车轮挡泥板固定支架【大型组合式挡泥板固定支架多方案的模拟研究】

　　摘要：建立大型组合式挡泥板固定支架系统动力学仿真模型，对其进行三种工况下的动力学仿真分析，计算出各固定点所受载荷，并将其输入到挡泥板固定支架有限元模型进行模态、强度、刚度分析。通过多方案对比分析，并结合工程应用经验，确定正式方案。
　　关键词：挡泥板固定支架；动力学仿真；模态分析
　　中图分类号：U463 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）04-0039-05
　　The Simulation and Research of Projects in Combined Used
　　Fenderboard Fixed Bracket
　　SHEN Jian1，SONG Ji-xia1，HUANG Hua-long2，ZHANG Rui1，WANG Bin2，YIN Lin1
　　（1.Commercial Product R&D Institute Dongfeng Automobile Co.，LTD.，Wuhan，430057，China；
　　2.Dongfeng Investment Casting Co.，Ltd.，Shiyan，442714，China）
　　Abstract：The dynamics simulation combined model used fenderboard fixed bracket system was established and three loads were analyzed.The forces of fixed points were calculated. Then those forces were input to the finite combined models used fenderboard fixed bracket，mode，strength and stiffness analyses were carried out. According to general contrasting projects，the formal project was confirmed by combining with engineering experience.
　　Key words：fenderboard fixed bracket；dynamics simulation；mode analysis
　　大型组合式挡泥板固定支架作为挡泥板系统的重要结构件之一，肩负着连接后挡泥板、后挡泥板支架、ECU和车架纵梁的重要任务，挡泥板固定支架设计结果直接关系到挡泥板系统设计质量的优劣。为缩短设计周期，在设计方案阶段引入CAE分析工作。本文对某车型大型组合式挡泥板固定支架运用了动力学仿真分析和有限元分析相结合的方法，研究挡泥板固定支架四种方案的不同点，并结合工程经验，选择最佳方案。
　　1 大型组合式挡泥板系统结构介绍
　　大型组合式挡泥板系统构成如下：
　　A——后挡泥板连接支架（钣金件，材料SPHC，料厚3 mm）；
　　B——后挡泥板支架（钣金件，材料DC03，料厚1.5 mm）；
　　C——后挡泥板（塑料件，料厚3 mm）；
　　D——纵向挡泥板（塑料件，料厚2.5 mm）；
　　E——ECU、挡泥板固定支架（精铸件，材料ZG410-700）。
　　如图1所示，固定点O1、O3、O4固定在车架纵梁上，固定点O2固定在减振支架上，固定点O5用于连接纵向挡泥板D和后挡泥板C；固定点O6、O7和O14用于固定ECU本体及附属支架，固定点O8、O9、O10、O11用于固定后挡泥板C和后挡泥板支架B，固定点O12、O13用于连接后挡泥板连接支架A和后挡泥板支架B。
　　2 动力学仿真
　　2.1 动力学仿真模型的建立
　　运用动力学仿真分析软件ADAMS建立挡泥板固定支架系统动力学模型，如图3所示。输入挡泥板固定支架系统的各零件质量、质心坐标、各固定点坐标，车架用大地代替，各零件之间及零件与大地之间用衬套连接。固定点O15、O16、O17和O18（仅方案一和方案三有）固定于车架上。
　　2.2 动力学仿真计算
　　根据设计工程师提议，计算挡泥板固定支架系统的工况如下：垂直载荷，自重及Z向3 g，自重及Z向6 g；制动载荷，自重及X向1 g；右转向载荷，自重及Y向1 g。
　　三种工况下挡泥板固定支架各固定点（说明参见图1～3）受力情况见表1。
　　3 有限元分析
　　3.1 有限元模型的建立
　　运用有限元分析软件HYPERWORKS建立挡泥板固定支架有限元模型。有限元模型采用边长2 mm的四面体单元进行网格划分，从而更大范围地保持支架的局部小特征，如图4所示。材料为ZG410-700，材料设置如表2所示。
　　3.2 模态分析
　　约束挡泥板固定支架与车架连接点。计算挡泥板固定支架的约束模态，结果如表3所示。
　　发动机、传动系、车轮等旋转部件引起的振动频率中，发动机引起的振动频率最大。为避免共振现象的发生，挡泥板固定支架的模态频率要高于发动机的引起的扭转振动频率。
　　该车型发动机为四缸四冲程发动机，额定转速和最大转速分别为2 500 r/min和2 800 r/min。根据经验公式［1］可知，额定转速和最大转速对应发动机扭转振动频率分别为83 Hz 和93 Hz。考虑发动机可能超转速工作，为避免共振现象的发生，要求挡泥板固定支架最低阶模态频率高于93 Hz。从表3可知，除方案三外，其他方案均满足模态分析的要求。根据工程经验，精铸零件在冷却过程中变形较大，开口结构虽耗材少，但成品率低，可制造性劣于封闭结构方案。
　　3.3 强度分析
　　约束挡泥板固定支架固定点O15～O18。依据动力学仿真分析结果进行载荷输入，将7个固定点（O6～O14，不含O12及O13）的力施加到有限元模型中进行强度分析。四种工况下挡泥板固定支架不同方案的强度分析结果如图6～9所示。
　　综合四种工况考虑，挡泥板固定支架的最大应力远小于屈服强度410 MPa，四个方案均满足强度要求。闭口结构方案一、方案二好于开口结构方案三、方案四。
　　3.4 刚度分析
　　将7个固定点（O6～O14，不含O12及O13）的各方向力输入到有限元模型中进行刚度分析，计算各固定点合力下的刚度。其中O6、O7和O14为ECU的安装点，需重点考察。刚度分析结果如表4所示，固定点O6、O7为悬臂梁端点，故刚度值较低，固定点O14非悬臂梁结构刚度值较大。综合各工况下ECU安装点的情况，可知，闭口结构方案一、方案二好于开口结构方案三、方案四。
　　4 结论
　　本文通过动力学仿真计算出挡泥板固定支架在四种工况下受力的大小和方向，为挡泥板固定支架的强度、刚度分析提供了载荷，计算了支架在各种工况下的应力分布和支架本身的模态性能。通过结果，可以得出如下结论：
　　1） 除方案三外，其他三个方案均满足模态方面要求，即不会在工作范围内发生共振现象。
　　2） 闭口结构方案一、方案二在强度、刚度方面明显好于开口结构方案三、方案四。
　　3） 考虑到汽车使用过程中螺栓防松的需要，四点固定的闭口结构方案一具有综合优势，被正式采用。
　　参考文献：
　　［1］ 东风汽车公司技术中心.发动机悬置系统的设计及选择［M］.东风汽车公司柴油发动机厂，1998.