龐慶 嚴(yán)香 黎海 謝貴山

摘 要：通過(guò)對(duì)現(xiàn)有車型消排懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題分析，提出車身結(jié)構(gòu)改進(jìn)方向，落實(shí)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，最后通過(guò)ANSYS軟件建立有限元模型進(jìn)行理論校核分析，分析結(jié)果和結(jié)構(gòu)改進(jìn)預(yù)期效果達(dá)到一致。改進(jìn)方案一方面增強(qiáng)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(dòng)剛度，能夠有效減輕懸掛系統(tǒng)的抗振動(dòng)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(jì)開(kāi)發(fā)提供設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方向。

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

1 前言

隨著國(guó)家對(duì)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(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)某車型消排懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，提高消排懸掛系統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度，模態(tài)，并借助于UG三維軟件建立消排懸掛車身改進(jìn)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(jìn)行理論分析，充分驗(yàn)證消排懸掛系統(tǒng)改進(jìn)方案的有效性，能夠有效降低整車消排振動(dòng)，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(wèn)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(qiáng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致抗振，抗彎剛度存在不足，在整車行駛過(guò)程中，車輛上下振動(dòng)時(shí)車身結(jié)構(gòu)容易變形，易引起NVH振動(dòng)問(wèn)題。另在制造方面現(xiàn)有車型車身吊鉤結(jié)構(gòu)和支架進(jìn)行焊接時(shí)，圓柱面匹配搭接容易轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)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(jiàn)圖1。

針對(duì)某車型消排懸掛車身結(jié)構(gòu)運(yùn)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(duì)有限元模型進(jìn)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(diǎn)位置施加三方向的單位載荷，在有限元模型下，對(duì)消排懸掛車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論性能分析。從分析動(dòng)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(dòng)剛度均≤目標(biāo)500N/mm要求，在262Hz以上，Y向動(dòng)剛度≤目標(biāo)500N/mm要求，在72Hz以上，Z向動(dòng)剛度≤目標(biāo)500N/mm要求。局部模態(tài)方面只有4.203713E+02Hz。詳細(xì)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2所示。

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

通過(guò)以上對(duì)消排懸掛車身結(jié)構(gòu)的缺陷問(wèn)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(wèn)題，從提高消排懸掛車身結(jié)構(gòu)Z向動(dòng)剛度，模態(tài)方向入手，對(duì)現(xiàn)有消排懸掛車身結(jié)構(gòu)提出以下改進(jìn)方案：

a、消排懸掛系統(tǒng)通過(guò)Z向增加吊鉤支撐桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)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(jì)，對(duì)吊鉤起到限位約束作用，防止零件在裝配時(shí)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，起到裝配預(yù)定位的有效作用，方便零件裝配進(jìn)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(jì)，零件通過(guò)墩壓成型，相比現(xiàn)有圓柱端頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用扁平結(jié)構(gòu)后，吊鉤支撐桿在裝配焊接過(guò)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(jī)操作的可行性。

通過(guò)實(shí)施以上結(jié)構(gòu)改進(jìn)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(xì)的消排懸掛系統(tǒng)車身結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案見(jiàn)圖3所示。

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

4.1 有限元分析模型的建立

針對(duì)消排懸掛車身改進(jìn)結(jié)構(gòu)運(yùn)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(duì)有限元模型進(jìn)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(diǎn)位置施加三方向的單位載荷，在有限元模型下，對(duì)改進(jìn)后的消排懸掛車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)剛度，模態(tài)分析，改進(jìn)后消排懸掛理論有限元網(wǎng)格模型見(jiàn)圖4：

4.2 有限元模型計(jì)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(jìn)方向分析一致，達(dá)到預(yù)期改進(jìn)的目的。從實(shí)際動(dòng)剛度分析結(jié)果曲線上看，很明顯改進(jìn)后車身結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度在X，Y，Z三個(gè)方向上，均滿足了≥目標(biāo)500N/mm要求，且結(jié)果呈線性趨勢(shì)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(dá)到79%，改善效果也十分顯著。具體分析效果數(shù)據(jù)見(jiàn)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(guò)對(duì)現(xiàn)有某車型消排結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)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(jìn)方向，并制定實(shí)際的改進(jìn)方案。如對(duì)吊鉤增加加強(qiáng)支撐桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(guò)ANSYS軟件建立有限元模型進(jìn)行理論校核分析，分析結(jié)果和結(jié)構(gòu)預(yù)期改進(jìn)效果達(dá)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(dòng)剛度，能夠有效減輕懸掛系統(tǒng)的抗振動(dòng)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(jì)經(jīng)驗(yàn)和方向。

參考文獻(xiàn)：

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