劉小會

摘 要：文章首先分析了發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)的主要作用和存在的主要問題，并基于此給出了一種新的發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)。解決了現(xiàn)有的問題，提高了白車身的性能。

關(guān)鍵詞：焊接順序;激光拼焊;強度;開裂;碰撞

中圖分類號：U464.9 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）09-94-04

The Optimization of Side Beam Structure of Automobile Engine Compartment

Liu Xiaohui

（ Anhui Jianghuai Automobile Group Co.， Ltd.， Anhui Hefei 230601 ）

Abstract：?At first， this paper analyzes the main functions and main problems of the engine side beam structure， and then based on this present a new side beam structure of engine cabin. This existing problems are solved and the performance of body-in-white is improved.Keyword： Welding sequence; Laser welding; Strength; Craze; CrashCLCNO.： U464.9 ?Document Code：A ?Article ID： 1671-7988（2020）09-94-04

前言

每種材料都有一定的強度等級，當材料所受的力超過其材料強度時，材料就會出現(xiàn)變形，甚至開裂等問題。^[1]對于白車身來說，整個汽車的重量，加速度等力量主要通過懸架，副車架等在車身上的安裝點傳遞至整個白車身。因此，懸架，副車架在車身上的安裝點處的鈑金所承受的力最大。因此，在可靠性試驗時，對于白車身來說，懸架，副車架安裝點處及其附近位置最容易出現(xiàn)開裂問題。因此，在車身設(shè)計時，懸架，副車架安裝位置處的結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為重要。^[2]

1 發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)介紹

如下圖1所示為發(fā)動機艙側(cè)邊梁在整個白車身的位置示意圖。發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)主要作用可以分為三個方面，其一為正面碰撞時進行力的傳遞，其二為懸架安裝的支撐，其三，該結(jié)構(gòu)為整車骨架結(jié)構(gòu)的一部分，對于整車靜剛度影響較大。^[3]

2 發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的主要問題

現(xiàn)以某型汽車為例說明發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題：

下圖2為發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)主要包括圖示8個零件。

件1為側(cè)圍外板，件2為A柱內(nèi)板，件3為發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段，件4為發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板前段，件5為發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板前段，件6為發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板后段，件7為發(fā)動機艙蓋鉸鏈安裝板，件8為發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板連接板

下圖3為白車身各級總成焊接順序示意圖，圖2中各個零件的上件順序如下：

其中件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板前段4和件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板前段5屬于發(fā)動機艙左側(cè)分總成9，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板后段6和件發(fā)動機艙蓋鉸鏈安裝板7屬于前風窗橫梁總成11，與件A柱內(nèi)板2一起上件;件側(cè)圍外板1屬于側(cè)圍總成12;件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段3最后上件。

也就是說，對于圖2中所示的八個件來說，上件順序按照從前到后即為，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板前段4和件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板前段5先焊好，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板后段6，件發(fā)動機艙蓋鉸鏈安裝板7和件A柱內(nèi)板2上件焊接，然后件側(cè)圍外板1上件焊接，最后上件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段3和件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板連接板8焊接。

總成9為發(fā)動機艙左側(cè)分總成，件10同圖2中件2為A柱內(nèi)板，總成11為前風窗橫梁總成，件12為側(cè)圍外板總成，件13如下圖2中件3為發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段

下圖4為圖5，圖6、圖7所示斷面位置示意圖。件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段3和件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板連接板8圖中在圖5、圖6、圖7三處所示區(qū)域因為一側(cè)被腔體遮擋，焊槍不可打，導(dǎo)致點焊無法實現(xiàn)，只能采用塞焊的形式進行焊接。而據(jù)統(tǒng)計，一個塞焊僅僅相當于0.67個點焊，連接強度差，且操作不易實現(xiàn)自動化，影響生產(chǎn)節(jié)拍。

另一方面，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段3與件側(cè)圍外板1相連接，件側(cè)圍外板1材質(zhì)一般選用強度等級低，易于成型的DC06。從圖四中所示前懸架安裝點的力，經(jīng)由件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板前段4，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板前段5傳遞至件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段3，并通過圖五中所示塞焊傳遞給力強度等級很低的件側(cè)圍外板1，導(dǎo)致件側(cè)圍外板1在圖五中所示塞焊區(qū)域所受力大于件側(cè)圍外板1材料的屈服強度，從而引起件側(cè)圍外板1的開裂。

在正面碰撞時，通過件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段3，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板前段4，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板前段5，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板后段6，件發(fā)動機艙蓋鉸鏈安裝板7，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板連接板8傳遞至強度等級很差的件側(cè)圍外板1，使得件側(cè)圍外板1迅速變形，無法有效的進行力的傳遞，因此無法有效保護乘員的安全。

件3為發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段，件4為發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板前段，件5為發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板前段。

件1為側(cè)圍外板，件3為發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板后段。

件1為側(cè)圍外板，件8為發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板連接板。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

下圖八為新的的發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)示意圖，該發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)主要包括圖示的五個件。圖九為圖八中所示斷面D-D。

件14為側(cè)圍外板，件15為A柱內(nèi)板，件16為發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板，件17為發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板。

件17為發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板，件18為發(fā)動機艙蓋鉸鏈安裝板。

如下圖10所示，件A柱內(nèi)板15，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板17，件發(fā)動機艙蓋鉸鏈安裝板18屬于下車體總成，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板16屬于側(cè)圍內(nèi)板總成20，件側(cè)圍外板14屬于側(cè)圍外板總成21。對于圖八和圖九中所示的五個件來說，上件順序按照從前到后即為，件A柱內(nèi)板15、件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板17和件發(fā)動機艙蓋鉸鏈安裝板18先焊好，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板16上件焊接，最后上件側(cè)圍外板14焊接。

件19為下車體總成，件20為側(cè)圍內(nèi)板總成，件21為側(cè)圍外板總成。

現(xiàn)將側(cè)圍總成分成兩部分上件，即側(cè)圍內(nèi)板總成20和側(cè)圍外板總成21。下圖11、圖12為側(cè)圍內(nèi)板總成示意圖，件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板16在側(cè)圍內(nèi)板總成上先進行焊接，焊點如下圖11、12所示，均可實現(xiàn)點焊焊接。

如下圖13、14所示，側(cè)圍外板總成上件時，焊槍被件A柱內(nèi)板15遮擋，點焊無法實現(xiàn)?，F(xiàn)采用激光焊接技術(shù)對側(cè)圍外板進行焊接。

件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板16通過點焊與A柱上框加強板和A柱加強板進行連接。A柱上框加強板材質(zhì)選用強度等級極高的B1500HS，厚度為1.6mm，A柱加強板選用強度等級較高的H420LA，厚度為1.2mm。因此可以很好的進行力的傳遞。

在正面碰撞時，從件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板16和件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板17傳遞來的力（如上圖10中箭頭方向）可以通過A柱上框加強板和A柱加強板兩個強度板進行很好的傳遞。

另一方面在車輛整車行駛過程中，整車的重力及加速度通過懸架副車架各個安裝點傳遞至車身。對于本方案所述的發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)來說，通過上圖15所示懸架安裝點傳遞至件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板16和發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板17的力如圖15中箭頭方向所示，因此在圖15中所示區(qū)域件發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板16和件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板17對于A柱上框加強板形成擠壓，極易導(dǎo)致圖中所示區(qū)域應(yīng)力過大。現(xiàn)發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板16和件發(fā)動機艙側(cè)邊梁內(nèi)板17因為連接的是強度極高的A柱上框加強板，因此可以解決此處的應(yīng)力問題。

另外，因為發(fā)動機艙側(cè)邊梁與側(cè)圍總成連接的優(yōu)化，又提高了整個白車身的靜剛度。

4 總結(jié)

現(xiàn)通過對焊接順序的調(diào)整以及激光焊接，優(yōu)化了發(fā)動機艙側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)，提高了發(fā)動機側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)的連接性。在正面碰撞時，更好的進行力的傳遞。優(yōu)化后，發(fā)動機艙側(cè)邊梁外板與材料等級較高的A柱上框加強板和A柱加強板進行連接，提升了該處的承載力。

參考文獻

[1] 同濟大學航空航天與力學學院基礎(chǔ)力學教學研究部.材料力學. 2011.02.

[2] 汽車工程手冊編委會.汽車工程手冊—設(shè)計篇.2001.01.

[3] 黃天澤，黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計.1997.10.