汽车后桥端面角度的工艺实现

张坤

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摘要：汽车车桥通过悬架与车架相连，两端安装车轮，为了提高车辆乘车及操控稳定性，在设计时增加了一些角度，本文重点描述“前束角”及“外倾角”。以悦纳车型为例，描述车辆焊接后桥两个角度的工艺实现方法。本文讲述后桥工艺中，涉及冲压、焊接、工艺、组装四大工艺过程，其中焊接为主要工艺，实现“外倾角”角度。组装中铣削加工为次要工艺，保证“外倾角”的同时实现“前束角”角度。

关键词：焊接；悬架；车桥；前束角；后倾角

1独立悬架和非独立悬架对比

汽车悬架可分为非独立式和独立式，图1(a)为独立式，图1(b)为非独立式。

（a）独立悬挂(b)非独立悬挂

图 1 两种悬架对比

两种悬架各有优缺点，通过分析得知非独立悬架存在一定优点的同时操控的稳定性较差成为其主要的劣势。产品设计时为了弥补此劣势，采取一定措施使稳定性提高，即设置“前束角”及“外倾角”。

2“前束角”及“外倾角”定义及作用

2.1前束角（TOE）

从汽车的正上方俯视，两侧车轮的赤道平面不平行，轮胎的中心线与汽车的纵向轴线之间的夹角，称为前束角，如下图2（a）所示。

（a）前束角 TOE     (b)主销后倾角 CASTER      (c)外倾角 CAMBER 图 2 前束角、主销后倾角、外倾角图示

作用：消除车轮外倾造成的不良后果，车轮外倾使前轮有向两侧张开的趋势。在具体描述前束角的作用前先引入主销后倾角（CASTER）的概念。

2.2主销后倾角（CASTER）

主销后倾角：从侧面看车轮，转向主销向后倾倒，称为主销后

倾角，向后倾斜称为正主销后倾角，如图2（b）所示。

作用：主轴后倾之后，前轮会有高速的摆动，使车身不稳。为了克

服前轮的摆动，就要使主销外倾，速度越慢，则需要主销外倾的角度越大。两个前轮外倾的方向相反，互相抵消了前轮的摆动，车身更加平稳。

2.3车轮外倾角（CAMBER）

车轮外倾角：是指车轮在安装后，其端面向外倾斜，即车轮所处平面和纵向垂直平面间的夹角, 如图2（c）所示。

作用：由于主销外倾，前轮也外倾，前轮就有一个向外拐的趋势，造成轮胎的严重磨损。前轮驱动汽车，后轮轴荷较小，转向时后轮容易发生侧滑。因此后轮应当选用负的外倾角，以提高后轮的侧抗力，保证前、后轮在路面上运动轨迹重合及转向时的操纵稳定性和行驶安全。

以上 3 个角度，数值大小对效果影响较大，增加或缩小都会产生不一样的结果，因此均设置一定的范围，主销后倾角一般不大于 3°，外倾角约在 1°左右，前束值一般为0.1°。

3汽车后桥工艺

本文讲述焊接后桥工艺中，涉及冲压、焊接、涂装、组装四大工艺，其中焊接为主要工艺。

冲压：钢板通过冲压加工成单品零件，后将零件移送至焊接工位。

焊接：零件通过焊接夹具定位和夹紧完成焊接后，将焊接成品移至涂装工位。分析夹具设计及角度实现方法，然后确定焊接参数并通过熔深报告对焊接参数进行验证。此工艺实现详见4.1节。

涂装：为提高表面质量及产品寿命，焊接成品需电泳涂装，而后进行与其他零部组装。

组装：将涂装后的成品压装衬套的同时进行铣削加工, 保证车轮安装尺寸。另外进行角度检测、LOT 码雕刻，实现产品可溯源，此工艺实现详见4.2节。

4前束角及外倾角的工艺实现

悦纳车型焊接后桥（Coupled Torsion Beam Axle，以下简称“CTBA”）。“CTBA”组装完成后的产品三维数据模型如图3所示。其中虚线方框两个位置左右端面为组装需进行铣削加工部位，即两个角度通过加工上述左右端面进行实现。

图3“CTBA”产品三维数据模型

二维数据模型如图4 所示，其中图4（a）所示为“CTBA”产品二维主视图及左视图，左侧为主视图，虚线方框内B-B截面剖面，剖视图见图4（b）所示，描述为CAMBER角度；右侧为左视图，虚线方框内C-C截面剖面，剖视图见图4（c）所示，描述为TOE角度。

（a）“CTBA”产品二维主视图及左视图

B-B截面剖面C-C截面剖面

（b）CAMBER角度图示（c）TOE角度图示

图4“CTBA”产品二维数据模型

在产品设计阶段设计出空载尺寸及满载参考值，如表1所示，产品生产企业需按照设计尺寸进行工艺实现及品质保证。

表1CAMBER角度与TOE角度设计尺寸值

CTBA	分类	空载设计尺寸	满载参考值
	CAMBER	-1.3°±0.3°	-1.5°
	TOE	0.1°±0.1°	0°

4.1焊接工艺

在焊接工序通过焊接夹具实现CAMBER角度，如图5所示。其中图 5（a）为焊接夹具各单元装配位置图，图5（b）为焊接夹具“U05”单元零件装配图，图5（c）为零件“07”零件图，由图可见上平面设计角度为1.3°，由此实现CAMBER角度，与设计尺寸值相对应。焊接品质保障通过进行熔深实验实现。

（a）焊接夹具各单元位置图（b）“U05”夹具单元零件装配图

（c）“07”零件图

图5焊接夹具简图

4.2组装工艺

焊接并涂装后进入组装及机加工，两侧端面通过在铣床上如图6（a）所示，进行铣削加工保证角度。图6（a）所示为铣削加工铣床总图，其中虚线方框位置为铣削刀头位置，图6（b）为铣刀放大图，图6（c）为铣削运动方向。

（a）铣削机加工铣床（b）铣削铣刀安装（c）铣削运动方向图6              铣削加工铣床

4.2.1测量工艺

完成铣削后产品全数尺寸检查，为提高测量效率，采用设备自动测量。测量设备为左、右各4根探针对“CTBA”进行“CAMBER”角度与“TOE”角度测量，测量结果反馈电脑系统，通过运算得知加工产品合格与否。

TOE值尺寸范围为：0.0～0.2°，取中间值0.1°；CAMBER值尺寸范围为：-1.6～-1.0°，取中间值-1.3°。

5结论

通过以上论述，本“CTBA”产品通过实施焊接、涂装、组装、检测工艺方法后，可实现“CTBA”产品批量生产，重点“CAMBER”角度及“TOE”角度满足设计要求。

参考文献

[1]钱锦武.汽车底盘构造与维修[M].第3版.大连：大连理工大学出版社，2014.

[2]徐安，陈德阳.汽车底盘[M].第1版.北京：机械工业出版社.2005

[3]王宝玺，贾庆祥.汽车制造工艺学[M].第3版.北京:机械工业出版社，2007.