某型前独立悬挂下摆臂总成与减震器支架的改进分析

冯文

摘 要：以某型前独立悬挂下摆臂总成与减震器支架为例，采用AN SYS 建立了该结构有限元模型，其中考虑了结构材料、减震器线速度、输入载荷、应力等因素，对其进行了整体受力分析。分析结果表明了该结构内部受力大小及分布情况，再结合台架疲劳试验结果对该独立悬挂下摆臂整体结构可靠性进行分析研究。对独立悬挂下摆臂结构的改进设计、使用及维修具有一定的参考价值。

关键词：前悬下摆臂；可靠性分析；维修改进

1 问题概况

基于某9米公交车型前独立悬架下摆臂总成开裂的报告，内容如下：

车型：6900J，车牌号：BUS014、BUS019，行驶里程：14万公里，问题描述：前悬挂下摆臂发生断裂故障。

断裂照片说明，见图1：

2 初步原因分析

2.1 在初次优化设计下摆臂时，曾对下摆臂（材料QT450-10，表1）进行了可靠性分析（减振器在0.52m/s时，拉力10910N）并做了相应的试验（PMS—500液压脉动疲劳试验机），如表2。

2.2 在接到独立悬架下摆臂总成开裂报告后，向减震器供应商探讨了此问题，并提供了减震器在极限线速度1.5m/s的示工图（图2），输入载荷，13300N。并且按照此工况分析了新的球铁件整体臂并改进了装配方式。

2.3 分析结果

2.3.1 笔者认为此下摆臂断裂非疲劳断裂，应该是冲击断裂。通过对断裂件图片、当地的路况及司机驾驶习惯的再次分析，笔者初步认为线速度应该取1.5m/s来满足客户的实际情况（以减振器1.5m/s的线速度下的阻尼力13300N）。

2.3.2 原分体下摆臂设计为了满足螺栓连接而造成此区域的局部刚度过大，易造成其周边应力集中，最大应力集中区域在下摆臂的（如图3示）。

3 改进方案简介

针对原分体臂焊接变形大，加工困难而优化设计新的下摆臂，新下摆臂为球铁件整体下摆臂，整体结构进行了加强和优化，下摆臂整体应力分布均匀。（见3.1中图3新下摆臂结构图）。

3.1 旧分体臂与新整体臂CAE分析及试验

第一次改进分析由减振器廠家提供的减振器测试报告中线速度0.52m/s，减振器阻尼力为输入载荷，10910N。

对比图如下图3、图4。

下摆臂总成分析结果：受力最大为模型左侧下摆臂安装支架的凸台及通孔处。

由图3、图4分析可知：整体臂应力分布均匀，安全系数高，优势明显。

3.2 新整体臂及减震器支架集成CAE分析

在对减震器架和下摆臂组件做5-35kN加载的疲劳试验运行过程中，发现安装支架的?14螺栓出现11次断裂现象，当疲劳频次数9.004万次后，下摆臂和支架从螺栓孔处开裂。因此将减震器支架改为装下平面，原减震器支架无法满足现在减震器的安装高度，现采用板焊件，做CAE分析如下：

3.2.1 下摆臂分析数模，图5。

3.2.2 减振器支架CAE分析，图6。

3.2.3 减震器支架和下摆臂组件5-35kN加载的疲劳试验，图7。

4 总结及分析结论

根据以上的CAE分析及试验验证，改进的下摆臂和减震器支架采用整体球铁下摆臂和减震器支架安装于下平面的安装方式比以往的分体下摆臂和安装方式更为合理。合理的安装方式如图8所示：

参考文献：

[1]张小虞，汽车工程手册（设计篇）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]任重，ANSYS使用分析教程[M]，北京大学出版社，2003.

[3]罗高作，王平，ANSYS及结构分析应用[J]，黄石高等专科学校学报，2002（3）.