某轻型卡车备胎支架设计.docx

    某轻型卡车备胎支架设计    吴兆亮，邢志斌（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601）Summary：备胎升降器支架的设计既要考虑其空间布置，又要考虑其强度及重量根据轻卡布置要求，备胎升降器支架主要有安装在车架尾部的“横梁结构”和安装在车架侧面的“悬臂梁结构”两种文章介绍了“悬臂梁结构”的备胎支架结构设计方法，并从制造性、强度等对其进行了分析Keys：备胎支架；hypermesh；强度U469.2 ：A ：1671-7988(2015)08-40-03作者简介：吴兆亮，就职于安徽江淮汽车股份有限公司商用汽车院引言备胎升降器支架，其主要功能是固定备胎升降器及备胎装置，以保证备胎在正常行驶过程中被可靠地固定及用户方便的取用备胎备胎的布置位置和布置空间，对备胎升降器支架的结构设计非常重要，它将直接影响备胎支架的基本结构形状，并影响其强度设计在满足基本安装布置需求的基础上，再通过CAE分析，进行结构优化，从而确认是否能够满足设计要求1、备胎布置由于整车布置时，在车架尾部预留了液压尾板的安装空间，因此备胎不能够布置在车架尾部，必须布置在车架侧面，采用“悬臂梁结构”的备胎支架，如图1所示。

综合考虑备胎布置空间、整车通过性[1]及备胎升降操作等因素，确定好备胎及备胎升降器的初步位置2、备胎升降器支架结构设计备胎升降器支架设计时，需要考虑安装的方便性、备胎固定的牢靠性及制造的方便性，同时还需要考虑在其他车型应用时的通用性2.1 结构设计形式根据备胎及备胎升降器布置的初步位置，进行备胎升降器支架设计首先，根据备胎固定面、升降器固定面及车架纵梁固定面，确定备胎支架边界条件如图2a所示，支架通过6个螺栓连接在车架纵梁上，备胎升降器通过4 个螺栓连接在支架上，备胎通过备胎升降器固定在支架的下翼面；同时，支架上设计有摇柄操作导向孔备胎固定稳定可靠，操作方便如图2b所示，支架采用冲压成型，其上设计有冲压凸台、减重孔等特征冲压凸台有两个作用：1）满足备胎升降器的安装距离要求；2）加强支架的横向刚度减重孔同样有两个作用：1）可以有效减小支架的重量；2）可以作为冲压成型时的工艺定位孔考虑到支架与车架纵梁固定的螺栓孔处，存在较大应力，在连接处增加加强板，以减小其应力2.2 设计注意事项在设计支架时，保证布置空间的情况下，还要充分冲压工艺的可行性，有些细节部分需要特别注意例如，经常出现的冲压叠料、开裂、模具已损坏等问题，需要在设计时充分考虑到。

如图 3 所示，在A、B 处，如果设计不当，容易出现冲压缺陷[2]在A处，需要尽量增大两个翼面连接处的圆角，使冲压时，多余的材料能够更好的流动此支架设计使用的为510L材料，板厚为5mm，在A 处的圆角为R55在B 处，冲压凸台应尽量采用较大的拔模角，以利于成型，并减少模具磨损本支架在此处的设计空间较大，采用45°拔模角在实际生产中，效果良好3、备胎升降器支架结构CAE 分析3.1 基本受力分析如图4 所示，备胎固定后，在行驶过程中，主要受两个力：F1，备胎锁紧力；F2，行驶过程中的冲击力a）分析过程利用Hypermesh 建立有限元模型[3]，模型如图5 所示模型采用2d 混合网格，单元大小2mm，共50757 各节点，49699个单元与车架连接的6个孔，采用RBE2固定约束6个自由度；用刚性单元RBE2连接4个备胎升降器安装孔，自动生成计算中心点，并在中心点处加载力F=F1+F2=11600N；支架与备胎轮辐接触的面上加载F1=10000N的力如图6a、图b 所示，支架的最大应力为287MPa，最大应力在升降器固定孔处如图6c所示，在凸台的弯角处，应力达到228MPa，且是开放式结构，容易从弯角处形成裂纹。

c）结构优化根据以上分析结果，凸台弯角处应力较大，且弯角处于零件边缘，容易产生裂纹因此对支架结构进行优化，将凸台设计成封闭式的，结构如图7所示优化后的应力云图如图8 所示最大应力仍在升降器固定孔处，最大应力为277MPa但优化后的结构，其他各部位应力都有不同程度的降低，最明显的是在凸台弯角处应力减小明显，具体对比见表14、结论1）在备[]胎支架的初步设计时，首先要保证备胎的布置空间及升降操作的方便性；2）备胎支架具体结构设计时，要充分考虑制造的可行性，特别是冲压成型件要考虑过渡圆角大小、拔模角度等设计；3）在强度设计时，首先要识别清楚使用工况及受力条件，再依靠CAE分析软件进行分析、优化Reference[1] 刘唯信.汽车设计[M].北京:清华大学出版社,2001:50-69.[2] 李少岩,齐宝军.汽车覆盖件冲压成型过程中的常见缺陷及分析[N].东北林业大学交通学院学报,2008.[3] 王钰栋.Hypermesh&Hyperview 应用技巧与高级实例[M].北京:机械工业出版社,2012.  -全文完-。