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摘 要均衡梁作为半挂牵引车空气悬架的关键部件之一,其强度、疲劳分析是空气悬架系统研发过程中的重要环节.本文在介绍均衡梁结构特点的基础上,建立了均衡梁有限元分析模型,运用有限元分析软件HyperWorks对均衡梁进行有限元分析,得出该空气悬架均衡梁的应力分布规律与疲劳寿命特性,同时,根据对零件的工况模拟,找出零件失效的原因,对均衡梁结构进行优化.
关 键 词空气悬架；均衡梁；有限元
中图分类号TD1文献标识码A文章编号1674-6708（2012）64-0151-02
0引言
空气悬架系统是当今流行于发达国家汽车行业的先进产品,在牵引车上面的使用率已经达到了80%,结合目前我国高速公路的不断拓展和改善,从某种程度上为汽车空气悬架的发展和运用创造了有力的硬件条件.
据统计,截止2007年底,我国高速公路的通车里程已接近5.36万公里,高速公路总里程稳居世界第二,仅次于美国,而且随着高速公路以每年4000km的速度增长,我国到2012年底将建成8.9万公里的高速公路,基本上完成了我国现代化交通网络的基本骨架和结构.随着我国高速公路的快速发展,必然会对汽车的操纵稳定性、平顺性和安全性提出更高的要求,从整体上对空气悬架在国内市场的运用起到了很好的促进作用.
另外,伴随着重型汽车对路面破坏机理的研究与认识逐步加深,以及国家对高速公路养护的重视,并适时制订了超限超载等相关法规与政策,使得空气悬架系统在重型汽车上的应用进一步扩大,因此,为了更好的适应高速公路运输的需要,半挂牵引车应尽可能的使用空气悬架系统.
1空气悬架结构特点
半挂牵引车全气囊式空气后悬架系统,包括车架、后桥、膜式空气弹簧、高度传感器总成、储气筒总成、减震器总成,以及支架、橡胶限位块、V型推力杆、纵向推力杆、均衡梁和横向稳定杆等结构.
均衡梁通过整体铸造成形,能够有效的提高产品结构强度和外观质量,并且能够降低装配工序流程的复杂程度.在满足结构强度和疲劳寿命的同时,经过优化设计,此均衡梁结构可以有效降低重量,满足轻量化的设计要求.
2均衡梁受力分析
2.1最大驱动力工况
2.3减震器极限工况
在给定频率和幅值的情况下,可根据单个循环所测得的减震器位移和阻尼力,利用计算机程序绘制出减震器示功图和速度特性曲线,其中,减震器在某位移处的速度即为减震器在该位移处的导数.由于减震器复原阻尼力要比压缩阻尼力大的多,因此,在极限工况下,将减震器的最大复原阻尼力作为均衡梁有限元分析的边界条件值.
根据减震器的示功图,减震器在极限工况下的最大复原阻尼力值为Fmax等于8kN.
2.4横向稳定杆极限工况
横向稳定杆的截面惯性距：
3.2网格划分的设置
在通过有限元网格划分工具Hypermesh,对均衡梁模型进行网格划分,同时设定实体单元的整体大小为4mm,公差为0.3mm,生成的均衡梁有限元模型中节点总数是638608,单元总数为384332.
3.3约束条件的确立
对均衡梁有限元模型进行线性静力分析,所得到的均衡梁VonMises等效应力图,如图1所示.由均衡梁的等效应力图可得,均衡梁的最大应力σ’max等于221MPa.最大应力主要分布于空气悬架后桥安装座平面与骑马螺栓安装孔的接触处（骑马螺栓预紧力：109092N）,推力杆与均衡梁连接处.
从有限元校核结果可知：
σ’max<σmax=230MPa,该半挂车空气悬架均衡梁基本满足半挂牵引车运行过程中的强度要求.
4结论
将上述计算结果作为均衡梁的有限元边界条件,对均衡梁结构进行强度、变形和疲劳分析与校核,分析结果为空气悬架牵引车样车的设计开发提供了合理的理论依据.均衡梁有限元分析结果表明：在后桥安装座平面与骑马螺栓安装孔接触处、推力杆与均衡梁连接处、均衡梁中部均存在较大的应力值区域,是均衡梁结构的薄弱环节.
因此,在均衡梁样件制造加工过程中,需要对均衡梁的上述薄弱环节,采取减少气泡、砂眼、缩松、夹杂等制造缺陷形成的精铸工艺,同时可对均衡梁的上述薄弱区域进行局部热处理,从而提高均衡梁的强度与疲劳寿命.