基于HyperWorks的商用车驾驶室悬置前悬翻转臂的轻量化设计

基于HyperWorks的商用车驾驶室悬置前悬翻转臂的轻量化设计

申永浩

安徽江淮汽车集团股份有限公司重型商用车分公司  230601

摘要：司机室悬挂系统由于行车过程中路面的复杂性，必须承受各种工况下的负荷。旋转支架是商用车驾驶室悬挂系统的重要结构构件，其强度和刚度是设计过程中应考虑的重要因素。本文作者使用HYPERWORKS有限元分析软件对商用车辆倾印介质进行了有限元分析，并获得了倾印介质在多工作状态下的应力和位移。当结构丰富且使用拓扑优化重建模型时，将执行拓扑优化分析。最终，该模型会显着降低零件质量，同时确保强度和刚性，从而实现轻量设计。

关键词：HYPERWORKS；商用车；前悬翻转臂

引言

在商用车司机室悬挂结构中，由于空间位置限制和力运行状态复杂，主体采用冲压结构很少，大部分采用整体浇筑结构。但是，铸造结构产品的生产周期较长，废物率较高，零部件质量较好，制造成本较高，随着国际劳工组织计算机分析技术的发展，高强度材料和焊接技术的进步，现已设计为开发一种臂与模塑产品相比，结构产品既降低了质量和总成本，又保证了强度要求，满足了整体商用车轻型发展趋势的要求。本文根据有限元分析手段对支座进行有限元强度分析，根据计算结果中关键部分的应力分布优化支座结构，实现零件轻量化目标，然后实现汽车轻量化，提高汽车功率。

1驾驶室悬置系统总体指标

司机室悬挂系统是整车的重要组成部分，性能指标的确定十分关键。其具体指标有八个:(1)可靠性:结构构件的总寿命为100万公里，脆弱构件需要两年或200 000公里(视先到者而定)；(2)第一次故障平均公里数(mttf ) : 12 000公里；(3)横向刚度:≤2.5/g(完全浮动)≤2.0/g(部分浮动)；(4)俯仰刚度:≤3.0/g(全浮)≤2.5/g(部分浮)；(5)反演角度:70；正常频率:1.5 ~ 3.0hz；(6)环境工作温度:-35℃~ 80℃；(7)垂直跳动:前悬架:65毫米；(顶部/底部:30毫米/35毫米)；后悬架:60毫米；(顶部/底部:30毫米/ 30毫米)；(8)根据GB/T4970-2009汽车平面度试验方法，对三种低速、高速、散装路面进行试验时，不应处于各种速度不舒服状态。

2有限元分析

随着计算机技术和计算方法的发展，汽车零部件的结构设计和计算已经离不开有限元分析。对3d零件进行有限元分析，以获得三种类型的几何变形机械信息(位移、变形、约束等)。页:1。使用工程分析(例如数字工程分析中的有限元)计算物理参数(例如应力、应变等)。产品结构。在设计传统汽车零部件时，设计者首先根据经验设计其结构，构建三维模型，并进行测试验证，验证周期长，人力、设备和成本昂贵。采用计算机辅助工程和有限元分析方法对复杂工作状态下的结构进行预判断，大大缩短了测试时间，降低了测试成本，提高了产品开发效率。

3轻量化结构的设计

3.1胀孔

为满足驾驶舒适性要求，液压反转缸处于悬挂状态，司机室由悬挂锁定缸的可靠锁定支撑。由于液压反转缸处于悬置状态，可随司机室自由上下浮动，液压反转缸通常采用圆孔液压反转缸。液压反转缸处于悬置状态，充气孔是#型腔之间交通的主要通道。充气孔的大小在两个舱中液体油的及时输入或输出能力中起着重要作用。因此，有必要研究液压缸充气孔流量与压力差的数学关系。由于液压缸尾部的膨胀孔是若干异形孔，因此无法直接获得流量与压力差之间的数学关系。创建的流体计算域模型必须首先根据网格和流体边界条件进行定义，然后在预处理过程完成后定义流体计算域模型的仿真参数，最后使用求解器求解流体模型并求解流体 活塞运动速度较小，液体在液压反转缸的两个室间压力差作用下在膨胀孔中循环。因此，采用流场分析方法，对活塞和液压缸相对静止状态下膨胀孔的流量特性和压力差进行了研究，得到了差压下膨胀孔的进、出压力差 研究不同温度下膨胀孔的流量和压力差特性，获得不同温度下膨胀孔流量和压力差的实验数据。 建立基于AMESim翻转液压缸的仿真模型，通过输入流动仿真结果的实验数据，将膨胀孔等效于AMESim阻尼孔模型；AMESim水平对称液压缸仿真模型中的膨胀孔调整公式之间的第二种方法，执行AMESim仿真，对AMESim仿真计算值和膨胀孔调整公式计算值进行比较分析，确保AMESim仿真计算值的准确性，并提供口粮以下是对商用汽车司机室液压反转机构的逆缸进行实例仿真分析。

3.2轻量化设计方案

用冲压零件取代成型零件是提高某些框架产品生产率、缩短产品制造周期、确保产品质量和降低总体成本的有效途径。基于上述考虑，考虑到成本和环境保护等多种因素，优化悬架支架的结构和轻量化设计，而不试图降低结构强度。倒档冲压零件的主体结构与模具零件相似，具有冲压制造的基础、u形结构和简单的冲压成型。基于上述考虑，目前设计的轻量化解决方案模型使用冲压焊接结构。对回转臂冲压结构的冲压本体支承体进行了成形分析和焊接工艺分析，整体评价无技术难点，生产周期比优化前大大缩短，从而提高了生产速度和效率。

3.3翻转支架拓扑优化分析

优化旋转手臂的拓扑首先需要调整优化区域。若要确定拓扑优化区域，必须创建适当的包络设计区域，以便不受原始结构设计的约束。创建的包络几何模型如图1所示。根据翻转支撑的结构特性，将翻转的支撑分割为设计区域和非设计区域。在这种情况下，倒挂臂支架和支架顶部的安装孔，以及倒挂支架底部和机箱螺栓的安装孔都是设计区域。在此基础上，梁对梁拓朴最佳化的解析元素包括:设计变数:反转支撑储存格的密度。目标功能:减少反向支撑的体积：应力:最大应力小于410 mpa验证为计算定义的反向介质优化模型，该模型在128个迭代步骤后达到收敛。反向介质优化迭代过程的体积变化曲线见图2，单位密度阈值为0.35时拓扑优化结果的密度云见图3。

图1翻转支架包络体几何模型

图2翻转支架优化迭代过程体积变化曲线

图3翻转支架拓扑优化结果密度云图

3.4轻量化结构材料选择

轻量化结构采用冲压板焊接装配方法，轻量化结构材料采用HG70钢进行高强度焊接结构。材料参数见表1。

表1　轻量化翻转臂的材料参数

结束语

通过对原始结构和悬挂前旋转臂模具零件的新结构进行有限元分析，分析结果和校核结果通常一致，并且有限元分析可广泛应用于结构强度分析。轻结构符合强度要求，轻平面比原结构单个构件质量减少1.5kg，重量减少25%，轻效果显着。它还对7500公里处的轻结构构件、轨道试验和平台支撑试验进行特殊条件下的平台支撑试验，轻结构构件通过试验。前回转臂的轻量化设计采用了一种新材料，其工艺是可行的。本文所用的加工制造工艺的分析方法和实现方法可以更广泛地应用于其它产品的设计。

参考文献

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