副车架设计作业指导书

1、副车架设计作业指导书编制： 日期：审核： 日期：批准： 日期：发布日期：年 月 日 实施日期：年 月 日前 言为使本公司副车架设计规范化，参考国内外汽车副车架设计的技术要求，结合本公司已经开发车型的经验，编制本汽车副车架设计指导书。意在对本公司设计人员在副车架设计的过程中起到一种指导设计的作用，让副车架设计的员工有所依据，在设计的过程中少走些弯路，提高汽车副车架设计的效率和精度！本作业指导书将在本公司所有车型副车架开发设计中贯彻，并在实践中进一步提高完善。本标准于2011年XX 月XX 日起实施。本指导书由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院提出。 本指导书由上海同捷科技股份有限

2、公司第五研发中心底盘总布置分院负责归口管理。本标准主要起草人：马显目录一 副车架概述 . 41.1 副车架功能概述 . 4 1.2副车架主要结构形式 . 6二 副车架设计流程 . 92.1 副车架主要设计流程 . 9 2.2 副车架设计要求 . 11 2.3 相关设计标准 . 13三副车架的设计过程 . 133.1 设计输入及标杆对比分析 . 14 3.2 副车架设计构想的确定 . 19 3.3副车架总成结构设计。 . 21 3.4 焊接流程确定、焊接定位关系确定及焊接总成公差尺寸保证 . 24 3.5 因成型分析而进行的调整 . 26 3.6 因CAE 分析结果而对局部结构进行的调整 . 2

3、6 3.7 因工艺及零部件平台化而进行的调整 . 27 3.8技术文件的编制 . 28 3.9输出内容检查项目 . 31四试制装车及生产中经常出现的问题 . 31 五 参考文献 . 33一 副车架概述副车架可以看成是前后车桥的骨架,是前后车桥的组成部分。副车架并非完整的车架，只是支承前后车桥、悬挂的支架，使车桥、悬挂通过它再与“正车架”相连，习惯上称为“副车架”。 1.1 副车架功能概述从结构上讲，传统没有副车架的承载式车身悬挂系统是直接与车身钢板相连的，如下图所示，前后车桥的悬挂摇臂机构都为散件。这是它的悬架调教只能偏向舒适 性或者操纵性一方调校的根本原因。图1.1 传统没有副车架的悬挂结构

4、而在装有副车架的底盘悬架系统则是先将悬架元件装在一个副车架上，构成一个车桥总成，然后再将这个总成安装到车身上。图 1.2 豪华车的大型前副车架图1.3 豪华车的大型后副车架因此，汽车上增加副车架的优点主要有：¾ 阻隔振动和噪声，减少其直接进入车厢。副车架开始时出现在豪华的轿车和越野车上。 ¾ 良好的悬挂连接刚度 ¾ 提高四轮定位精度。¾ 安装方便，提高装配效率利于平台化。复杂的悬挂系统由散件变成了总成。同样的悬挂总成可以安装在不同的车身上。也就是说，如今的悬挂设计已经不像过去，需要针对车身来开发与其匹配的悬挂，而是可以直接装上总成，只需稍作调校就能实现良

5、好匹配。这种总成式的悬架系统 通用性好，可以很简单的安装在同平台的不同车型上，能够大大的降低研发成本，提高技术利用率。当然，增加副车架后也有相应的缺点，因为庞大的副车架会增加车重，人们只能通过改为铝合金件和先进的生产工艺来降低重量。 1.2副车架主要结构形式主要用于摆臂，稳定杆，转向器等零件的安装，提高悬架的整体刚性，以提高操纵稳定性，一般用于承载式A 级乘用车。 图1.4 A级车的非框架式副车架副车架与车身除了主体上左右各两个螺栓连接点外，还通过两个副车架拉杆与车身纵梁连接，增加了稳定性。副车架主体由上板，下板与封板构成，保证了副车架的刚度，左右两侧的副车架安装管，可以调节悬架相对车身的安装

6、高度，在不同车型中达到平台化的目的。 图1.5 带发动机托臂式的副车架动力总成悬置设计为四点悬置时，增加的前悬置直接固定在车身前下横梁上会使得整体，通过增加发动机托臂，使车身纵梁，横梁与副车架、托臂连接在一起，提高了整体刚性。与副车架后安装点连接的支架可以更好的稳定副车架。另外，悬置先固定在托臂上，提高了隔震性能，发生碰撞时，托臂变形，起到了吸能的作用。一般用于B 级及以上承载式乘用车。图1.6 整体框架式副车架 整体框架式的副车架，功能更加增强。副车架通过左右各三点与车身连接，X向跨度更为增加，前端横梁将左右纵梁连接在一起，起到很好的稳定作用。为了减轻副车架的重量，左右纵梁采用了液压涨型的工

7、艺，节省了材料及工艺成本，降低了质量。通过合理的纵梁形状、结构，可以同车身左右纵梁的碰撞时一样，溃缩变形，提高碰撞星级。 级承载式乘用车，图1.7 安装点带橡胶块的框架式前副车架增加副车架与车身的弹性连接，使得来自路面的震动经过轮胎胎面、轮胎变形、悬架运动、摆臂衬套变形后，增加了第五级吸震结构，极大的提高了舒适性。图中所示的副车架上面采用了铸铝件来安装转向器，在保证刚度的同时，减低了总体重量。 框架带橡胶块式后副车架：图1.8 安装点带橡胶块的框架式后副车架 作用，结构相对简单。 四驱车型所用的简易后副车架：图1.9 四驱车型所用的简易副车架此种副车架主要用来支撑悬架的拉杆和后差速器，结构简单

8、。二 副车架设计流程2.1 副车架主要设计流程 2.2 副车架设计要求副车架是悬架摆臂、发动机悬置、转向器、稳定杆等安装的载体。在车身上装配之前，同动力总成等零部件一起装配到可升降工作台上整体装配。根据生产能力不同，工作台可以分为固定式、直线轨道式、环形轨道式等。准备在同一生产车间生产的车型，设计副车架时，应考虑到工作台对于设计副车架的兼容性，降低开发成本。副车架的出现提高了悬架的整体刚度，提高了操作稳定性。然而副车架的刚度并不是定值。副车架与车身连接后形成整体。所以无论是车身还是副车架的强度提高，对于整体来说都是有好处的。一般我们采用的是与标杆车的对比方法。在制动，转向，加速、及3G 颠簸路

9、的工况下，副车架上各组成元件¾ 材料屈服极限满足设计要求；¾ 受力情况与趋势均与标杆车相符，强度降低时，降低值小于10%。 图2.1 副车架上板的应力图与标杆车进行对比，¾ 经过200HZ 范围内自由模态分析，不能出现与相连零件的共振。¾ 经过单侧，扭转，侧向，制动受力进行动刚度分析，不得出现比标杆车刚度降低较大的情况（推荐10%以内），在刚度降低的情况下，在该工况该位置载荷下的位移也不应过大，（推荐1mm 内）¾ 经过200HZ 范围内，各安装点的动刚度分析，不得出现比标杆车动刚度降低较大的情况（推荐10%以内）。副车架焊接后，因焊接变形，使

10、得整体尺寸同单件尺寸有所不同。焊接后总成左右安装点的位置度公差应控制在1.5mm 范围之内，左右对称度控制在1.0mm 之内，以保证整车四轮定位参数。¾ 副车架总成符合Q/CC JT098-2010汽车产品中有毒有害物质的限量要求标准。 ¾ 副车架总成各焊接部位应牢固，无漏焊、虚焊、假焊、烧边不良现象，焊接后去除焊渣；不允许有裂纹、锈蚀和毛刺等缺陷；¾ 副车架总成电泳黑漆，按QC/T 484-1999-TQ6（汽车油漆涂层）执行，油漆涂层应均匀无露底，并按规定进行防腐盐雾试验；¾ 按规定进行耐久性行驶试验后，副车架不允许出现断裂、严重锈蚀、弯曲或扭曲变形

11、超限；¾ 十万公里各种典型路面的试车后，副车架样件硬点和硬点坐标不允许有不合理变形和破坏；副车架进行6X105次疲劳试验后，金属件无开裂、塑性变形等失效，。 橡胶件无功能性失效（Q/CC SY068-2010要求）2.3 相关设计标准Q/CC SY068-2010 摆臂副车架疲劳试验方法Q/CC SY070-2010 副车架刚度试验方法GBT 12678-1990 汽车可靠性行驶试验方法GBT 12679-1990 汽车耐久性行驶试验方法Q/CC JT098-2010 汽车产品中有毒有害物质的限量要求GBT 10125-1997 人造气氛腐蚀试验-盐雾试验QC/T 484-1999

12、汽车油漆涂层GB/T 13493-1992 汽车用底漆GBT 13914-2002 冲压件尺寸公差GBT 13915-2002 冲压件角度公差QCT 268-1999 汽车冷冲压加工零件未注公差尺寸的极限偏差GBT 13916-2002 冲压件形状和位置未注公差GBT 5185-2005 焊接及相关工艺方法代号QCT 29087-1992 汽车焊接加工零件未注公差尺寸的极限偏差GBT 2650-2008 焊接接头冲击试验方法GBT 2651-2008 焊接接头拉伸试验方法GBT 2653-2008 焊接接头弯曲试验方法GBT 324-2008 焊缝符号表示法GBT 985.1-2008 气焊

13、焊条电弧焊 气体保护焊和高能束焊的推荐坡口 GB/T 12770-2002 机械结构用不锈钢焊接钢管三副车架的设计过程3.1 设计输入及标杆对比分析同前面副车架的安装设计要求所述，设计副车架需要输入装配工作台对副车架的要求。根据整车轮距要求，确定副车架是否需要加宽。如某项目设计过程中，整车轮距加宽20mm，要求副车架两端悬架元件的安装点整体外移10mm。根据悬架高度要求，确定副车架安装点是否需加高或降低。如某项目乘用车平台悬架改款SUV 车型时，要求车身升高。我们可以通过调整副车架上安装套管的高度实现。1、副车架总成安装定位分析为保证四轮定位参数，副车架与悬架、转向元件总成安装后，要求准确的安

14、装在车身纵梁上，在第一节介绍的几种悬架中，均采用了在副车架端部（前端或后端）左右对称位置开出右端为圆孔、左端长圆孔（车身上相同）的安装定位孔。副车架在工作台上通过穿过的销轴定位，工作台升起时销轴同样穿过车身上相对应的开孔， 达到定位的目的。 图3.1 副车架与车身的安装定位2、副车架总成焊接工艺分析根据副车架的形状，焊缝的分布，分析副车架总成的焊接工艺，为后期拆解副车架做准备。一般，副车架主体采用逐层搭接而成，对于优先保证的尺寸处可以分总成焊好之后再进行大总成焊接。焊接时注意如出现焊接顺序矛盾时，可能情况为 内部有加强结构。 图3.2 典型的焊接搭接关系 如图3.2，焊接顺序可初步确定为1、2

15、焊接后，在工装上依次继续焊接3、 4 、5件，3件上的内部支架和螺母是分总成先焊的。 3、强度，刚度的实现方法分析如图3.3 ，在发动机后悬置处，后横梁（3）向前部展开，通过内部垫片与套管与副车架下板（1）连接在一起。后悬置上安装板（4）一边延伸到副车架框架上，另一边逐层降低高度到后横梁（3）上，转向器安装支架（2）搭接在后悬置上安装板（4）上。这样，当悬置点受Z 向力时，件1 、3、4共同承担。悬置点受X 向拉力时，力通过件2传递到件1。 3.3 典型力的分散结构 4、碰撞特征分析在框架式副车架中，左右纵梁同车身中纵梁一样，为了提高碰撞星级，存在着变形区和刚性区，变形区的实现可以为截面积突然

16、缩小、S形，V型弱化特征实现。碰撞时，前安装点随车身纵梁变形区变形向后移动。中间固定点前端的弱化特征使得副车架出现向下的折弯吸能，而中间固定点与车身连接处随碰撞加剧逐渐有撕开趋势，此处也不能过弱，过弱会使得中间固定点不能撕开。副车架的后安装点基本不变形。 图 3.4 典型力碰撞特征 图3.5 碰撞后的副车架5、标杆车零部件安装维修特征分析从底部看图3.5，副车架主体上左右均有开孔，右侧孔被转向器的安装支架堵住，经分析，此孔为转向器的维修孔，维修方法如图3.6。左右侧孔对称，保证了副车架底板的左右舵通用性。需要注意的是，后期选型转向器时，需要对转向器的调节方法进行校核。图3.6 转向器的维修孔

17、图3.7 转向器维修方法6、其他特殊结构分析标杆车零部件往往会有一些比较特殊的结构，在分析这些结构的用意时，一般从以下几个方面考虑：¾ 增加零件的局部强度和刚度； ¾ 分散焊接应力 ¾ 起安装定位的作用； ¾ 避让其它零部件； ¾ 为其它零件提供安装点； ¾ 制造加工方面的要求；¾ 使零件外形美观，减轻零件重量。拆解的主要零部件如：纵梁、上板、下板、横梁、摆臂安装件等需要与材料部沟通，通过实验及金相分析，确定标杆车材料。在选用设计副车架材料时，一般选用SAPH370，SAPH440，BL510等材料。 图3.8 副车架材料分

18、析3.2 副车架设计构想的确定副车架的整体结构，基本参考标杆车，我们首先应分析主体结构同标杆车的可行性，之后分析按标杆结构会出现的问题及要修改的方法。下面针对几个车型中不同的部位的设计构想进行举例。1、液压成型纵梁的修改某项目液压成型纵梁与变速器的距离小，根据标杆及公司标准，目标修改到20mm 以上。修改的方案如下图。图3.9 液压涨型部件的修改实例2、发动机悬置处的修改首先根据设计车悬置方案，确定出后悬置结构基本按标杆车，位置如图移动。我们正向设计的部分影响最大的是悬置安装处的纵向刚度、副车架的整体扭转刚度， 对模态的影响不高。图3.10 副车架的修改目标标杆车对比，了解此处标杆车结构实现办

19、法，如下图。标杆车的后悬置与副车架连接，此处参数主要体现在纵向刚度、抗弯、抗扭与X 向刚度等方面，实现的结构通过下图红线上表示的三个腔体来保证，悬置后部的空间满足悬置的运动范围是 基本条件。 图3.10 副车架的标杆车分析 之后根据标杆车的匹配方法制作正向设计的方案图3.11 副车架的初步设计构想正向设计时，以满足后悬置的安装要求及运动空间基本要求，最大限度的增大腔体1、2、3的面积，尤其是纵向的长度，以增大纵向刚度和抗弯抗扭能力，在X 方向上的长度与标杆车不应相差太大，以满足此安装点X 向的刚度要求。3.3副车架总成结构设计。¾ 结构可靠，主体断面或结构有标杆车参考。¾

20、焊接工艺简单快捷，焊接定位能保证总成尺寸。¾ 焊接件数模的焊接方式、焊接位置、焊接尺寸以及焊接间隙要符合标准规定的要求,两零部件面接触的CO2保护焊，两面应贴合无间隙；两零部件线接触的CO2保护焊，两者之间应随零件形状变化，焊接间隙应基本均匀一致，并在0.51.0mm之间，特殊局部最大允许间隙1.5mm。¾ 数模焊接和调整部位应预留焊接调整间隙。CO2保护焊焊接区域应有7mm 以上的焊接空间。¾ 焊枪的接近性要合理，检查焊枪的运动空间要足够（一般焊枪直径25mm） ¾ 大部件上的定位孔，应贯彻了相互平行的原则，如有小的角度，必须调整到平行。定位孔中心距，

21、应配合相应的定位面，贯彻了最大化的原则。定位孔是否应具有相应的定位面，一般来说，定位圆孔周围或辅助定位长圆孔周围单面应该有不小于5mm 的定位平面，以适应定位销的配合面。¾ 焊接件搭接宽度应大于5mm，如有U 形件因变形而使得搭接边变小时，搭接边应大于7mm。设计搭接在选在平面处，这样有利于布置焊点，同时搭接面避免覆盖倒角¾ 副车架注意与周边件的运动包络无干涉，间隙在10mm 以上。¾ 副车架的钣金件设计避免制件形状复杂，不利成型定位，要设计定位工艺孔，同时要分析避免有局部变薄严重开裂现象。¾ 零部件设计无拔模负角，深度冲压的零部件有吸皱结构。¾

22、; 副车架上表面应适当的加一些加强筋，同时局部圆角要尽量加大，以防止起皱，开裂等现象1、纵梁的最终修改情况。经成型分析，修改后的纵梁同修改前能够用同一型号的管材成型而成。当量直径在略大于管材的周长，（控制在2%-5%）范围之内，最大不超过7%，同时要求过渡圆滑，避免出现尖角或圆角过小的情况。 图3.12 液压涨型管梁的成型性分析2、后悬置处最终制作的数模如下图，断面按照第三步方案断面制作，断面与两 边的连接也参考标杆车的阶梯状连接方法进行过渡处理。 图3.12 修改实例经CAE 分析，设计副车架同标杆车对比，除在Z 方向上降低了3%外，其他同标杆车。3.4 焊接流程确定、焊接定位关系确定及焊接

23、总成公差尺寸保证 最终设计数模确认之前，需要确定焊接流程。图3.13 焊接流程确定样表 图3.14 焊接定位孔确定如下图所示，在焊接工序中，件1与3焊接在一起后，再焊接件2。因为零件偏差及焊接变形，在保证件3的孔左右尺寸时，件3容易与件2干涉，而发生不能调整到设计尺寸的现象。所以，应该在件3与件2之间设计0.5-1.5mm 的间隙（有焊接关系时为0.5-1mm） ，以保证最终副车架孔位尺寸。 图3.14 如何设计结构保证最后焊接尺寸 一般在两道焊缝之间，设计弯角，消除焊接变形及应力。 图3.15 如何消除焊接变形3.5 因成型分析而进行的调整 在副车架设计中，所有尖角处应球化处理，如下图。图3

24、.16 尖角上的球化处理3.6 因CAE 分析结果而对局部结构进行的调整副车架数模完成后，NC之前，需要再进行一遍CAE 分析来确认最终数据。例如在CHB011副车架NC 过程中，CAE部门就后悬置安装点处刚度特性低于标杆车问题 提出改进意见。改进方法主要分为三个方面：a.厚度改进 b.形貌改进 改后改前注：搭接高度增加约 15mm，蓝色接头向右延伸约10mm c.工艺改进改进前后悬置安装点Z 向刚度为5747N/mm 改进后后悬置安装点Z 向刚度为9100N/mm 标杆车后悬置安装点Z 向刚度为8850 N/mm 3.7 因工艺及零部件平台化而进行的调整如图所示焊接方形螺母盒，为借用M18结

25、构，此处代替了标杆车圆螺母。 图3.17 平台M18焊接螺母盒3.8技术文件的编制技术文件输出见A3版输出流程，下面仅从明细和图纸两部分说明数模的分级、明细、图纸编号都应该按焊接工艺流程，结合明细编制规则及 BZH-05-07-2010-关于在全新开发车型中增加凸焊部件总成号的通知，进行编制图3.18 采用平铺排列方法进行编号副车架总成的结构及焊接顺序影响着总成的尺寸精度，因此，在设计副车架的初期就应该根据整车需求，对副车架总成的尺寸公差做出初步定义，在数模完成后再次与工艺生产部门最终确认公差尺寸是否合理。图纸中公差尺寸基本按如下规则确定，1、 总成主焊接定位尺寸、左右安装点的尺寸公差应控制在

26、1.2-1.5mm 范围之内，左右对称度控制在1.0mm 之内，以保证整车四轮定位参数。 图3.19 某副车架的主定位尺寸公差 3.19 某副车架的主定位尺寸公差2、 在副车架上直接安装的零部件，其安装点应相互关联。一般直接焊接定位孔公差在±0.5mm，距离较远的控制在±0.8mm-±1.0mm 之间。有三个件之间的焊接定位公差控制在±0.8-±1.0mm 之内，距离较远可以控制在±1.0-±1.5mm 范围之内。 3.20 某副车架的主定位尺寸公差 3、 如重要的关联尺寸，分别焊接在不同的两个件上，应建立直接关联定位孔。 零件间非主平面特征（如次要面，翻边，立边等）应设定间隙，以便焊接 时调整工装，保证尺寸公差。如图 3-21，转向器左前安装点在后横梁， 左右安装点在副车架上板。 后横梁与纵梁和下板有焊接关系， 上板与后横 梁、纵梁和下板有