潘春雷

（江蘇鹽城民航站 后勤科，江蘇 鹽城224003）

0 引言

汽車作為人們平時(shí)出行的主要代步工具，其性能和質(zhì)量越來(lái)越被關(guān)注和重視。原來(lái)的轎車是沒(méi)有副車架的，車橋、懸掛直接安裝在車架上。但是如今人們對(duì)轎車的穩(wěn)定性和舒適性的要求越來(lái)越高，副車架這一名詞才開始出現(xiàn)，副車架這一技術(shù)逐漸引入到各大車系、車型里。

副車架也被稱作是前車橋和后車橋的骨架，是前車橋和后車橋的主要組成部分之一。副車架并不是完整的車架，而是用來(lái)支承前后車橋以及懸掛的支架，把前后車橋和懸掛安裝在副車架上再與車架相連接，因此相對(duì)于車架習(xí)慣上把它稱之為“副車架”。減少崎嶇不平的路面帶給駕駛室的噪聲及振動(dòng)是它的主要功能，因此特別在高檔汽車和越野車上安裝更多。以前的汽車是沒(méi)有副車架的，它的懸掛系統(tǒng)與車身是直接連接的，因此，它們都成為了所謂的散件，并不是今天意義的構(gòu)成。隨著副車架的不斷研究進(jìn)步，前后懸掛與副車架先組裝成為一個(gè)車橋總成，然后再將它安裝到汽車車身上，這也一定程度提高了車橋總成的可調(diào)通用性和適用性。

1 前副車架總體設(shè)計(jì)方案

1.1 選擇前副車架的總體形狀

首先要明確了解前副車架功能的設(shè)計(jì)要求，也就是不僅要滿足汽車總結(jié)構(gòu)的布置要求，還要求前副車架具有足夠的強(qiáng)度以及適當(dāng)?shù)膭偠葋?lái)適應(yīng)各種各樣復(fù)雜多變的道路環(huán)境。

現(xiàn)代汽車上所選用副車架的形狀通常有這4種：1）全框型副車架；2）“元寶”型副車架；3）多連桿型副車架；4）扭轉(zhuǎn)型副車架。

綜合考慮4種型式副車架的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性等，選定采用目前市場(chǎng)上使用最多的全框型副車架作為本設(shè)計(jì)中前副車架的總體形狀。因?yàn)槿蛐透避嚰苡泻芏鄡?yōu)點(diǎn)：1）它的尺寸比其他型式更大，能支承強(qiáng)動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)；2）安全系數(shù)好，能吸收一部分碰撞能量，減少對(duì)駕駛室的沖擊震動(dòng)，提高車廂內(nèi)人員的舒適度；3）將它的離地間隙距離設(shè)計(jì)得比動(dòng)力總成低，這對(duì)動(dòng)力總成起到了很好的保護(hù)效果。

1.2 前副車架橫梁縱梁的截面形狀及尺寸的設(shè)計(jì)

汽車副車架的截面形狀一般與汽車車架的截面相同，采用槽型結(jié)構(gòu)，如圖1所示。它的截面形狀及尺寸基本是取決于汽車的車型和種類以及其承受載荷的大小。而對(duì)于一般的轎車來(lái)說(shuō)，也可以用一塊腹板即加強(qiáng)板將副車架的截面封閉起來(lái)，以提高其抗扭能力和抗彎能力，如圖2所示。

圖1 前副車架的截面形狀

圖2 加強(qiáng)后的前副車架截面形狀

參照汽車底盤主車架的車架端面尺寸，選定前副車架的橫梁端面尺寸為A1=60 mm，B1=103 mm，C1=3 mm，即60 mm×103 mm×3 mm；縱梁的端面尺寸為 A2=46 mm，B2=70 mm，C2=3 mm，即46 mm×70 mm×3 mm。腹板即加強(qiáng)板根據(jù)實(shí)際情況可以補(bǔ)充添加到橫梁的左右兩端，因?yàn)闄M梁的兩端受扭矩和彎矩較大，添加后能整體提高前副車架橫梁的抗扭能力和抗彎能力。

1.3 前副車架與汽車車身的連接點(diǎn)及連接方式

前副車架與汽車車身的連接點(diǎn)一般是4個(gè)或者6個(gè)懸置點(diǎn)。通過(guò)綜合分析，選擇4個(gè)懸置點(diǎn)的前副車架，作為與車身的連接點(diǎn)。

前副車架與汽車車身的連接方式：

1）用螺栓作為剛性連接。剛性連接雖然可以提高車身的整體剛度要求，對(duì)操縱穩(wěn)定性有利，但是對(duì)于隔絕路面上傳入的振動(dòng)以及噪聲很不利。

2）彈性的橡膠襯套連接。用這種連接方式能很有效地隔絕路面振動(dòng)和噪聲對(duì)駕駛室的傳入，有利于提高駕駛員駕駛的舒適性。因此，市面上的汽車基本選用這種彈性的橡膠襯套連接方式。

本設(shè)計(jì)選擇彈性的橡膠襯套作為前副車架與汽車車身的連接方式。4個(gè)由橡膠襯套組成的與汽車車身的連接點(diǎn)均布在前副車架的4個(gè)角上，一般裝有橡膠襯套的連接點(diǎn)設(shè)計(jì)在前副車架的前后橫梁上。

1.4 前副車架材料的選取

副車架的材料各種各樣，常用的有鋼材、鋁及鋁合金、銅合金、鎂合金等?，F(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)越來(lái)越傾向于輕量化設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的前副車架決定選取鋁合金材質(zhì)的輕量化設(shè)計(jì)，達(dá)成平衡駕駛的操控性和舒適性雙重目標(biāo)。

在保證汽車安全性能和強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，盡可能地降低整備質(zhì)量，能使汽車省油并且能降低排氣污染，這就是汽車輕量化設(shè)計(jì)。

1.5 前副車架制造工藝的選取

前副車架主要有3種制造工藝：1）沖壓焊接式；2）金屬型鑄造成型技術(shù)；3）液壓成型技術(shù)。

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)的轎車，前副車架是其主要組成部分，它是發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝托架。因此，為增加其承載能力，決定選取目前副車架生產(chǎn)制造上使用較多的沖壓焊接方式，然后把相關(guān)的裝配子部件焊接到副車架上，接著再壓入連接車身并且安裝連接部位上的橡膠襯套，便可完成整個(gè)前副車架的制造。

副車架的制造工藝：沖壓→焊接→整形→涂裝→裝配→總成檢驗(yàn)→質(zhì)量保證。

1）沖壓。副車架沖壓加工工序包括落料、成形、切邊、翻邊、沖孔等。模具的狀態(tài)和設(shè)備的動(dòng)態(tài)精度決定了沖壓產(chǎn)品質(zhì)量好壞與否。加工過(guò)程中既要特別注意選用材料的彈性變形對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，還要注意型材的表面處理方式以提高其耐磨耐粘附性。

2）焊接。副車架的焊接主要采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和電阻點(diǎn)焊這兩種方法。電阻點(diǎn)焊變形比較小，但是只要能選擇合理的焊接工裝夾具和正確的焊接順序，就基本能保證產(chǎn)品精度。但弧焊則不是這樣，為能夠確保精度就必須嚴(yán)格地控制其熱變形。判斷焊接質(zhì)量的好壞主要靠選擇合適的焊接參數(shù)和對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，最后還要選擇合理的焊裝夾具，一般保證夾具精度在±0.2 mm以內(nèi)，這樣的焊接可達(dá)性良好，還要盡量實(shí)現(xiàn)全方位最佳的位置進(jìn)行焊接。

3）整形。整形是保證副車架有一定的裝配尺寸，還有焊后少量的變形，因此對(duì)其進(jìn)行一系列孔的精整和開檔的相關(guān)整形，整形的精度基本都是以產(chǎn)品圖紙要求為標(biāo)準(zhǔn)。

4）涂裝。現(xiàn)在多數(shù)采用的是陰極電泳油漆涂裝。涂裝的主要目的是為了防止表面生銹和提高表面質(zhì)量。涂層的質(zhì)量判別主要有4個(gè)方面，分別是涂膜的厚度、粘附性、脆性和耐腐蝕性，當(dāng)然不同的產(chǎn)品會(huì)有相應(yīng)的不同質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但是這種差別很細(xì)微，不是很大。涂膜的特性和化學(xué)覆蓋膜的特性決定了涂裝質(zhì)量，主要通過(guò)對(duì)設(shè)備的溫度控制以及涂膜的化學(xué)成分的監(jiān)控來(lái)實(shí)現(xiàn)，得以保證質(zhì)量。

5）裝配。副車架的裝配主要就是在套筒中壓入用來(lái)連接車身的橡膠襯套。一般都是采用液壓機(jī)壓裝，其目的是為了不影響到橡膠襯套的特殊性，壓入時(shí)還應(yīng)該使用與橡膠襯套形狀互相配合的夾具，而且為了更方便地進(jìn)行壓入作業(yè)，偶爾也會(huì)在壓入部位上涂抹潤(rùn)滑油或者潤(rùn)滑脂。壓脫力的大小可以用來(lái)保證壓入橡膠襯套質(zhì)量的好壞，它一般是由產(chǎn)品圖紙來(lái)確定的，基本是使用大于1～20 kN不等的壓脫力。而壓入力與壓脫力相互調(diào)配的關(guān)系，應(yīng)該在其壓入前先進(jìn)行一遍確認(rèn)。當(dāng)檢測(cè)壓入力時(shí)，則可以采取裝在壓入設(shè)備上的傳感器來(lái)完成。

6）總成檢驗(yàn)?？偝蓹z驗(yàn)的主要項(xiàng)目有兩個(gè)：一個(gè)是與客戶要求規(guī)定相關(guān)的裝配尺寸；另一個(gè)是焊縫表面質(zhì)量和油漆表面質(zhì)量，判斷依據(jù)主要是有無(wú)焊縫缺陷，有無(wú)油漆磕、剝落、碰傷，有無(wú)飛濺等。

7）質(zhì)量保證。副車架整個(gè)制造工藝流程的過(guò)程中，采用了形狀檢具檢測(cè)以及幾何尺寸檢具的手段，如測(cè)量漆膜厚度的測(cè)厚儀、通用量具和綜合量具等。另外還有焊點(diǎn)金相試驗(yàn)和產(chǎn)品疲勞試驗(yàn)等設(shè)備。而且重要的是制造流程管理上要有一整套相對(duì)應(yīng)的完整的質(zhì)保體系。

2 前副車架的主要部件及相關(guān)子部件設(shè)計(jì)

前副車架主要部件包括前后橫梁、左右縱梁以及相關(guān)的子部件，子部件包括控制臂支架、橡膠襯套、腹板（加強(qiáng)板）等。

2.1 前后橫梁

前橫梁的主要功能是安裝汽車的動(dòng)力總成前懸置；后橫梁的主要功能是保證前副車架的扭轉(zhuǎn)剛度和支持動(dòng)力總成后懸置。

前橫梁左右兩邊最邊上的兩個(gè)φ20的孔用來(lái)連接主車架，起安裝固定以及定位的作用；兩邊φ65的大孔用來(lái)安裝套筒和橡膠襯套的，作為連接汽車車身的懸置點(diǎn)；兩邊對(duì)稱φ16的孔是用來(lái)安裝固定腹板（加強(qiáng)板）；其他φ12的孔是用來(lái)安裝汽車動(dòng)力總成前懸置的。

2.2 左右縱梁

左右縱梁的主要功能是安裝動(dòng)力總成左右懸置，與懸架的下控制臂內(nèi)點(diǎn)相連接。

2.3 控制臂支架

控制臂支架也叫擺臂支架，是汽車懸架系統(tǒng)中控制臂的支架。汽車的懸架系統(tǒng)是一個(gè)重要的總成，是汽車的車架或者是承載式車身與車橋（或者車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱，由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、減震器3個(gè)部分組成。其主要作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和轉(zhuǎn)矩，換句話說(shuō)懸架系統(tǒng)對(duì)汽車行駛的操縱穩(wěn)定性和平順性有積極的影響?？刂票郏ㄒ脖环Q為擺臂）是汽車懸架系統(tǒng)中的導(dǎo)向和傳力元件，能將作用在車輪上的力傳遞給車身，它通過(guò)襯套把車輪和車身彈性連接在一起。根據(jù)實(shí)際情況，控制臂支架的開檔距離一般為30～40 mm,本設(shè)計(jì)中取開檔距離為36 mm，并且兩個(gè)開檔面是相互平行的?？刂票壑Ъ荛_檔之間的孔為φ14，用來(lái)安裝固定控制臂以及與之相連的襯套和球頭。

2.4 橡膠襯套

前副車架的橡膠襯套是用來(lái)吸收汽車行駛時(shí)的振動(dòng)，減少對(duì)駕駛室的振動(dòng)以及噪聲的影響，提高駕駛員的舒適感。這也是副車架能帶來(lái)良好的舒適性的主要原因之一。為了較好地吸收振動(dòng)，還要研究橡膠襯套的軟硬以及與前副車架整體的匹配,當(dāng)然成本也會(huì)因此增加。前副車架連接點(diǎn)上裝有橡膠襯套,其懸掛調(diào)校還會(huì)有不可避免的矛盾。

橡膠襯套外面包圍著套筒，用來(lái)固定安裝橡膠襯套，中間的孔是連接點(diǎn)，用來(lái)連接汽車車身。

2.5 加強(qiáng)板

腹板也被稱為加強(qiáng)板，安裝在前橫梁的左右兩端，以提高其抗扭能力和抗彎能力。中間φ16的孔裝上螺栓安裝在前橫梁兩端上，起固定作用。

3 結(jié)語(yǔ)

汽車在今天的中國(guó)正值井噴式發(fā)展時(shí)期，已逐漸成為人們?nèi)粘３鲂谢顒?dòng)的最重要代步工具，在人們的生活中扮演著不可或缺的角色。而副車架的研究對(duì)提高汽車操縱的舒適性及穩(wěn)定性尤為重要。本文明確了前副車架的設(shè)計(jì)要求，總體設(shè)計(jì)方案主要包括了前副車架的總體形狀、橫縱梁的截面形狀及尺寸的設(shè)計(jì)、與汽車車身的連接點(diǎn)及連接方式、材料的選取、型式的選取，還有前副車架的相關(guān)子部件設(shè)計(jì)，比如控制臂支架、橡膠襯套和腹板（加強(qiáng)板）。

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