汽車前副車架設計

潘春雷

（江蘇鹽城民航站 后勤科，江蘇 鹽城224003）

0 引言

汽車作為人們平時出行的主要代步工具，其性能和質量越來越被關注和重視。原來的轎車是沒有副車架的，車橋、懸掛直接安裝在車架上。但是如今人們對轎車的穩定性和舒適性的要求越來越高，副車架這一名詞才開始出現，副車架這一技術逐漸引入到各大車系、車型里。

副車架也被稱作是前車橋和后車橋的骨架，是前車橋和后車橋的主要組成部分之一。副車架并不是完整的車架，而是用來支承前后車橋以及懸掛的支架，把前后車橋和懸掛安裝在副車架上再與車架相連接，因此相對于車架習慣上把它稱之為“副車架”。減少崎嶇不平的路面帶給駕駛室的噪聲及振動是它的主要功能，因此特別在高檔汽車和越野車上安裝更多。以前的汽車是沒有副車架的，它的懸掛系統與車身是直接連接的，因此，它們都成為了所謂的散件，并不是今天意義的構成。隨著副車架的不斷研究進步，前后懸掛與副車架先組裝成為一個車橋總成，然后再將它安裝到汽車車身上，這也一定程度提高了車橋總成的可調通用性和適用性。

1 前副車架總體設計方案

1.1 選擇前副車架的總體形狀

首先要明確了解前副車架功能的設計要求，也就是不僅要滿足汽車總結構的布置要求，還要求前副車架具有足夠的強度以及適當的剛度來適應各種各樣復雜多變的道路環境。

現代汽車上所選用副車架的形狀通常有這4種：1）全框型副車架；2）“元寶”型副車架；3）多連桿型副車架；4）扭轉型副車架。

綜合考慮4種型式副車架的優缺點和適用性等，選定采用目前市場上使用最多的全框型副車架作為本設計中前副車架的總體形狀。因為全框型副車架有很多優點：1）它的尺寸比其他型式更大，能支承強動力的發動機；2）安全系數好，能吸收一部分碰撞能量，減少對駕駛室的沖擊震動，提高車廂內人員的舒適度；3）將它的離地間隙距離設計得比動力總成低，這對動力總成起到了很好的保護效果。

1.2 前副車架橫梁縱梁的截面形狀及尺寸的設計

汽車副車架的截面形狀一般與汽車車架的截面相同，采用槽型結構，如圖1所示。它的截面形狀及尺寸基本是取決于汽車的車型和種類以及其承受載荷的大小。而對于一般的轎車來說，也可以用一塊腹板即加強板將副車架的截面封閉起來，以提高其抗扭能力和抗彎能力，如圖2所示。

圖1 前副車架的截面形狀

圖2 加強后的前副車架截面形狀

參照汽車底盤主車架的車架端面尺寸，選定前副車架的橫梁端面尺寸為A1=60 mm，B1=103 mm，C1=3 mm，即60 mm×103 mm×3 mm；縱梁的端面尺寸為 A2=46 mm，B2=70 mm，C2=3 mm，即46 mm×70 mm×3 mm。腹板即加強板根據實際情況可以補充添加到橫梁的左右兩端，因為橫梁的兩端受扭矩和彎矩較大，添加后能整體提高前副車架橫梁的抗扭能力和抗彎能力。

1.3 前副車架與汽車車身的連接點及連接方式

前副車架與汽車車身的連接點一般是4個或者6個懸置點。通過綜合分析，選擇4個懸置點的前副車架，作為與車身的連接點。

前副車架與汽車車身的連接方式：

1）用螺栓作為剛性連接。剛性連接雖然可以提高車身的整體剛度要求，對操縱穩定性有利，但是對于隔絕路面上傳入的振動以及噪聲很不利。

2）彈性的橡膠襯套連接。用這種連接方式能很有效地隔絕路面振動和噪聲對駕駛室的傳入，有利于提高駕駛員駕駛的舒適性。因此，市面上的汽車基本選用這種彈性的橡膠襯套連接方式。

本設計選擇彈性的橡膠襯套作為前副車架與汽車車身的連接方式。4個由橡膠襯套組成的與汽車車身的連接點均布在前副車架的4個角上，一般裝有橡膠襯套的連接點設計在前副車架的前后橫梁上。

1.4 前副車架材料的選取

副車架的材料各種各樣，常用的有鋼材、鋁及鋁合金、銅合金、鎂合金等。現代汽車產業發展的趨勢越來越傾向于輕量化設計，本設計的前副車架決定選取鋁合金材質的輕量化設計，達成平衡駕駛的操控性和舒適性雙重目標。

在保證汽車安全性能和強度的基礎上，盡可能地降低整備質量，能使汽車省油并且能降低排氣污染，這就是汽車輕量化設計。

1.5 前副車架制造工藝的選取

前副車架主要有3種制造工藝：1）沖壓焊接式；2）金屬型鑄造成型技術；3）液壓成型技術。

對于發動機前置前驅的轎車，前副車架是其主要組成部分，它是發動機的安裝托架。因此，為增加其承載能力，決定選取目前副車架生產制造上使用較多的沖壓焊接方式，然后把相關的裝配子部件焊接到副車架上，接著再壓入連接車身并且安裝連接部位上的橡膠襯套，便可完成整個前副車架的制造。

副車架的制造工藝：沖壓→焊接→整形→涂裝→裝配→總成檢驗→質量保證。

1）沖壓。副車架沖壓加工工序包括落料、成形、切邊、翻邊、沖孔等。模具的狀態和設備的動態精度決定了沖壓產品質量好壞與否。加工過程中既要特別注意選用材料的彈性變形對產品質量的影響，還要注意型材的表面處理方式以提高其耐磨耐粘附性。

2）焊接。副車架的焊接主要采用二氧化碳氣體保護焊和電阻點焊這兩種方法。電阻點焊變形比較小，但是只要能選擇合理的焊接工裝夾具和正確的焊接順序，就基本能保證產品精度。但弧焊則不是這樣，為能夠確保精度就必須嚴格地控制其熱變形。判斷焊接質量的好壞主要靠選擇合適的焊接參數和對焊接過程進行嚴密的監控，最后還要選擇合理的焊裝夾具，一般保證夾具精度在±0.2 mm以內，這樣的焊接可達性良好，還要盡量實現全方位最佳的位置進行焊接。

3）整形。整形是保證副車架有一定的裝配尺寸，還有焊后少量的變形，因此對其進行一系列孔的精整和開檔的相關整形，整形的精度基本都是以產品圖紙要求為標準。

4）涂裝。現在多數采用的是陰極電泳油漆涂裝。涂裝的主要目的是為了防止表面生銹和提高表面質量。涂層的質量判別主要有4個方面，分別是涂膜的厚度、粘附性、脆性和耐腐蝕性，當然不同的產品會有相應的不同質量標準，但是這種差別很細微，不是很大。涂膜的特性和化學覆蓋膜的特性決定了涂裝質量，主要通過對設備的溫度控制以及涂膜的化學成分的監控來實現，得以保證質量。

5）裝配。副車架的裝配主要就是在套筒中壓入用來連接車身的橡膠襯套。一般都是采用液壓機壓裝，其目的是為了不影響到橡膠襯套的特殊性，壓入時還應該使用與橡膠襯套形狀互相配合的夾具，而且為了更方便地進行壓入作業，偶爾也會在壓入部位上涂抹潤滑油或者潤滑脂。壓脫力的大小可以用來保證壓入橡膠襯套質量的好壞，它一般是由產品圖紙來確定的，基本是使用大于1～20 kN不等的壓脫力。而壓入力與壓脫力相互調配的關系，應該在其壓入前先進行一遍確認。當檢測壓入力時，則可以采取裝在壓入設備上的傳感器來完成。

6）總成檢驗。總成檢驗的主要項目有兩個：一個是與客戶要求規定相關的裝配尺寸；另一個是焊縫表面質量和油漆表面質量，判斷依據主要是有無焊縫缺陷，有無油漆磕、剝落、碰傷，有無飛濺等。

7）質量保證。副車架整個制造工藝流程的過程中，采用了形狀檢具檢測以及幾何尺寸檢具的手段，如測量漆膜厚度的測厚儀、通用量具和綜合量具等。另外還有焊點金相試驗和產品疲勞試驗等設備。而且重要的是制造流程管理上要有一整套相對應的完整的質保體系。

2 前副車架的主要部件及相關子部件設計

前副車架主要部件包括前后橫梁、左右縱梁以及相關的子部件，子部件包括控制臂支架、橡膠襯套、腹板（加強板）等。

2.1 前后橫梁

前橫梁的主要功能是安裝汽車的動力總成前懸置；后橫梁的主要功能是保證前副車架的扭轉剛度和支持動力總成后懸置。

前橫梁左右兩邊最邊上的兩個φ20的孔用來連接主車架，起安裝固定以及定位的作用；兩邊φ65的大孔用來安裝套筒和橡膠襯套的，作為連接汽車車身的懸置點；兩邊對稱φ16的孔是用來安裝固定腹板（加強板）；其他φ12的孔是用來安裝汽車動力總成前懸置的。

2.2 左右縱梁

左右縱梁的主要功能是安裝動力總成左右懸置，與懸架的下控制臂內點相連接。

2.3 控制臂支架

控制臂支架也叫擺臂支架，是汽車懸架系統中控制臂的支架。汽車的懸架系統是一個重要的總成，是汽車的車架或者是承載式車身與車橋（或者車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱，由彈性元件、導向機構、減震器3個部分組成。其主要作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和轉矩，換句話說懸架系統對汽車行駛的操縱穩定性和平順性有積極的影響。控制臂（也被稱為擺臂）是汽車懸架系統中的導向和傳力元件，能將作用在車輪上的力傳遞給車身，它通過襯套把車輪和車身彈性連接在一起。根據實際情況，控制臂支架的開檔距離一般為30～40 mm,本設計中取開檔距離為36 mm，并且兩個開檔面是相互平行的。控制臂支架開檔之間的孔為φ14，用來安裝固定控制臂以及與之相連的襯套和球頭。

2.4 橡膠襯套

前副車架的橡膠襯套是用來吸收汽車行駛時的振動，減少對駕駛室的振動以及噪聲的影響，提高駕駛員的舒適感。這也是副車架能帶來良好的舒適性的主要原因之一。為了較好地吸收振動，還要研究橡膠襯套的軟硬以及與前副車架整體的匹配,當然成本也會因此增加。前副車架連接點上裝有橡膠襯套,其懸掛調校還會有不可避免的矛盾。

橡膠襯套外面包圍著套筒，用來固定安裝橡膠襯套，中間的孔是連接點，用來連接汽車車身。

2.5 加強板

腹板也被稱為加強板，安裝在前橫梁的左右兩端，以提高其抗扭能力和抗彎能力。中間φ16的孔裝上螺栓安裝在前橫梁兩端上，起固定作用。

3 結語

汽車在今天的中國正值井噴式發展時期，已逐漸成為人們日常出行活動的最重要代步工具，在人們的生活中扮演著不可或缺的角色。而副車架的研究對提高汽車操縱的舒適性及穩定性尤為重要。本文明確了前副車架的設計要求，總體設計方案主要包括了前副車架的總體形狀、橫縱梁的截面形狀及尺寸的設計、與汽車車身的連接點及連接方式、材料的選取、型式的選取，還有前副車架的相關子部件設計，比如控制臂支架、橡膠襯套和腹板（加強板）。

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