前擺臂的案例
乘用車前擺臂和副車架的強(qiáng)度分析及優(yōu)化
由于前擺臂和副車架的主體為平薄板狀結(jié)構(gòu)，故選取邊長為8mm的四邊形單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，部分位置采用三角形單元、剛性單元及梁單元等[8]。該前擺臂和副車架系統(tǒng)有限元模型共有30580個(gè)節(jié)點(diǎn)，29489個(gè)單元，其中，三角形殼單元2029個(gè)，四邊形殼單元27460個(gè)，三角形單元所占比例為6.9%，網(wǎng)格質(zhì)量較好。前擺臂和副車架有限元模型如圖7所示。
圖7 前擺臂和副車架有限元分析模型
2 前擺臂和副車架強(qiáng)度分析
2.1 邊界條件
本文研究的前擺臂和副車架的位移約束條件：在轉(zhuǎn)向和制動(dòng)工況下，副車架前后安裝螺栓孔處為剛性約束；副車架與發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置安裝位置橡膠襯套處為球鉸約束；減振器頂端橡膠襯套處約束為球鉸約束。在沖擊工況下，考慮到在2.5倍沖擊工況下，前懸架彈簧已壓縮至極限位置，阻尼器限位發(fā)生作用，因此通過強(qiáng)制位移將轉(zhuǎn)向節(jié)中心上擺至極限位置作為位移約束。
2.2 載荷條件
本文研究的前擺臂、副車架材料參數(shù)如表2所示。
表2 材料參數(shù)
材料
彈性模量/MPa
泊松比
密度/(Ton·mm-3)
鋼材
210,000
0.3
7.9E-9
本文主要對前擺臂和副車架在三種不同工況下進(jìn)行強(qiáng)度分析。其各種工況的加速度大小如表3所示。
表3 各種工況加速度大小
工況
方向
加速度值
轉(zhuǎn)向
右轉(zhuǎn)向
0.8g
制動(dòng)
水平向后
0.8g
沖擊
豎直向上
2.5 g
本車型分析的各項(xiàng)參數(shù)如表4所示。
展開 拓?fù)鋬?yōu)化在底盤件開發(fā)中的應(yīng)用
1、背景介紹
前擺臂是汽車底盤前懸架主要傳力部件之一，具有支撐測向力及水平力功能的懸架部件，它決定懸架系統(tǒng)的幾何形狀。擺臂一般用球頭銷、橡膠防塵套等柔性連接方式與車身及車橋連接，有時(shí)也采用剛性連接方式與車橋連接。擺臂一般采用鋼板沖壓件或鑄、鍛造工藝制造。在汽車行駛過程中前擺臂強(qiáng)度能否滿足要求，直接影響汽車行駛安全性。本課題利用拓?fù)鋬?yōu)化的方法，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)了一款新型鑄件擺臂，不僅滿足各種性能要求，而且重量比同級別車型減輕28%，實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)。
2、模型設(shè)置
單元尺寸：鑄、鍛件-本體 3mm 四面體單元，球銷座 3mm。擺臂軸套外管，通過體焊縫連接，采用基本尺寸3mm（長、寬方向）六面體網(wǎng)格，套管厚度方向分布三層體單元。
擺臂強(qiáng)度分析工況如下：
①經(jīng)典工況 顛簸工況 加速工況 制動(dòng)工況 轉(zhuǎn)向工況
②組合工況 凹坑轉(zhuǎn)向 加速轉(zhuǎn)向 制動(dòng)轉(zhuǎn)向
③極限工況 前進(jìn)沖擊
工況需通過Adams多體懸架模型進(jìn)行載荷分解計(jì)算，提取出各工況下的硬點(diǎn)力和力矩（Fx、Fy、Fz、Tx、Ty、Tz）,對應(yīng)施加在各硬點(diǎn)處。
3 優(yōu)化設(shè)置
①拓?fù)渥兞浚叽缂s束＞10，拓?fù)淇臻g如下圖所示：
②約束條件，前述工況下最大主應(yīng)力＜設(shè)計(jì)強(qiáng)度；安裝點(diǎn)位移＜設(shè)計(jì)值；擺臂向失穩(wěn)載荷＜設(shè)計(jì)值；
③優(yōu)化目標(biāo)，質(zhì)量最小。
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展開 基于Altair Inspire的右前下后擺臂的模型優(yōu)化
基于Altair Inspire的右前下后擺臂的模型優(yōu)化 孫浩然、盧玉
1、概述
現(xiàn)如今，汽車對于人們的生活已經(jīng)密不可分，對于人們的生活起著非常重要的作用，人們對汽車舒適性的要求也越來越高。汽車懸架作為汽車車身與輪胎之間的彈性連接組，能夠減小汽車行駛過程中由于彈性系統(tǒng)引起的振動(dòng)，改善汽車的舒適性、操縱性以及行駛過程中的平順性，對于保證駕駛員與乘客乘坐舒適性至關(guān)重要。汽車懸架的擺臂是懸架系統(tǒng)中最終要的部件之一，主要起著導(dǎo)向和支撐車身的作用。汽車的前下后擺臂在汽車行駛過程中受到來地面的載荷沖擊以及汽轉(zhuǎn)向時(shí)的扭轉(zhuǎn)載荷，其變形會(huì)直接影響到車輪的定位。因此汽車前下后擺臂的結(jié)構(gòu)好壞直接影響了汽車行駛過程中的穩(wěn)定性、舒適性和安全性。本文選取汽車懸架系統(tǒng)的右前下后擺臂，基于Altair Inspire對其建立三維模型，對建立的模型進(jìn)行強(qiáng)度分析、拓?fù)鋬?yōu)化并進(jìn)行幾何重構(gòu)。
2、右前下后擺臂強(qiáng)度分析
2.1設(shè)置屬性參數(shù)
利用建立好的汽車懸架—右前下后擺臂模型，利用Altair Inspire軟件進(jìn)行分析之前，需要先設(shè)置模型的材料參數(shù)中。本文進(jìn)行汽車懸架—右前下后擺臂分析所選用的材料為Q235普通碳素鋼。其各項(xiàng)材料屬性圖表2.1所示。
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【報(bào)告6121】特斯拉Model3整車輕量化技術(shù)分析（14頁可下載）
圖17 Model 3與競標(biāo)車儀表管梁材料對比圖
（4）前懸架上擺臂樹脂填充
Model 3前懸架上擺臂采用單層鈑金內(nèi)部填充樹脂方案，在滿足強(qiáng)度和NV的性能要求下，重量較鈑金拼焊方案降低30%左右，而成本相當(dāng)。
圖18 前懸架上擺臂與傳統(tǒng)車重量對比圖
8. Model 3工藝上的輕量化
（1）TWB工藝的應(yīng)用
B柱內(nèi)板與外板均采用TWB（激光拼焊）工藝，碰撞篇已提到，保證性能的前提下起到了輕量化作用；
對比Model S B柱的鋼鋁結(jié)合，Model 3全部采用鋼材以降低成本，雖然材料變化，但采用TWB工藝后B柱重量不升反將5.6kg。
圖19 Model 3與Model S B柱重量對比圖
（2）熱成型工藝的應(yīng)用
Model 3在碰撞吸能位置大量采用了熱成型鋼材，提升屈服強(qiáng)度的同時(shí)降低料厚，達(dá)到輕量化作用。
圖20 Model 3熱成型材分布圖
（3）輥壓成型工藝的應(yīng)用
輥壓成型工藝在車身上的應(yīng)用逐漸遞增，主要優(yōu)勢是材料利用率高，生產(chǎn)效率高，精度容易控制等，綜合成本降低。而Model 3下車體大量采用輥壓成型工藝，提供橫向支撐的同時(shí)輕量化作用明顯。
圖21 Model 3輥壓梁分布圖
以地板座椅前橫梁為例，輥壓件比沖壓件重量下降17%以上，同時(shí)可滿足整車性能要求（具體詳見碰撞篇）。
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