刘艳平，许克杨，陈 利

（合肥美桥汽车传动及底盘系统有限公司，安徽合肥230051）

驱动后桥气室支架设计改进及验证方案

刘艳平，许克杨，陈 利

（合肥美桥汽车传动及底盘系统有限公司，安徽合肥230051）

本文针对试验场出现的气室支架断裂问题进行分析，确认铸件浇冒口位置设定不合理和设计强度不足为支架断裂的主要原因。文中针对此问题点提出更改浇冒口位置改善金相组织同时通过应力分析改善设计结构来提升气室支架强度，改善后的零件通过台架试验和道路试验满足使用要求。

气室支架；设计强度；铸件浇冒口

1 气室支架的断裂问题

后桥气室支架用于支撑气室进行整车行车制动或驻车制动，所承受力为气压传递给气室的作用力和制动器回位弹簧带动调整臂旋转形成的支撑力。某轻型卡车试验车在山区强化路段进行道路试验时出现气室支架断裂现象，主要断裂状态及断裂区域如图1所示。此路段主要特点为路面起伏不定，试验车制动频繁，制动力大。本文针对该气室支架断裂问题进行分析改善，提升了气室支架强度并进行了分析验证，避免气室支架在市场出现断裂和变形量大等强度不足问题。

图1 气室支架失效状态

2 失效原因分析

理论分析气室支架失效原因有以下几种可能性：零件尺寸不合格、零件内部材料组织缺陷、设计强度不足。失效原因验证排除如下：

（1）零件尺寸来料抽检合格，失效件复核尺寸合格，可排除零件尺寸不合格的问题；

（2）对失效件支架从断裂位置附近剖开进行检测。经检测球化级别2级，球化级别检测效果如图2所示，符合1~3级之间的规定[1]。

图2 球化级别检测

珠光体含量检测大部分区域为10%~15%，如图3所示，符合≤20%的规定，但是在断口附近有一处区域珠光体含量严重超标，达到90%~95%，如图4所示，不符合规定。

图3 珠光体含量合格状态

图4 珠光体含量超标状态

局部区域珠光体含量超标是导致支架断裂的原因之一。

（3）通过FEA分析复核设计强度。模拟受力及装配件情况建立受力模型草图如图5.

图5 FEA分析受力模型

FEA分析结果显示局部区域最大应力达到429 MPa，如图6位置，超出了许用应力250 MPa，设计强度不足，存在失效风险。

图6 应力集中区域

3 提升方案

（1）局部珠光体含量超标问题经分析为铸件浇注冒口处材料壁厚偏薄冷却过快所致，为解决这个问题，将浇注冒口位置从支架臂部改到底座位置，底座壁厚较大，可避免冷却过快导致的珠光体含量超标问题。更改后的件金相检测合格。

（2）根据数模FEA分析情况对支架进行强化设计，将支撑臂上缘由原来的直线型改成凸起的圆弧提升支架整体支撑刚性，同时将应力超差处的加强筋与支架主体连接的边缘圆角由R3改成R10，改善应力集中。改善后的数模及分析结果如下图（图7），最大应力188.5 MPa小于许用应力250 MPa，改善后的设计强度满足使用要求。

图7 改善后的数模和受力分析情况

整改后的支架样件台架试验合格。送往试验场对试验车的旧件进行更换，更换后的支架完成整个试验里程未再出现断裂现象。

4 结论

通过验证结果来看，此次支架断裂故障的原因分析是合理的，改善方案也是有效的。铸件浇注冒口位置的设定需要根据工件本身的结构特点和受力情况做出合理选择，避免因此影响铸件质量。通过FEA模拟受力分析改善设计结构是提升支架强度的有效方案。在此过程中设计的受力形式可用于其他型号类似新产品的开发验证及老产品，以便做好早期预防。

[1]李炯辉.金属材料金相图谱[M].北京：机械工业出版社，2006.

Design Im prove and Validation of Air Brake Support Bracket

LIU Yan-ping，XU Ke-yang，CHEN Li
（Hefei AAM Automotive Driveline&Chassis System Co.，Ltd.，Anhui Hefei 230051，China）

In this paper，the analysis of the fracture of the gas chamber support in the test field is carried out，and themain reason for the failure of the support is that the unreasonable setting of the casting riser position and the lack of design strength.In this paper the problem put forward to change the pouring position to improve microstructure and through stress analysis to improve the design structure to enhance chamber support strength，improved parts through bench test and road test tomeet the use requirements.

air brake support bracket；design strength；riser of casting

TH162

A

1672-545X（2017）04-0150-02

2017-01-22

刘艳平（1984-），女，江苏盐城人，本科，助理工程师，研究方向：汽车前后桥设计研究。