CN209650376U - 铝、镁合金组合式结构副车架 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种铝、镁合金组合式结构副车架，包括安装在车身左右两侧的铝合金纵梁，两所述铝合金纵梁的前端之间安装有镁合金前横梁，两所述铝合金纵梁的后端之间安装有镁合金后横梁，两所述铝合金纵梁、所述镁合金前横梁和所述镁合金后横梁通过连接固定装置形成框式结构；本实用新型采用所述铝合金纵梁、所述镁合金前横梁和所述镁合金后横梁通过所述连接固定装置安装成框式结构的副车架总成，降低了所述副车架总成的重量，框式结构提升整体的刚度，实现了轿车所述副车架总成的轻量化设计，可组合安装，避免现有的焊接产生的污染、喷涂污染、节能环保，本实用新型所述副车架总成的组装模式，可以实现局部单件的更换，满足售后的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种新能源汽车用副车架。
背景技术
作为有效的节能手段，汽车轻量化技术已经成为汽车工业发展的重要研究课题之一，也是汽车技术发展的一个重要趋势，汽车副车架作为底盘的关键部分，承受着来自道路和装载的各种复杂载荷作用，并且汽车上许多重要总成件都是以车架为载体，车架的强度和刚度对于车辆来说非常关键。据了解，对于整车来说，驾车的自身重量每减轻10％，能量可降低6％～8％。
国外汽车主机厂越来越多的通过应用铝合金来实现汽车减重。而国内铝、镁合金副车架受制于结构设计开发能力和铝、镁合金生产工艺水平的限制，同时国内自主研发的品牌车型主要是面向中低端市场，无法承担较高的零件生产成本，故在国内自主研发的品牌车型中应用铝、镁合金副车架的较少。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种轻量化、可组合、节能环保、维修便捷的铝、镁合金组合式结构副车架。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：包括安装在车身左右两侧的铝合金纵梁，两所述铝合金纵梁的前端之间安装有镁合金前横梁，两所述铝合金纵梁的后端之间安装有镁合金后横梁，两所述铝合金纵梁、所述镁合金前横梁和所述镁合金后横梁通过连接固定装置形成框式结构。
作为优选的技术方案，所述连接固定装置为紧固螺栓和螺母。
作为优选的技术方案，所述镁合金前横梁前端安装有缓冲带。
作为优选的技术方案，所述镁合金前横梁前端左右两侧分别设置有前车身安装部，所述镁合金前横梁左右两端分别设置有前车身辅助安装部，所述镁合金前横梁后端左右两侧分别设置有纵梁前端安装部，所述镁合金后横梁前端左右两侧分别设置有纵梁后端安装部，所述前车身安装部上设置有前车身安装孔，所述前车身辅助安装部上设置有前车身辅助安装孔，所述纵梁前端安装部上设置有纵梁前端安装孔，所述纵梁后端安装部上设置有纵梁后端安装孔。
作为优选的技术方案，所述镁合金后横梁后端左右两侧分别设置有后车身安装部，所述铝合金纵梁中部设置有中车身安装孔，所述铝合金纵梁前端设置有与所述纵梁前端安装孔配合的前横梁安装孔，所述铝合金纵梁后端设置有与所述纵梁后端安装孔配合的后横梁安装孔，所述后车身安装部上设置有后车身安装孔。
作为优选的技术方案，所述铝合金纵梁上设置有减重孔。
作为优选的技术方案，所述镁合金后横梁中部设置有加强筋。
作为优选的技术方案，所述镁合金后横梁上设置有动力总成连接孔。
由于采用了上述技术方案，铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：包括安装在车身左右两侧的铝合金纵梁，两所述铝合金纵梁的前端之间安装有镁合金前横梁，两所述铝合金纵梁的后端之间安装有镁合金后横梁，两所述铝合金纵梁、所述镁合金前横梁和所述镁合金后横梁通过连接固定装置形成框式结构；本实用新型的有益效果是：本实用新型采用所述铝合金纵梁、所述镁合金前横梁和所述镁合金后横梁通过所述连接固定装置安装成框式结构的副车架总成，由于镁合金密度小、比强度和比刚度高、压铸性能好、耐冲撞、阻尼吸震性能好等特性；以及铝合金刚度相对较好，密度较小的优势，降低了所述副车架总成的重量，框式结构提升整体的刚度，实现了轿车所述副车架总成的轻量化设计，质量减轻了31％。仿真结果表明，本实用新型所述副车架总成的强度、模态和动刚度特性均达到了要求。本实用新型可组合的特点，避免现有的焊接产生的污染、喷涂污染、节能环保，对于传统的焊接结构，本实用新型所述副车架总成的组装模式，可以实现局部单件的更换，满足售后的需求。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1是本实用新型实施例的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的立体结构示意图；
图3是本实用新型实施例镁合金前横梁的结构示意图；
图4是本实用新型实施例镁合金前横梁的立体结构示意图；
图5是本实用新型实施例镁合金后横梁的结构示意图；
图6是本实用新型实施例镁合金后横梁的立体结构示意图；
图7是本实用新型实施例铝合金纵梁的结构示意图；
图中：1-铝合金纵梁；2-镁合金前横梁；3-镁合金后横梁；4-前车身安装部；5-前车身辅助安装部；6-纵梁前端安装部；7-纵梁后端安装部；8-前车身安装孔；9-纵梁前端安装孔；10-纵梁后端安装孔；11-后车身安装部；12-中车身安装孔；13-后横梁安装孔；14-后车身安装孔；15-减重孔；16-前车身辅助安装孔；17-加强筋；18-动力总成连接孔；19-前横梁安装孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1至图7所示，铝、镁合金组合式结构副车架，包括安装在车身左右两侧的铝合金纵梁1，两所述铝合金纵梁1的前端之间安装有镁合金前横梁2，两所述铝合金纵梁1的后端之间安装有镁合金后横梁3，两所述铝合金纵梁1、所述镁合金前横梁2和所述镁合金后横梁3通过连接固定装置形成框式结构；
本实用新型采用所述铝合金纵梁1、所述镁合金前横梁2和所述镁合金后横梁3通过所述连接固定装置安装成框式结构的副车架总成，由于镁合金密度小、比强度和比刚度高、压铸性能好、耐冲撞、阻尼吸震性能好等特性；以及铝合金刚度相对较好，密度较小的优势，降低了所述副车架总成的重量，框式结构提升整体的刚度，实现了轿车所述副车架总成的轻量化设计，质量减轻了31％。仿真结果表明，本实用新型所述副车架总成的强度、模态和动刚度特性均达到了要求。本实用新型可组合的特点，避免现有的焊接产生的污染、喷涂污染、节能环保，对于传统的焊接结构，本实用新型所述副车架总成的组装模式，可以实现局部单件的更换，满足售后的需求。
如表1所示，前后横梁承受较大的载荷力，镁合金是所有结构合金中密度最小的材料，并具有比强度和比刚度高、压铸性能好，耐冲撞、阻尼吸震性能好等特性，是轻量化的理想材料之一。
左右纵梁采用了铝合金轻质材料，该框式副车架，安装在车身左右纵梁上，车身纵梁的强度符合碰撞要求时，副车架的纵梁仅起到了辅助支撑的作用，运用了铝合金刚度相对较好，密度较小的优势，降低了重量。
| 材料 | 屈服极限 | 弹性模量/GPa | 泊松比 | 密度/(g.cm3) |
| 钢 | 427 | 210 | 0.3 | 7.8 |
| 镁合金 | 400 | 55 | 0.35 | 1.8 |
表1 H07用镁合金材料特性参数对比
而安装后的所述副车架总成形成了一个有机整体，也能提升整体刚度，所述副车架总成采用梯形安装结构，八点支撑固定在车身上。
上述铝合金材料可以选择5754(Al-Mg3-Mn)、6060(Al-MgSi0.5)、6005A、6063等型号，材料抗拉强度达到200N/mm2以上。相同结构的钢制副车架重量为16kg±1kg；采用本实用新型镁合金和铝合金组合式结构的副车架重量为11.5kg±0.5kg，降重约5kg，效果明显。
(一)有限元分析：
所述副车架总成作为底盘系统重要的承载元件，与车身和悬挂系统相连，主要作用是提高悬挂系统的连接刚度，减小路面震动的传入，从而带来良好的舒适性，设计过程中，需要对不同工况下的情况进行模拟运算。基于CATIA V5平台建立所述副车架总成的三维模型。由于所述副车架总成零部件属于板材冲压件，故采用板壳2D网格格式，为保证有限元模型的准确性，尽可能采用了四边形壳单元(Quad)，尺寸为6mm，单元数量21236个，对所述副车架总成进行结构强度分析，主要计算应力分布、最大应力与位置和最大位移形变，如表2所示，
表2各工况有限元分析结果
由表2可知,应力值基本一致，但镁合金的屈服极限较小，某些工况已经超过或接近其屈服极限；在左、右转弯疲劳载荷工况下，镁合金应力已超过材料的疲劳强度(264MPa)；此外，镁合金的位移最大值均大于钢的最大值，主要是因为镁合金的材质较软，弹性模量小于钢材。
(二)动刚度对比分析：
副车架上的一些关键点是向车身传递振动的主要途径，对车身的振动和疲劳破坏有重要的影响，因此对这些关键点进行动刚度分析具有重要的意义。
计算频率范围为0～400Hz，求解频率间隔步长为5Hz。分别在连接点处施加1N的单位力，对副车架的四个连接点进行动刚度分析，由表3可以看出，新设计的镁合金副车架最大应力值都有不同幅度的下降，左、右转弯工况的最大应力值低于镁合金的疲劳极限值，满足使用要求。最大位移值均小于2mm，且所有工况下的最大位移还小于原始钢结构的副车架。新设计镁合金副车架的强度满足使用要求。
表3副车架强度与变形位移的计算结果
通过材料替换和结构改进，并充分考虑镁合金的加工工艺，实现了轿车副车架的轻量化设计，质量减轻了31％。仿真结果表明，设计的镁合金副车架的强度、模态和动刚度特性均达到了要求。目前，为实现铝、镁合金在汽车底盘承载结构上的推广应用，提供了数据和实物应用的推广，为后续车型的设计提供了参考。
1)作为电动车的专用副车架，充分考虑了平台的要求。
在应用在H07的平台上，后续开发车型所使用的零件80％可以实现通用，所述副车架总成亦可实现不同车型的要求，所述副车架总成的安装孔设置有不同的组合，根据车辆的布置需求通过不同的安装孔位组合可以改变框的尺寸，达到设计要求。平台零件只需要一副模具满足多种车型的需要，按平台10款车的设计，副车架可节约开发及磨具费用约80万元人民币，且平台化的零件均实现了可靠性验证，极大的降低了风险。
2)所述副车架总成具备轻量化、可组合的特点，采用非焊接避免污染，为整车节能、环保型零件。
所述副车架总成的设计考虑了整车降重，延长续航的要求，采用安装的方式组合，根据设计要求，可以对局部组件结构更换来提升强度，相对传统的焊接钢结构零件，可有效减重5kg左右，折算续航可以增加5～10km,由于采用了组合安装结构，对于平台车型要求较高的强度的，可以实现局部更换材料的结构来满足，缩短开发周期和缩减费用。
3)所述副车架总成结构降低了生产污染
所述副车架总成采用组装模式，材料由镁铝合金组装而成，镁铝合金具备易成形、不易腐蚀的特性，可以有效的避免焊接污染、喷涂污染等，属于环保型零部件
4)所述副车架总成具备便捷的维修方式
相对于传统的焊接结构，所述副车架总成的组装模式，可以实现局部单件的更换，来满足售后的需求。
所述连接固定装置为紧固螺栓和螺母。由于本实用新型不采用传统的焊接方式制作所述副车架总成，采用组装框式结构，因此方便拆卸和安装螺栓和螺母是优选的所述连接固定装置，当然也可以是其他连接固定装置，例如铆接。
所述镁合金前横梁2前端安装有缓冲带。所述副车架总成前端设计缓冲带，既能够在低速碰撞时吸收碰撞能量而保护更复杂的车身结构不受损害，从而大幅度地降低汽车的维修费用，又可以在高速碰撞时将碰撞能量向三个方向分散，远离车身壳体，提升了安全性能。
如图1至图6所示，所述镁合金前横梁2前端左右两侧分别设置有前车身安装部4，所述镁合金前横梁2左右两端分别设置有前车身辅助安装部5，所述镁合金前横梁2后端左右两侧分别设置有纵梁前端安装部6，所述镁合金后横梁3前端左右两侧分别设置有纵梁后端安装部6，所述前车身安装部4上设置有前车身安装孔8，所述前车身辅助安装部5上设置有前车身辅助安装孔16，所述纵梁前端安装部6上设置有纵梁前端安装孔9，所述纵梁后端安装部7上设置有纵梁后端安装孔10。
如图5至图7所示，所述镁合金后横梁3后端左右两侧分别设置有后车身安装部11，所述铝合金纵梁1中部设置有中车身安装孔12，所述铝合金纵梁1前端设置有与所述纵梁前端安装孔9配合的前横梁安装孔19，所述铝合金纵梁1后端设置有与所述纵梁后端安装孔10配合的后横梁安装孔13，所述后车身安装部11上设置有后车身安装孔14。所述前车身安装孔8通过螺栓和螺母连接车身前端，所述后车身安装孔14通过螺栓和螺母将所述镁合金后横梁3与车身后端连接；所述中车身安装孔12通过螺栓和螺母将所述铝合金纵梁1与车身中部连接，所述螺栓和螺母贯穿所述纵梁前端安装孔9和所述前横梁安装孔19将所述镁合金前横梁2和所述铝合金纵梁1连接在一起。螺栓和螺母贯穿所述纵梁后端安装孔10和所述后横梁安装孔13将所述铝合金纵梁1和所述镁合金后横梁3连接起来。
如图1和图7所示，所述铝合金纵梁1上设置有减重孔15。所述减重孔15可以有效的减轻所述铝合金纵梁1的重量，根据需要加工合适尺寸的所述减重孔15。
如图1所示，所述镁合金后横梁3中部设置有加强筋17。所述加强筋17可以加强所述镁合金后横梁3局部的强度。
如图1所示，所述镁合金后横梁3上设置有动力总成连接孔18。所述动力总成连接孔18用于安装动力总成。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：包括安装在车身左右两侧的铝合金纵梁，两所述铝合金纵梁的前端之间安装有镁合金前横梁，两所述铝合金纵梁的后端之间安装有镁合金后横梁，两所述铝合金纵梁、所述镁合金前横梁和所述镁合金后横梁通过连接固定装置形成框式结构。
2.如权利要求1所述的铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：所述连接固定装置为紧固螺栓和螺母。
3.如权利要求1所述的铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：所述镁合金前横梁前端安装有缓冲带。
4.如权利要求1所述的铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：所述镁合金前横梁前端左右两侧分别设置有前车身安装部，所述镁合金前横梁左右两端分别设置有前车身辅助安装部，所述镁合金前横梁后端左右两侧分别设置有纵梁前端安装部，所述镁合金后横梁前端左右两侧分别设置有纵梁后端安装部，所述前车身安装部上设置有前车身安装孔，所述前车身辅助安装部上设置有前车身辅助安装孔，所述纵梁前端安装部上设置有纵梁前端安装孔，所述纵梁后端安装部上设置有纵梁后端安装孔。
5.如权利要求4所述的铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：所述镁合金后横梁后端左右两侧分别设置有后车身安装部，所述铝合金纵梁中部设置有中车身安装孔，所述铝合金纵梁前端设置有与所述纵梁前端安装孔配合的前横梁安装孔，所述铝合金纵梁后端设置有与所述纵梁后端安装孔配合的后横梁安装孔，所述后车身安装部上设置有后车身安装孔。
6.如权利要求1所述的铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：所述铝合金纵梁上设置有减重孔。
7.如权利要求1所述的铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：所述镁合金后横梁中部设置有加强筋。
8.如权利要求1至6任一权利要求所述的铝、镁合金组合式结构副车架，其特征在于：所述镁合金后横梁上设置有动力总成连接孔。
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| CN112061243A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-11 | 的卢技术有限公司 | 一种后轮罩及后纵梁一体化镁合金压铸结构 |
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