汽车制动真空助力器带制动主缸总成的轻量化设计32245.docx

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1、汽车制动真真空助力力器带制制动主缸缸总成的的轻量化化设计作者：葛宏宏 马闯 卜凡彬彬摘要：从轻轻量化的的概念出出发，对对汽车制制动真空空助力器器的轻量量化的方方法进行行总结，并并利用计计算机的的拓补优优化，实实现真空空助力器器带制动动主缸总总成的轻轻量化设设计。 主题词词：轻量量化 真空助助力器 汽车 0 引言言 汽车的的轻量化化是指在在保证汽汽车的强强度和安安全性能能的前提提下，尽尽可能多多地降低低整备质质量，从从而提高高汽车的的动力性性，减少少燃料消消耗以降降低排气气污染。研研究显示示，若汽汽车整车车重量降降低100%，燃燃油效率率可提高高6%8%；汽汽车整备备质量每每减少1100kkg，

2、百百公里油油耗可降降低0.30.66L，汽汽车重量量降低11%，油油耗可降降低0.7%。此此外，车车辆每减减重1000kgg，CO22的排放放量可减减少约55g/kkm。 当前，出出于环保保和节能能的需要要，汽车车的轻量量化已经经成为世世界汽车车发展的的潮流。 1 汽车真空助力器带制动主缸总成 1.1 汽车真空助力器带制动主缸的主要作用 汽车制动真空助力器总成产品是整车制动系统中的安全件，利用发动机或其他真空源提供的真空，通过控制腔内的真空与大气的压强差，实现对驾驶员制动踏板力的放大，并通过制动主缸转换为制动液压，驱动基础制动部件，实现整车的制动。 1.2 汽车真空助力器带制动主缸总成的主要构

3、成 汽车真空助力器带制动主缸总成根据结构不同，约由4060个不同零件组成（见图1）。其中助力器的前后壳体和制动主缸缸体的重量约占整体重量的62%80%，因此，本产品的轻量化设计主要针对这3个零件。 2 汽车真真空助力力器总成成的轻量量化设计计方法 汽车真真空助力力器的轻轻量化设设计，绝绝不是等等同于减减轻材料料，它是是在保证证产品性性能和整整车安全全性能的的前提下下，充分分利用最最新设计计技术，新新材料以以及最先先进的分分析手段段和试验验技术对对现有产产品的优优化设计计。现阶阶段，主主要从以以下方面面进行。 2.1 结构设计-利用贯穿杆结构取代传统结构 传统结构的汽车真空助力器的前后壳体，是主

4、要的承力部件；贯穿杆结构的汽车真空助力器的主要承力部件是贯穿杆，助力器的前后壳体是辅助的承力部件（见图2）。由此工作原理的优化，可大幅度减薄前后壳体的材料厚度，从而降低产品重量。 2.2 采采用新材材料进行行产品的的轻量化化设计 采用轻轻量化材材料是另另一个主主要方法法，主要要是采用用高强度度钢材、铝铝镁合金金、工程程塑料和和各种复复合材料料进行产产品轻量量化设计计。对于于汽车真真空助力力器总成成的轻量量化设计计对于前前3种材料料，都进进行了应应用。 2.22.1 高强度度钢板 根据国国际上对对超轻钢钢制汽车车车身的的研究（UL-SAB），把屈服强度在270700 MPa范围内的钢板称为高强度

5、钢板；屈服强度大于700 MPa的钢板称为超高强度钢板。高强度钢是汽车轻量化后能够保证碰撞安全的最主要材料，所以高强度钢的用量直接决定着汽车轻量化的水平。 采用高强度的钢板也是汽车真空助力器产品轻量化设计最行之有效的方法，可通过有限的再设计工作就可实现在等强度设计条件下减少板厚及重量，在国外已基本普及，但在国内仍处于起步阶段。 2.2.2 铝合金板 铝的密度仅为钢铁的1/3，是以轻量化为设计目标的产品中频繁采用替代钢材的材料。采用铝壳体的汽车真空助力器总成作为一种成熟的轻量化解决方案，在国内外的高档车中，已开始使用，但因成本因素，运用到大众车型中的机会并不看好。 2.2.3 以塑代钢 塑料成型

6、容易，可使形状复杂的部件加工简单化；塑料制品的弹性变形特性能吸收大量的碰撞能量，对撞击有较大的缓冲作用，具有吸收和衰减振动和噪声的能力；塑料的耐腐蚀性强，其抗腐蚀能力远大于钢板，不必另外进行防腐处理；通过添加不同的填料、增塑剂和硬化剂可制出所需性能的塑料，可以满足汽车上不同部件的用途要求。 对于汽车真空助力器壳体的以塑代钢的研究工作，在国内外已开始进行探索，主要难题在于其是安全件中的承力部件及结构件，需要在高温高湿的复杂工作环境下保持稳定的形状和性能。但随着塑料材料的发展及基于汽车轻量化和低成本的持续要求，以塑代钢的方案必将发展下去。 2.3 基于轻量化概念的计算机辅助设计优化 传统设计方法因

7、为在设计计算中无法较精确地计算产品的静力学和动力学特性，又仅能进行有限的试验验证进行设计方案的遴选，难以达到产品的轻量设计的最优化。主要存在以下不足。 为提高安全系数，片面地增加材料； 因材料分布无法进行量化的优化，难以实现产品上的材料最优化分布； 试验验证费时费力，难以评估出最优的产品结构。 而计算机模拟分析技术，为此提供了设计辅助工具，通过精确建模，分析计算与有限的设计验证反复对比修正，可使模型和分析方法同产品的实际工作状态不断趋于一致，为产品的设计优化提供多种可靠分析数据，量化产品结构和材料分布，使设计最优化。 3 采用计算机的拓扑优化，实现真空助力器带制动主缸总成的轻量化设计 3.1

8、竞争对手产品分析，定义开发目标 有针对性地选择了市场上六种竞争对手的真空助力器/主缸总成产品，对其性能进行分析，然后基于对比结果，定义开发目标。表1举例说明单腔传统式10英寸助力器/主缸的分析结果，以及设计目标定义。 3.2 壳壳体变形形FEMM有限元元分析，优优化壳体体设计 目标是是对助力力器壳体体进行轻轻量化设设计，又又不能影影响整体体变形。考考虑到零零件试验验需要大大量的模模具投入入，利用用有限元元分析（FEM）能力，进行了一系列模拟工作。 3.2.1 不同轮廓的对比 根据经验，设计了4种不同的壳体轮廓（如表2所示），通过FEM对应力以及弹性变形进行比较，最后锁定最优方案。 在FEM分分

9、析之后后，为了了确认设设计方向向，又对对壳体进进行拓扑扑优化，结结果与以以上分析析吻合。 3.2.2 FEM模拟变形与实际变形对比 在这一阶段，首先对现有产品进行几组模拟分析和试验分析，从而找出了FEM分析结果与实际试验结果的关系。进而推断出，FEM弹性变形1.11mm的结果，能够对应于实际试验结果弹性变形1.8 mm。 3.3 优化设计主缸毛坯 主缸毛坯轻量化设计主要是基于现有主缸模型，通过拓扑优化，并结合现阶段国内毛坯铸造能力及机械加工经济精度的提高现状，立足轻量化设计目标，进行设计优化。根据FEM分析结果，一方面对整体材料减薄，另外，对相对薄弱点加固，如法兰进行加筋，主缸底部加厚，第一腔

10、定位筋加宽，图3为示意主缸拓扑优化情况。优化设计后，主缸不但重量减轻了10%，且主缸爆破压力均超过500 MPa。 4 结语 “低碳”经济如如今成为为全球最最热话题题，采用用纯电动动、混合合动力、燃燃料电池池等新能能源汽车车是汽车车行业发发展方向向，但现现阶段仍仍存在一一定的技技术难题题有待攻攻克。汽汽车轻量量化，并并非没有有技术含含量的简简单降低低汽车重重量，而而是利用用现有的的成熟技技术，可可实现量量产的提提升汽车车操控性性、可靠靠性、降降低油耗耗、减少少废气排排放量、提提升安全全性的必必要方式式。(eend) 玉环县金峰峰实业有有限公司司是微型型汽车底底盘制动动部件、转转向部件件的专业业

11、生产厂厂家。自自19886年创创办以来来，公司司本着“质量是是企业第第一生命命”的宗旨旨，一直直从事着着各种产产品的设设计、开开发、生生产、配配套、服服务等工工作。企企业效益益不断增增加，产产值逐年年上升。随随着生产产规模的的不断扩扩大，以以及生产产经营的的需要，公公司于220000年通过过了ISSO90002和和美国BBQR国国际质量量管理体体系认证证，为企企业的生生产和服服务提供供了可靠靠的质量量保证。 公司占地面积4200平方米，建筑面积3500平方米，固定资产净值400万元，现有流动资金800万元。公司拥有员工120余人，其中技术人员10人，管理人员12人。从产品设计到生产管理、销售、

12、服务均采用CAD技术及计算机管理，拥有自己的局域网络。公司还有先进的制动主缸带真空助力器总成、制动器总成装配流水线、在线检验测试设备和专用试验设备。公司主导产品有：SC1010系列制动总泵总成，SC6331、SC7080、SK410、SC6350、SC6350A制动主缸带真空助力器总成，SC6350长安之星感载比例阀、转向拉杆、端接头、前悬架压杆总成、前轴摆臂总成，制动器总成各种管接头等产品。为重庆长安汽车有限公司，重庆长安铃木汽车有限公司、哈飞公司及昌河公司等主机厂提供长期的产品配套及服务。 公司始终把为用户提供高质量、高技术和优良服务放在首位，对产品实行三包。热忱欢迎国内外用户来电来函来人洽谈业务。我们将竭诚为您服务。