一種外聯(lián)式斷開平衡懸架的開發(fā)及應(yīng)用

鄒興輝，李海波

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車作為一種高效的運輸工具，隨著技術(shù)的不斷進步，市場對汽車的各方面性能要求進一步提高，輕量化作為重型商用車的重要發(fā)展方向，成為當(dāng)前各主機廠著力研究的重要內(nèi)容。

承載系統(tǒng)在整車的自重中占有較大的比重，其本身的輕量化工作是重中之重。目前，承載系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)多為鑄造和沖壓結(jié)構(gòu)，存在較大的設(shè)計冗余或設(shè)計不盡合理，無法實現(xiàn)材料的充分利用，造成承載系統(tǒng)自重較大，難以實現(xiàn)整車的輕量化設(shè)計。

1 斷開式平衡軸應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

人們對貨運車輛舒適性、經(jīng)濟性等提出更高的要求，重卡市場上斷開式平衡軸應(yīng)用越來越普遍，斷開式平衡軸存在兩種技術(shù)狀態(tài)：內(nèi)聯(lián)式和外聯(lián)式。福田、一汽主要采用的是內(nèi)聯(lián)式平衡軸，陜汽、重汽、東風(fēng)主要采用外聯(lián)式平衡軸。我公司在跨越平臺上開發(fā)了內(nèi)聯(lián)斷開式平衡軸并已得到了批量應(yīng)用。

內(nèi)聯(lián)式和外聯(lián)式平衡軸產(chǎn)品性能差異不大，最大的區(qū)別是產(chǎn)品的安裝形式不同，兩種產(chǎn)品的相關(guān)對比如表1所示。

表1 產(chǎn)品性能對比表

1.2 存在問題

（1）裝配過程復(fù)雜，裝配時間長。內(nèi)聯(lián)斷開式平衡軸裝配時需要將車架尾梁拆除，從車架尾部將平衡軸吊入車架內(nèi)，且部分緊固螺栓被后鋼板彈簧遮擋，無法用風(fēng)槍打緊，螺栓安裝困難。

（2）裝配過程刮傷零件表面涂層。平衡軸吊裝過程中難免會和車架表面產(chǎn)生摩擦、磕碰，造成零件表面涂層損傷，影響整車的防腐性能。

（3）平衡軸部分緊固螺栓無法定扭矩。平衡軸的裝配為關(guān)鍵工序，其緊固螺栓的扭矩需得到有效控制，但內(nèi)聯(lián)式平衡軸部分緊固螺栓受到鋼板彈簧的遮擋，無法檢測扭矩，且該螺栓只能手動擰緊，扭矩?zé)o法控制。

綜上所述，結(jié)合內(nèi)聯(lián)式平衡軸在我公司的應(yīng)用情況，故擬開發(fā)外聯(lián)斷開式平衡軸并在現(xiàn)有產(chǎn)品上進行批量應(yīng)用。

2 斷開式平衡軸開發(fā)

本文通過對標(biāo)設(shè)計方法，基于當(dāng)前商用車主流競品的應(yīng)用情況，通過對斷開式平衡軸的結(jié)構(gòu)對比、材料分析、工藝對比等技術(shù)手段，確保產(chǎn)品的技術(shù)可行性，最后通過CAE分析，對平衡軸的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析，從而實現(xiàn)商用車設(shè)計輕量化的目標(biāo)，保證整車的使用安全。

2.1 標(biāo)桿分析

平衡懸架系統(tǒng)是牽引車底盤的關(guān)鍵組成部分，由于輕量化及行駛穩(wěn)定性的需求，重卡市場上懸架系統(tǒng)中斷開式平衡軸在牽引車上應(yīng)用越來越普遍，目前，斷開式平衡軸從安裝方式上分主要有兩種技術(shù)狀態(tài)內(nèi)聯(lián)式和外聯(lián)式。

其中，福田、一汽解放等牽引車，以及我公司輕量化牽引車等，主要采用內(nèi)聯(lián)式平衡軸，結(jié)構(gòu)如圖1所示，平衡軸裝配在車間內(nèi)側(cè)翼面上。

圖1 內(nèi)聯(lián)式平衡軸結(jié)構(gòu)圖

陜汽、重汽、東風(fēng)、柳汽以及解放輕量化牽引車型等主要采用外聯(lián)式平衡軸，平衡軸支架安裝在車架總成的外側(cè)腹面及車間橫梁的下翼面上，如圖2所示。

圖2 外聯(lián)式平衡軸結(jié)構(gòu)

通過對競品的調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，目前重卡平衡軸結(jié)構(gòu)逐步由內(nèi)聯(lián)式結(jié)構(gòu)向外聯(lián)式結(jié)構(gòu)發(fā)展，這主要是由于外聯(lián)式平衡軸裝配工藝性好，并且有利于平衡軸總成重量的降低，有利于進一步實現(xiàn)整車的輕量化。

2.2 性能確定

我司6×4輕量化牽引車主要匹配的是內(nèi)聯(lián)式斷開平衡軸懸架裝置，內(nèi)聯(lián)式和外聯(lián)式平衡軸產(chǎn)品性能差異不大，最大的區(qū)別是產(chǎn)品的安裝形式不同，兩種產(chǎn)品的相關(guān)對比如表2所示。

表2 內(nèi)聯(lián)式、外聯(lián)式結(jié)構(gòu)對比圖

2.3 設(shè)計開發(fā)

通過對競品的調(diào)研分析，確定外聯(lián)式斷開平衡軸設(shè)計方案，考慮現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，為實現(xiàn)鋼板彈簧的組合件上線，對標(biāo)解放、東風(fēng)結(jié)構(gòu)開發(fā)。

2.3.1 結(jié)構(gòu)開發(fā)

平衡軸總成是外聯(lián)式斷開平衡懸架的基礎(chǔ)，通過對競品的分析，確定平衡軸總成結(jié)構(gòu)，平衡軸總成采用免維護結(jié)構(gòu)，平衡軸支架與競品東風(fēng)天龍重卡啟航版平衡軸支架結(jié)構(gòu)相同，以保證平衡軸與鋼板彈簧組合件上線裝配的工藝性要求，為保證輕量化需求，采用高強度球墨鑄鐵QT800-5；板簧座參照現(xiàn)有平衡軸結(jié)構(gòu)，以保證鋼板彈簧的裝配一致性。斷開式平衡軸總成具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 平衡軸總成結(jié)構(gòu)圖

鑄造橫梁結(jié)構(gòu)開發(fā)，為保證平衡懸架系統(tǒng)的設(shè)計需要，平衡懸架上推力桿采用V型推力桿結(jié)構(gòu)，通過對競品的分析對比，設(shè)計新結(jié)構(gòu)鑄造橫梁替代原有沖壓橫梁，如圖4、圖5所示，在保證車架的扭轉(zhuǎn)剛度和承受縱向載荷在保證可靠性要求下，實現(xiàn)降重25 kg。

圖4 沖壓橫梁圖

圖5 鑄造橫梁圖

2.3.2 CAE分析

通過建立底盤的CAE分析模型，通過模擬車架總成在安裝有駕駛室、動力總成、牽引器負荷等工況下的加載，對項目設(shè)計的平衡軸總成及鑄造橫梁進行分析，保證整車安全性需要，如圖6所示。

圖6 CAE分析

表3 平衡軸支架分析結(jié)果

表4 鑄造橫梁分析結(jié)果

平衡軸支架CAE分析結(jié)果如表3所示，安全系數(shù)均滿足要求。

鑄造橫梁安全系數(shù)如表4所示，均滿足要求。

通過CAE的分析，平衡軸及鑄造橫梁的安全系數(shù)滿足要求。

2.3.3 匹配設(shè)計

平衡軸的設(shè)計需要基于模塊化、通用化的設(shè)計考慮，滿足不同驅(qū)動橋的裝配需求，在設(shè)計過程中充分考慮零部件的通用性，減少專用件設(shè)計開發(fā)，外聯(lián)式斷開平衡軸懸架系統(tǒng)各零部件開發(fā)也是在基于現(xiàn)有零部件的基礎(chǔ)上進行變動，如表5所示。

表5 平衡懸架系統(tǒng)零部件開發(fā)關(guān)系表

2.3.4 驗證階段

（1）試裝驗證。通過編制試制策劃書、試制計劃、試制裝配工藝流程、下發(fā)領(lǐng)料單，并與試制車間物料組和重卡班緊密對接，保證首臺樣車試制的順利進行。聯(lián)合重卡廠、工藝研究所、質(zhì)量管理部、供應(yīng)商管理部對外聯(lián)式斷開平衡懸架經(jīng)過多次試裝，對吊具、裝配工藝等進行了驗證，對重卡懸架平衡軸的裝配工藝進行了分析驗證，如圖7所示。針對試制問題，嚴格按照試制反饋流程將試制問題報告下發(fā)到各設(shè)計模塊，認真分析問題原因，并及時給出解決方案，保證試制問題閉環(huán)率達到100%。

圖7 生產(chǎn)線驗證

（2）試驗開發(fā)及驗證。為達成整車產(chǎn)品的開發(fā)指標(biāo)，針對應(yīng)用外聯(lián)式斷開平衡懸架的產(chǎn)品，編制試驗大綱，并借助外部試驗資源，策劃了整車性能試驗和整車可靠性試驗兩方面的實驗開發(fā)內(nèi)容，充分發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、零部件質(zhì)量方面的問題并改進。試驗大綱主要由以下兩部分組成：整車性能試驗大綱、整車可靠性試驗大綱。如表6所示。

表6 試驗大綱表

通過對競品及我司開發(fā)車型的平順性試驗對比可以看出，我司開發(fā)匹配的外聯(lián)式斷開平衡軸懸架產(chǎn)品的平順性能優(yōu)于競品車輛。如表7所示。

可靠性試驗結(jié)論。將外聯(lián)式斷開平衡軸懸架產(chǎn)品累計進行了8 000公里的整車可靠性道路試驗，統(tǒng)計開發(fā)產(chǎn)品在過程中的各類問題，并對重點問題進行分析整改、閉環(huán)。如表8、9所示。

表7 平順性試驗結(jié)果

表8 可靠性試驗結(jié)果

可靠性試驗開發(fā)過程中遇到的關(guān)鍵問題，通過專家、項目研發(fā)人員以及供應(yīng)商三方面資源進行綜合分析，利用失效模型樹分析（Failure Tree Analysis, FTA）進行逐層展開，分項確認和問題閉環(huán)，有效解決了研發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，最終所有試驗問題得到閉環(huán)。

表9 重點試驗問題匯總表

3 總結(jié)

本文通過對外聯(lián)式斷開平衡軸懸架結(jié)構(gòu)重新開發(fā)以及零部件的校核及試驗驗證，完成外聯(lián)式斷開平衡懸架系統(tǒng)開發(fā)，在保證車架系統(tǒng)的強度與模態(tài)水平的前提下，對整車的輕量化設(shè)計也有較大的貢獻。

在承載系統(tǒng)的鑄件上通過CAE分析應(yīng)用，建立了一套鑄件輕量化的設(shè)計流程與方法，支撐了承載系統(tǒng)的輕量化設(shè)計開發(fā)，同時實現(xiàn)了外聯(lián)式斷開平衡軸懸架的輕量化設(shè)計。