淺談鑄造橫梁結(jié)構(gòu)改進有限元分析論文
前言
平衡懸架是重型卡車底盤系統(tǒng)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。卡車在行駛過程中，平衡懸架通過連接在橫梁的推力桿傳遞驅(qū)動力、制動力及其相應的反作用力矩，從而保證汽車的正常行駛。
橫梁作為內(nèi)部連接車架縱梁和傳遞上推力桿作用力的重要結(jié)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)不僅影響重卡的載重，同時對重卡的綜合使用及維修保養(yǎng)有著重要的影響。
鑄造橫梁不僅體積大、結(jié)構(gòu)復雜，鑄造難度也大，而且技術要求高，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，對鑄造橫梁進行強度CAE分析，進而指導設計生產(chǎn)。
1、 鑄造橫梁有限元模型建立
平衡懸架在汽車行駛過程中，受力較大的工況為：
(1)汽車轉(zhuǎn)向時，車身扭轉(zhuǎn)過程中，V型推力桿對平衡懸架的側(cè)向推力;
(2)車輛啟動及制動過程中，下推力桿對平衡懸架結(jié)構(gòu)的推力。運用Hypermesh軟件對平衡懸架系統(tǒng)總成進行前處理。
根據(jù)某型重卡的設計載重量要求，滿載情況下，平衡懸架支撐結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)彎和制動的極限工況時，受自身重力G，側(cè)向推力0.6G，制動力1G。約束車架兩端的自由度，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(shù)
鑄造橫梁的材料為QT500。
2.2 有限元分析結(jié)果
通過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(jié)構(gòu)件靜態(tài)安全因子≥1時，該結(jié)構(gòu)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(jù)其鑄造公司反饋，鑄造橫梁在機加工過程中，盲孔加工困難，會大大增加橫梁的廢品率，導致生產(chǎn)成本增加。考慮以上因素，現(xiàn)對該鑄造橫梁進行結(jié)構(gòu)改進，并運用有限元方法對其進行驗證。
3、 新鑄造橫梁強度分析
3.1 結(jié)構(gòu)改進的鑄造橫梁
現(xiàn)將鑄造橫梁V推支座處盲孔改成通孔。同時取消原鑄造橫梁凹槽上下側(cè)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]有對橫梁的強度產(chǎn)生較大影響。舊橫梁在轉(zhuǎn)彎工況下，應力主要集中在凹槽上下側(cè)的筋處;去掉凹槽上下側(cè)的筋，該處的應力集中現(xiàn)象得到改善。而且，新橫梁同樣滿足強度要求。
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。可以看出：三種工況下，新、舊橫梁的最小安全因子均大于1，滿足強度要求，但是轉(zhuǎn)彎工況，安全系數(shù)相對較小;新橫梁轉(zhuǎn)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，但是在啟動工況和制動工況下，其安全因子較高，還是有優(yōu)化減重的空間。
5、 結(jié)論
(1)三種工況下，新、舊橫梁的最小安全因子均大于1，滿足強度要求。
(2)將盲孔變?yōu)橥ǹ撞]有對橫梁的強度產(chǎn)生較大影響。而且，去掉凹槽上下側(cè)的筋，在轉(zhuǎn)彎工況下，集中在原筋處的應力得到釋放。
(3)新橫梁轉(zhuǎn)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，但是在啟動工況和制動工況下，其安全因子較高，還是有優(yōu)化減重的空間，后續(xù)可以對其進行拓撲優(yōu)化，在滿足使用強度的基礎上，使減重效果明顯。
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