全球今日讯！铝合金后副车架结构设计与强度分析

铝合金相比钢由于具有质量轻、抗氧化、易回收的特点，被称为汽车轻量化的理想结构材料。副车架是汽车底盘系统的关重零件，它与下车体相连，用于固定动力总成、摆臂、方向机等底盘零件，同时起到提高整车刚性，并衰减地面及动力总成的振动，提高整车舒适性的作用。副车架在使用过程中承受着制动、冲击、转向等各个工况的载荷，受力情况复杂，副车架的可靠性直接影响整车的行驶安全。因此，在副车架设计过程中必须对其进行强度校核。

本文针对某车型后副车架的设计要求，采用铝合金型材和铸件组合的结构形式。

在工艺数据设计完成后，建立其结构强度分析模型，运用多体动力学分析提取悬架各硬点载荷信息，经仿真验证，后副车架强度满足强度设计要求。

(资料图片)

1、结构设计

在铝合金副车架结构设计中，常用两种结构形式，一种是整体铸造类型，另一种是铝合金型材和铸件组合类型。这两种结构各有其优缺点。整体铸造结构由于可以对梁系截面进行深度设计，材料整体分布合理，重量更轻，加工工序少，尺寸精度高，但因其整体成型工艺复杂，制造成本较高。铝合金型材和铸件组合类型副车架，制造成本相对较低，开发周期短，但单体零件之间多采用MIG焊进行连接，存在焊接变形大的缺点。在尺寸精度得以有效控制的前提下，不失为一种经济性较好的副车架轻量化设计方案。

后副车架综合考虑设计各项设计指标，采用铝合金型材和铸件组合结构。根据设计硬点输入，结合底盘其他零件包络及间隙要求，副车架整体呈现“＃”形，纵梁承载摆臂铰接点，同时与下车体后纵梁连接，相对位置精度要求较高，故采用铸件纵梁结构辅以截面深度优化设计；起连接作用的横梁，采用铝合金型材圆管经折弯工艺制成，纵梁和横梁经MIG焊装配成副车架总成。经测量，副车架总成设计重量为13.9 kg，轻量化效果较钢制副车架显著，其结构形式如图1所示。

图1 后副车架结构形式

2、强度分析

2.1 工况载荷提取

如图2所示，利用多体动力学分析软件建立后悬架动力学模型。模拟前进制动、倒车制动、滥用过坑（垂直冲击）、转向四种工况，各工况加速度取值大小如表1所示。经计算，以滥用过坑工况为例，后副车架各硬点处的作用力如表2所示。

图2 后悬架多体动力学分析模型

表1 各工况下加速度取值表

表2 后副车架各硬点载荷信息（滥用过坑工况）

2.2 分析模型建立

在结构强度分析过程中，通过对几何模型的合理简化来建立优化的前处理模型，铸件由于截面多变，采用3D网格，型材截面固定，采用2D网格，采用刚性单元模拟焊接进行连接。优化后的前处理模型如图3所示，共计包含241 793个节点，86 745个单元。

图3 后副车架前处理模型

2.3 材料属性定义

铝合金后副车架材料参数设置如下：弹性模量78 GPa，泊松比0.3，屈服强度266 MPa，密度2 700 kg/m3。

3、分析结果

后副车架最大应力分析结构如表3所示，其分析应力云图详见图4至图7。

表3 各工况下副车架应力结果

图4 前进制动工况分析结果

图5 倒车制动工况分析结果

图6 滥用过坑工况分析结果

图7 转向工况分析结果

本文运用多体动力学仿真分析获得后副车架前进制动、倒车制动、滥用过坑、转向四种工况下各硬点的载荷，并将其导入到强度分析软件进行强度校核，仿真结果表明该铝合金后副车架结构强度满足设计要求。本文仅对铝合金后副车架典型工况进行了强度仿真分析验证，展示新型铝合金后副车架结构的同时，为该类零部件提供行之有效的强度设计指导。

关键词： 分析结果 铝合金型材