载货车板簧支架轻量化设计

方亮，徐论意（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

载货车板簧支架轻量化设计

方亮，徐论意
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：为了实现整车轻量化，根据载货车板簧支架的实际使用情况，运用拓扑优化对板簧支架进行轻量化设计。根据经验工况设计后验证支架出现断裂现象，对加载工况重新定义，最终完成强化并通过试验验证，成功实现板簧支架轻量化。

关键词：拓扑优化；板簧支架；载货车

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.005

CLC NO.: U469.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-09-03

引言

为是适应节能环保发展趋势，同时随着国家法律法规越来越完善，油耗限值大幅度加严，重量法规对质量利用系数的要求，整车降重迫在眉睫。板簧支架是用于钢板弹簧与车架的连接，传递二者之间的相对运动和作用力，所受载荷复杂，对该件轻量化设计需要更加完善的分析和验证。

1、板簧支架拓扑优化

1.1 板簧支架在某中型载货车上的实际应用

板簧支架受力比较复杂，主要有垂直向上的承载冲击力、与车辆行驶方向平行的加速及紧急制动力，车辆转弯时施加在板簧支架上的横向力，板簧支架在整车上装配关系如图1所示。

1.2 板簧支架优化

根据载荷分配，该载货车后轴载荷为9t，根据经验公式，对卷耳处分别施加垂跳2.5g、制动0.8g、转弯0.5g及三个方向综合四种工况载荷，分析时按最大载荷值50000N进行加载，具体工况定义见表1。

表1　板簧支架受力工况

通过拓扑优化后结果如图2，优化前原件板簧支架重6.7kg，优化结构板簧支架重3.8kg。按照定义工况对支架进行有限元分析，加载模型见图3所示，经分析得出结果见表2，各工况安全的系数都优于原件。

表2　分析结果对比表

1.3 试验验证

制作样件进行整车路试，结果出现前侧上端安装孔处加强筋根部断裂，故障图片见图4，具体试验里程分布如表3。

表3　样件试验里程分布

根据整车路试断裂里程分布与断裂部位判断，断裂载荷主要是垂跳和制动复合工况，追加台架验证，在40万次出现断裂现象，断裂位置相同，台架试验情况见图5。

综上，优化结构验证中出现断裂的主要原因是优化时没有考虑垂跳和制动方向载荷。

2、改善措施

根据试验验证分析结果，对板簧支架受力工况重新定义，具体见表4。

表4　板簧支架受力工况

重新对板簧支架进行强化结构设计，具体措施如表5，图6所示。

表5　板簧支架的改善措施

按照重新定义载荷工况，对强化结构进行有限元分析，同时对比分析结果，具体见表6。

表6　分析结果对比表

由分析结果可以看出，工况2垂跳和制动方向应力最大达到483.8Mpa，且超过工况4垂跳、制动和转弯复合。强化结构使工况2最大应力下降约19%，理论计算N2=N1×（δ 1/δ2)5，寿命增加2.8倍。

3、强化结构验证

改善措施确定后，先对强化结构样件进行台架试验，100万次循环未出现断裂，可以满足寿命要求。强化结构件在整车上进行可靠性试验，载荷状况与优化结构验证时相同，样车经过强化12000km，山路8000km，未出现断裂，由此可见，改善效果明显，最终确定轻量化方案为强化结构，降重效果由原来6.7kg，降至4.8kg，降重1.9kg（28%）。

4、结论

由此例可见，通过拓扑优化，同时使用新材料、新工艺，该支架实现降重1.9kg（28%），目前载货汽车该类型支架还有很大轻量化空间。

根据验证中发现的问题，对于前端固定，后段摆动吊耳结构悬架系统固定端的板簧支架需要考虑垂跳和制动的载荷工况，该工况比三向综合工况应力大16%。同时也发现摆动吊耳结构对于制动工况载荷定义过大，后期可以进一步轻量化。

参考文献

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[5] 范钦珊.工程力学教程[M].北京:高等教育出版社,1998 (01).

The Light Weight Design Of The Truck Spring Bracket

Fang Liang, Xu Lunyi
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:In order to actualiaze the light weight of the truck, According to the truck spring bracket fact load,topological optimization is utilized to the light weight design of the spring bracket. The bracket that design according to the experience work condition break in the test. Then redefine the work condition,the strengthening structure bracket is passed the test,and the target that the light weight of spring bracket is reached.

Keywords:Topological optimization; Suspension Bracket; Truck

作者简介：方亮，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

中图分类号：U469.2

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-09-03