顛簸路況下3種結(jié)構(gòu)形式平衡懸架強(qiáng)度分析

2013-08-05 by:廣州有限元培訓(xùn)實(shí)踐中心來(lái)源:仿真在線

0 引言

鋼板彈簧平衡懸架作為載重和專(zhuān)用車(chē)上常用的懸架系統(tǒng),主要用于支撐車(chē)身并緩沖行駛過(guò)程中振動(dòng)的車(chē)架與車(chē)軸之間的連接傳力結(jié)構(gòu),在實(shí)際使用過(guò)程中易發(fā)生局部微裂紋和斷裂破壞事故,對(duì)汽車(chē)的平順性、通過(guò)性、安全性和可靠性等具有顯著的影響.平衡懸架心軸是整個(gè)平衡懸架的主要和關(guān)鍵的承受力部分,因此考慮心軸在滿(mǎn)載時(shí)的受力情況分析是平衡懸架設(shè)計(jì)的重要步驟之一.

本文主要利用有限元分析軟件分析不同形式的懸架心軸在相同的載荷、裝車(chē)距以及相同的下推力桿中心距和軸徑等參數(shù)下,構(gòu)建平衡懸架有限元的分析模型.首先用proeNGINEER對(duì)直式、U形和圓弧彎形等3種形式的平衡懸架進(jìn)行三維建模,然后用ANSYS有限元軟件對(duì)平衡懸架進(jìn)行受力分析.

重點(diǎn)分析計(jì)算在滿(mǎn)載時(shí)不同形式懸架對(duì)應(yīng)心軸的應(yīng)力強(qiáng)度,并針對(duì)實(shí)際路面模擬車(chē)輛在顛簸情況下平衡懸架的心軸強(qiáng)度性能.

1 平衡懸架的建模

1.1 proeNGINEER三維模型的建立

在模型建立前,首先需要確定平衡懸架的各個(gè)參數(shù),并建立合理的數(shù)值模型.平衡懸架根據(jù)中間傳動(dòng)軸的不同可分為直式、U形和圓弧彎形平衡懸架.可選用平衡懸架CF153A的參數(shù),軸徑φ=100mm,板簧中心距L1=1020mm,裝車(chē)距L2=770mm,下推力桿的中心距L3=820mm.平衡懸架的建模主要通過(guò)這幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行平衡橋支架、平衡軸和下推力桿座等部件設(shè)計(jì)以及平衡懸架各個(gè)部分零部件的安裝.本文創(chuàng)建的直式、U形和圓弧彎形平衡懸架proeNGINEER模型見(jiàn)圖1.

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圖1 直式、U形和圓弧彎形平衡懸架proeNGINEER模型

1.2 平衡懸架導(dǎo)入ANSYS軟件將建立好的平衡懸架三維模型通過(guò)
proeNGINEER與ANSYS的連接口導(dǎo)入ANSYS中,其直式、U形和圓弧彎形平衡懸架ANSYS模型見(jiàn)圖2

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圖2 直式、U形和圓弧彎形平衡懸架ANSYS模型

1.3 有限元網(wǎng)格的劃分

根據(jù)模型各部分的受力狀態(tài)和變形程度確定網(wǎng)格劃分的細(xì)密程度.由于主要研究心軸在不同工況下的應(yīng)力強(qiáng)度情況,可將心軸承載處網(wǎng)格劃分得較密.選擇三維實(shí)體單元Solid45為單元,所用材料為優(yōu)質(zhì)鋼,材料參數(shù)為彈性模量E=210GPa,泊松比υ=0.3,密度ρ=7.8×103kg/m3.直式、U形和圓弧彎形平衡懸架的網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖3.

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圖3 直式、U形和圓弧彎形平衡懸架的網(wǎng)格劃分

2 平衡懸架有限元分析

2.1 心軸靜載應(yīng)力分析

為不失一般性,參考CF158A平衡懸架的設(shè)計(jì)參數(shù),它適應(yīng)的是10t的雙橋載重汽車(chē),可將平衡懸架的心軸受力簡(jiǎn)化為兩端心軸各受5t的載荷.平衡懸架的支架與汽車(chē)的大梁相連,故約束條件為支架的支座.對(duì)3種模型施加相同的載荷和約束,直式、U形和圓弧彎形平衡懸架心軸的應(yīng)力云圖分別見(jiàn)圖4~6.

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圖4 直式平衡懸架心軸的應(yīng)力云圖

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圖5 U形平衡懸架心軸的應(yīng)力云圖

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圖6 圓弧彎形平衡懸架心軸的應(yīng)力云圖

由上述分析計(jì)算的結(jié)果可知,在靜載荷作用下直式平衡懸架心軸的最大應(yīng)力為σ=47.0MPa,U形平衡懸架心軸的最大應(yīng)力為σ=59.0MPa,圓弧彎形平衡懸架心軸的最大應(yīng)力為σ=58.6MPa.可見(jiàn),在相同參數(shù)下,平衡懸架的中間傳動(dòng)連接軸為直式的懸架其心軸強(qiáng)度較好.

2.2 懸架心軸在顛簸下的有限元分析

本文主要模擬汽車(chē)在不平道路上行駛時(shí),汽車(chē)的另一輪子突然抬高對(duì)平衡懸架心軸強(qiáng)度的影響.對(duì)于一般路面,一個(gè)輪子抬高可使平衡懸架傾斜3°左右,將受力模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,把心軸的一端作為懸臂梁,分析平衡懸架的心軸,心軸的另一端所受載荷為4.989t.各平衡懸架模型受力分析,直式、U形和圓弧彎形平衡懸架心軸的應(yīng)力云圖分別見(jiàn)圖7~9.

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圖7 直式平衡懸架心軸的應(yīng)力云圖

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圖8 U形平衡懸架心軸的應(yīng)力云圖

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圖9 圓弧彎形平衡懸架心軸的應(yīng)力云圖

由上述分析計(jì)算的結(jié)果可知,在顛簸下直式平衡懸架心軸的最大應(yīng)力為σ=311MPa,U形平衡懸架心軸的最大應(yīng)力為σ=401MPa,圓弧彎形平衡懸架心軸的最大應(yīng)力為σ=362MPa.可見(jiàn),在相同載重參數(shù)及考慮顛簸路況下,平衡懸架的中間傳動(dòng)軸為直式的心軸受力狀態(tài)較好.

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