某驱动桥下支架结构优化设计

韩冬 赵丹 田婧 郑栋 剡文娟

摘 要：本设计在不影响下支架强度的基础上对下支架进行结构优化设计。主要改进点为下支架上端结构采用弧形坡口型式 两侧使用豁口结构设计 避免下支架焊缝端头受力过大 提高下支架使用寿命。最后通过Hyper mesh软件分析优化前后下支架及其焊缝的应力大小分布 确定最终优化方案。

关键词：弧形坡口;豁口;Hyper mesh分析

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）18-44-03

Abstract： This design optimizes the structure of the lower support without affecting the strength of the lower support. The main improvement point is that the upper structure of the lower bracket adopts the curved groove type and use the gap structure design on both sides， so as to avoid the overloading of the weld end of lower bracket and improve service life of the lower support. Finally， the stress distribution of the lower bracket and its welding seam before and after optimization is analyzed by Hyper mesh software to determine the final optimization.

Keywords： The curved gioove; Break; Hyper mesh analysis

CLC NO.： U466  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）18-44-03

前言

在国内整车市场竞争力日益增长的趋势下 整车质量和零件品质成为竞争力的核心。下支架是整桥承载的关键性零件 本次下支架改进是基于对市场典型售后问题分析的前提下 针对性对下支架进行定向优化设计 规避现有下支架存在的售后问题 最后通过理论结合有限元分析确定最优方案。

1 下支架市场失效模式及分析

通过实地市场调研和售后反馈 下支架售后市场主要失效模式表现为下支架端头焊缝焊趾处开裂 实物如图1所示。

下支架与桥壳连接为焊接结构 下支架开裂后售后维修需更换桥壳总成 导致售后费用增加;针对此失效模式初步对市场部分售后件桥壳总成进行焊缝端头局部切样分析[4] 剖切面视图如图2所：切口表面平整 无气泡 无裂纹 焊缝融合性良好。

针对某失效件桥壳、下支架切样后 进行材料理化分析 具体成分含量见表1所示。

综合切样和理化分析所得 桥壳和下支架均符合设计材料要求 且焊缝未见明显缺陷。初步认为下支架端头焊缝开裂与焊缝端头受力过大 容易产生应力集中有关。

2 新下支架结构设计

针对原结构下支架售后问题 确定本次下支架结构优化方向 设计宗旨在于降低下支架焊缝端头应力大小。如下图所示：

新结构设计理念 主要在于A、B、C处设计不同 新支架设计是以下支架焊缝在车桥上实际受力状态 以及支架受力后焊缝变形趋势为基础 结合下支架有限元分析进行的全面设计 极大提高了下支架的使用寿命 降低了售后市场故障率。

以下具体介绍新支架结构设计的目的及意义[1-2]：

A处结构：

（1）采用圆弧形顶口结构设计 焊缝长度增长 加强了下支架与桥壳连接的强度;

（2）在垂向交变载荷加载状态下 由于焊缝为下弯圆弧设计 与桥壳垂向受力变形趋势相同 在一定程度上减小了焊缝端头在极限冲击载荷下所受的拉应力 一定程度上降低了焊缝冲击开裂的风险。

（3）在前后方向推力加载状态下 由于顶口为圆弧设计 中间焊缝高度低于端头处焊缝 所以中间焊缝所受力矩远大于端头焊缝 此结构设计对端头焊缝受力有所改善。

B处结构：

在垂向和前后推力共同加载状态下 下支架接近顶口位置两侧采用豁口设计 通过改变力的方向有效降低了焊缝端头集中受力 从而降低了支架端头焊缝的应力值 使得端头处焊缝在同等大小推力下使用寿命更长。

C处结构：

由于下支架顶口弧形结构和两侧豁口式结构的设计 缩小了下支架中心截面的高度 此处设计首先应保证在下支架与整车推力杆球头极限运动不干涉的条件下 保证支架整体强度设计;主要利用下支架下方平口式设计 增大支架中心截面 从而增强支架整体强度。

3 改进方案有限元分析

3.1 下支架优化方案说明

某驱动桥下支架结构优化设计分析 有限元模型基于Pro/E三維几何模型建立 如下图所示：

3.2 CAE分析说明

采用车辆前进坐标系 x轴指向车辆前进方向 y轴指向前进方向的左侧 z轴竖直向上。采用mm s t有限元常用单位制 采用四面体单元划分实体网格。材料参数如下表所示。[3]

4 结论

该优化结构下支架从2019年批量投产以来未反馈故障 相比原结构下支架寿命得到很大提升 同时兼顾轻量化设计 节约成本 提升了整桥的可靠性 对关闭售后下支架质量问题起到了关键性作用;此结构设计还具有广泛适用性 类似下支架可参考此类结构进行优化设计。

参考文献

[1] 刘维信，汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[2] 余志生，汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3] 张胜兰，郑东黎，郝琪，李楚林编著，基于HyperWords的结构优化设计技术[M].北京：机械工业出版社.

[4] 丁惠麟，金荣芳.机械零件缺陷、失效分析与实例[M]北京：化学工业出版社，2013.56-90.