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经典案例
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基于强度分析的钢板弹簧结构设计

发布于:2016-03-28 19:51
强度分析

      钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种元件,其主片两端弯成卷耳,内装由青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的衬套,以便于弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接。车辆行驶的加速度、载荷和路面状况的变化,会导致钢板弹簧承受的冲击载荷亦不断变化,其安装支架或者吊耳的强度、应力集中情况,均直接影响着车辆的安全性、可靠性、耐久性,因此,在不同工况下,钢板弹簧安装结构应力分布情况,必须在其设计时予以充分考虑。在此,以某微车的钢板弹簧安装支架为研究对象,结合市场质量反馈的故障信息,以不同工况下的强度分析为基础,对其进行改进设计。目前,新的设计结构已经批量投产,并彻底解决了市场质量问题。
      某车自投放市场以来,陆续收到客户反馈,“后钢板弹簧异响”,特别是颠簸路况,后钢板弹簧发出“嘎、嘎”的响声,客户抱怨大。经实地调查,车辆在颠簸路况行走,板簧向前攒动,加之前吊耳中的橡胶套变形加大,造成板簧前吊耳与安装结构干涉,异响情况发生。
      以新设计的钢板弹簧安装支架总成数模为基础,创建有限元分析模型。其模型包括:钢板弹簧前后支架、后地板、左右车架纵梁、钢板弹簧、后桥管梁等,如图所示。首先,采用单元长度为8mm的四边形壳单元对板簧前后支架、后地板、纵梁、后横梁等进行有限元网格划分,并控制单元格生成质量在规定范围内,用单元长度为5mm的六面体实体单元对板簧、后桥管梁进行网格划分,控制生成的体网格单元质量。然后,分别采用钢材料对系统部件进行模拟,即左、右后纵梁使用D340LA材料,后悬架安装支架使用SPHC材料。
      材料特性参数如表所示。根据实车行驶条件,将钢板弹簧安装结构强度分析设定为5个工况,且全约束钢板弹簧安装支架结构与车身相应连接部位,详细工况设定如表所示,强度分析边界条件如图所示。钢板弹簧安装支架结构强度分析结果如表所示。由强度计算结果:1)整车制动、上下冲击、过坑、侧滑等工况条件下,钢板弹簧安装支架结构的最大应力为217.4MPa,最大应力小于其零件材料屈服极限,满足零件强度设计要求。2)单侧横向冲击工况,钢板弹簧安装支架结构的最大应力为511.9 MPa,位于板簧后支架翻边过渡区域,超过材料的屈服极限,零件局部发生塑性变形。由于此工况模拟汽车侧滑时,轮胎撞到障碍物,在正常使用中极少出现,而且此位置塑性变形不会引起结构破坏和失效。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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