启飞汽车

摘要

    分析了某全新乘用车以某一特定车速通过铁轨时，产生较大冲击异响的原因。分析过程中结合该车的具体结构和连接技术，分析了相关零部件连接处的受力情况，给出了相应的解决方案，相关设计方案经过实车验证，异响得到了消除。

一、异响产生原因分析

1.1异响原因排查和确认

    通过对整个动力总成和底盘相关零部件进行排查，可能产生异响的地方主要有：1） 发动机左悬置与左悬置支架间隙较小处；2）发动机后悬置与后悬置支架间隙较小处；3）排气管与车身中通道最小间隙处；4）前减振器与转向节连接处；5）下控制臂与副车架连接处；6）副车架与车身连接处；7）前滑柱总成与车身安装处；8）减振器活塞与内筒的接触面。
通过反复试验，最终确定为副车架与车身连接处，副车架与车身之间产生相对移动导致异响，具体如图2 所示。
 

2.异响机理分析

    前轮受到的水平冲击力，通过轮毂、转向节、前下控制臂传递到前副车架，但前副车架与车身的螺纹连接产生的摩擦力却无法抵抗这个冲击力，导致副车架在瞬间发生了较大的相对位移，使得副车架后安装孔内壁与安装螺栓产生了碰撞，发出了金属碰撞的异响。
 

    由式（3）可得 4 个安装点的摩擦力为 f =91 836.8 N。其中式（1）与式（2）均出自《QC/T 518-2013 汽车用螺纹紧固件紧固转矩》。
    假定车辆各部件之间均为刚性连接，汽车过坎瞬间可产生最大 4 g 的冲击减速度，该车整备质量为 1265 kg，加上驾驶员的质量 70 kg，实际载荷 1335 kg，可产生的冲击力为 F =ma =1335×4×9.8=52 332 N。
    由此可知， F 远小于 f，即理论上副车架与车身连接处的摩擦力足以抵抗车辆过坎时产生的冲击力。但实际冲击发生时，副车架相对车身发生了明显的位移，即表明副车架与车身连接处实际的摩擦力 f 小于冲击力 F ，在冲击力 F 一定的情况下，说明摩擦力 f 未达到理论设计值。在多次复查更换全新的螺栓并拧紧到设定的 180 N·m转矩，问题依然存在，由此可排除装配问题导致的异响产生。由式（3）可知，我们可以从安装面的实际摩擦因数和螺栓实际产生的预紧力两个方面进行分析。

3. 异响处零部件结构分析

    副车架的装配是采用 M14 六角法兰面螺栓穿过副车架金属套管（壁厚 3 mm）与车身钣金上焊接的 M14 六角焊接螺母相连，具体结构如图 3 所示。
 

    当螺栓拧紧时，因六角焊接螺母的最大接触面，小于副车架金属套管支撑的范围，结构强度不足。对新车来说，这样的情况将导致车身钣金在套管内侧上方的环形支撑面产生弹性变形，如图4 所示，使得设定力矩产生的实际预紧力小于理论预紧力。随着车辆的使用，弹性变形区域在持续预紧力的作用下，将产生塑性变形，从而使得螺栓松动，不仅会使得异响加重，甚至会导致螺栓损坏或脱落，带来严重的安全风险。

二、解决方案

    考虑到与副车架相连的车身已经 CAE 分析，各向动刚度已满足设计目标。在尽量不修改副车架和底盘结构设计的前提下，对螺纹连接的紧固件进行重新设计。将原六角焊接螺母改为法兰面直径为 36 mm 的非标六角法兰面螺母，并增加外直径为 36 mm 厚 4 mm 大平垫圈，以加大两螺纹连接部件的接触面积，减少钣金变形，提高预紧力。
 

三、结语

    本文主要解决了螺纹连接所产生的底盘异响问题，实际上，底盘异响还与车身和副车架产品质量紧密相关，比如与副车架相连的车身安装位置平面度和位置度、副车架自身安装点的平面度和位置度等。因此，在零部件总装的螺纹连接设计过程中，不仅要尽量提高产品的尺寸位置公差，还可以通过增加连接面的粗糙度来增加连接副的摩擦力，从而减少各类异响的发生。

作者：罗涌泉  来源：机械工程师
 

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