非承載式車身結(jié)構(gòu)轎車車架設(shè)計(jì)要點(diǎn)

安立新

摘要：對(duì)于一般中、高級(jí)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(wú)單獨(dú)車架，其優(yōu)點(diǎn)是整車重量輕，缺點(diǎn)是底盤(pán)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(duì)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(shí)便于以后整車改型，采用具有單獨(dú)車架結(jié)構(gòu)的非承載式車身結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)非承載式車身結(jié)構(gòu)的轎車車架設(shè)計(jì)的要點(diǎn)加以闡述，為后續(xù)的設(shè)計(jì)開(kāi)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(biāo)值

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

中圖分類號(hào)：U463.82 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(diǎn)是可以較好地吸收來(lái)自正面的碰撞，當(dāng)側(cè)面受到撞擊時(shí)，由于縱梁處于乘員外側(cè)也能起到較好的保護(hù)作用。

轎車車架與卡車車架設(shè)計(jì)原則存在很大差別。卡車車架設(shè)計(jì)主要以強(qiáng)度為主，而轎車車架設(shè)計(jì)更注重剛度的設(shè)計(jì)。本文通過(guò)對(duì)車架總成、縱梁及橫梁的結(jié)構(gòu)型式選取方式要點(diǎn)進(jìn)行闡述說(shuō)明，為后續(xù)非承載式車身結(jié)構(gòu)的轎車車架開(kāi)發(fā)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)參考。

1 ?車架總成結(jié)構(gòu)型式選取

在新車型開(kāi)發(fā)初期，應(yīng)該對(duì)標(biāo)同類車型的車架結(jié)構(gòu)，以獲得設(shè)計(jì)所需相關(guān)數(shù)據(jù)，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而做到開(kāi)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(duì)標(biāo)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(zhǎng)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(dòng)機(jī)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(jì)許可條件下盡量加大，因?yàn)樵龃筌嚰軐挾瓤商岣哕嚰艿呐まD(zhuǎn)剛度，同時(shí)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(lái)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(jì)最好采用抗彎剛度很強(qiáng)，而抗扭剛度也很強(qiáng)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(shí)不僅要保證強(qiáng)度等級(jí)，同時(shí)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(shí)能夠保護(hù)成員的安全，在車架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，除強(qiáng)度及剛度以外，還要考慮汽車的抗撞能力。縱梁前部及后部需要設(shè)計(jì)出筋的形狀，使車輛在受到撞擊時(shí)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(zhǎng)度較長(zhǎng)，對(duì)于模具設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)很難控制沖壓后的回彈，同時(shí)由于縱梁前后部分?jǐn)嗝娉叽缧。尚秃笕菀装l(fā)生扭曲變形，不易控制。為了使模具簡(jiǎn)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(jì)時(shí)考慮到今后變型車的需要，中間段設(shè)計(jì)盡量為直槽形，軸距變化時(shí)縱梁及內(nèi)加強(qiáng)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(shí)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(lái)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(shí)，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(méi)有I字形截面好，但是當(dāng)需要某種截面的橫梁時(shí)，必須考慮一種能夠獲得折中的強(qiáng)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(kāi)口截面橫梁抗扭剛度大很多倍。對(duì)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(jì)過(guò)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(jìn)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(zhǔn)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(qiáng)板焊接時(shí)，需要先進(jìn)行斷續(xù)焊，完成后進(jìn)行充分冷卻，降低熱變形程度，冷卻后再進(jìn)行補(bǔ)焊。這樣可減小焊接變形。

由于轎車車架車身懸置點(diǎn)都位于車架上，必須嚴(yán)格控制各懸置點(diǎn)的位置尺寸，避免車身裝配時(shí)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(duì)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(duì)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(yán)格控制車身懸置的對(duì)角線尺寸，對(duì)角線長(zhǎng)度偏差不大于1.5mm。

為保證整車及發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置點(diǎn)的安裝位置要準(zhǔn)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(jì)目標(biāo)值

轎車車架不同與卡車車架，不僅要有足夠的強(qiáng)度，還要有較高的剛度。在開(kāi)發(fā)前期通過(guò)對(duì)標(biāo)分析設(shè)定開(kāi)發(fā)目標(biāo)值，強(qiáng)度目標(biāo)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(qiáng)度;剛度的評(píng)價(jià)指標(biāo)分為動(dòng)態(tài)剛度和靜態(tài)剛度二項(xiàng)，通常模態(tài)值作為動(dòng)態(tài)剛度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，剛度值作為靜態(tài)剛度值的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

6 ?結(jié)束語(yǔ)

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

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