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小客車后橋結構設計與有限元分析

發布于:2019-04-07 19:23
有限元分析

      按小客車設計要求,小客車底盤系統原則上采用LS車底盤。由于車型改變,載重量增加,因此需重新考核車底盤系統強度。其中,副車架主要承受的載荷仍然來自發動機,而發動機不作改變,故不需校核;另外,由于從空載到滿載,載荷變化大,受影響的總成主要有后橋和前后懸架,因此,需著重考核后橋強度與前后懸架承載能力,并提出加強方案對汽車零部件強度校核,包括使用CAE軟件做靜強度校核和動強度疲勞有限元分析,除此之外,還應做疲勞試驗,用以驗證理論分析。
      在保證后橋結構強度的情況下,盡量利用現有結構(LS后橋),減少模具開支,縮短試制周期。對計算結果分析,擬采用提高后橋結構強度方案如下:(1)局部加強,通過增加一些加強件,來提高結構強度;(2)增加減振器支架、后軸支端座壁厚(不改材料牌號);(3)換成其他結構形式。比較3種方案,方案(1)是通過增加加強件來提高結構強度,具有較大優點:不需修改原有T裝、模具,只需新增一些必要的工裝、模具,試制成本相對較低,試制周期較短,故容易實現設計目標。故優選方案(1),即僅增加加強件。另外,根據LS后橋疲勞試驗分析,試驗中所加載荷側向力F=3.4/1.2kN(壓力/拉力),與SB7工況2要求載荷相近,故從理論上,疲勞強度應該符合設計標準要求,還有待于試驗來進一步驗證。根據以上分析,依據設計原則,結合后橋實際結構,以及以往后橋疲勞試驗分析結果,針對方案(1),加強后橋結構。設計過程見圖,后橋的薄弱部位:懸架臂與車身連接處以及懸架臂與減振器支架、后軸支端座連接處:所考慮的3種加強結構:加強套筒與加強板、加強角鐵和加強半圓片3種組合。加強結構安裝位置:加強套筒焊于懸架臂端,加強板沿懸架臂軸線焊于減振器支架,加強角鐵沿向上偏離懸架臂軸線焊于減振器支架,加強半圓片貼于懸架臂后端,并焊于減振器支架、后軸支端座開擋處。安裝位置見圖。對3種設計方案,經有限元分析計算,結果列于表。3種設計方案:(1)加強套筒+加強板;(2)加強套筒+加強角鐵;(3)加強套筒+加強半圓片    按圖設計過程,對3種方案分別計算后橋結構強度。從表中可得到如下結論:方案(1)(加強套筒+加強板)應力水平相對于加強前方案有所降低,制動力與垂直力工況應力水平降低,但側向力應力水平反而升高,可見不理想。方案(2)(加強套筒+加強角鐵)應力水平均高于加強前方案,該方案也不理想。方案(3)(加強套筒+加強半圓片)應力水平均低于加強前方案,而且下降幅度較大,其中制動力工況應力水平下降17%,側向力工況應力水平下降10%,垂直工況應力水平下降37 %,降低后的應力水平均在320MPa左右,并低于后橋材料的許用應力(CAE分析所選材料的許用應力值363 MPa ),可見方案3能夠較為理想地滿足后橋結構使用要求。綜上所述,SB7后橋結構強度加強應采用方案(3)(加強套筒+加強半圓片)該方案在結合公司實際情況和SB7后橋設計原則的前提下,能保證SB7后橋的結構強度,且方案較為簡單,容易實施,既降低生產成本,又可縮短試制周期,可見該方案可行。
      SB7后橋結構設計,主要利用CAE技術,在較為精確建模的基礎上,模擬計算后橋結構強度,找出其結構上的薄弱環節,通過比較、校驗改進設計,最終得到理想方案。整個設計過程,相對于傳統設計,節約了大量試制經費,!司時試制周期相應縮短。由此可見,CAE技術應用到工程實踐,具有其先進性和可行性,此次設計是初步嘗試,并初見成效。另外,本設計還需進行疲勞試驗,做進一步校核。



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