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，通過對零部件焊接工藝的優(yōu)化，避免了零部件質(zhì)量風(fēng)險。

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)計和承載式車身大量應(yīng)用，由于消費(fèi)者對車輛性能提出更高的要求，底盤越來越復(fù)雜，發(fā)動機(jī)變的越來越大，動力總成和懸架由于車身前端設(shè)計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)次的論證和長期試驗(yàn)，副車架作為一個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，使前懸架和動力總成的布置空間變大，設(shè)計師具有更多的發(fā)揮空間，可以安裝更大的發(fā)動機(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)線的長度和庫存成本，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)對路面噪聲和振動的衰減，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協(xié)調(diào)者出現(xiàn)了，通過對副車架剛度和模態(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，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，造成焊接應(yīng)力集中，導(dǎo)致下擺臂安裝支架出現(xiàn)開裂；

整改對策：針對失效原因制定整改方案如下：

對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（如圖所示為詳細(xì)方案對比）；

圖中：原始為設(shè)計狀態(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；方案3將方案1和方案2合并。

效果驗(yàn)證：通過CAE分析和計算結(jié)果對比，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)移或者明顯減小；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，長度約30mm。在極限工況承受作用力時，應(yīng)力降低至84MPa，避免開裂風(fēng)險，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，需充分對標(biāo)零部件細(xì)節(jié)，同時做好理論分析。對風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高安全系數(shù)，將一些隱性的部位識別全面，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)展趨勢更新?lián)Q代。

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