上彎梁總成散熱器安裝點結構設計淺析

楊昌文 侯明亮 陸譽文

摘 要：通過對比某些型上彎梁總成的框架結構，結合路試散熱器安裝點開裂、脫落問題，對上彎梁散熱器安裝點結構進行優(yōu)化分析，總結散熱器安裝點結構設計特點;為后續(xù)車型開發(fā)提供借鑒。

關鍵詞：上彎梁;散熱器安裝點;結構優(yōu)化

1 引言

上彎梁總成主要是為散熱器、冷凝器、發(fā)罩鎖等零件提供安裝點需求，由于散熱器體積、質量較大;因工況環(huán)境復雜和惡劣;對上彎梁連接點強度、剛度有著重要影響;本文通過上彎梁總成散熱器安裝點的結構進行對比分析，結合路試實驗數(shù)據(jù)，總結散熱器安裝點設計經(jīng)驗，為今后進一步設計上彎梁總成散熱器安裝點結提供參考和借鑒。

2 耐久路試實驗驗證問題原因分析

2.1 某車型1：右上彎梁安裝點原設計集成膨脹箱支架上，且只有Z向1個焊點，對比分析了上彎梁左右安裝點的結構，結合CAE強度分析結果可以判斷出：1、由于左側安裝點的上彎梁周邊結構加強不足，在結構耐久試驗工況下安裝點處上彎梁產(chǎn)生高應力（184.6Mpa），最終導致安裝點處上彎梁鈑金開裂;2、由于焊接螺母處于加強板的端頭小翻邊上（翻邊高度16mm），且加強板翻邊僅左側與上彎梁1個焊點連接，上彎梁開裂后，加強板翻邊受力惡化且周邊結構懸空，最終導致焊接螺母翻邊疲勞斷裂（車型2故障模式相似）。

為解決左側安裝點強度不足問題，新增加強板與上彎梁設計6個焊點焊接;結構使左右兩邊保持一致，加強板厚度為1.5mm;加強后的更改方案左右安裝點的上彎梁應力值范圍均降低到90Mpa以下，比原方案降低53%;

2.2 某車型3：上彎梁安裝點原設計在上彎梁總成翻邊上，通過CAE強度分析：散熱器安裝點區(qū)域應力值155MPa（屈服極限155MPa），安裝結構為懸臂方式，2層板搭接結構;高應力集中導致鈑金疲勞開裂（車型4故障模式相似）。

為解決安裝點位置高應力集中、強度不足問題，新增加“L”型的螺母加強板（厚度為1.5mm）新增加強板與上彎梁設計6個焊點焊接;將最高應力由156MPa下降25%至117MPa。

3 結構理論分析

3.1 散熱器作為安裝在車身前端框架上的輸入之一，下端通過襯套連接安裝在下彎梁上;上端通過螺栓連接安裝在上彎梁上; 由于下端為軟連接，上端剛性連接，行車過程中散熱器安裝點主要受X向和Z向的力，Z向的力大部分為下彎梁承擔，上彎梁主要承受X向力;

3.2 針對安裝點進行受力分析： 安裝點位置主要受來自散熱器傳遞的X向力和Z向力，其中X向力為主;

3.2.1 散熱器安裝在上彎梁的翻邊上，該翻邊為懸臂結構，散熱器X向力作用下，焊點受剝離力最后導致焊點疲勞開裂。懸臂越長，安裝點開裂風險越高;路試實驗車型3 & 車型4前期設計均開裂;

3.2.2 散熱器安裝在上彎梁腔體中;安裝點焊接螺母處于加強板的端頭小翻邊上（翻邊高度16mm），加強板翻邊僅左側與上彎梁1個焊點連接，其他周邊與上彎梁本體離空; 由于散熱器橡膠襯套易磨損，導致散熱器出現(xiàn)晃動;故安裝點區(qū)域長期在此工況下，X向和Z向都會受力作用; 安裝點無X&Z向焊點連接;鈑金疲勞會導致安裝點開裂或螺母脫落的問題;路試實驗車型1 & 車型2均出現(xiàn)問題;

4 結構優(yōu)化措施匯總

4.1 上述結構及CAE分析結構表明：散熱器安裝點設計在翻邊上的懸臂結構比設計在腔體里的應力高30%;在設計時應優(yōu)先考慮腔體中;

4.2 散熱器設計在腔體中時，散熱器安裝點的加強板應搭接在上彎梁的至少2個面上;確保安裝點周圍能布下X向&Z向的焊點 ，保證安裝點的強度和剛度;確保在極限工況下的安裝點強度;

4.3 散熱器安裝點設計在翻邊上時，應減短懸臂長度，采用3層板連接;保證X向、Z向焊點空間;可采用單側使用2個安裝點連接，以降低安裝點附件應力，確保安裝點強度;

4.4 典型結構設計推薦

5 小結

散熱器安裝點區(qū)域的車身結構具備一定的承重性和耐久性，本文通過對現(xiàn)有車型的安裝點結構存在的問題案例分析，通過路試驗證結果對比，總結在設計散熱器安裝點關注點，為后續(xù)開發(fā)車型提供設計經(jīng)驗和方向。

參考文獻：

[1]林炳華.最新汽車使用設計[M]哈爾濱：黑龍江人民出版社2005.

[2]黃金陵.汽車車身設計[M]北京：機械工業(yè)出版社2007.

[3]成艾國，沈陽，姚佐平. 汽車車身先進設計方法和流程[M]北京：機械工業(yè)出版社2011.

[4]黃天澤，黃金陵.汽車車身結構與設計[M].北 京：機械工業(yè)出版社，1997.