CN218021065U - 一种轻量化z字形非对称商用汽车前轴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴，包括工字梁主体和工字梁主体两端倾斜延伸的弯折过渡部，且工字梁主体的上边沿延伸至弯折过渡部，工字梁主体的下边沿则延伸至弯折过渡部的起始部位，使弯折过渡部的截面为T形，各弯折过渡部的外端分别固定有筒状的轴套，且弯折过渡部的外端与轴套的侧壁固定连接，各端弯折过渡部与工字梁主体之间的上边沿分别设置有多个镂空的安装孔。本实用新型减小了工字梁主体下边沿面的应力，即危险部位应力下降，改善了整体桥的应力分布水平，转移了断裂风险。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种汽车前轴，具体是一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴。
背景技术
汽车前轴是商用汽车一个重要零件，与转向节、拉杆、制动器等零部件组成转向、制动系统，起着连接车架、轮胎等作用。
汽车前轴从结构上包含拳头(即轴套)，弯脖、板簧座、工字梁等四个部位，拳头部位主要安装主销、转向节、制动器、轮毂等零部件，受垂直力和制动力，弯脖部位主要受弯矩，板簧面部位安装板簧和U型螺栓，主要受垂直力，工字梁部位主要受垂直力。因各部位功能和受力不同，因此形状上差距较大。目前的汽车前轴比较重，比较浪费资源和能耗，存在改进的空间。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴，包括工字梁主体和工字梁主体两端倾斜延伸的弯折过渡部，且工字梁主体的上边沿延伸至弯折过渡部，工字梁主体的下边沿则延伸至弯折过渡部的起始部位，使弯折过渡部的截面为T 形，各弯折过渡部的外端分别固定有筒状的轴套，且弯折过渡部的外端与轴套的侧壁固定连接，各端弯折过渡部与工字梁主体之间的上边沿分别设置有多个镂空的安装孔，工字梁主体的上边沿向一侧延伸，工字梁主体的下边沿则向另一侧延伸，使工字梁主体的上下边沿形成非对称结构。
进一步地，设置安装孔的工字梁主体两端上边沿做加宽处理形成板簧安装板。
进一步地，各端的轴套为锥形的筒状结构。
进一步地，各端轴套与弯折过渡部连接部位的同侧分别设置有向外凸起的三角凸起。
进一步地，各端轴套与弯折过渡部连接部位的同侧分别设置有侧孔。
进一步地，各端的安装孔共四个，且分别排布在板簧安装板的四个角出，安装孔之间的中心板簧安装板设置有定位孔。
通过以上设置，本实用新型根据前轴各部位受力特点，通过优化前轴各部位截面尺寸，采用Z字形非对称工字梁结构，设计一种轻量化的商用汽车前轴，从而来降低前轴重量，实现轻量化。
根据工字梁结构特点，基于材料力学知识，建立中间工字梁截面参数与应力、挠度、体积之间的关系，探究截面参数的灵敏度，并根据工字梁截面灵敏度分析结果，调整上下翼面厚度，采用上下翼(上下边沿)左右非对称结构，即虽然为工字形，但比较接近于Z字形。使得重心位置下移，使得大部分材料承受拉应力，从而减小了下边沿面的应力，即危险部位应力下降，改善了整体桥的应力分布水平，转移了断裂风险。
本实用新型采用轻量化Z字形非对称商用车前轴三维状态进行有限元分析，与相同载荷相同体积的对称工字梁的前轴结构有限元分析比较，Z字形非对称结构的安全系数能提高4％左右，适合现提倡的保证安全的情况下，达到节能减排的目的。
附图说明
现结合附图对本实用新型做进一步说明。
图1为本实用新型的立体结构示意图；
图2为本实用新型箱体部位的主视内部结构示意图；
图3为本实用新型的竖直截面结构示意图。
具体实施方式
如图1-3所示，一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴，包括工字梁主体1和工字梁主体1两端倾斜延伸的弯折过渡部2，且工字梁主体1的上边沿延伸至弯折过渡部2，工字梁主体1的下边沿则延伸至弯折过渡部2的起始部位，使弯折过渡部2的截面为T形，各弯折过渡部2的外端分别固定有筒状的轴套3，且弯折过渡部2的外端与轴套3的侧壁固定连接，各端弯折过渡部2与工字梁主体1之间的上边沿分别设置有多个镂空的安装孔4，设置安装孔4的工字梁主体1 两端上边沿做加宽处理形成板簧安装板5，各端的轴套3为锥形的筒状结构，工字梁主体1的上边沿向一侧延伸，工字梁主体1的下边沿则向另一侧延伸，使工字梁主体1的上下边沿形成非对称结构，即工字梁主体1的上下边沿不完全重叠，呈“Z”字结构，于小范围内缩减前轴本体的中部4的重量，确保桥的重心位置下移，提高前轴的强度、刚度及动态性能，各端轴套3与弯折过渡部2连接部位的同侧分别设置有向外凸起的三角凸起6，各端轴套3与弯折过渡部2连接部位的同侧分别设置有侧孔7，各端的安装孔4共四个，且分别排布在板簧安装板5的四个角出，安装孔4之间的中心板簧安装板5设置有定位孔。
本实用新型工作原理：
通过有限元分析软件对前轴承载截面进行分析优化，在保证前桥结构满足强度、刚度和服役寿命的前提下，减小工字梁主体1中间上下边沿厚度和不必要承载部位截面尺寸，实现轻量化设计，再根据前桥满足额定载荷情况下，对前轴制动工况和动载工况进行受力分析，初步判断前轴危险部位及强度过剩部位。再从前桥结构基础力学特征出发，建立出结构力学模型，进行二次拓扑优化设计，以减重30％作为约束条件，探知力学条件下构件的最优结构形式，从而获得轻量化最优结构。
本实用新型有以下几个特点：1、本实用新型优化设计前轴结构，运用CAE分析技术和拓扑优化设计对前轴本体最大程度上进行了轻量化减重，减少了材料消耗。2、采用Z字形工字梁结构设计，使前轴受力重心下移，从而提高前轴承载能力，和前轴的强度、刚度及动态性能。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (6)
1.一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴，包括工字梁主体（1）和工字梁主体（1）两端倾斜延伸的弯折过渡部（2），其特征在于：且工字梁主体（1）的上边沿延伸至弯折过渡部（2），工字梁主体（1）的下边沿则延伸至弯折过渡部（2）的起始部位，使弯折过渡部（2）的截面为T形，各弯折过渡部（2）的外端分别固定有筒状的轴套（3），且弯折过渡部（2）的外端与轴套（3）的侧壁固定连接，各端弯折过渡部（2）与工字梁主体（1）之间的上边沿分别设置有多个镂空的安装孔（4），工字梁主体（1）的上边沿向一侧延伸，工字梁主体（1）的下边沿则向另一侧延伸，使工字梁主体（1）的上下边沿形成非对称结构。
2.如权利要求1所述的一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴，其特征在于：设置安装孔（4）的工字梁主体（1）两端上边沿做加宽处理形成板簧安装板（5）。
3.如权利要求1所述的一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴，其特征在于：各端的轴套（3）为锥形的筒状结构。
4.如权利要求1所述的一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴，其特征在于：各端轴套（3）与弯折过渡部（2）连接部位的同侧分别设置有向外凸起的三角凸起（6）。
5.如权利要求1所述的一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴，其特征在于：各端轴套（3）与弯折过渡部（2）连接部位的同侧分别设置有侧孔（7）。
6.如权利要求2所述的一种轻量化Z字形非对称商用汽车前轴，其特征在于：各端的安装孔（4）共四个，且分别排布在板簧安装板（5）的四个角出，安装孔（4）之间的中心板簧安装板（5）设置有定位孔。
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2022
- 2022-05-03 CN CN202221058785.4U patent/CN218021065U/zh active Active
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