淺談鑄造橫梁結構改進(jìn)有限元分析論文
前言
平衡懸架是重型卡車(chē)底盤(pán)系統中重要的承載部件，主要由平衡軸支架、橫梁、中后橋、板簧組件和上下推力桿等組成�？ㄜ�(chē)在行駛過(guò)程中，平衡懸架通過(guò)連接在橫梁的推力桿傳遞驅動(dòng)力、制動(dòng)力及其相應的反作用力矩，從而保證汽車(chē)的正常行駛。
橫梁作為內部連接車(chē)架縱梁和傳遞上推力桿作用力的重要結構件，其結構不僅影響重卡的載重，同時(shí)對重卡的綜合使用及維修保養有著(zhù)重要的影響。
鑄造橫梁不僅體積大、結構復雜，鑄造難度也大，而且技術(shù)要求高，考慮到生產(chǎn)周期及工裝費用，為降低成本，本文采用有限元分析方法，運用Hypermesh軟件，對鑄造橫梁進(jìn)行強度CAE分析，進(jìn)而指導設計生產(chǎn)。
1、 鑄造橫梁有限元模型建立
平衡懸架在汽車(chē)行駛過(guò)程中，受力較大的工況為：
(1)汽車(chē)轉向時(shí)，車(chē)身扭轉過(guò)程中，V型推力桿對平衡懸架的側向推力;
(2)車(chē)輛啟動(dòng)及制動(dòng)過(guò)程中，下推力桿對平衡懸架結構的推力。運用Hypermesh軟件對平衡懸架系統總成進(jìn)行前處理。
根據某型重卡的設計載重量要求，滿(mǎn)載情況下，平衡懸架支撐結構在轉彎和制動(dòng)的極限工況時(shí)，受自身重力G，側向推力0.6G，制動(dòng)力1G。約束車(chē)架兩端的自由度，分別在V 推支座處加載表2 的載荷。
2、 鑄造橫梁強度分析
2.1 材料參數
鑄造橫梁的材料為QT500。
2.2 有限元分析結果
通過(guò)對鑄造橫梁的強度分析，得到新、舊橫梁的最小靜態(tài)安全因子，結構件靜態(tài)安全因子≥1時(shí)，該結構件達到強度要求。
可以看出，該鑄造橫梁的最小安全因子均大于1，滿(mǎn)足強度要求。但是，該鑄造橫梁，V型推力桿與它的連接孔為盲孔，根據其鑄造公司反饋，鑄造橫梁在機加工過(guò)程中，盲孔加工困難，會(huì )大大增加橫梁的廢品率，導致生產(chǎn)成本增加�？紤]以上因素，現對該鑄造橫梁進(jìn)行結構改進(jìn)，并運用有限元方法對其進(jìn)行驗證。
3、 新鑄造橫梁強度分析
3.1 結構改進(jìn)的鑄造橫梁
現將鑄造橫梁V推支座處盲孔改成通孔。同時(shí)取消原鑄造橫梁凹槽上下側的筋。
3.2 有限元分析驗證
將鑄造橫梁更改為新的鑄造橫梁，對其進(jìn)行強度分析，得到新橫梁的最小靜態(tài)安全因子。
可以看出：將盲孔變?yōu)橥ǹ撞](méi)有對橫梁的強度產(chǎn)生較大影響。舊橫梁在轉彎工況下，應力主要集中在凹槽上下側的筋處;去掉凹槽上下側的筋，該處的應力集中現象得到改善。而且，新橫梁同樣滿(mǎn)足強度要求。
4、 鑄造橫梁強度對比
對比新、舊橫梁的最小靜態(tài)安全因子�？梢钥闯觯喝N工況下，新、舊橫梁的最小安全因子均大于1，滿(mǎn)足強度要求，但是轉彎工況，安全系數相對較小;新橫梁轉彎工況下的安全因子略有提高。新橫梁比舊橫梁質(zhì)量略有降低，但是在啟動(dòng)工況和制動(dòng)工況下，其安全因子較高，還是有優(yōu)化減重的空間。
5、 結論
(1)三種工況下，新、舊橫梁的最小安全因子均大于1，滿(mǎn)足強度要求。
(2)將盲孔變?yōu)橥ǹ撞](méi)有對橫梁的強度產(chǎn)生較大影響。而且，去掉凹槽上下側的筋，在轉彎工況下，集中在原筋處的應力得到釋放。
(3)新橫梁轉彎工況下的安全因子略有提高。且新橫梁比舊橫梁質(zhì)量略有降低，但是在啟動(dòng)工況和制動(dòng)工況下，其安全因子較高，還是有優(yōu)化減重的空間，后續可以對其進(jìn)行拓撲優(yōu)化，在滿(mǎn)足使用強度的基礎上，使減重效果明顯。
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