浅谈铸造横梁结构改进有限元分析论文
前言
平衡悬架是重型卡车底盘系统中重要的承载部件,主要由平衡轴支架、横梁、中后桥、板簧组件和上下推力杆等组成。卡车在行驶过程中,平衡悬架通过连接在横梁的推力杆传递驱动力、制动力及其相应的反作用力矩,从而保证汽车的正常行驶。
横梁作为内部连接车架纵梁和传递上推力杆作用力的重要结构件,其结构不仅影响重卡的载重,同时对重卡的综合使用及维修保养有着重要的影响。
铸造横梁不仅体积大、结构复杂,铸造难度也大,而且技术要求高,考虑到生产周期及工装费用,为降低成本,本文采用有限元分析方法,运用Hypermesh软件,对铸造横梁进行强度CAE分析,进而指导设计生产。
1、 铸造横梁有限元模型建立
平衡悬架在汽车行驶过程中,受力较大的工况为:
(1)汽车转向时,车身扭转过程中,V型推力杆对平衡悬架的'侧向推力;
(2)车辆启动及制动过程中,下推力杆对平衡悬架结构的推力。运用Hypermesh软件对平衡悬架系统总成进行前处理。
根据某型重卡的设计载重量要求,满载情况下,平衡悬架支撑结构在转弯和制动的极限工况时,受自身重力G,侧向推力0.6G,制动力1G。约束车架两端的自由度,分别在V 推支座处加载表2 的载荷。
2、 铸造横梁强度分析
2.1 材料参数
铸造横梁的材料为QT500。
2.2 有限元分析结果
通过对铸造横梁的强度分析,得到新、旧横梁的最小静态安全因子,结构件静态安全因子≥1时,该结构件达到强度要求。
可以看出,该铸造横梁的最小安全因子均大于1,满足强度要求。但是,该铸造横梁,V型推力杆与它的连接孔为盲孔,根据其铸造公司反馈,铸造横梁在机加工过程中,盲孔加工困难,会大大增加横梁的废品率,导致生产成本增加。考虑以上因素,现对该铸造横梁进行结构改进,并运用有限元方法对其进行验证。
3、 新铸造横梁强度分析
3.1 结构改进的铸造横梁
现将铸造横梁V推支座处盲孔改成通孔。同时取消原铸造横梁凹槽上下侧的筋。
3.2 有限元分析验证
将铸造横梁更改为新的铸造横梁,对其进行强度分析,得到新横梁的最小静态安全因子。
可以看出:将盲孔变为通孔并没有对横梁的强度产生较大影响。旧横梁在转弯工况下,应力主要集中在凹槽上下侧的筋处;去掉凹槽上下侧的筋,该处的应力集中现象得到改善。而且,新横梁同样满足强度要求。
4、 铸造横梁强度对比
对比新、旧横梁的最小静态安全因子。可以看出:三种工况下,新、旧横梁的最小安全因子均大于1,满足强度要求,但是转弯工况,安全系数相对较小;新横梁转弯工况下的安全因子略有提高。新横梁比旧横梁质量略有降低,但是在启动工况和制动工况下,其安全因子较高,还是有优化减重的空间。
5、 结论
(1)三种工况下,新、旧横梁的最小安全因子均大于1,满足强度要求。
(2)将盲孔变为通孔并没有对横梁的强度产生较大影响。而且,去掉凹槽上下侧的筋,在转弯工况下,集中在原筋处的应力得到释放。
(3)新横梁转弯工况下的安全因子略有提高。且新横梁比旧横梁质量略有降低,但是在启动工况和制动工况下,其安全因子较高,还是有优化减重的空间,后续可以对其进行拓扑优化,在满足使用强度的基础上,使减重效果明显。
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