基于有限元的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置托臂靜態(tài)強(qiáng)度分析與改進(jìn)

謝 凱

（凱斯紐荷蘭（中國(guó)）管理有限公司，上海200131）

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置托臂是連接發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)架非常關(guān)鍵的零部件，C925車(chē)型在初期實(shí)驗(yàn)階段出現(xiàn)金屬托臂斷裂情況（圖1、圖2）。針對(duì)這一失效問(wèn)題，本文對(duì)該托臂進(jìn)行強(qiáng)度分析，并在模具改動(dòng)最小的前提下進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖1 懸置托臂斷裂圖

圖2 托臂斷裂分解圖

1 計(jì)算機(jī)模型的建立

有限元應(yīng)力分析能夠快速有效地找到零件的薄弱點(diǎn)，將該產(chǎn)品在CATIA中的三維模型導(dǎo)入ABAQUS進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元基本尺寸3mm，類(lèi)型C3D10M，取Z向視圖（圖3）。

圖3 托臂網(wǎng)格示意圖

托臂的材料是AlSi9Cu3，參考標(biāo)準(zhǔn)EN AC－46000材料特性參數(shù)（表1）。

表1 材料特性參數(shù)

2 邊界條件和加載

如圖4所示，托臂的3個(gè)孔固定于發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的支座上，另一端固定于車(chē)架上，分別對(duì)不同的工況進(jìn)行加載。

圖4 懸置示意圖

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工作條件下的扭矩及傳動(dòng)比，經(jīng)過(guò)ADAMS機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），計(jì)算出不同工況下的受力值（表2）。

表2 不同工況下的受力值

3 計(jì)算分析

針對(duì)上述不同工況下的應(yīng)力要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)算分析，找出最大應(yīng)力點(diǎn)。托臂的應(yīng)力云圖如圖5～圖12所示。分析云圖可見(jiàn)不同工況下的最大應(yīng)力位置。為了方便對(duì)比，現(xiàn)將優(yōu)化前后最大應(yīng)力值以及標(biāo)準(zhǔn)要求同時(shí)放入表3中。

圖5 工況1#

圖 6 工況 2#

圖 7 工況 3#

圖 8 工況 4#

圖9 工況5#

圖 10 工況 6#

圖 11 工況 7#

圖 12 工況 8#

表3 優(yōu)化前后不同工況下的最大應(yīng)力值 單位：MPa

可見(jiàn)，優(yōu)化前最大應(yīng)力在工況1#、2#、3#、5#的情況下均不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)ABAQUS的分析結(jié)果，在盡量少改動(dòng)托臂壓鑄模具的前提下，采用增加材料的方式來(lái)減小最大應(yīng)力值，如圖13所示，改進(jìn)托臂在增加一條加強(qiáng)筋（圓圈處）的同時(shí)增加脫模圓角來(lái)減小應(yīng)力值。

圖13 改進(jìn)方案

再次對(duì)改進(jìn)后的托臂進(jìn)行不同工況下的應(yīng)力分析，并將優(yōu)化后的最大應(yīng)力值匯總于表3中。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)懸置托臂1#～8#工況下的靜剛度進(jìn)行有限元分析，可以清晰地看出應(yīng)力分布位置。在盡量避免壓鑄模具報(bào)廢的前提下，采用增加材料的方式減小最大應(yīng)力值來(lái)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］王勖成．有限單元法［M］．清華大學(xué)出版社，2003

［2］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（單行本）：疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)［M］．機(jī)械工業(yè)出版社，2007

［3］吳富民．結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度［M］．西北工業(yè)大學(xué)出版社，1985