譚二錕 孔德軍 房金良 徐通 王思宇 張鑫

（一汽解放汽車有限公司技術(shù)發(fā)展部，長春 130011）

1 前言

底盤上安裝有貨箱、駕駛室、發(fā)動機(jī)、變速箱等重要零部件，以保證汽車正常行駛。底盤的尺寸精度對裝配操作性、整車感觀質(zhì)量、功能達(dá)成（包括但不限于跑偏、吃胎、振動、耗油等）有著非常重要的影響。

本文通過對某牽引車功能尺寸測量數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，得出結(jié)論：底盤區(qū)域的尺寸狀態(tài)不足以支撐產(chǎn)品達(dá)成牽引車跑偏評價指標(biāo)（以約60 km/h 勻速行駛100 m，左右跑偏≤1 m 為合格）。底盤尺寸精度急需進(jìn)行系統(tǒng)提升，以減少用戶對跑偏問題的抱怨。

2 方案介紹

本文圍繞整車跑偏問題解決，運(yùn)用尺寸工程技術(shù)，系統(tǒng)地提升底盤尺寸精度，消除尺寸原因引起的底盤功能問題，改善整車行駛跑偏。按照問題解決思路將整個過程分為：尺寸精度摸底、工程尺寸開發(fā)、精度優(yōu)化提升、成果固化4 個步驟；分別從車架、懸架、車橋3 個區(qū)域進(jìn)行尺寸精度提升。

3 底盤尺寸鏈分析及尺寸工程文件編制

3.1 底盤尺寸分析幾何模型

影響跑偏的主要因素是前、中、后橋的垂直度。根據(jù)整車行駛跑偏評價指標(biāo)，建立幾何模型，將該指標(biāo)轉(zhuǎn)化為前軸、中橋、后橋的總偏差，相當(dāng)于3 個軸的總誤差造成行駛100 m，左右跑偏≤1 m，如圖1 所示。

圖1 幾何模型

3.2 尺寸鏈分析

利用極值法，核算前、中、后橋尺寸鏈允許最大偏差和X、Y、Z3 個方向的總公差。然后分別識別每1 根橋上的裝配尺寸鏈和連接點(diǎn)，分X、Y、Z方向梳理功能尺寸（圖2 以X方向為例），再根據(jù)功能尺寸進(jìn)一步識別零件上的控制尺寸進(jìn)行公差分配，輸出所有相關(guān)零部件的控制公差。以前軸為例，根據(jù)裝配關(guān)系，主要裝配部件可分為3 大部分：車架、懸架、前軸。如圖2 所示，以下部件影響前軸輪心的尺寸偏差,包括前橋、前鋼板彈簧總成、左/右前支架-前鋼板彈簧、吊環(huán)、后支架-前鋼板彈簧等。

圖2 前軸結(jié)構(gòu)分解

影響前軸的尺寸偏差實際為空間的尺寸鏈，故把三維尺寸鏈分解為一維/二維尺寸鏈，從X、Y、Z3 個方向進(jìn)行分解分析,如圖3 所示。

圖3 前軸X方向功能尺寸分析及前軸的連接點(diǎn)

先把尺寸鏈分解為功能尺寸，然后把功能尺寸分解到各個零件中，連接點(diǎn)的孔銷間隙不在尺寸鏈公差分配中，給定各孔銷間隙配合的標(biāo)準(zhǔn)，例如尺寸鏈分析中，所有連接處的孔軸間隙配合按C7/g6 要求，未包含在尺寸鏈公差分配中。

根據(jù)X、Y、Z方向允許的最大偏差，對X、Y、Z方向尺寸鏈進(jìn)行公差分配后，各控制尺寸的公差分配結(jié)果詳見表1、表2。

表1 前軸的公差分配

表2 中、后橋的公差分配

3.3 基準(zhǔn)統(tǒng)一

底盤生產(chǎn)中最大的問題就是基準(zhǔn)不統(tǒng)一，尤其是在車架裝配過程中，基準(zhǔn)不統(tǒng)一會造成車架扭曲變形、前后對角線偏差大等問題。為了保證底盤加工、裝配、測量尺寸的一致性和穩(wěn)定性，根據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，統(tǒng)一所有底盤基準(zhǔn)，在縱梁、橫梁、車橋、懸架等零部件上統(tǒng)一基準(zhǔn)位置和基準(zhǔn)孔大小，形成標(biāo)準(zhǔn)。保證零部件加工、裝配、測量基準(zhǔn)統(tǒng)一。圖4 所示為縱梁腹面定位孔。

圖4 縱梁腹面定位孔

3.4 功能尺寸設(shè)計

識別底盤上影響整車功能和性能的重要零部件控制要素，作為重點(diǎn)控制要素，設(shè)計底盤功能如圖5 所示，重點(diǎn)輸出車架功能尺寸圖如圖6 所示。以功能尺寸圖作為底盤尺寸精度提升數(shù)據(jù)監(jiān)測依據(jù)，包括基準(zhǔn)、測量要素，功能尺寸及公差。

圖5 底盤功能

圖6 車架功能尺寸

4 底盤零部件尺寸精度開發(fā)

為了達(dá)成底盤功能尺寸的目標(biāo)，需要所有地盤上與功能尺寸相關(guān)的尺寸鏈上的零部件進(jìn)行精度控制。首先要識別各零部件的控制要求，然后根據(jù)各零部件重點(diǎn)控制要素的識別情況，分解尺寸公差，設(shè)計零部件GD&T 圖，并以此作為零部件尺寸精度提升的重要依據(jù)，包括基準(zhǔn)（與功能尺寸圖一致）、測量要素和控制公差。主要控制零件如表3所示。

底盤零部件GD&T 設(shè)計的過程也是一個探索零部件精度開發(fā)的過程，下面以4 個例子簡單介紹底盤零部件尺寸精度開發(fā)具體方案。

4.1 縱梁尺寸精度開發(fā)

車架縱梁是中重型載貨汽車最大的重要零部件，在汽車上起到承載作用，也是底盤零部件的基準(zhǔn)零件，提高縱梁孔位精度是提升底盤整體尺寸精度的前提，是保證整車功能實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。前后懸架、車橋、駕駛室、發(fā)動機(jī)等重要部件的裝配點(diǎn)都在縱梁上。因此，縱梁尺寸精度的開發(fā)重點(diǎn)就是針對這地安裝點(diǎn)進(jìn)行孔位精度開發(fā)。圖7所示為某車型縱梁的功能尺寸。

圖7 縱梁功能尺寸

縱梁的加工主要采用滾壓成形+平面數(shù)控沖孔或三面數(shù)控沖孔工藝，其優(yōu)點(diǎn)是高度柔性化，能夠適應(yīng)“多品種、少批量、多批次”的生產(chǎn)方式；生產(chǎn)穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)是設(shè)備多為高精度數(shù)控設(shè)備，維護(hù)難度和費(fèi)用較高。縱梁孔位的尺寸精度提升的難點(diǎn)就在于數(shù)控沖孔設(shè)備精度的提升和維護(hù)。主要影響因素有設(shè)備的正確操作、定位部件的精度、傳動部件的精度以及光電傳感器的準(zhǔn)確性。因此，設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)和定期檢修是提升縱梁孔位精度的主要方向，應(yīng)形成良好的維護(hù)保養(yǎng)習(xí)慣?？v梁尺寸精度控制的主要手段就是維護(hù)數(shù)控打孔設(shè)備精度，定期對設(shè)備大修，恢復(fù)出廠沖孔精度，保證沖孔位置度以及沖孔穩(wěn)定性。

4.2 平衡懸掛橫梁尺寸精度開發(fā)

平衡懸掛橫梁是車架上重要的連接件，為了提升其尺寸精度，平衡懸掛橫梁整體采用鑄造一體式橫梁，同時將V 桿支架集成在一起，一方面能減少零件數(shù)量、獲得比沖壓梁更好的尺寸精度，另一方面也能夠?qū)崿F(xiàn)車架輕量化的目標(biāo)。因此，平衡懸掛橫梁也是安裝V 桿及車橋的基準(zhǔn)，是保證底盤Y向（左右方向）尺寸的重要零件。保證平衡懸掛橫梁的尺寸精度是非常有必要的。圖8 所示為平衡懸掛橫梁在車架上的位置以及平衡懸掛橫梁功能尺寸。

圖8 平衡懸掛橫梁尺寸精度開發(fā)

平衡懸掛橫梁尺寸精度開發(fā)的重點(diǎn)就在于保證上反作用桿安裝孔位置度、安裝面平面度以及與縱梁連接面的面輪廓度和連接孔位置度，這些尺寸都是影響厚懸架系統(tǒng)安裝位置的重要尺寸。提升平衡懸掛橫梁的尺寸精度主要采取優(yōu)化加工工藝，減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，改善夾具精度和強(qiáng)度的方法。加工時需要使用高精度的專機(jī)配合夾具。

4.3 前橫梁焊接總成尺寸精度開發(fā)

前橫梁焊接總成是車架上第1 道連接左右縱梁的橫梁，是車架上重要的連接件，是前保險杠安裝的基準(zhǔn)件。其尺寸精度開發(fā)的重點(diǎn)是各安裝孔及安裝面的尺寸開發(fā)，這些精度直接影響車架前端的寬度以及保險杠的安裝難易度。

當(dāng)前加工工藝為前橫梁左/右支架機(jī)械加工后與前橫梁焊接，存在焊接定位工裝定位精度低、焊接后零件變形、孔位超差嚴(yán)重的問題。針對此問題，重新設(shè)計開發(fā)了前橫梁焊接總成的功能尺寸，如圖9 所示，并對生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)研，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝。此件尺寸精度提升主要方法是優(yōu)化生產(chǎn)工藝。優(yōu)化后工藝為左右支架加工定位孔（工藝孔比成品孔徑小2 mm）、焊接、整體加工定位面和定位孔（鉆孔+鉸孔）、加工安裝孔和螺紋孔。通過工藝優(yōu)化，消除焊接變形影響，提升加工精度，保證產(chǎn)品尺寸精度穩(wěn)定性。

圖9 前橫梁焊接總成功能尺寸

4.4 上下反作用桿（簡稱I/V桿）尺寸精度開發(fā)

載貨汽車懸掛用反作用桿總成裝置作為汽車多軸懸掛系統(tǒng)的組成部分，通常設(shè)置在載貨汽車中、后橋上，其一端與車架鉸接，另一端則與中、后橋相鉸接，主要作用是傳遞縱向力及其力矩和橫向力及其力矩，如牽引力、制動力及汽車轉(zhuǎn)彎時的離心力等。由于反作用桿總成的功用是不僅能傳遞垂直力和力矩，還應(yīng)傳遞側(cè)向力和力矩。

反作用桿總成包含2 跟上反作用桿和4 跟下反作用桿。上反作用杠采用三角形結(jié)構(gòu)（簡稱V桿），具有穩(wěn)定的橫向定位作用，能夠明顯減小車輛行駛中驅(qū)動橋左右竄動，提升車輛的橫向穩(wěn)定性。圖10 所示為上反作用桿示意圖。

圖10 上反作用桿（V桿）

下反作用桿采用I 型直桿結(jié)構(gòu)（簡稱I 桿），具有穩(wěn)定的縱向定位作用，保證車輛行駛中驅(qū)動橋的車輪不發(fā)生前后竄動，提升車輛的縱向穩(wěn)定性。圖11 所示為下反作用桿示意圖。

圖11 下反作用桿（I桿）

上下反作用桿的尺寸精度的開發(fā)主要包括桿體的長度尺寸、安裝點(diǎn)的位置度和安裝面的角度。通過尺寸精度開發(fā)保證上下反作用桿實現(xiàn)定位安裝，保證安裝后車橋連接點(diǎn)不發(fā)生左右偏移。

尺寸精度控制措施包括優(yōu)化桿體加工工藝、減少摩擦焊或壓合變形、確保桿體尺寸滿足GD&T圖要求，改進(jìn)球銷壓裝工裝和設(shè)備，確保壓裝時間和壓力一致性，提升反作用桿整體尺寸的穩(wěn)定性。

4.5 中后橋殼尺寸精度開發(fā)

中后橋的尺寸精度是影響整車跑偏的另一主要因素，橋殼支架孔位置度/平面度、軸頭對稱度、軸線的到基準(zhǔn)面的平行度都是影響跑偏的重要尺寸。因此這些尺寸也都是中后橋殼尺寸精度開發(fā)的重地內(nèi)容。

根據(jù)中后橋在整車上的裝配關(guān)系，以整車裝配點(diǎn)作為裝配和測量基準(zhǔn)，通過優(yōu)化橋殼的生產(chǎn)工藝，采購橋殼支架焊后機(jī)加工藝，以保證支架孔位置度和安裝面輪廓度要求；軸頭增加磨削加工工藝，確保軸線的平行度要求。圖12 所示為后橋殼功能尺寸。

圖12 后橋殼功能尺寸

5 結(jié)束語

目前國內(nèi)自主中重型商用車底盤區(qū)域未系統(tǒng)采用尺寸工程技術(shù)，本文以某商用車底盤為例，采用尺寸工程理念結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)的加工制造技術(shù)，設(shè)計了底盤功能尺寸圖和關(guān)健零部件GD&T圖，系統(tǒng)梳理底盤區(qū)域零部件基準(zhǔn)體系，形成通用化的底盤尺寸鏈計算方法，為商用車跑偏問題解決提供支持。