根據(jù)實車行駛條件,將鋼板彈簧安裝結(jié)構(gòu)強度分析設(shè)定為5個工況,且全約束鋼板彈簧安裝支架結(jié)構(gòu)與車身相應(yīng)連接部位,詳細(xì)工況設(shè)定如表所示,強度分析邊界條件如圖所示。鋼板彈簧安裝支架結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)果如表所示。由強度計算結(jié)果:1)整車制動、上下沖擊、過坑、側(cè)滑等工況條件下,鋼板彈簧安裝支架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為217.4MPa,最大應(yīng)力小于其零件材料屈服極限,滿足零件強度設(shè)計要求。2)單側(cè)橫向沖擊工況,鋼板彈簧安裝支架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為511.9 MPa,位于板簧后支架翻邊過渡區(qū)域,超過材料的屈服極限,零件局部發(fā)生塑性變形。由于此工況模擬汽車側(cè)滑時,輪胎撞到障礙物,在正常使用中極少出現(xiàn),而且此位置塑性變形不會引起結(jié)構(gòu)破壞和失效。


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