【正文】 相關(guān)發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)外底盤零部件的研發(fā)現(xiàn)狀分析 當(dāng)前國外轎車底盤零部件研發(fā)趨勢： 速度快。 模塊化研發(fā)供貨。所謂模塊化就是將總成和零部件按其在汽車上的功能組合在一起，形成一個(gè)高度集中的、完整的功能單元，模塊化思想貫穿在汽車的開發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、采購和制造等環(huán)節(jié)的全過程之中。零部件供應(yīng)商將完成產(chǎn)品開發(fā)、制造、成本控制與交付，并擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這種合作的好處在于，汽車的設(shè)計(jì)周期越來越快， 1970－ 1980 年代出一部新車可能要三年五年，現(xiàn)在只需要十幾個(gè)月，豐田最快的只要 15 個(gè)月。同時(shí)汽車整車廠只需要確定整個(gè)模塊的外界設(shè)計(jì)目標(biāo)并加以驗(yàn)收，同時(shí)對(duì)關(guān)鍵過程進(jìn)行適當(dāng)跟蹤檢查即可，這極大地降低了整車企業(yè)的研發(fā)成本，同時(shí)也給零部件企業(yè)提出了挑戰(zhàn)、提供了模塊化開發(fā)的平臺(tái)。 低成本。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 8 國內(nèi)當(dāng)前轎車底盤零部件的研發(fā)現(xiàn)狀分析。 另外一種是在選定國際知名品牌的平臺(tái)后，參照該平臺(tái)車型的底盤懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行逆向開發(fā)。一些技術(shù)力量相對(duì)較強(qiáng)的企業(yè)，如果出現(xiàn)開發(fā)質(zhì)量問題，可以進(jìn)行局部 CAE 分析以用于改善工藝和局部結(jié)構(gòu)。 轎車底盤零部件國內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀差異比較分析。傳統(tǒng)上，產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)由具有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師負(fù)責(zé)。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 9 事實(shí)上，國內(nèi)具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程師數(shù)量上嚴(yán)重不足，各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)也表明優(yōu)秀的產(chǎn)品研發(fā)工程師的年齡大都在 40 歲以上，這也反映要求產(chǎn)品研發(fā)工程師需要多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 當(dāng) 前，完全依照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行傳統(tǒng)方式上的產(chǎn)品研發(fā)也已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了產(chǎn)品研發(fā)的效率，主要表現(xiàn)為： （ 1）僅憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高存在一定的局限性，優(yōu)化研發(fā)結(jié)果和縮短研發(fā)時(shí)間受到較大限制， （ 2）不利于建立可共享并可用于持續(xù)改進(jìn)和系列化柔性開發(fā)的平臺(tái)建立， （ 3）不利于研發(fā)人員的流動(dòng)和研發(fā)流程的制度化與優(yōu)化， （ 4）不利于企業(yè)長期研發(fā)專家系統(tǒng)的建立， （ 5）不利于利用最新的計(jì)算機(jī)及相關(guān)優(yōu)秀軟件技術(shù)快速滿足市場多品種重個(gè)性的快速發(fā)展需求。 而現(xiàn)代 CAD/CAE/CAM 手段如果能與上述專家系統(tǒng)結(jié)合起來，將形成強(qiáng)大的完善的快速的產(chǎn)品研發(fā)能力。 轎車底盤零部件產(chǎn)品研發(fā)中 CAD/CAE的發(fā)展歷史。 發(fā)端于航空航天的大型優(yōu)秀 3D 軟件（ CATIA/UG/PROE）自上世紀(jì)運(yùn)用到汽車工程設(shè)計(jì)研發(fā)之后就一直表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，這些軟件廣泛用于汽車造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配與運(yùn)動(dòng)分析、三維工程圖的設(shè)計(jì)等，由于所設(shè)計(jì)的成果直觀，易修改、共享性好，已基本刷新了舊有的二維設(shè)計(jì)方式。各 種 CAE軟件 都 提供了與多種 CAD 軟件的接口。只有將他們結(jié)合起來使用才能更好地發(fā)揮各自的功能。 各類 CAE 軟件在汽車及轎車底盤零部件中的開發(fā)也發(fā)揮著無可替代上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 11 的作用?？梢哉f， CAE 在汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中所發(fā)揮的作用已經(jīng)無法被取代。 （ 2） 減少了開發(fā)費(fèi)用。 （ 3） 有利于通過優(yōu)化手段開發(fā)出性能更為優(yōu)越的汽車整車和零部件。 當(dāng)然，從實(shí)際應(yīng)用的角度來說，汽車 CAE 作用的發(fā)揮還依賴于兩個(gè)重要前提。這里所指的基本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是指像 bush、彈簧、 輪胎特性數(shù)據(jù)、道路特性數(shù)據(jù)、各種材料的力學(xué)特性等。除此之外，要更好地實(shí)施 CAE 并發(fā)揮其作用，必需與 CAD/CAPP/CAM、優(yōu)化技術(shù)等結(jié)合起來加以綜合運(yùn)用。這里就幾個(gè) 與轎車底盤上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 12 零部件研發(fā)有關(guān)的 主要方面的應(yīng)用加以介紹。自上世紀(jì)五十年代起，有限元法就被廣泛應(yīng)用于航空、水利、土木建筑、機(jī)械等眾多領(lǐng)域，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)（包括線性與非線性）、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電路學(xué)、電磁學(xué)等問題的計(jì)算。另外，當(dāng)考慮機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力的偶合時(shí)，像 ANSYS、 NASTRAN 等大型軟件都提供了極為方便的分析手段。 對(duì)轎車底盤零部件進(jìn)行 有限元分析的目的在于提高其承載能力和抗變形能力、減輕其自身重量并節(jié)省材料。 （ 5） 汽車動(dòng)力學(xué)仿真分析 采用多體（剛體和柔體）動(dòng)力學(xué)分析方法進(jìn)行汽車動(dòng)力學(xué)仿真，可在研究階段預(yù)測整車的動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)這些性能進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提高產(chǎn)品性能、縮短開發(fā)時(shí)間、減少開發(fā)費(fèi)用的目的。為此，已開發(fā)出多種機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件。 ADAMS 中的 TIRE 模塊提供若干種輪胎模型供分析時(shí)選用，以準(zhǔn)確地建立輪胎的動(dòng)力學(xué)模型。國內(nèi)已有多家汽車公司利用該軟件進(jìn)行了貨車、轎車、汽車列車和大客車的動(dòng)力學(xué)仿真分析，并取得了較好的效果。 CAE 技術(shù)成 為實(shí)現(xiàn)這三點(diǎn)要求的重要手段。 本課題的研究意義： 由于公司必須要適應(yīng)主機(jī)廠模塊化供貨和同 步開發(fā)的要求，選擇前副車架總成這樣的典型產(chǎn)品作為研究的對(duì)象，探討副車架在具體結(jié)構(gòu)部件上的應(yīng)用，對(duì)于提高匯眾公司新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)虛擬分析的能力是具有非?，F(xiàn)實(shí)意義的。促進(jìn)匯眾正向研發(fā)能力的盡快形成。 轎車前副車架是匯眾公司的主 要產(chǎn)品之一，由于機(jī)構(gòu)和工況的復(fù)雜性 ,前副車架所受載荷不能簡單計(jì)算得出，必須使用類似 ADAMS 的計(jì)算軟件。 （ 2）懸架載荷變化時(shí)，輪距變化不超過177。 （ 3）縱向加減速時(shí)有抗俯仰作用。 前副車架在轎車整車上的功能描述。見圖 21 為某副車架照片。 圖 22 某副車架結(jié)構(gòu)示意圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 16 表 21 某副車架零件及連接點(diǎn)位置清單 序號(hào) 零件名稱 序號(hào) 連接點(diǎn)名稱 連接點(diǎn)屬性 1 左梁 A 與車身左前連接點(diǎn) 螺栓連接 2 左搖臂后支架 B 與左搖臂前連接點(diǎn) 螺栓連接 3 左搖臂前支架 C 與車身右前連接點(diǎn) 螺栓連接 4 前梁 D 與右搖臂前連接點(diǎn) 螺栓連接 5 右搖臂 前支架 E 與車身右后連接點(diǎn) 螺栓連接 6 右梁 F 與搖臂右后連接點(diǎn) 螺栓連接 7 右搖臂后支架 G 與車身左后連接點(diǎn) 螺栓連接 8 后梁 H 與搖臂左后連接點(diǎn) 螺栓連接 由圖 22 和表 21 可知，某副車架的主要結(jié)構(gòu)是由兩根橫梁和兩根縱梁以及一些附屬支架通過焊接構(gòu)成，焊接方式為弧焊。 某副車架材質(zhì)為冷軋鋼板，材料厚度為 ，材料抗拉強(qiáng)度為340MPa~360MPa，屈服強(qiáng)度為 240MPa~260MPa。為此，國際各大整車廠商都對(duì)副車架在各工況下承受的載荷 進(jìn)行了詳細(xì)的定義，表 23為設(shè)計(jì)開發(fā)副車架時(shí)主要的工況清單。其一為以螺栓作剛性連接，其二為上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 18 中間借助橡膠墊進(jìn)行連接。而彈性連接的副車架則極大地降低了轉(zhuǎn)向車身的振動(dòng)和噪聲。 前至后驅(qū)動(dòng)車型的副車架與車身有六個(gè)柔性連接點(diǎn)，作為柔性連接的橡膠墊具有低載時(shí)剛度小、高載時(shí)剛度大的非線性 特點(diǎn)。 強(qiáng)化車身結(jié)構(gòu)（如何隔振、降低噪音、均勻分配載荷） 副車架可隔絕由懸架及傳動(dòng)系傳來的振動(dòng)及噪聲。副車架還提高了懸架支點(diǎn)部位的剛度，易得到準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)特性。但這種結(jié)構(gòu)由于重量增加及成本較高，故主要用于高級(jí)車及跑車 。 課題研究目標(biāo) 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 19 課題以前副車架總成作為研究對(duì)象，根據(jù)不同產(chǎn)品間所具有的極高產(chǎn)品相似特性，探討如何科學(xué)總結(jié)轎車底盤零部件的研發(fā)規(guī)律流程。在實(shí)際研究過程中，不同的整車工況和系統(tǒng)要求與輸入，不同的材料結(jié)構(gòu)工藝將構(gòu)成一系列復(fù)雜的產(chǎn)品特性，這些特性一部分用于對(duì)整車和系統(tǒng)需求特性的分解和驗(yàn)證，一部分用于匯眾 4 大工藝實(shí)施時(shí)的分配與現(xiàn)場控制。 研究內(nèi)容 確定建立前副車架柔性研發(fā)平臺(tái)和設(shè)計(jì)方法知識(shí)庫描述方法。 基于建立前副車架研發(fā)知識(shí)庫的 CAD/CAE 二次開發(fā)，在 CAD 中，試圖建立典型 3D 結(jié)構(gòu)庫已被調(diào)用，如斷面結(jié)構(gòu)，焊接搭接結(jié)構(gòu)等、在 2D 圖中建立基準(zhǔn)與公差標(biāo)準(zhǔn)庫、材料標(biāo)準(zhǔn)庫等；在 CAE 中，建立工況庫、約束方式及加載方式庫，劃分網(wǎng)格的基本流程與規(guī)范，使計(jì)算結(jié)果盡量與工程師人為因素不相關(guān)。同時(shí)建立起一個(gè)關(guān)于前副車架總成較詳細(xì)的數(shù)據(jù)平臺(tái)。 4 前副車架關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素的建立與運(yùn)用 建立與前副車架總布置等相關(guān)的設(shè)計(jì)要素 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 21 前副車架通常連接底盤與車身。 與控制臂連接處切面，如圖 與圖 。尤其是前副車架球鉸鏈和前副車架安裝點(diǎn)在汽車坐標(biāo)系中 Z方向上 3~4mm的制造誤差則會(huì)引起整車輪胎挑動(dòng)和前束較明顯的變化，因此在設(shè)計(jì)相關(guān)形位公差時(shí)要的別將這些尺寸進(jìn)行重點(diǎn)控制。 已有多起質(zhì)量故障和試驗(yàn)都表明，無論是懸架件還是制動(dòng)盤的端跳乃至整車的 4 輪定位參數(shù)等涉 及車輛重要行使安全的參數(shù)都應(yīng)嚴(yán)格控制公差。 建立與結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度相關(guān)的 設(shè)計(jì)要素 沖壓焊接結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的關(guān)系 沖壓焊接結(jié) 構(gòu)是當(dāng)前運(yùn)用最為普遍的結(jié)構(gòu)之一，具有成本低、造型靈上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 23 活、制造技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，是目前前副車架普遍的焊接方式。在傳統(tǒng)的沖壓生產(chǎn)過程中，無論是沖壓工序的制定、工藝參數(shù)的選取，還是沖壓模具的設(shè)計(jì)、制造，都要經(jīng)過多次修改才能確定。 沖壓成型過程數(shù)值模擬技術(shù)的出現(xiàn)為改變這種傳統(tǒng)模式提供了強(qiáng)有力的工具。該技術(shù)使試模時(shí)間大大縮短，從而減少制模成本。根據(jù)筆者的初步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)安裝尺寸和其它部分結(jié)構(gòu)相同時(shí)，這兩種結(jié)構(gòu)對(duì)整車部分操穩(wěn)性和平順型影響有明顯不同。 框式的副車架又可細(xì)分為帶管、不帶管。 圖 六點(diǎn)支撐副車架 圖 為六點(diǎn)支撐典型副車架。在穿插進(jìn)行 CAE分析的過程中，作為開發(fā)前副車架的環(huán)節(jié)之一，通過調(diào)節(jié) CAE 過程中的一下要素是可以順利完成部分設(shè)計(jì)驗(yàn)證的： 對(duì)初步出現(xiàn)的危險(xiǎn)部位改善容易引起應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，這是最有效的改善途徑。 對(duì)初步出現(xiàn)的危險(xiǎn)部位對(duì)照工程常識(shí)改善約束方式，包括自由度的設(shè)置、約束節(jié)點(diǎn)的分布。 對(duì)初步出現(xiàn)的危險(xiǎn)部件采用更好性能和厚度更大的材料，這樣可能增加成本和重量。對(duì)于不同類型的載荷，副車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用的設(shè)計(jì)流程也不盡相同。對(duì)于交變載荷， CAE 分析之后，需要搭建臺(tái)架進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，通過臺(tái)架試驗(yàn)后再進(jìn)行整車試驗(yàn)，以此驗(yàn)證副車架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性。整上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 26 車廠商在國內(nèi)完成該引進(jìn)車型的道路譜采集工作，對(duì)采集得到的道路譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估后，得出在縱向力工況下，國內(nèi)的路況要比原設(shè)計(jì)所在地惡劣，需要采用適合中國路況的縱向力載荷，對(duì)副車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理 性重新評(píng)估。也就是說，某副車架的路況適應(yīng)性開發(fā)工作只要評(píng)估在縱向力工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如果滿足模塊要求，那么就可以證明副車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在中國是可靠安全的。因此只要選擇一個(gè)典型的工況，完成該工況下全部相應(yīng)的仿真和試驗(yàn)工作，然后進(jìn)行對(duì)比分析，就可以達(dá)到本課題的目的。 縱上所述，根據(jù)項(xiàng)目的具體需要和實(shí)際的課題目的，本文選擇了某副車架縱向力載荷輸入這一典型的工況，以此作為有限元分析工況，并結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)以驗(yàn)證分析結(jié)果的合理性。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 27 圖 副車架縱向受力及約束示意圖 前副車架設(shè)計(jì)要素系統(tǒng)化（分類分級(jí)）與應(yīng)用分布 前副車架設(shè)計(jì)要素分類方法可大致分為 2 類 :按與其它零件的設(shè)計(jì)要素相比可分為通用設(shè)計(jì)要素和專用 設(shè)計(jì)要素；按重要程度可分為關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素和一般設(shè)計(jì)要素。結(jié)合本文要旨，在以上各部分討論的基礎(chǔ)上，在這里只討論按開發(fā)流程進(jìn)行劃分的設(shè)計(jì)要素的分類及其應(yīng)用分布。正如前文論述和后文算例中所指出的，這些設(shè)計(jì)要素對(duì)于整車的操穩(wěn)性和舒適性有重要的影響。 三個(gè)安裝點(diǎn)的約束方式、約束結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 材料材質(zhì)、材料規(guī)格，這涉及到選擇材料應(yīng)變應(yīng)力兩方面性能（如強(qiáng)度屈服極限延展性等）鑄、鍛或沖焊工藝并確定與它們相關(guān)的拔模斜度、斷面尺寸安排等工藝（如焊縫分布）和強(qiáng)度等要求。如工字?jǐn)嗝鎱?shù)、閉口斷面搭接參數(shù)、圓角倒角變化、加強(qiáng)筋、各曲面曲率協(xié)調(diào)等。 前副車架安裝點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括斷面和連接，連接中涉及球頭鐓鉚、焊接變形的避免或補(bǔ)償、壓裝定位等。如鑄鍛件上的凸臺(tái)、沖壓件上 的平面孔、定位平面等。 靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算除了驗(yàn)算強(qiáng)度外還可用來檢驗(yàn)裝配約束和工藝。 提出材料材質(zhì)規(guī)格調(diào)整方向。 工程設(shè)計(jì)（ 2D）階段 衍生基準(zhǔn)。 形位公差。 工藝操作干涉現(xiàn)象分析，避免出現(xiàn)沖壓負(fù)角、焊接槍頭進(jìn)不去等錯(cuò)誤。這些應(yīng)一一在工程二維圖上加以說明。試驗(yàn)種類以包括靜態(tài)功能強(qiáng)度試驗(yàn)（如壓入力或壓出力）、一般疲勞試驗(yàn)、特殊工況 試驗(yàn)（如沖擊與碰撞）等，可先進(jìn)行試驗(yàn)仿真，可單個(gè)零件或至于系統(tǒng)模塊直至整車試驗(yàn)中去做。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SH59轎車前副車架設(shè)計(jì) 30 根據(jù)以上陳述，至少涉及到 36 個(gè)方面的設(shè)計(jì)要素，它們之間相