封佳偉 劉躍鵬

摘 要：某車型車型在ET耐久試驗(yàn)過程中，副車架擺臂小軸套安裝位置焊道開裂，裂紋明顯，副車架強(qiáng)度降低，導(dǎo)致整車安全性能及壽命降低，通過對(duì)零部件焊接工藝的優(yōu)化，避免了零部件質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：副車架；開裂；應(yīng)力集中；焊道

20世紀(jì)80年代獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)和承載式車身大量應(yīng)用，由于消費(fèi)者對(duì)車輛性能提出更高的要求，底盤越來越復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)變的越來越大，動(dòng)力總成和懸架由于車身前端設(shè)計(jì)空間較小的原因變得越來越難以布置，多年來經(jīng)過無數(shù)次的論證和長(zhǎng)期試驗(yàn)，副車架作為一個(gè)完美的解決方案誕生了，副車架是前后懸架的主體結(jié)構(gòu)。副車架是截取了車架的前后端部，僅是對(duì)前后底盤部件起支撐作用的支架，所以習(xí)慣上稱為“副車架”。裝有副車架的整車設(shè)計(jì)方案具有眾多優(yōu)點(diǎn)：

首先，由于副車架在與白車身Z向的巨大間距，使前懸架和動(dòng)力總成的布置空間變大，設(shè)計(jì)師具有更多的發(fā)揮空間，可以安裝更大的發(fā)動(dòng)機(jī)，更加復(fù)雜的懸架。

其次，副車架上可以預(yù)先安裝懸架、穩(wěn)定桿、轉(zhuǎn)向機(jī)等底盤零件，預(yù)先裝配起來的這個(gè)大總成即被稱為“前端底盤模塊”，當(dāng)?shù)妆P零部件在副車架上組裝完成后，由專用的設(shè)備”前端底盤模塊”連接到承載式車身上。這樣就減少了主機(jī)廠的生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)線的長(zhǎng)度和庫(kù)存成本，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益。

再次，汽車底盤性能永恒的關(guān)注操控性和舒適性大主題，由于舒適性需要底盤彈性元件具有較低的剛度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)路面噪聲和振動(dòng)的衰減，但是操穩(wěn)性需要底盤彈性元件具有較大的剛度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車身的有效支撐。所以舒適性和操穩(wěn)性是相互不可調(diào)和的矛盾，在副車架出現(xiàn)之前，底盤調(diào)校只能偏向舒適性或者操穩(wěn)性，副車架在車身與懸架之間作為一個(gè)協(xié)調(diào)者出現(xiàn)了，通過對(duì)副車架剛度和模態(tài)的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)車輛舒適性與操縱性之間的協(xié)調(diào)。

當(dāng)然作為一個(gè)主體結(jié)構(gòu)零部件，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是非常重要的一方面，某車型在ET耐久試驗(yàn)過程中，副車架擺臂小軸套安裝位置焊道開裂，裂紋明顯，副車架強(qiáng)度降低，整車安全性能及壽命降低。

通過排查底盤各零部件狀態(tài)后，發(fā)現(xiàn)副車架下板與下擺臂安裝支架焊接結(jié)構(gòu)存在問題，初步確定為副車架擺臂小軸套安裝位置焊道造成。

副車架下板與下擺臂安裝支架為焊接結(jié)構(gòu)，在極限工況受相應(yīng)的作用力時(shí)，應(yīng)力值必須小于材料的屈服強(qiáng)度，焊道布置有要求。初步判斷開裂原因?yàn)楦避嚰軘[臂小軸套安裝位置應(yīng)力集中及焊道布置不合理兩方面的問題。

以下分別從副車架下板與下擺臂安裝支架焊接位置應(yīng)力及焊道布置的合理性進(jìn)行分析：

①副車架下板與下擺臂安裝支架焊接位置應(yīng)力：兩者之間為焊接結(jié)構(gòu)，在行車過程中，產(chǎn)生的應(yīng)力為350MPa，大于材料的屈服極限305MPa，在顛簸工況導(dǎo)致下擺臂安裝支架出現(xiàn)開裂；

② 副車架下板與下擺臂安裝支架焊道布置：對(duì)比標(biāo)桿車發(fā)現(xiàn)副車架下板與下擺臂安裝支架搭接位置缺失焊道，在極限工況受相應(yīng)的作用力時(shí)，造成焊接應(yīng)力集中，導(dǎo)致下擺臂安裝支架出現(xiàn)開裂；

整改對(duì)策：針對(duì)失效原因制定整改方案如下：

對(duì)副車架下板與下擺臂安裝支架焊道布置進(jìn)行優(yōu)化：通過合理布置焊道，使極限工況下應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度，從而避免開裂風(fēng)險(xiǎn)（如圖所示為詳細(xì)方案對(duì)比）；

圖中：原始為設(shè)計(jì)狀態(tài)，即失效狀態(tài)模型；方案1參考標(biāo)桿車結(jié)構(gòu)添加焊道1；方案2去除副車架下板部分材料，將焊道2延長(zhǎng)；方案3將方案1和方案2合并。

效果驗(yàn)證：通過CAE分析和計(jì)算結(jié)果對(duì)比，上述三種優(yōu)化方案較原始狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)都有一定程度改善，失效部位應(yīng)力轉(zhuǎn)移或者明顯減??；優(yōu)化效果最明顯的是方案一，增加副車架下板和擺臂安裝支架焊道，長(zhǎng)度約30mm。在極限工況承受作用力時(shí)，應(yīng)力降低至84MPa，避免開裂風(fēng)險(xiǎn)，此方案經(jīng)試裝驗(yàn)證改善明顯。

總結(jié)：

通過采取參考標(biāo)桿車結(jié)構(gòu)和去除副車架下板部分材料的手段，對(duì)原失效狀態(tài)模型進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)優(yōu)化分析得：方案一的優(yōu)化效果最佳，且該方案經(jīng)CAE分析驗(yàn)證滿足所選材料的應(yīng)力要求。對(duì)方案一進(jìn)行試裝驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明：該方案改善效果明顯，避免了副車架開裂問題的再發(fā)。通過采取可行性措施，達(dá)到了防止副車架開裂問題再發(fā)的目的。

新車型開發(fā)時(shí)，需充分對(duì)標(biāo)零部件細(xì)節(jié)，同時(shí)做好理論分析。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高安全系數(shù)，將一些隱性的部位識(shí)別全面，避免類似失效再次發(fā)生。底盤副車架未來將更注重向工藝簡(jiǎn)潔、成本低、高強(qiáng)度及輕量化的方向發(fā)展，副車架也將遵循這一發(fā)展趨勢(shì)更新?lián)Q代。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃陸.轎車常用副車架的作用及主要類型特點(diǎn)[A].海南省機(jī)械工程學(xué)會(huì)論文集[C].海南：海南省機(jī)械工程學(xué)會(huì)，2012.Ⅱ121-126.

[2]劉大虎，劉瑞華.副車架開裂及中橫梁焊縫斷裂的原因和加固方法[J].汽車技術(shù)，1995，8：44-47.

[3]欒常順.8×4自卸車平衡翼梁處副車架開裂研究[D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程系，2014.

[4]殷鋼.轎車前副車架焊接制造工藝分析[J].交通科技，2014，4（8）：124-126.