基于用户使用工况的某牵引车车架结构优化.pdf
《基于用户使用工况的某牵引车车架结构优化.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于用户使用工况的某牵引车车架结构优化.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、ISStrSep.2023JOURNALOFMACHINE DESIGN2023年9 月No.9Vol.40第40 卷第9 期机计设械基于用户使用工况的某牵引车车架结构优化邹晔,沈保山,钟兵,游专,孙强1(1.无锡职业技术学院汽车与交通学院江苏省新能源汽车节能与电池安全工程研究中心,江苏无锡214121;2.山东交通学院汽车工程学院,山东济南250357)摘要:为解决车架二横梁失效问题,文中首先建立了车架及其强度计算有限元模型,并通过车架模态和应力测试验证了车架及其强度计算有限元模型的正确性;然后,根据用户实际使用工况对车架进行了非线性强度计算,明确了二横梁失效的主要原因及初步优化方案;最后,
2、结合车架用户道路载荷谱及二横梁材料疲劳寿命曲线的测试结果,采用Criti-calPlane与Dirlik相结合的计算方法对改进方案进行了疲劳性能预测,并完成了用户道路试验。研究结果表明:不同用途及细分市场的车辆,有其自身预期的临界工况,计算工况与车辆实际使用工况接近是解决部件失效问题的关键,但根据用户使用工况及用途推荐相应定位产品的营销策略是避免部件失效问题的根本关键词:车架;用户工况;静强度;疲劳强度;结构优化中图分类号:U469.72文献标识码:A文章编号:1 0 0 1-2 35 4(2 0 2 3)0 9-0 1 0 8-0 7uctural optimization of tract
3、or frame based on user operating conditiorZOU Ye,SHEN Baoshan,ZHONG Bing,YOU Zhuan,SUN Qiang(1.Jiangsu Province New Energy Vehicle Energy Saving and Battery Safety Engineering Research Center,School of Automotive and Transportation,Wuxi Institute of Technology,Wuxi 214121;2.School of Automotive Engi
4、neering,Shandong Jiaotong University,Jinan 250357)Abstract:Since the frame s second beam suffers from failure,in this article firstly the finite-element models of both theframe and its strength calculation are set up;through the modal and stress tests on the frame,it is verified that the finite-elem
5、entmodels are correct.Then,efforts are made to calculate the frames nonlinear strength according to the user operating conditions;the main reasons for the failure suffered by the second beam are identified and the preliminary scheme of optimization is workedout.Finally,in combination with results ob
6、tained from the tests on the user road load spectrum of the frame and the fatigue-lifecurve of the second-beam materials,the fatigue performance of the improved scheme is predicted with the help of CriticalPlaneand Dirlik,and the user road test is completed.These results show that the vehicles with
7、different uses and market segments havetheir own expected critical operating conditions;in order to solve the component failure,it is significant to calculate the operatingconditions close to the vehicles actual operating conditions.However,it is fundamental to recommend different marketing strate-g
8、ies according to user operating conditions and product uses,through which the component failure can be avoided.Key words:frame;user operating condition;static strength;fatigue strength;structural optimization货车车架连接着货车的各个部分,是整车各系统部件及运输货物的承载基本,对汽车的行驶和安全性能起着重要的作用。车架强度有限元分析是产品研发中预测车架设计优劣和优化车架结构的重要一环,也是产
9、品质量改进的重要手段。其中,载荷定义又是强度计算的关键,直接决定着最终的分析结果及结论,*收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 7;修订日期:2 0 2 3-0 3-1 8基金项目:江苏省产学研合作项目(BY2022826);教授博士启动基金项目(1 0 49 31 2 1 0 1 8)1092023年9 月邹,等况的某牵引车车架结构优化基受到了广大学者的关注。文献2 阐述了动载系数的影响因素,并结合电动自卸车的使用工况对其车架进行了满载状态下的水平弯曲、极限扭转和紧急制动等工况下的强度计算;文献3 对矿用车车架满载状态下的弯扭复合、启动、转弯和紧急制动等4种典型工况进行了强度计算,得知了车架
10、的最大应力位置,为车架优化设计提供了依据;文献4 对搅拌车副车架的弯曲、扭转、转弯和紧急制动等典型工况进行了强度分析,研究了搅拌罐贡献率对副车架强度的影响;文献5-7以重型卡车车架为研究对象,完成了车架满载状态下的弯曲扭转、制动与转弯等工况的强度分析,验证了该车架的强度性能;文献8 建立了整车刚柔耦合动力学模型,提取了车架在转弯、制动和上跳等工况下的载荷,并应用惯性释放法对其进行了强度计算,通过尺寸优化实现了车架的轻量化;文献9-1 0 以新能源货车车架为研究对象,通过整车刚柔耦合模型获得了车架满载弯曲、转向、制动、弯扭等工况的受力,并利用惯性释放法对车架强度进行了计算及结构优化;文献11对尺
11、寸优化后的重卡车架进行了满载状态下的弯曲、扭转及弯扭等3种典型工况的分析,并以刚柔耦合整车模型在随机路面上的载荷谱作为输入,对车架进行了满载弯曲工况下的疲劳寿命预测,验证了轻量化车架的性能;文献1 2 以某重型商用车车架为研究对象,通过载荷测试与整车刚柔耦合动力学模型相结合的方法获得了定远试验场多路况下车架的载荷谱,并进行疲劳计算由以上研究可以看出,车架静强度分析计算工况通常都包含弯曲、扭转、紧急制动和转弯等典型工况,但其动载系数值不同。通常根据产品定位、企业经验进行选择,车架疲劳强度的载荷谱通常通过整车动力学模型或将其与试验场强化路面测试载荷相结合而获得。在这样的载荷作用下,基本能够反映出车
12、架的强度,为车架研发工作提供支持。但是,当部分地区用户的使用工况超出设计预期而出现部件失效时,分析用户实际使用工况下车架的性能将显得十分重要。文中以某牵引车车架为研究对象,针对其二横梁失效问题,通过计算与测试结果进行对比,验证了车架有限元模型正确性后,完成了反映用户实际使用工况的车架静强度分析,明确了二横梁失效的主要原因,并对其进行了结构优化及理论和试验的验证,提升了其可靠性。1二横梁失效简介及车架强度计算1.1二横梁失效简介平衡悬架该牵引车车架结构如图1 所示,各主要部件使用材料如表1 所示,部分地区反馈的二横梁失效问题如图2 所示第1 横梁纵梁第2 横梁鞍座平衡悬架尾横梁图1车架结构图表1
13、 车车架各主要部件使用材料零部件材质零部件材质纵梁700L平衡悬架QT500_7横梁610L其他Q345图2二横梁失效图在对二横梁制造质量及材料性能确认无问题后,对车架性能进行理论计算。1.2车架有限元模型的建立及准确度验证(1)车架有限元模型的建立在有限元模型中,元宝梁支座、防撞梁支座、平衡悬架等采用四面体单元;纵梁、横梁、横梁连接板、鞍座连接板等均采用壳单元;铆钉、螺栓等连接采用rbe2+beam单元,如图3所示图3车架总成有限元模型(2)车架有限元模型准确度验证为检验车架有限元模型的准确性,对车架进行了模态测试,如图4所示,并将测试结果与计算结果进行了对比,如表2 所示110第40 卷第
14、9 期机计设械图4车车架自由模态测试表2 车车架自由模态测试与计算结果对比Hz频率值阶数振型试验计算17.317.04纵梁绕X轴1 阶扭转214.013.2纵梁Y向1 阶弯曲327.227.1纵梁前端局部模态427.927.2纵梁Y向2 阶弯曲528.829.3车架Z向1 阶弯曲638.337.5纵梁绕X轴2 阶扭转由表2 知,模态频率计算值与测试值的相对误差在3%以内,且振型相同,车架有限元模型建立正确1.3车架强度有限元模型的建立在车架有限元模型的基础上完成整车各部件模型的建立及连接,如图5 所示。驾驶室、动力总成、鞍载、燃油箱、电瓶、传动轴及各简化部件的配重均以集中质量点表示,且各集中质
15、量点依其刚度性能通过rbe3或rbe2单元连接于车架或其支撑部件上;车桥、推力杆等采用beam梁单元;螺栓连接采用rbe2+beam单元;悬置软垫简化为bush弹簧单元,并赋予相应刚度。为提升计算结果的准确度,在鞍座与鞍座垫板、鞍座垫板与连接板、车架纵梁与横梁连接板、横梁连接板与横梁、纵梁与纵梁内板等部件间建立接触关系,摩擦因数为0.1 5。图5车架强度分析有限元模型1.4车架强度计算工况定义根据车架分析规范对各典型工况进行如下定义,如表3所示。表3典型工况定义加速度:约束(轮胎接地点)工况XYZ前左前右中左中右后左月后右垂向冲击00-2331,2,31,333转向0-0.3-12,331,2
16、,332,33制动-0.60-12,331,2,31,32,33右前抬高00-1331,2,332,33右后抬高00-11,2,332,3333注:表中1,2,3分别代表X轴、Y轴、Z轴平移自由度1.5车架强度分析及应力测试(1)车架强度分析为检查模型质量,首先输出车辆静载时各轮胎约束点的支反力,并将其与实际轴荷进行对比。对比结果显示:轴荷相对误差在3%以内,车架强度计算有限元模型合理。使用Optistruct对各工况进行求解,二横梁应力云图如图6 所示,Coetbur PlofEkement Shreses(20&3DiavonMises,MaiyAnalyae systenSmpeAngt
17、age9307E-01-8.274E-017242E-016.209E:+015.177E401A144E0120854011O4E-01(a)垂直冲击工况nalyeeystem141425125.735110.0468436678.66862.9774728731.59815.9080.219(b)转向工况ConfourPlotElement Stretses(C0&3DronMisesMan)AnalyainsystentSimpeAvenge48.42643.06137.69732.33226.96821:60316.23910.8745.5090.145()制动工况1112023年9
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 用户 使用 工况 牵引车 车架 结构 优化
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。