某車型副車架開裂問題解決

封佳偉 劉躍鵬

摘 要：某車型車型在ET耐久試驗過程中，副車架擺臂小軸套安裝位置焊道開裂，裂紋明顯，副車架強度降低，導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，避免了零部件質量風險。

關鍵詞：副車架；開裂；應力集中；焊道

20世紀80年代獨立懸架設計和承載式車身大量應用，由于消費者對車輛性能提出更高的要求，底盤越來越復雜，發(fā)動機變的越來越大，動力總成和懸架由于車身前端設計空間較小的原因變得越來越難以布置，多年來經過無數(shù)次的論證和長期試驗，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構。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，所以習慣上稱為“副車架”。裝有副車架的整車設計方案具有眾多優(yōu)點：

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，設計師具有更多的發(fā)揮空間，可以安裝更大的發(fā)動機，更加復雜的懸架。

其次，副車架上可以預先安裝懸架、穩(wěn)定桿、轉向機等底盤零件，預先裝配起來的這個大總成即被稱為“前端底盤模塊”，當?shù)妆P零部件在副車架上組裝完成后，由專用的設備”前端底盤模塊”連接到承載式車身上。這樣就減少了主機廠的生產節(jié)拍、生產線的長度和庫存成本，具有極大的經濟效益。

再次，汽車底盤性能永恒的關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)性是相互不可調和的矛盾，在副車架出現(xiàn)之前，底盤調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)調者出現(xiàn)了，通過對副車架剛度和模態(tài)的調整，可以實現(xiàn)車輛舒適性與操縱性之間的協(xié)調。

當然作為一個主體結構零部件，結構強度是非常重要的一方面，某車型在ET耐久試驗過程中，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構存在問題，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構，在極限工況受相應的作用力時，應力值必須小于材料的屈服強度，焊道布置有要求。初步判斷開裂原因為副車架擺臂小軸套安裝位置應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力及焊道布置的合理性進行分析：

①副車架下板與下擺臂安裝支架焊接位置應力：兩者之間為焊接結構，在行車過程中，產生的應力為350MPa，大于材料的屈服極限305MPa，在顛簸工況導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，在極限工況受相應的作用力時，造成焊接應力集中，導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行優(yōu)化：通過合理布置焊道，使極限工況下應力小于材料的屈服強度，從而避免開裂風險（如圖所示為詳細方案對比）；

圖中：原始為設計狀態(tài)，即失效狀態(tài)模型；方案1參考標桿車結構添加焊道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。

效果驗證：通過CAE分析和計算結果對比，上述三種優(yōu)化方案較原始狀態(tài)應力狀態(tài)都有一定程度改善，失效部位應力轉移或者明顯減小；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，應力降低至84MPa，避免開裂風險，此方案經試裝驗證改善明顯。

總結：

通過采取參考標桿車結構和去除副車架下板部分材料的手段，對原失效狀態(tài)模型進行優(yōu)化。經優(yōu)化分析得：方案一的優(yōu)化效果最佳，且該方案經CAE分析驗證滿足所選材料的應力要求。對方案一進行試裝驗證，驗證結果表明：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，需充分對標零部件細節(jié)，同時做好理論分析。對風險點進行優(yōu)化設計，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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