某車身消排懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改進

龐慶 嚴(yán)香 黎海 謝貴山

摘 要：通過對現(xiàn)有車型消排懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的問題分析，提出車身結(jié)構(gòu)改進方向，落實改進設(shè)計方案，最后通過ANSYS軟件建立有限元模型進行理論校核分析，分析結(jié)果和結(jié)構(gòu)改進預(yù)期效果達到一致。改進方案一方面增強了消排懸掛系統(tǒng)的車身局部模態(tài);另一方面提高了懸掛系統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)的局部抗扭，抗彎動剛度，能夠有效減輕懸掛系統(tǒng)的抗振動性，改善NVH性能。為后續(xù)消排懸掛系統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計開發(fā)提供設(shè)計經(jīng)驗和設(shè)計方向。

關(guān)鍵詞：吊鉤;支撐桿;動剛度;消排懸掛車身結(jié)構(gòu)

1 前言

隨著國家對汽車性能要求的日益提高，改善NVH性能已成為汽車廠家亟待解決的問題。本文通過對某車型消排懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進，提高消排懸掛系統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)的動剛度，模態(tài)，并借助于UG三維軟件建立消排懸掛車身改進結(jié)構(gòu)的車身幾何模型，把模型導(dǎo)入到ANSYS軟件里面，建立有限元模型3D數(shù)模進行理論分析，充分驗證消排懸掛系統(tǒng)改進方案的有效性，能夠有效降低整車消排振動，提高整車的NVH性能。

2 某車型消排懸掛車身結(jié)構(gòu)存在的問題和性能分析

某車型消排懸掛系統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)由單一吊鉤組成，缺少支撐桿做加強結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致抗振，抗彎剛度存在不足，在整車行駛過程中，車輛上下振動時車身結(jié)構(gòu)容易變形，易引起NVH振動問題。另在制造方面現(xiàn)有車型車身吊鉤結(jié)構(gòu)和支架進行焊接時，圓柱面匹配搭接容易轉(zhuǎn)動不穩(wěn)定，易導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量偏差，不利于生產(chǎn)一致性保證，對整車性能也造成一定異響。某車型消排懸掛系統(tǒng)車身框架結(jié)構(gòu)見圖1。

針對某車型消排懸掛車身結(jié)構(gòu)運用UG三維軟件建立分析模型，把模型導(dǎo)入到ANSYS軟件里面，利用Hypermesh 軟件對有限元模型進行網(wǎng)格化處理，整車模型建立成功以后，在整車前懸，后懸增加約束，在BIW接附點位置施加三方向的單位載荷，在有限元模型下，對消排懸掛車身結(jié)構(gòu)進行理論性能分析。從分析動剛度結(jié)果曲線上看，現(xiàn)有消排懸掛車身結(jié)構(gòu)在X向動剛度均≤目標(biāo)500N/mm要求，在262Hz以上，Y向動剛度≤目標(biāo)500N/mm要求，在72Hz以上，Z向動剛度≤目標(biāo)500N/mm要求。局部模態(tài)方面只有4.203713E+02Hz。詳細分析數(shù)據(jù)見圖2所示。

3 確認(rèn)現(xiàn)有消排懸掛車身結(jié)構(gòu)改進方向和方案

通過以上對消排懸掛車身結(jié)構(gòu)的缺陷問題和理論分析，再結(jié)合現(xiàn)有車型消排懸掛安裝結(jié)構(gòu)存在的問題，從提高消排懸掛車身結(jié)構(gòu)Z向動剛度，模態(tài)方向入手，對現(xiàn)有消排懸掛車身結(jié)構(gòu)提出以下改進方案：

a、消排懸掛系統(tǒng)通過Z向增加吊鉤支撐桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對消排懸掛做Z向支撐，提高結(jié)構(gòu)抗壓變形，抗振的能力，有效提高系統(tǒng)抗扭，抗彎剛度。

b、吊鉤支架匹配面上增加2道定位筋條設(shè)計，對吊鉤起到限位約束作用，防止零件在裝配時旋轉(zhuǎn)移動，起到裝配預(yù)定位的有效作用，方便零件裝配進行焊接，改善零件的制造工藝。

c、吊鉤支撐桿采用端頭扁平結(jié)構(gòu)設(shè)計，零件通過墩壓成型，相比現(xiàn)有圓柱端頭結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用扁平結(jié)構(gòu)后，吊鉤支撐桿在裝配焊接過程中，平面搭接更穩(wěn)定，更容易匹配定位焊接，從而改善了零件的焊接裝配制造工藝，提高了人機操作的可行性。

通過實施以上結(jié)構(gòu)改進方案，新消排懸掛車身結(jié)構(gòu)可以有效提高懸掛系統(tǒng)的抗扭，抗彎曲能力，以及改善整車行駛中消排懸掛系統(tǒng)NVH性能。詳細的消排懸掛系統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)改進方案見圖3所示。

4 車身消排懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進后的模態(tài)，動剛度理論分析

4.1 有限元分析模型的建立

針對消排懸掛車身改進結(jié)構(gòu)運用UG三維軟件建立分析模型，把模型導(dǎo)入到ANSYS軟件里面，利用Hypermesh 軟件對有限元模型進行網(wǎng)格化處理，整車模型建立成功以后，在整車前懸，后懸增加約束，在BIW接附點位置施加三方向的單位載荷，在有限元模型下，對改進后的消排懸掛車身結(jié)構(gòu)進行動剛度，模態(tài)分析，改進后消排懸掛理論有限元網(wǎng)格模型見圖4：

4.2 有限元模型計算分析結(jié)果

從分析結(jié)果數(shù)據(jù)得出，消排懸掛系統(tǒng)性能改善效果明顯，與前期消排懸掛車身結(jié)構(gòu)改進方向分析一致，達到預(yù)期改進的目的。從實際動剛度分析結(jié)果曲線上看，很明顯改進后車身結(jié)構(gòu)動剛度在X，Y，Z三個方向上，均滿足了≥目標(biāo)500N/mm要求，且結(jié)果呈線性趨勢較好。另外結(jié)構(gòu)局部模態(tài)方面由4.203713E+02Hz提高到7.522707E+02Hz，提高幅度達到79%，改善效果也十分顯著。具體分析效果數(shù)據(jù)見圖5所示。

5 總結(jié)

消聲器的懸掛車身結(jié)構(gòu)需具備一定的承重能力和減振性能。本文通過對現(xiàn)有某車型消排結(jié)構(gòu)存在的問題案例分析，提出現(xiàn)有某車型消排懸掛系統(tǒng)的車身結(jié)構(gòu)改進方向，并制定實際的改進方案。如對吊鉤增加加強支撐桿結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化吊鉤支架的端頭結(jié)構(gòu)，改善零件結(jié)構(gòu)易焊接性和制造工藝。另通過ANSYS軟件建立有限元模型進行理論校核分析，分析結(jié)果和結(jié)構(gòu)預(yù)期改進效果達到一致，提高了消排懸掛系統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)的局部抗扭，抗彎動剛度，能夠有效減輕懸掛系統(tǒng)的抗振動性，改善NVH性能，從而提高了乘客整車乘坐的舒適性和安全性。為后續(xù)消排懸掛系統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)提供了設(shè)計經(jīng)驗和方向。

參考文獻：

[1]周昌玉，賀小華.《有限元分析的基本方法及工程應(yīng)用》.化學(xué)工業(yè)出版社2006.

[2]耿鵬飛，石巖《汽車排氣系統(tǒng)噪聲數(shù)值仿真分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、噪聲與振動控制》 ?2015，35（05）：121-125.

[3]陳家瑞等《汽車構(gòu)造》人民交通出版社 2005.9.