非承載式車身結(jié)構(gòu)轎車車架設(shè)計要點

安立新

摘要：對于一般中、高級轎車，通常采用承載式車身結(jié)構(gòu)，底架和車身地板焊接成一體，無單獨車架，其優(yōu)點是整車重量輕，缺點是底盤直接緊固于車身上，懸架系統(tǒng)的沖擊較難隔離，且室內(nèi)噪聲相對較大。作為高檔轎車為滿足乘坐舒適性，降低車內(nèi)噪聲，同時便于以后整車改型，采用具有單獨車架結(jié)構(gòu)的非承載式車身結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢。本文對非承載式車身結(jié)構(gòu)的轎車車架設(shè)計的要點加以闡述，為后續(xù)的設(shè)計開發(fā)提供參考。

Abstract： For general medium and high-class cars， the load-bearing body structure is usually adopted. The chassis and the body floor are welded together without a single frame. The advantage is that the whole vehicle is light in weight. The disadvantage is that the chassis is directly fastened to the vehicle body， and the suspension is suspended. The impact of the system is difficult to isolate， and the indoor noise is relatively large. As a high-end car to meet the ride comfort， reduce the noise inside the car， and at the same time facilitate the future vehicle modification， the use of a non-loaded body structure with a separate frame structure has an advantage. This paper expounds the main points of the car frame design of the non-loaded body structure， and provides reference for the subsequent design development.

關(guān)鍵詞：非承載式車身結(jié)構(gòu)的轎車車架;結(jié)構(gòu)型式選取;目標值

Key words： non-loaded body structure car frame;structural type selection;target value

中圖分類號：U463.82 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）27-0135-02

0 ?引言

非承載式車身結(jié)構(gòu)的轎車車架主要有脊梁式、X形車架及邊梁式。目前采用較多的是邊梁式車架，優(yōu)點是可以較好地吸收來自正面的碰撞，當側(cè)面受到撞擊時，由于縱梁處于乘員外側(cè)也能起到較好的保護作用。

轎車車架與卡車車架設(shè)計原則存在很大差別。卡車車架設(shè)計主要以強度為主，而轎車車架設(shè)計更注重剛度的設(shè)計。本文通過對車架總成、縱梁及橫梁的結(jié)構(gòu)型式選取方式要點進行闡述說明，為后續(xù)非承載式車身結(jié)構(gòu)的轎車車架開發(fā)提供寶貴經(jīng)驗參考。

1 ?車架總成結(jié)構(gòu)型式選取

在新車型開發(fā)初期，應(yīng)該對標同類車型的車架結(jié)構(gòu)，以獲得設(shè)計所需相關(guān)數(shù)據(jù)，確定設(shè)計目標，從而做到開發(fā)出結(jié)構(gòu)最優(yōu)、工藝合理、滿足整車性能要求的車架結(jié)構(gòu)。

對標參數(shù)包括：車架結(jié)構(gòu)型式、車架外寬、整車軸距、前懸、后懸、縱梁最大斷面尺寸、縱橫梁連接型式、橫梁間距布置等。

目前轎車用車架結(jié)構(gòu)型式多為沖壓焊接前后不等寬梯形結(jié)構(gòu)，由左右縱梁及橫梁連接而成。

車架長度根據(jù)整車軸距、前懸及后懸確定。車架前部寬度最大值由前懸架及前輪距決定，最小值由發(fā)動機決定。車架后部寬度由后輪距、后懸掛及車身懸置決定。車架中部寬度在設(shè)計許可條件下盡量加大，因為增大車架寬度可提高車架的扭轉(zhuǎn)剛度，同時也可提高乘坐的舒適性。車架的前部高度由前軸中心高度及前懸架來確定，后部高度由后橋中心及后懸掛確定。轎車車架要盡量降低車架中部的高度，以降低車身地板的高度，提高乘坐舒適性。

2 ?縱梁結(jié)構(gòu)型式選取

車架的彎曲剛度由縱梁的斷面型式?jīng)Q定，但扭轉(zhuǎn)剛度由縱梁的彎曲剛度和橫梁的扭轉(zhuǎn)剛度共同完成。作為轎車車架設(shè)計最好采用抗彎剛度很強，而抗扭剛度也很強的矩形截面縱梁。車架的抗扭剛度主要是由縱梁的抗彎剛度和橫梁的抗扭剛度共同形成。

轎車車架縱梁形狀較復(fù)雜，在材料選取時不僅要保證強度等級，同時要考慮到材料的延伸率，以保證沖壓成型的工藝性。

作為轎車為了碰撞時能夠保護成員的安全，在車架的設(shè)計過程中，除強度及剛度以外，還要考慮汽車的抗撞能力?？v梁前部及后部需要設(shè)計出筋的形狀，使車輛在受到撞擊時可以像手風(fēng)琴一樣的折疊潰縮，滿足吸收碰撞能量的要求。

由于結(jié)構(gòu)限制，轎車縱梁形狀既不等高又不等寬，長度較長，對于模具設(shè)計來說很難控制沖壓后的回彈，同時由于縱梁前后部分斷面尺寸小，成型后容易發(fā)生扭曲變形，不易控制。為了使模具簡單，且零件成型后變形小，可以采用將分段沖壓縱梁，之后焊接為總成的方法。

在設(shè)計時考慮到今后變型車的需要，中間段設(shè)計盡量為直槽形，軸距變化時縱梁及內(nèi)加強板可以只改變此段，從而做到通用化程度最大。

3 ?橫梁結(jié)構(gòu)型式的選取

在車架總成中橫梁主要承受扭轉(zhuǎn)變形，同時還作為其它總成及部件的安裝基體。一些橫梁的位置需要根據(jù)總布置的要求來確定，橫梁結(jié)構(gòu)因其位置及受力狀態(tài)而不同，橫梁結(jié)構(gòu)為封閉截面、矩形和環(huán)行時，承受扭轉(zhuǎn)偏移最有效。為了承受水平和垂直載荷，I字形截面最好。槽形和帽形截面沒有I字形截面好，但是當需要某種截面的橫梁時，必須考慮一種能夠獲得折中的強度及剛度的方案。

為提高抗扭剛度，在截面面積相同情況下，采用閉口截面橫梁比采用開口截面橫梁抗扭剛度大很多倍。對于扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度的結(jié)合，矩形截面最佳。

在橫梁的設(shè)計過程中充分考慮橫梁的通用化，盡可能的減少NPI件數(shù)量。

4 ?車架總成裝配要求控制

轎車車架為焊接結(jié)構(gòu)，其焊接方式及尺寸控制非常重要。焊接車架不同于鉚接車架，鉚接車架尺寸控制在于鉚接孔精度控制，較容易保證。焊接車架必須考慮如何進行焊接定位，如何消除焊接產(chǎn)生的焊接變形。

車架總成中控制尺寸的確定首先必須滿足裝車中各總成的裝配位置及裝配方式，另外要考慮焊接夾具定位如何方便、準確。

保證車架總成尺寸精度，首先必須保證左右縱梁總成焊接精度，縱梁及加強板焊接時，需要先進行斷續(xù)焊，完成后進行充分冷卻，降低熱變形程度，冷卻后再進行補焊。這樣可減小焊接變形。

由于轎車車架車身懸置點都位于車架上，必須嚴格控制各懸置點的位置尺寸，避免車身裝配時出現(xiàn)扭曲。若要控制車身懸置位置，首先必須保證車架的寬度尺寸及左右縱梁的對稱性。為此控制左右縱梁腹板寬度誤差±1.5mm，左右縱梁腹板相對于車架中心鉛垂面平行度不大于1.0mm。

為防止車架總成出現(xiàn)平行四邊形變形，嚴格控制車身懸置的對角線尺寸，對角線長度偏差不大于1.5mm。

為保證整車及發(fā)動機的性能，發(fā)動機懸置點的安裝位置要準確，裝配尺寸與理論尺寸的空間位置誤差不大于±1.0mm。

5 ?設(shè)計目標值

轎車車架不同與卡車車架，不僅要有足夠的強度，還要有較高的剛度。在開發(fā)前期通過對標分析設(shè)定開發(fā)目標值，強度目標值是在一定的安全系數(shù)條件下，應(yīng)力值小于材料屈服強度;剛度的評價指標分為動態(tài)剛度和靜態(tài)剛度二項，通常模態(tài)值作為動態(tài)剛度的評價指標，剛度值作為靜態(tài)剛度值的評價指標。

6 ?結(jié)束語

轎車車架設(shè)計不同于卡車車架設(shè)計，本文從結(jié)構(gòu)方案選取、工藝控制及設(shè)計目標值幾個方面進行了詳細闡述，為非承載式車身結(jié)構(gòu)轎車車架設(shè)計提供了幫助。

參考文獻：

[1]劉維信.汽車設(shè)計[M].清華大學(xué)出版社，2001：706-707.

[2]【美】M.M.凱墨爾，J.A.沃爾夫.現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)分析[M].1987.

[3]曹陽.運用VE改進客車車架設(shè)計[J].價值工程，1997（06）：19.