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头条：某商用车减震器支架及销轴断裂分析

2023-01-18 10:42:13来源：新能源车振动与安全  

本文转自数字仿真论坛

某商用车减震器支架及销轴断裂分析

刘广，杨明


(相关资料图)

(

东风华神汽车有限公司，十堰

442000

)

【摘要】

针对商用车减震器支架、销轴断裂事件，使用

CAE

分析校核与产品质检相结合的方法，将分析结果与实际断裂情况进行了对比，结果表明支架最大应力值

1

75

MPa

、销轴最大应力值

124

M

P

a

，

为正常应力值范围，但断裂部位与应力集中部位一致。观测支架断裂面，存在

2

处明显缩孔，存在铸造缺陷。销轴金相分析报告显示，轴段硬度不符，产生马氏体组织脆硬相。受到冲击载荷时，由于支架内部缺陷小孔、轴段硬度不均匀从而导致断裂情况发生。

【关键词】

C

AE

分析，

铸造缺陷

，金相分析

中图分类号：

U463.83

文献标识码：

A

引言

减震器支架是汽车悬架中应用广泛的一种装配元件，它不仅作为盖板与

U

型螺栓配合将钢板弹簧压紧固定，同时作为悬架系统的减震器下端安装连接点，承载悬架系统所受的冲击载荷等。但悬架系统设计工作中常常仅分析钢板弹簧，忽视减震器支架及销轴的强度问题，导致其断裂问题发生。刘超

[

1]

等人对某客车的减震器支架进行强度分析，发现初版结构不满足强度设计要求，并根据

C

AE

分析结果提出了针对性的优化方案，并通过再次仿真验证了优化方案的可行性。

赵东升

[

2]

等人借助

C

AE

分析方法，对车架及减震器支架进行静力学分析，优化了结构不足，最终提升了减震器支架强度的可靠性。王秋羽

[

3]

等人对某减震器支架进行多工况下的

强

度分析，

结合

仿真结果提出优化方案，并对优化后的结构进行实车路试可靠性试验，验证了优化方案的可行性。

本文针对某商用车减震器、销轴的断裂问题，使用

CAE

强度分析，结合样件质检得出其真实断裂原因，实际应用验证分析方法的正确性。

1

问题描述

本文中前悬架系统为多片簧结构，减震器支架结构为一体铸造而成，下方通过销轴安装

减震器

下端如图

1

所示。

图

1

实车前悬架系统与上盖板模型

经售后反馈，存在

1

台车辆使用

2

个月后，上盖板断裂；另

1

台车辆减震器轴销断裂，断裂照片如图

2

、图

3

所示：

图

2

实车减震器支架断裂照片

图

3

实车减震器销轴断裂照片

根据故障件的断裂形态，初步考虑为结构设计

不满足

强度或者零件材料缺陷导致

。且此支架已批量生产，反馈断裂件故障率不足

1%

，故采用

C

AE

仿真验证与质量检测同时展开快速定位问题点。

根据整车行驶工况和减震器支架在整车中的安装方式，提取出该减震器支架的载荷边界和工况条件。

该车辆配备的减震器油液最大量为

320ml

，其最大压缩

阻力

1500N

，最大复原阻力

4000N

，

其

复原阻力大于压缩阻力，

故

选取最大复原阻力作为载荷参数。在实际工况中，支架能满足极限载荷

4

000N

的阻力，则结构强度满足设计要求。

2 C

AE

分析

为快速校核上盖板强度是否需要使用工况，采用

CAE

仿真分析，根据设计输入的材料参数信息，减震器支架及销轴材料参数如表

1

所示：

表

1

材料参数表

名称

材料

屈服强度

抗拉强度

减震器支架

ZG310

310MP

a

570MP

a

销轴

40Cr

785MP

a

980MP

a

2.1

前处理

使用

C

reo

软件绘制减震器支架、销轴、减震器等三维模型，导入

H

ypermesh

中，采用四面体单元划分网格，采用

Rbe

2

单元抓取上盖板底部、

U

型螺栓接触面节点，建立约束。

减震器下支架采用

3D

实体单元模拟；螺栓采用

rigid+beam

单元模拟；根据整车减震器支架边界载荷输入为

4

000N

，方向与减震器下支架轴端垂直，作用点为轴端中心点位置，建立轴荷加载工况。减震器下支架与桥本体相连，截取桥接触部位与减震器上支架通过螺栓连接，由于无法采集到轮胎激励响应及前桥对减震器的冲击载荷，故而忽略轮胎激励对下支架的响应影响，将桥截取部分进行全约束。

R

be2

单元抓取减震器端面节点，施加冲击载荷如图

4

所示，使用

Optis

truct

进行求解计算。

图

4

C

AE

分析前处理

2.

2

分析结果

此减震器支架的材质为

ZG310

，在前悬架系统压缩极限工况下，有两处应力集中部位，分别为上盖板底部边缘、

U

型螺栓接触面处。减震器支架的最大应力值为

1

75

M

P

a

，并未超出材料屈服强度，安全系数为

1.8

符合设计要求，其应力云图与实物断裂对比图如图

5

所示：

图

5

上盖板应力云图与实物对比

分析结果显示，销轴处最大应力值

124

M

P

a

，安全系数为

6

.

3

符合设计要求。应力集中部位如图

6

所示：

图

6

销轴应力云图

由

C

AE

仿真分析结果知此减震器支架、销轴的结构强度较好，断裂风险较低，实车断裂需进一步分析研究。

3

断裂分析

铸刚件技术要求一般明确规定，不允许有缩孔等影响安全使用性能的铸造缺陷，且缺陷不得焊补。通过观察断面后发现，此减震器支架的铸件断面上可以观察到尺寸大小不的小孔，且其断面中存在

2

处

明显缩孔

，这些会将降低铸钢件内部有效承载面积，导致材料力学性能下降。且铸件断面未发现明显的疲劳辉纹，断裂面较为粗糙，呈现明显脆性断裂的特征，晶粒在肉眼下可见较为粗大，尺寸为

0

.6-1.2

mm

，其断裂件实物如图

6

所示：

图

6

上盖板断面宏观照片

为进一步查明销轴断裂原因，采用

金相分析

验证，结果显示此销轴的轴杆马氏体较为粗大，且硬度值与此图纸要求严重不符，马氏体组织为脆硬相，故推断销轴断裂与此有关。进一步分析得知热处理方式错误，轴段硬度不均匀，分析报告如图

7

所示。

图

7

销轴金相分析报告

5

结 论

本文采用

CAE

分析校核与实物断裂件对比、质检分析相结合的方法，找出了悬架系统中

减震器支架、销轴

断裂的真实原因，结论如下：

（

1

）减震器支架

CAE

分析结果为

1

75

MPa

，销轴应力值为

124

MPa

，均在正常范围之内，断裂风险较低，且应力集中部位与实车零部件断裂部位相同。

（

2

）通过观察断面，减震器支架铸件断裂部位存在多个缩孔，通过质检分析表明：此上盖板存在铸造缺陷，销轴存在硬度不均匀，热处理手段不正确问题，综上所述断裂原因为质量缺陷，导致强度不足在应力集中处断裂。

参考文献

[1]

刘超

,

段圣文

.

有限元仿真分析在后桥减震器支架设计上的应用

[J].

安徽科技

,2021(04):49-50.

[1]

赵东升

,

秦秀文

,

傅汝林

,

张峰铭

,

刘焕霞

,

赵纪牧

.

基于

HyperMesh

的副减震器支架结构设计

[J].

农业装备与车辆工程

,2017,55(12):87-88+92.

[2]

王秋羽

,

赵恩刚

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陈杰

.

基于

Hyperworks

的减震器支架强度分析及优化设计

[J].

机械工程师

,2017(09):108-109.

[3]

金属材料手册

[M].

化学工业出版社

,

安继儒

, 2008.

[4]

热处理手册

[M].

机械工业出版社

,

中国机械工程学会热处理学会

, 2008.

[5]

铸造工程师手册

[M].

机械工业出版社

,

中国铸造协会《铸造工程师手册》编写组

, 2010.

刘广，

中级工程师，参与底盘零部件及系统开发设计、分析工作。

从事方向为

:

汽车转向、悬架、制动系统设计、强度、耐久、频响、多体运动学仿真方

本文转自数字仿真论坛

标签： 减震器支架 分析结果 最大应力

责任编辑：hnmd003

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