基于ANSYS的某重卡储气筒支架结构优化

谷同金，李本荣，顾鹏飞

（安徽江淮汽车集团股份有限公司海外汽车研究所，安徽 合肥 230601）

前言

在采用气压制动系统的车辆上，储气筒是必不可少的零部件，一般在布置储气筒时都是根据储气筒布置位置设计专用的支架。支架应有足够的强度保证，一旦支架发生开裂，进行影响整车制动性能，容易引起交通事故。

本文结合产品使用环境，采用ANSYS分析发现储气筒支架强度薄弱区域，进一步优化设计，满足使用要求，提高客户满意度。

1 市场问题

我司某出口南美车型在客户使用过程中出现储气筒支架开裂现象，该地区路况较差，且车辆超载情况严重。下图为市场故障照片。

图1 市场故障件

2 有限元分析

2.1 建立模型

根据该支架的几何模型建立有限元模型。将支架几何模型导入 ANSYS，对支架进行网格划分。支架几何模型及有限元模型如下图所示。

图2 储气筒支架几何模型

图3 储气筒支架有限元模型

2.2 模型计算

该支架通过上端面两圆孔与车架横梁螺栓连接，所以设置边界条件时可将支架上端面进行全约束，同时考虑车架抖动及超载情况，施加载荷时设定3倍重力加速度。有限元分析结果如下图所示。

图4 有限元计算结果

图5 优化后支架模型

从上图计算结果可以看出，支架与车架横梁连接处倒角附近应力水平较高，同时在倒角处出现应力集中现象。应力分布与该支架市场问题状态基本一致。

2.3 优化方案

考虑到零部件的通用性及系统的模块化要求，优化方案不涉及该支架与其他部件的配合尺寸。由上述应力云图可以看出，支架腹面应力水平较低，可以考虑增加减重孔，而倒角处应力集中，可将倒角由R4加大到R6，同时为降低整体应力水平，将支架料厚由4.5mm改为5.5mm。

综上，优化方案变动有以下三点：

1）支架腹面增加R25的减重孔；

2）腹面与安装面倒角加大到R6；

3）支架整体料厚加大到5.5mm。

优化后支架模型如下图所示，支架重量增加了0.034kg，几乎不变。

2.4 优化方案验证

优化后支架有限元分析边界条件不变，应力分布如下图所示。

图6 优化后支架计算结果

由应力云图可以看出，结构优化后的支架的最大应力为20.24MPa，而支架优化前的最大应力为 39.05MPa，支架强度增加48%。

3 市场验证

将市场出现储气筒支架开裂的车辆统一更换优化后状态的支架，经过十万公里的累计使用里程验证，未发现一例支架开裂反馈，此次整改优化有效。

4 结论

本文针对某重卡储气筒支架开裂问题进行分析，通过有限元计算提出整改方案，在不增加支架重量的前提下，提高支架整体强度，有效的降低整体应力水平，同时经过市场验证，整改后支架强度及可靠性满足设计要求。分享该支架的设计优化经验，可有效避免同类问题再次发生。