东风某型货车钢板弹簧u型螺栓副cae分析和结构改进

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1、湖南大学 硕士学位论文 东风某型货车钢板弹簧U型螺栓副CAE分析和结构改进 姓名：韩维忠 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：周兵；吴理南 2009-12-01 工程硕士学位论文 II 摘 要 根据对东风及竟品车型的统计数据分析得出，国内卡车悬挂系统中均存在 U 型螺栓力矩装配后掉值的现象， 本文针对东风 C21 车型悬架系统存在前后桥 U 型 螺栓力矩装配后掉值的现象以及后桥底板断裂现象，作出相关的要因关联图，对 要因的本质原因进行归纳总结。针对归纳出来的本质原因，采用 CAE 方法模拟验 证该本质原因，进而通过对比分析提出解决问题的方法，在进行工艺验证后，将 改进方案运用于工艺更

2、改，从而解决 U 型螺栓力矩掉值和后桥地板这个长期困扰 整车装配工厂的一个慢性问题，对于提高整车的可靠性意义重大。 以东风 C21 车型悬架系统为研究对象，在 CATIA 软件下建立相关 3D 模型， 并进行合理简化，运用 Altair HyperMesh 和 Abaqus 等有限元分析软件，对模型进 行适合接触分析的网格划分、相关静态接触力学分析、动态接触力学分析。从而 分析出 U 型螺栓力矩掉值的原因。 后桥底板断裂的改进设计是在材质分析实验、金相分析实验、力学性能分析 实验等数据的支持的基础上，运用 CAE 技术对产品结构进行分析，不仅分析出后 桥底板断裂问题的原因，并且也对后桥底板的结

3、构进行了改进设计。 根据 CAE 分析结果提出合理的改进解决方案，进行工艺验证，并将工艺验证 的结果应用于现场整车装配，从而提高整车前后桥 U 型螺栓力矩合格率、消除了 后桥底板断裂现象，提升了东风 C21 车型的可靠性质量。 关键词：钢板弹簧；U 型螺栓副；有限元 东风某型货车钢板弹簧 U 型螺栓副 CAE 分析和结构改进 III Abstract This article, entitled “ CAE analysis and improve of leaf spring and U-bolt joint of a DongFeng truck “ focusing on the cur

4、rent domestic and foreign trucks, there were moments before and after the bridge U-bolt assembly of the phenomenon of post-out value and breakdown of the bolster, focusing on the use of advanced technology, trying to use CAD/CAE（Computer Aided Design / Computer Aided Engineering） method of analysis

5、of the cause of the problem and propose solutions related to the rationalization, thus resolving the U-bolt torque off the value of this long-standing vehicle assembly plant, a chronic problem, for improving the vehicles reliability of great significance. The design Dongfeng AG C21 model as its blue

6、print, in the Computer graphics Aided Three dimensional Interactive Application（hereinafter referred to as CATIA） established under the relevant 3D models, and then the use of Altair HyperMesh （hereinafter referred to as HM） and the Abaqus finite element analysis software, etc., the model for meshin

7、g and the associated static mechanical analysis, dynamic mechanical analysis. Dongfeng Craft Research Institute in conjunction with the experimental data related to support to analyze the cause of the problem. The rationalization of the final results of the analysis solution to optimize, and applied

8、 to on-site assembly, thereby enhancing the vehicle front and rear U-bolt moment of the bridge passing rate. Keywords:Leaf spring; U-bolts; CAE 工程硕士学位论文 VI 插图索引 图 2.1 非独立悬架的功能能 5 图 2.2 独立悬架 .5 图 2.3 板簧卷耳类型5 图 2.4 板簧各片间安装关系 5 图 2.5 桥的结构示意图6 图 2.6 C21 前悬挂系统与车桥连接图 6 图 2.7 C21 后悬挂系统与车桥连接图 6 图 2.8 板簧与车架连

9、接示意图 7 图 2.9 拧紧机使用对象7 图 2.10 螺纹紧固原理螺栓连接的变形关系 8 图 2.11 螺纹紧固原理工作载荷影响 .8 图 2.12 U 型螺栓力矩测量的三个阶段 9 图 2.13 前后桥 U 型螺栓力矩监测点及编号.9 图 2.14 U 型螺栓力矩跟踪表 .10 图 2.15 前桥力矩各阶段掉值趋势图 .10 图 2.16 后桥力矩各阶段掉值趋势图 .10 图 2.17 U 型螺栓预紧力矩掉值排查图 11 图 2.18 板簧结构示意图.12 图 2.19 板簧设计尺寸12 图 2.20 主片板簧与盖板间隙说明.12 图 2.21 不同间隙时 U 型螺栓力矩掉值对比分析 .

10、13 图 2.22 根据板簧自由弧高将盖板改为弧形14 图 2.23 U 型螺栓拧紧力矩跟踪图14 图 2.24 板簧模拟压平力矩跟踪图.15 图 2.25 屈服应力图 .15 图 3.1 U 型螺栓连接副模型树 .19 图 3.2 有限元网格模型21 图 3.3 网格划分局部放大图 1 .22 图 3.4 网格划分局部放大图 2 .22 图 3.5 卷耳网格单元22 图 3.6 十二片板簧网格单元图 22 东风某型货车钢板弹簧 U 型螺栓副 CAE 分析和结构改进 VII 图 3.7 U 型螺栓，垫板，中心螺栓，前桥网格 .23 图 3.8 U 型螺栓连接副装配图 .25 图 3.9 单独网

11、格划分图25 图 3.10 板簧间夹紧区域的接触对.25 图 3.11 板簧与垫板、前桥的接触对 .26 图 3.12 垫板、前桥与 U 型螺栓的接触对.26 图 3.13 U 型螺栓与十二片板簧间的接触对.26 图 3.14 板簧端部接触定义 26 图 3.15 定义的接触对27 图 3.16 250 Nm 力矩下 U 型螺栓应力云图 27 图 3.17 320NM 力矩下 U 型螺栓应力云图 28 图 3.18 刚度分析边界条件设定.28 图 3.19 板簧 Z 向位移值29 图 3.20 钢板弹簧夹持方法 29 图 3.21 试验用加载块30 图 3.22 板簧刚度试验台架 30 图 3

12、.23 1 号工况边界条件 33 图 3.24 1 号工况应力云图 33 图 3.25 1 号工况下 U 型螺栓应力云图 34 图 3.26 2 号工况下板簧应力云图.34 图 3.27 2 号工况下 U 型螺栓应力云图 .34 图 3.28 3 号工况下边界条件 35 图 3.29 3 号工况板簧应力云图 35 图 3.30 3 号工况 U 型螺栓应力云图 35 图 3.31 4 号工况板簧应力云图 36 图 3.32 4 号工况 U 型螺栓应力云图 36 图 3.33 5 号工况边界条件 36 图 3.34 5 号工况板簧应力云图 36 图 3.35 5 号工况 U 型螺栓应力云图 36

13、图 3.36 6 号工况板簧应力云图 37 图 3.37 6 号工况 U 型螺栓应力云图 37 图 3.38 6 个工况数据分析图 37 图 3.39 前桥力矩衰减对比图 38 图 3.40 U 型螺栓力矩抽查合格表38 图 4.1 后桥底板安装位置 40 工程硕士学位论文 VIII 图 4.2 后桥底板 .40 图 4.3 后桥底板断裂失效 40 图 4.4 探伤设备 .41 图 4.5 后桥底板改进前42 图 4.6 后桥底板改进后42 图 4.7 零件装配图 .42 图 4.8 边界条件 1 42 图 4.9 边界条件 2 42 图 4.10 底板的网格模型43 图 4.11 底板位移边

14、界条件 43 图 4.12 底板受力边界条件 44 图 4.13 等效应力对比（改进前）.44 图 4.14 等效应力对比（改进后）.44 图 4.15 最大主应力（改进前）.45 图 4.16 最大主应力（改进后）.45 图 4.17 压应力（改进前） 45 图 4.18 压应力（改进后） 45 东风某型货车钢板弹簧 U 型螺栓副 CAE 分析和结构改进 IX 附表索引 表 2.1 C21 车型底盘参数 .4 表 2.2 技术参数 .8 表 2.3 分公司产品与竞品重保力矩抽查情况10 表 2.4 竞品车整车力矩各部位合格状况 . 11 表 2.5 板簧参数及板簧盖板间隙.13 表 2.6

15、板簧间隙和力矩衰减统计表.14 表 3.1 变更拧紧力矩24 表 3.2 湖北钟祥板簧厂提供板簧刚度台架实验数据 31 表 3.3 湖北板簧厂提供板簧刚度台架试验数据32 表 4.1 化学成分实测数据 41 东风某型货车钢板弹簧 U 型螺栓副 CAE 分析和结构改进 I 湖 南 大 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名

16、： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在 20 年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 工程硕士学位论文 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究的意义 随着汽车工业和汽车零部件工业的发展，汽车装配技术水平也有了较大的提 高。国内对直接影响汽车产品质量、使用寿命和汽车产品生产最后环节的装配日 趋重视，促进了汽车产品装配、试验工艺及装配技术水平的提高。汽车装配过程 中，螺纹联接占有较大的工作量，装配设备由以前的普通使用噪声比较大，精度 比较低的冲击气动扳手，逐渐发展到使用静扭扳手和定扭电动扳手。以静扭扳手 和定扭扳手代替冲击式启