汽车转向高压油管支架结构优化

邵利伟，赵哲南

(上汽通用东岳汽车有限公司，山东烟台 264006)



汽车转向高压油管支架结构优化

邵利伟，赵哲南

(上汽通用东岳汽车有限公司，山东烟台 264006)

摘要：针对某款车型耐久路试中转向高压油管支架发生断裂失效的情况，分析支架的受力情况，结合断面的电镜分析和CAE分析结果，确定支架的断裂原因。利用CAE分析改进方案，最终通过台架试验对改进方案进行验证。

关键词：油管支架；应力分析；结构优化；方案验证

0引言

转向油管支架作为液压转向系统中转向油管的支撑件，一般使用紧固件固定在车身或发动机上，如果支架发生失效，油管将失去支撑，短期内会导致前舱异响，长期会导致管路连接处松脱、管路磨损等严重问题，进而影响整个转向系统的稳定性和疲劳寿命[1]。文中介绍了转向高压油管支架断裂原因的分析过程，提出改进方案并进行验证，最终使其满足整车疲劳寿命要求。

1高压油管失效形式与结构受力

1.1转向高压油管支架的破坏形式

转向油管支架是在整车耐久路试约完成91%后出现断裂，上下两片支架均完全断裂，已失去支撑油管的功能，图1是支架断裂的状态。

1.2结构受力

转向高压油管的作用是将转向泵产生的高压转向液传递到转向机中，来驱动转向机实现助力的功能。油管的装配方式如图2所示，转向高压油管一端连接在发动机附件转向泵上，另一端连接在副车架附件转向机上，中间通过油管支架固定在发动机支架上。

在车辆行驶过程中，发动机的振动和整车的振动会传递到油管上，不规律的振动产生了不规律的载荷，加载在油管支架上。

2破坏失效形式分析

2.1电镜分析

电镜观察断口形貌，可见疲劳裂纹(图3)，据此可判断2个断口均为疲劳断口，且从裂纹的扩展方向判断，裂纹均是从转角部位的内弯向外弯扩展。在支架下片断面发现有韧窝，可以判断这个区域为支架最后断裂的区域，据此判断支架上片先断裂、下片后断裂。

2.2CAE分析

利用ABAQUS软件搭建CAE模型分析，通过模型的静态应力分布，得到转向油管支架易于发生疲劳破坏的区域[2]。模型的示意图见图5，通过加载Z向加速度载荷，分析支架各部分应力分布。分析结果发现支架内弯转角部位有明显应力集中，应力集中位置与电镜分析的开裂起始位置一致。

2.3支架断裂原因

综合电镜分析和CAE分析结果，可以判断支架倒角处的应力集中位置在不规律载荷的长期作用下，产生疲劳失效。因此，可以通过降低支架内弯部位的应力集中，来提高支架的疲劳寿命，满足整车耐久需求。

3转向高压油管支架优化方案分析

应力集中位置的上片圆角半径是0.8 mm，下片的圆角半径是2 mm，圆角半径较小。通过CAE分析了几个版本的改进方案，综合工艺能力，将上片圆角半径由0.8 mm改为1.5 mm，下片圆角半径由2 mm改为3 mm。如图6所示，优化后的支架应力集中改善36% ，应力分布更加均匀[3]。

4台架试验验证

按照图7搭建振动台架，将更改前后的零件安装到试验台架上，采集发动机支架的振动谱作为激振台振动源，将支架振动到完全断裂。

试验证实了裂纹是从支架转角部位的内弯向外弯扩展，且上片先断裂、下片后断裂。改进后的样件疲劳寿命相对提高66.7%，可以满足整车寿命要求，见表1。

5结束语

某车型转向油管支架断裂的案例中，利用了断面分析、CAE分析和台架试验等方法，完成了疲劳断裂的失效分析、设计优化和方案验证的一系列过程。疲劳断裂是汽车耐久路试中一类常见的问题，此案例中介绍的思路和方法，改进周期短，验证效果好，可以供其他类似的疲劳破坏参考和借鉴。

参考文献:

【1】赵卫艳,谷雪松,王可.商用车转向器支架疲劳寿命仿真分析[J].长安大学学报，2011,31(1):90-94.

【2】王霄锋,梁昭,张小格.基于动态弯曲疲劳试验的汽车车轮有限元分析[J].拖拉机与农用运输车,2007,34(1):45-47.

【3】冯伟,王宗彦,郑江,等.重型卡车转向器支架结构优化设计[J].机械设计与制造,2014(2):175-177.

Optimization Design on Bracket of Hydraulic Power Steering Pipe of Automobile

SHAO Liwei，ZHAO Zhenan

(SAIC GM Dongyue Motors Co., Ltd.,Yantai Shandong 264006, China)

Keywords:Pipe bracket; Stress analysis; Design optimization; Result confirm

Abstract:To eliminate failure of the bracket of hydraulic power steering pipe of an automobile in road test, the stress of the bracket was analyzed, combining electron microscope and CAE analysis results, the root cause of bracket broken was found. An optimization design was analyzed by CAE and confirmed by bench test finally.

收稿日期：2016-01-19

作者简介：邵利伟，男，本科，助理工程师，研究方向为转向系统。E-mail:liwei_shao.sgmyt@saic.gm.com。

中图分类号:U463.4

文献标志码：A

文章编号：1674-1986(2016)04-049-03