輕型商用車后減振器下支架故障分析及解決方案

陳 麗， 常 勇 ，聶文武， 郭可濤

（1.濰柴動力上海研發(fā)中心，上海 201114； 2.青特集團技術(shù)中心，山東 青島 266109）

引言

國內(nèi)某輕型商用車后減振器下支架采用焊接在橋殼前側(cè)面上，在進行可靠性道路試驗過程中出現(xiàn)焊縫開裂，下支架從后橋殼上直接脫落，導(dǎo)致后減振器失效，造成車輛舒適性較差。

1 后減振器下支架故障及原因分析

某輕型商用車后減振器采用HH型雙筒式型式，布置形式是上端通過支架安裝在車架縱梁上，下端固定在焊接于后橋橋殼上的支架上，安裝布置形式見圖1。在進行整車可靠性道路試驗強化路工況行駛約5 700 km時，減振器下支架與橋殼焊縫部位發(fā)生斷裂故障，故障照片見圖2。

圖1 后減振器安裝方式

圖2 后減振器下支架故障

減振器的功能是吸收懸架系統(tǒng)垂直振動的能量，并將其轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，使振動快速衰減，以提高行駛平順性。減振器處于拉伸和壓縮交替工作狀態(tài)中，所以減振器支架既承受拉應(yīng)力，同時也承受壓應(yīng)力。特別是車輛在試驗場強化路上行駛，工況更加惡劣，現(xiàn)結(jié)構(gòu)支架的剛度和強度不能滿足車輛使用要求，造成早期疲勞斷裂。

2 后減振器支架優(yōu)化方案

根據(jù)下支架斷裂故障件的分析，需提高支架的剛度和強度，進一步降低支架下端部位的應(yīng)力，設(shè)計兩種優(yōu)化方案。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)見圖3，優(yōu)化方案一見圖4，優(yōu)化方案二見圖5。

3 支架優(yōu)化方案有限元分析

為保證優(yōu)化方案更加合理，能夠滿足車輛使用要求，對支架現(xiàn)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化方案進行有限元分析對比。后橋殼及減振器支架使用殼單元模擬，靜力分析是縫焊用共節(jié)點方法模擬，疲勞分析是建立焊縫單元。（1）約束條件：約束后橋兩端123 456自由度。（2）加載情況：按減振器實車安裝角度狀態(tài)，沿減振器軸線方向施加復(fù)原阻力或壓縮阻力。支架參數(shù)見表1。

圖3 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)

圖4 優(yōu)化方案一

圖5 優(yōu)化方案二

表1 支架參數(shù)

3.1 靜力工況分析

按減振器0.52 m/s活塞速度下復(fù)原阻力的2倍載荷加載，對3種結(jié)構(gòu)進行分析，應(yīng)力云圖和結(jié)果見表2。

表2 靜力工況分析對比

3.2 疲勞工況分析

疲勞工況的應(yīng)力按減振器拉伸和壓縮工況下分析，并進行疲勞壽命分析，載荷按減振器0.52 m/s活塞速度下復(fù)原阻力和壓縮阻力加載，對三種結(jié)構(gòu)進行分析，應(yīng)力云圖和疲勞壽命結(jié)果見表3。

表3 疲勞工況下支架應(yīng)力分析和最小疲勞壽命對比

3.3 有限元分析總結(jié)

根據(jù)靜力工況和疲勞工況分析結(jié)果可以看出，優(yōu)化方案二結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和疲勞壽命性能較現(xiàn)方案有大幅度提升，最大應(yīng)力值均未超出材料的屈服強度，后減振器下支架采用方案二繼續(xù)進行道路可靠性驗證。

4 優(yōu)化方案驗證

為進一步驗證優(yōu)化后的后減振器下支架是否滿足車輛使用要求，按照優(yōu)化方案二做出樣橋，見圖6。共完成山路2 000 km，強化路9 000 km和高速路5 400 km的可靠性驗證，后橋殼及下支架結(jié)構(gòu)完好，見圖7，故障沒有復(fù)現(xiàn)，順利通過可靠性驗證。

圖6 驗證前的優(yōu)化樣橋

圖7 驗證后的優(yōu)化樣橋

5 結(jié)語

針對輕型商用車可靠性道路試驗中出現(xiàn)的后減振器下支架出現(xiàn)的故障，通過CAE分析軟件對故障件結(jié)構(gòu)和優(yōu)化方案進行對比分析，優(yōu)化方案把最大應(yīng)力值減小了50%左右，疲勞壽命約提高了115%，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論支持。優(yōu)化后的支架結(jié)構(gòu)通過了可靠性驗證并被用戶認可，徹底解決了由后減振器下支架斷裂和脫落造成減振器失效的故障，提高了駕乘人員的舒適性。