毕业设计论文轿车前副车架设计管理资料Word文档下载推荐.docx
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Themethodusedinthethesisisalsosuittodevelopmentofthesimilartypeofchassisstructurepart.Afterthecompletionofthethesis,thefiniteelementanalysismethodiseffectivelyappliedinthedevelopmentprocessofcradle.Throughthecomparisonbetweenthetestdataandsimulationresult,theanalysisexperienceisgotandthecomputerapplicationlevelisimproved.Throughtheresearchwork,thestraindistributiontestdataandmodeanalysisdataaregot,whichisveryusefultodevelopthesimilarstructurechassispartsandhelpfultoimprovethecompanydevelopmentcapability
KEYWORDScradle,construction,stress,finiteelementanalysis
SH59轿车前副车架设计
邱奕峰062103270
0引言
副车架为上海汇众汽车制造公司的主要产品，既是桑塔纳轿车也是上海通用别克轿车的配套产品，为轿车的国产化作出了突出贡献。
但由于副车架的复杂形状及冲焊工艺涉及到压机、材料、焊装夹具、焊接规范和焊接变形等多重因素的影响。
副车架生产过程中曾经出现上部侧壁冲压开裂、上下部四定位孔中心距超差、上下部点焊凸缘处偏差、托架焊接后位置尺寸超差等情况。
另外，为消除焊接变形影响必须设置校正工序等。
虽然生产厂通过严格的管理和检验，为桑塔纳轿车配套提供了具有“零缺陷”的合格产品，但生产过程中缺陷的出现，显著增加了成本、降低了经济效益。
开展旨在提高底盘冲焊件（特别是副车架）质量的课题的研究，对轿车底盘而且对整个车体的质量提高都具有重要意义。
本课题针对轿车底盘副车架进行焊接装配质量控制技术研究，通过副车架生产现状及其质量分析，对副车架焊装进行分析评价，提出改进方案。
1国内外相关发展现状
国内外底盘零部件的研发现状分析
当前国外轿车底盘零部件研发趋势：
速度快。
广泛采用计算机化手段，运用各类优秀成熟的CAD和CAE软件进行虚拟开发、优化设计和验证，并采用机电一体化CAM技术快速制造PROTYPE用于台架试验以快速验证设计，大大缩短了研发周期。
模块化研发供货。
模块化供货是汽车零部件开发的主要趋势。
所谓模块化就是将总成和零部件按其在汽车上的功能组合在一起，形成一个高度集中的、完整的功能单元，模块化思想贯穿在汽车的开发、工艺设计、采购和制造等环节的全过程之中。
根据模块化供货的要求，整车企业会向零部件供应商提出一揽子的要求，比如物理要求（重量、体积等）、性能的要求等一系列标准。
零部件供应商将完成产品开发、制造、成本控制与交付，并拥有知识产权。
这种合作已经成为一种趋势。
这种合作的好处在于，汽车的设计周期越来越快，1970－1980年代出一部新车可能要三年五年，现在只需要十几个月，丰田最快的只要15个月。
这种模式对零部件商的要求越来越高，一个是技术方面的要求，零部件供应商如何融入整车企业的设计开发过程；
一个是零部件占整车的价值在不断上升。
同时汽车整车厂只需要确定整个模块的外界设计目标并加以验收，同时对关键过程进行适当跟踪检查即可，这极大地降低了整车企业的研发成本，同时也给零部件企业提出了挑战、提供了模块化开发的平台。
比如前副车架（frontsubframe）的开发，当前大多数汽车整车企业只向零部件企业提供安装点（或运动硬点）、边界条件、载荷等，有关材料、结构、公差、工艺等全部由零部件供应商自行确定并加以验证后交付整车企业进行认可。
低成本。
由于竞争的激烈、大量现代设计研发手段的采用，在计算机虚拟制造验证成功后再投入设备工装，这使得颠覆性设计更改得到了极大的避免。
国内当前轿车底盘零部件的研发现状分析。
一种是根据国际知名企业所提供的全套设计文件（包括3D/2D图型、材料标准、试验标准、检验标准等）进行国产化开发供货，工程师根据这些输入对制造过程进行跟踪控制，并按整车厂的规定程序文件分阶段完成各项认可；
汇众对上海大众的国产化基本上属于这一类。
另外一种是在选定国际知名品牌的平台后，参照该平台车型的底盘悬架结构进行逆向开发。
国内绝大多数自主品牌的轿车底盘零部件开发方式基本如此。
一些技术力量相对较强的企业，如果出现开发质量问题，可以进行局部CAE分析以用于改善工艺和局部结构。
汇众对上海通用的国产化项目中较多属于这一类。
轿车底盘零部件国内外研发现状差异比较分析。
在产品研发过程中产生很多重要的产品开发文件，无论对企业制造系统、物流系统还是对车辆底盘系统性能乃至整车性能都有着直接的影响。
传统上，产品开发设计应由具有丰富经验的工程师负责。
作为一个优秀的产品设计工程师应具备如下条件：
（1）丰富的设计实际经验；
（2）熟知相关产品设计标准；
（3）熟练使用优秀设计手段；
（4）熟悉相关工艺规范；
（5）了解并能合理利用本企业相关资源；
（6）善于合作与沟通。
事实上，国内具有丰富的设计经验的工程师数量上严重不足，各项统计也表明优秀的产品研发工程师的年龄大都在40岁以上，这也反映要求产品研发工程师需要多年的实践经验。
这也成为传统产品研发工作的关键问题所在。
当前，完全依照经验进行传统方式上的产品研发也已经严重阻碍了产品研发的效率，主要表现为：
（1）仅凭经验进行产品研发，设计质量的提高存在一定的局限性，优化研发结果和缩短研发时间受到较大限制，
（2）不利于建立可共享并可用于持续改进和系列化柔性开发的平台建立，
（3）不利于研发人员的流动和研发流程的制度化与优化，
（4）不利于企业长期研发专家系统的建立，
（5）不利于利用最新的计算机及相关优秀软件技术快速满足市场多品种重个性的快速发展需求。
（6）国内目前的产品研发大多孤岛模式，能做到研发的各环节以及各系列产品之间有机集成集合智能优化同步开发并行实施工程的很少见。
而现代CAD/CAE/CAM手段如果能与上述专家系统结合起来，将形成强大的完善的快速的产品研发能力。
具体来讲，对于汇众而言，如果通过CAD/CAE/CAM手段集成出轿车零部件专家系统，而且这样的专家系统不仅能集合汇众的传统开发经验，同时也能有效集合链接大众通用福特等国际知名品牌的部分关键产品研发技术诀窍（KNOW-HOW），那么，汇众将逐步形成自主正向开发能力，并主要表现出以下重要特性：
（1）具备成熟的研发专家系统，有利于快速柔性开发，
（2）避免大量重复劳动、缩短设计周期，
（3）有利于平台共享，
（4）有利于提高研发质量，
（5）有利于企业自身研发系统利用CAD/CAE/CAM向集成化、智能化以及形成工程并行模式，
（6）有利于汇众的产品研发向两头延伸：
一方面成为汽车整车厂研发环节的重要的组成部分，在更宽广的模块范围内优质高效供货；
同时为企业内部工艺技术研发提供并行开发平台，并形成促进零部件工艺研发的有效推动力，克服当前有什么工艺就只承接相应的订单的个别现象。
轿车底盘零部件产品研发中CAD/CAE的发展历史。
CAD的运用。
发端于航空航天的大型优秀3D软件（CATIA/UG/PRO-E）自上世纪运用到汽车工程设计研发之后就一直表现出强大的生命力，这些软件广泛用于汽车造型、结构设计、装配与运动分析、三维工程图的设计等，由于所设计的成果直观，易修改、共享性好，已基本刷新了旧有的二维设计方式。
这些3D设计结果易于相互转换并易于与各类CAE/CAM软件接口。
各种CAE软件都提供了与多种CAD软件的接口。
一般来说，有限元软件的建模功能不如专门的CAD软件强大。
只有将他们结合起来使用才能更好地发挥各自的功能。
CAE的运用。
各类CAE软件在汽车及轿车底盘零部件中的开发也发挥着无可替代的作用。
如采用有限元法（FEM）计算机械零件的应力和变形进行强度和刚度分析；
采用多体动力学方法进行汽车整车的操纵稳定性和行驶平顺性的动态仿真分析；
采用有限元法进行汽车碰撞分析；
采用有限元法和边界方法（BEM）分析汽车的噪声等等。
可以说，CAE在汽车产品开发过程中所发挥的作用已经无法被取代。
CAE在汽车产品开发过程中的作用集中体现在三方面：
（1）CAE极大地缩短了产品的研制周期，在建模和分析过程中采用实体造型和参数化，模型和参数的修改都很方便，最终确定合理的结构参数所需时间得到大幅度的缩短。
（2）减少了开发费用。
相对于道路试验和室内台架试验而言，利用CAE分析汽车整车及零部件的各种性能所需要的费用大幅减少。
（3）有利于通过优化手段开发出性能更为优越的汽车整车和零部件。
譬如通过优化轿车底盘零部件的结构参数减轻整车重量；
通过优化行走系和转向系的参数提高整车的操纵稳定性和行驶平顺性等。
当然，从实际应用的角度来说，汽车CAE作用的发挥还依赖于两个重要前提。
其一是对CAE技术的熟练掌握，其二是要提供最基本的实验数据和相关数据库。
这里所指的基本实验数据，是指像bush、弹簧、轮胎特性数据、道路特性数据、各种材料的力学特性等。
所谓相关数据库是指企业在产品设计和开发过程中不断积累的、能够提供结构形式和主要参数（包括价格、外协情况等）的数据库。
除此之外，要更好地实施CAE并发挥其作用，必需与CAD/CAPP/CAM、优化技术等结合起来加以综合运用。
CAE在汽车产品开发中的应用范围非常广泛。
这里就几个与轿车底盘零部件研发有关的主要方面的应用加以介绍。
（4）有限元法在轿车底盘零部件的结构强度和刚度分析方面的运用
有限元法是进行工程计算的有效方法，是工程科学的重要工具，其重要性仅次于数学。
自上世纪五十年代起，有限元法就被广泛应用于航空、水利、土木建筑、机械等众多领域，可进行结构力学（包括线性与非线性）、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等问题的计算。
有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到普遍采用，特别是在材料应力应变的线性范围内更是如此。
另外，当考虑机械应力与热应力的偶合时，像ANSYS、NASTRAN等大型软件都提供了极为方便的分析手段。
轿车底盘零部件是汽车中结构和受力都较复杂的部件。
对轿车底盘零部件进行有限元分析的目的在于提高其承载能力和抗变形能力、减轻其自身重量并节省材料。
另外，就整个汽车而言，当轿车底盘零部件重量减轻后，整车重量也随之降低，从而改善整车的动力性和经济性等性能。
（5）汽车动力学仿真分析
采用多体（刚体和柔体）动力学分析方法进行汽车动力学仿真，可在研究阶段预测整车的动力学性能，对这些性能进行优化，以达到提高产品性能、缩短开发时间、减少开发费用的目的。
以整车的操纵稳定性为例，由于影响因素涉及到轮胎、悬架、转向等多个方面，简单的计算难以得到合理的结论，哪怕是定性的结论往往也不可靠。
为此，已开发出多种机械动力学仿真软件。
汇众目前使用的是美国MDI公司的ADAMS软件，它已被广泛用来进行汽车操纵稳定性、汽车行驶平顺性的动态仿真。
ADAMS中的TIRE模块提供若干种轮胎模型供分析时选用，以准确地建立轮胎的动力学模型。
ADAMS中的CAR模块是专为汽车动力学仿真而设计的，使用十分方便。
国内已有多家汽车公司利用该软件进行了货车、轿车、汽车列车和大客车的动力学仿真分析，并取得了较好的效果。
在现代汽车企业的竞争中，产品的质量、成本和投放市场的周期是最核心的竞争力的体现。
CAE技术成为实现这三点要求的重要手段。
随着计算机技术的高速发展，汽车CAE分析技术已经深入到产品设计的流程中，已经得到了非常广泛和深入的应用，汽车CAE发展到今天，几乎已经涵盖了汽车性能要求的所有方面，刚度、强度、疲劳寿命、振动噪声、运动与动力性分析、碰撞仿真和乘员保护、空气动力学特性等等，以GM和FORD为代表的汽车公司早就提出了虚拟样车和C3P这样的设计理念，CAE是其中极其重要的一个环节，通过对产品的全面仿真模拟计算，达到对产品性能的全方位预演和掌控。
1.4本课题的研究意义：
由于公司必须要适应主机厂模块化供货和同步开发的要求，选择前副车架总成这样的典型产品作为研究的对象，探讨副车架在具体结构部件上的应用，对于提高汇众公司新产品设计开发虚拟分析的能力是具有非常现实意义的。
也期望在这个过程中通过对企业多年来众多产品研发经验和知识的总结，归纳并建立典型前副车架产品的研发知识库，为以后建立轿车底盘零部件研发专有知识库，及时有效的提高产品研发质量和效率提供扎实的基础。
促进汇众正向研发能力的尽快形成。
2.前副车架结构设计与开发
研究对象概述：
轿车整车及底盘系统研发对前副车架的设计要求。
轿车前副车架是汇众公司的主要产品之一，由于机构和工况的复杂性,前副车架所受载荷不能简单计算得出，必须使用类似ADAMS的计算软件。
但无论如何计算，前副车架都必须满足以下基本的设计要求：
（1）足够的强度与刚度，可靠准确的传递各向载荷。
（2）悬架载荷变化时，轮距变化不超过±
4mm，悬架载荷变化时，前轮定位参数要有合理变化。
（3）纵向加减速时有抗俯仰作用。
（4）转弯时车身倾角要小，并须有增加不足转向效应。
前副车架在轿车整车上的功能描述。
前副车架所承载的关键零部件
某副车架是某轿车底盘中非常重要的承载件，就其本身工艺特性来说，某副车架是大型的冲压焊接件。
见图2-1为某副车架照片。
图2-1某副车架
图2-2及表2-1显示了某副车架的结构及与其它零件的连接位置。
图2-2某副车架结构示意图
表2-1某副车架零件及连接点位置清单
序号
零件名称
连接点名称
连接点属性
1
左梁
A
与车身左前连接点
螺栓连接
2
左摇臂后支架
B
与左摇臂前连接点
3
左摇臂前支架
C
与车身右前连接点
4
前梁
D
与右摇臂前连接点
5
右摇臂前支架
E
与车身右后连接点
6
右梁
F
与摇臂右后连接点
7
右摇臂后支架
G
与车身左后连接点
8
后梁
H
与摇臂左后连接点
由图2-2和表2-1可知，某副车架的主要结构是由两根横梁和两根纵梁以及一些附属支架通过焊接构成，焊接方式为弧焊。
副车架与车身、发动机及悬架的连接采用螺栓连接的方式，在螺栓连接处均使用橡胶衬套。
某副车架材质为冷轧钢板，，材料抗拉强度为340MPa~360MPa，屈服强度为240MPa~260MPa。
表2-2副车架功能清单
功能
主要
次要
承载传动系载荷
X
承载传动系扭矩
固定传动系
承载转向系载荷
承载悬架载荷
隔离传动系振动
隔离路面振动
承载路面冲击载荷
连接底盘与车身
保护传动系与路面障碍物的撞击
提供承载位置以利于车辆的运输
载荷工况
副车架从整车装配、包装运输到正常的行驶，都要承受各种不同的载荷，载荷性质也不尽相同，包括冲击、静力、交变载荷。
为此，国际各大整车厂商都对副车架在各工况下承受的载荷进行了详细的定义，表2-3为设计开发副车架时主要的工况清单。
副车架主要工况清单
工况名称
载荷类型
备注
交变载荷
最大向前加速度
紧急制动
施加最大踏板力时的行驶工况
倒车时紧急制动
倒车时施加最大踏板力的行驶工况
凹坑冲击
冲击载荷
整车行驶到凹坑时的工况
凹坑回弹冲击
整车从凹坑开道平地时的工况
整车顶升
静载荷
整车在升降机举升时的工况
9
路边缘冲击
整车转向时，碰到路边缘高起处
副车架与车身的连接方式有两种。
其一为以螺栓作刚性连接，其二为中间借助橡胶垫进行连接。
刚性连接可提高车身的整体刚度，同时提高悬架铰链点的位置精度，使铰链点位移量减小，对操纵稳定性有利，但隔振效果不好。
而弹性连接的副车架则极大地降低了转向车身的振动和噪声。
此外，还应综合考虑副车架和横梁的刚度及车身的连接刚度，以免产生共振现象。
前至后驱动车型的副车架与车身有六个柔性连接点，作为柔性连接的橡胶垫具有低载时刚度小、高载时刚度大的非线性特点。
因此，既可得到降噪、隔振的效果，又不影响悬架的运动特性。
强化车身结构（如何隔振、降低噪音、均匀分配载荷）
副车架可隔绝由悬架及传动系传来的振动及噪声。
同时由于控制臂及推力杆不直接安装在车身上，因此对车身变形的影响较小。
副车架还提高了悬架支点部位的刚度，易得到准确的运动特性。
此外，还可提高悬架装置在总装配线上的装配效率，对提高装配精度也极其有利。
但这种结构由于重量增加及成本较高，故主要用于高级车及跑车。
3.本课题要研究的目标与内容分解以及要解决的关键问题
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