拖臂扭转梁式悬架系统整体与单件强度对比分析研究

2018-07-28刘彦春

科技视界 2018年12期

刘彦春

【摘要】在现代汽车上，底盘中的拖臂扭转梁式悬架系统是重要的受力部件，由于正常行驶工作中，汽车悬架系统各组成部件在载荷作用下相对位置会发生改变，常用的仿真系统对单件分析载荷，没有考虑构件的柔性，对悬架系统进行强度分析时，这些原因导致仿真结果产生偏差。因此，本文以某轿车拖臂扭转梁式悬架系统为例，对拖臂扭转梁式悬架系统进行整体强度分析，对比整体与单件强度，分析结果的差异，对提高拖臂扭转梁式悬架系统设计具有一定的指导意义。

【关键词】拖臂扭转梁式悬架；整体结构；强度分析

中图分类号： U463.32 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）12-0151-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.068

Strength Analysis of Integrated Trailing Arm Torsion Beam Suspension System

LIU Yan-chun

（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering，

Department of Mechnical Engineering， Wuhu 241002）

【Abstract】The trailing arm torsion beam suspension is an important force components which is very complicated in the chaisis system. Generally， when the suspension system during strength analysis， the relative position of assembly of the various components will be change. Therefor the strength of a single piece of analysis， it is difficult to take these factors into account. The load which is used for the single piece is derived from the calculation results of Adams. Therefor，this paper takes a car trailing arm torsion beam suspension for example， the finite element analysis is used for the whole rear axle assembly. The difference between the analysis of rear axle assembly and a single piece was compared， it is important for the design and development of trailing arm torsion beam suspension.

【Key words】Trailing arm torsion beam suspesnsion； Integrated model

0 前言

在现代汽车上，拖臂扭转梁式悬架是一种比较新的后悬架结构，其结构是由焊在一根横梁上的两根纵向臂组成，每个纵向臂上安装一根车轮。由于拖臂扭转梁式悬架的后轴是一个总成，传递从车身到车轮之间的各种力和力矩，控制车轮前行运动规律，减弱由于路面不平整对车身的冲击，确保操纵汽车在行驶过程中的稳定性和平稳性，所以拖臂扭转梁式悬架的强度，直接影响到车辆行驶的安全寿命和可靠性[1]。长期以来，对拖臂扭转式悬架后轴总成的强度分析大多针对各总成零部件进行单件强度校核，但在正常行驶工作中，由于悬架系统后轴总成各零部件间相对位置发生改变，加上仿真悬架时并没有考虑悬架中各构件的柔性等，都导致单件计算方式和强度分析都存在偏差，影响最终计算结果和仿真结果的准确性[2-4]。

针对上述问题，本文以某轿车拖臂扭转式悬架后轴总成为例，建立该后轴总成中各部件的柔性约束关系，同时对衬套、减振器等弹性单元进行建模，并建立对该悬架后轴总成整体强度分析方法。对建模后的后轴总成整体进行强度分析，比较总成分析与单件分析结果的差异，总结产生差异的原因[5]。

1 有限元建模与载荷工况确定

1.1 拖臂扭转式悬架系统整体有限元建模

某轿车拖臂扭转式悬架后轴总成主要由螺旋弹簧、减振器、后梁、纵臂、减振器支架、轮毂座支架、纵臂加强板和后梁加强板等组成，根据设计图纸利用三维Catia软件建立如图1所示几何模型。后利用有限元分析软件ABAQUS进行分析计算。

1.2 载荷工况

车辆在行驶时，车轮所承受的载荷情况非常复杂，因此确定几个对悬架系统最不利的工况，作为强度校核尤為重要[1]。将作用于路面与车轮接触点处的载荷简化为4种典型工况[6]，即：（1）最大制动力工况，即车辆满载紧急制动；（2）最大垂直力工况，即车辆满载行驶于不平路面，承受冲击载荷；（3）最大侧向力工况，即车辆满载转弯；（4）最大纵向力工况，即车辆满载直线加速。

2 对比分析

根据某轿车基本参数为：轮胎半径289mm、满载质心高度550mm、轴距2530mm、轮距1550mm、后轮单侧满载381kg。拖臂扭转式悬架后轴总成材料参数为：后梁材料为QSTE420TM；减振器支架、纵臂加强板和后梁加强板的材料均为SPHE。

下面将该拖臂扭转式悬架系统的有限元分析结果与后梁、纵臂等的结果进行对比，讨论结果的差异性。表1为单件强度与整体强度分析方法的最大应力值对比。图2在工况2下，后梁单件分析的应力分布云图

由表1中分析结果可知，单件分析时应力值普遍高于整体分析结果，其原因总结如下：

（1）单件分析时，载荷取自ADAMS仿真结果，没有考虑构件间的柔性，使得仿真结果与实际载荷有一定差异。

（2）单件分析时，对单件的约束多采用固定约束，载荷也主要是集中载荷形式，都导致单件分析的应力水平过高。

（3）后悬系统的有限元分析中，没有考虑连接衬套的柔性刚度，会对结果产生一定的影响。

3 结论

该拖臂扭转式后悬架系统的轮毂座连接支架应力超过材料的强度极限，建议将凹陷处抹平同时增加板的厚度。其它各组成部件在四个典型工况下都满足强度要求。

通过对比分析研究，单件分析时的应力水平普遍高于整体分析时的应力值，原因是单件分析载荷取自ADAMS仿真结果，没有考虑构件间的柔性连接，且单件的约束多采用固定约束，载荷施加主要为集中载荷，都导致单件分析时应力值过高。总体来说，单件分析结果趋于保守，整体分析结果接近实际，还需要进一步试验验证。

【参考文献】

[1]王霄锋.汽车底盘设计[M].北京：清华大学出版社.2010.47～53，272～273，282～294.