某商用車車架縱梁前端開裂原因分析與優化設計

陳開奎

（遂寧云內動力機械制造有限公司 技術開發部，四川 遂寧 629000）

1 問題情況

車架是商用車底盤關鍵結構件，發動機、變速箱、橋全部裝在車架上，因此在運行過程中直接承受各種共振、承重，也是應力集中之處，其設計的合理性以及制造質量的可靠性直接影響整車的使用壽命。本分析案例前期開發設計時全部通過CAE 有限元分析可行性，滿足設計要求，但實際試驗過程中出現開裂情況。

案例1 為新開發4.5t 商用車車架在湖北襄陽試驗場滿載進行綜合路可靠性試驗。試驗3455 公里過程中出現右縱梁前端（材質510L-4.5）首橫梁（材質510L-6.5）開裂情況，如圖1 所示。分析該商用車車架縱梁失效機理及原因，并對結構進行優化設計，二次進行可靠性試驗。

圖1 案例1 車架右縱梁開裂位置

案例2 同為新開發4.5t 商用車車架，在安徽某主機試驗場滿載可靠性試驗，4900km 時出現右側（縱梁前端方向機安裝位置為縱梁一次成形，材質700L-4.5）首橫梁（材質510L-4）上端出現裂紋。開裂情況如圖2 所示。

圖2 案例2 車架開裂情況

2 失效機理及原因分析

根據開裂位置及現場情況分析，問題原因分析如下。

2.1 案例1

該縱梁前端為翻轉安裝位置，設計時首橫梁把縱梁前端包在里邊，前翻轉直接安裝在首橫梁上，且前翻轉鑄件螺栓連接位置懸空直接和首橫梁連接，所有力均由首橫梁負擔。

駕駛室安裝后鎖緊機構設計在右邊，在運動過程中對翻轉有一個向后的拉力，導致縱梁前端開裂方向朝后。

縱梁前端為前端下沉結構，因其結構原因，只能模具成形，但為節省成本和縮短開發周期，本次采用腹面平板切割，翼面全部焊接的工藝方式，焊接時焊縫過小間接導致開裂。

2.2 案例2

該首橫梁安裝在縱梁內側，前翻轉鑄件4 個螺栓孔直接安裝在首橫梁上，同樣存在駕駛室安裝鎖緊機構鎖緊先后運動鎖緊力問題。

3 優化設計

3.1 案例1

優化前端前翻轉安裝結構，將直接與首橫梁連接增加連接支架改為前翻轉、首橫梁、連接支架連接，將翻轉向后的拉力傳遞到縱梁腹面，增加該位置的強度。

縱梁前端設計結構改為腹面和前面前翻轉連接安裝位置、后側和縱梁連接兩處位置改為切割、折彎，保留下沉斜面焊接，從原來全部焊接改為小段焊接，增加其整體強度，同時也減少因焊接量過大、焊接焊縫過小帶來的風險。

3.2 案例2

案例2 和案例1 失效機理基本一致，均為未將前翻轉向后運動的拉力傳遞到縱梁腹面導致。優化時直接優化前翻轉鑄件結構，將鑄件安裝座改為L型，縱梁腹面和翼面同時連接。

另外，除改L 型鑄件底座外，也可采用直接在縱梁開口內使用焊接工藝圓管方法，將縱梁上下翼面連接為一個整體，增強該位置的整體強度。

經過上述方案優化后，案例1、案例2 兩種不同4.5t 車架平臺再次進行可靠性試驗，全部通過既定的試驗公里數，同時上市3 年時間內未出現該位置的開裂情況，經受住了市場檢驗，說明上述整改方案有效。

4 總結

（1）商用車車架縱梁前端開裂的表現形式可能有多種，CAE 分析只能作為借鑒參考，設計結構的合理性、充分性才是唯一標準，設計對標的同時多思考該設計的原理。

（2）不論前翻轉還是其他底盤零部件安裝在車架上時盡可能讓車架腹面受力，減少因翼面受力帶來斷裂等不良后果的概率。