Проектирование направляющего аппарата независимой подвески автомобиля с использованием метода топологической оптимизации

Снижение массы агрегатов автомобиля является актуальной задачей: снижается расход топлива и выбросы в атмосферу, снижается материалоемкость, энергоемкость, себестоимость производства, повышается отношение массы перевозимого груза к снаряженной массе автомобиля и т.д. Решение такой задачи методом топологической оптимизации позволяет получить прочные и жесткие конструкции минимальной массы. В статье рассмотрен пример снижения массы ходовой части автомобиля путем синтеза силовой схемы двойных поперечных рычагов независимой подвески полноприводной колесной машины 4х4 методом топологической оптимизации. Особенностью расчетной схемы является использование комплексной конечно-элементной модели подвески, позволяющей вести синтез силовой схемы верхнего и нижнего рычага одновременно, а нагружение подвески проводить в составе общей балочно-стержневой модели независимой подвески и с колесом. Полученная в результате решения задачи оптимизации силовая схема верхнего рычага представляет собой плоскую конструкцию в форме буквы А, что объясняется: 1) отсутствием сил, действующих вне плоскости верхнего рычага подвески; 2) небольшим расстоянием между шарнирами крепления рычага к корпусу. Силовая схема нижнего рычага подвески также имеет форму равнобедренного треугольника в плане, однако одна ветвь треугольника имеет большую строительную высоту в направлении, перпендикулярном плоскости рычага, что объясняется большой силой, создаваемой упругим элементом подвески, опирающимся в этой зоне на нижний рычаг. В случае отсутствия сил, выходящих из плоскости рычага подвески, задача синтеза силовой схемы сводится к плоской задаче и дает однозначно интерпретируемые силовые схемы, которые легко реализовать в конструкции рычагов. При действии сил, перпендикулярных к плоскости рычага, например, в зоне опоры упругодемпфирующего элемента подвески, необходимо увеличивать строительную высоту рычага в зоне действия этой силы. Общая оценка массы полученных конструкций рычагов в сравнении с существующими аналогами показывает уменьшение массы рычагов до 30%.

топологическая оптимизация, расчет на прочность, метод конечных элементов, направляющий аппарат, рычаги