汽车拱形连接组件的轻量化设计



汽车拱形连接组件的轻量化设计

为了减轻汽车质量，汽车厂商已将铝合金材料I型梁应用于汽车的底盘构造，而不是传统的钢质圆梁。大众公司在途观SUV上已应用铝合金材料连接件（图1）以减轻质量，采用的就是用I型梁替代传统的中空钢结构梁。在研究中，为了设计结构更轻、刚度更大的底盘部件，将铝合金材料和钢铁材料的底盘部件进行对比，提出了一种新的弧形连接件结构，即在I型梁的基础上增加纵肋，进行试验参数设计，比较两者在可靠性和部件质量上的差异。提出采用新的部件生产工艺即液态金属锻造工艺，该工艺能够减少缩孔、气泡和铸件气孔，与低压模铸相比，生产部件具备更强的机械特性。

底盘连接件要求能够承受6向载荷，并在其整个生命周期内保持承载能力。但是，I型梁在承受各项应力时可能存在缺陷。为克服缺陷，在I型梁基础上增加纵肋，以提高其承载能力和强度。采用CAE进行仿真时，以质轻和结构刚度2个指标为设计标准，设置9个设计参数。对9个设计参数和2个指标采用完全析因设计，借助有限元分析软件，对影响结构的质量、最大von-Mises应力和刚度进行分析。通过偏差分析，确定了在连接件设计时，影响刚度和质量指标最重要的3个参数，即连接件的壁厚、纵肋刚度和纵肋数量。

对弧形连接件应用有限元软件进行了优化设计，以期获得将铝合金应用于SUV后部底盘连接件，以及满足稳定性和轻质化需求的结构。获得的铝连接件质量是最初钢连接件质量的59%。而经优化的铝质弧形连接件的刚度在全负荷下要高于钢质连接件。

刊名：International Journal of Precision Engineering and Manufacturing（英）

刊期：2013年第8期

作者：Jun-Hyub Park et al

编译：李天齐