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某车身消排悬挂系统的结构改进

作者:未知

  摘 要:通过对现有车型消排悬挂系统结构存在的问题分析,提出车身结构改进方向,落实改进设计方案,最后通过ANSYS软件建立有限元模型进行理论校核分析,分析结果和结构改进预期效果达到一致。改进方案一方面增强了消排悬挂系统的车身局部模态;另一方面提高了悬挂系统车身结构的局部抗扭,抗弯动刚度,能够有效减轻悬挂系统的抗振动性,改善NVH性能。为后续消排悬挂系统车身结构设计开发提供设计经验和设计方向。
  关键词:吊钩;支撑杆;动刚度;消排悬挂车身结构
  1 前言
  随着国家对汽车性能要求的日益提高,改善NVH性能已成为汽车厂家亟待解决的问题。本文通过对某车型消排悬挂系统结构优化改进,提高消排悬挂系统车身结构的动刚度,模态,并借助于UG三维软件建立消排悬挂车身改进结构的车身几何模型,把模型导入到ANSYS软件里面,建立有限元模型3D数模进行理论分析,充分验证消排悬挂系统改进方案的有效性,能够有效降低整车消排振动,提高整车的NVH性能。
  2 某车型消排悬挂车身结构存在的问题和性能分析
  某车型消排悬挂系统车身结构由单一吊钩组成,缺少支撑杆做加强结构,导致抗振,抗弯刚度存在不足,在整车行驶过程中,车辆上下振动时车身结构容易变形,易引起NVH振动问题。另在制造方面现有车型车身吊钩结构和支架进行焊接时,圆柱面匹配搭接容易转动不稳定,易导致生产质量偏差,不利于生产一致性保证,对整车性能也造成一定异响。某车型消排悬挂系统车身框架结构见图1。
  针对某车型消排悬挂车身结构运用UG三维软件建立分析模型,把模型导入到ANSYS软件里面,利用Hypermesh 软件对有限元模型进行网格化处理,整车模型建立成功以后,在整车前悬,后悬增加约束,在BIW接附点位置施加三方向的单位载荷,在有限元模型下,对消排悬挂车身结构进行理论性能分析。从分析动刚度结果曲线上看,现有消排悬挂车身结构在X向动刚度均≤目标500N/mm要求,在262Hz以上,Y向动刚度≤目标500N/mm要求,在72Hz以上,Z向动刚度≤目标500N/mm要求。局部模态方面只有4.203713E+02Hz。详细分析数据见图2所示。
  3 确认现有消排悬挂车身结构改进方向和方案
  通过以上对消排悬挂车身结构的缺陷问题和理论分析,再结合现有车型消排悬挂安装结构存在的问题,从提高消排悬挂车身结构Z向动刚度,模态方向入手,对现有消排悬挂车身结构提出以下改进方案:
  a、消排悬挂系统通过Z向增加吊钩支撑杆的结构设计,对消排悬挂做Z向支撑,提高结构抗压变形,抗振的能力,有效提高系统抗扭,抗弯刚度。
  b、吊钩支架匹配面上增加2道定位筋条设计,对吊钩起到限位约束作用,防止零件在装配时旋转移动,起到装配预定位的有效作用,方便零件装配进行焊接,改善零件的制造工艺。
  c、吊钩支撑杆采用端头扁平结构设计,零件通过墩压成型,相比现有圆柱端头结构设计,采用扁平结构后,吊钩支撑杆在装配焊接过程中,平面搭接更稳定,更容易匹配定位焊接,从而改善了零件的焊接装配制造工艺,提高了人机操作的可行性。
  通过实施以上结构改进方案,新消排悬挂车身结构可以有效提高悬挂系统的抗扭,抗弯曲能力,以及改善整车行驶中消排悬挂系统NVH性能。详细的消排悬挂系统车身结构改进方案见图3所示。
  4 车身消排悬挂系统结构改进后的模态,动刚度理论分析
  4.1 有限元分析模型的建立
  针对消排悬挂车身改进结构运用UG三维软件建立分析模型,把模型导入到ANSYS软件里面,利用Hypermesh 软件对有限元模型进行网格化处理,整车模型建立成功以后,在整车前悬,后悬增加约束,在BIW接附点位置施加三方向的单位载荷,在有限元模型下,对改进后的消排悬挂车身结构进行动刚度,模态分析,改进后消排悬挂理论有限元网格模型见图4:
  4.2 有限元模型计算分析结果
  从分析结果数据得出,消排悬挂系统性能改善效果明显,与前期消排悬挂车身结构改进方向分析一致,达到预期改进的目的。从实际动刚度分析结果曲线上看,很明显改进后车身结构动刚度在X,Y,Z三个方向上,均满足了≥目标500N/mm要求,且结果呈线性趋势较好。另外结构局部模态方面由4.203713E+02Hz提高到7.522707E+02Hz,提高幅度达到79%,改善效果也十分显著。具体分析效果数据见图5所示。
  5 总结
  消声器的悬挂车身结构需具备一定的承重能力和减振性能。本文通过对现有某车型消排结构存在的问题案例分析,提出现有某车型消排悬挂系统的车身结构改进方向,并制定实际的改进方案。如对吊钩增加加强支撑杆结构设计,优化吊钩支架的端头结构,改善零件结构易焊接性和制造工艺。另通过ANSYS软件建立有限元模型进行理论校核分析,分析结果和结构预期改进效果达到一致,提高了消排悬挂系统车身结构的局部抗扭,抗弯动刚度,能够有效减轻悬挂系统的抗振动性,改善NVH性能,从而提高了乘客整车乘坐的舒适性和安全性。为后续消排悬挂系统车身结构提供了设计经验和方向。
  参考文献:
  [1]周昌玉,贺小华.《有限元分析的基本方法及工程应用》.化学工业出版社2006.
  [2]耿鹏飞,石岩《汽车排气系统噪声数值仿真分析与结构优化、噪聲与振动控制》  2015,35(05):121-125.
  [3]陈家瑞等《汽车构造》人民交通出版社 2005.9.
论文来源:《时代汽车》 2019年6期
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