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技术改造
于 鹏
（青特集团有限公司，山东 青岛 266106）
摘 要：本文对驱动车桥桥壳板簧垫板结构及功能进行了介绍，分析了板簧垫板的焊接失效模式，结合对板簧垫板的受力分析，总结了桥壳板簧垫板设计的关键点及工艺改进点。关键词：车桥；桥壳；板簧垫板；焊接；工艺改进
1 概述
驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一，起着支承汽车荷重的作用，并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬架或车厢上。因此，桥壳既是承载件又是传力件，同时它又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置的外壳。目前市场主流桥壳为钢板冲压焊接桥壳，其上与悬架连接过渡处通常焊接有板簧垫板等桥壳附件。
板簧垫板位于冲焊桥壳方截面上方，以焊接形式与桥壳相连，起到调节车桥相对车架高度及角度的作用，车桥运行中板簧垫板承受并传递整车施加给车桥的垂向载荷，以及车架与车桥之间的纵向力（起步加速、制动减速）和侧向力（转弯、侧滑）。板簧垫板的设计结构及焊接质量对整桥质量影响非常大
。
图1 板簧垫板在桥壳上的位置
2 板簧垫板失效模式分析
桥壳板簧垫板按匹配的悬挂形式分为钢板弹簧悬挂和空气悬挂两种
。
图2 钢板弹簧悬挂及失效模式
板簧垫板与钢板弹簧及车架的相对位置关系如图所示，钢板弹簧以倒梯形形式直接压于板簧垫板表面，钢板弹簧和板簧垫板以摩擦力的形式传递车架与车桥之间大部分侧向和纵向作用力。主要失效模式为：垫板裂纹开焊
原因分析：1、板簧垫板与桥壳接触面间隙过大，焊接时未贴紧，造成板簧垫板焊缝承受作用力过大而
开焊；2、垫板内档宽度过大致焊缝间隙不均匀，焊脚尺寸过小，焊缝熔深浅，承载能力较弱
。
图3 空气悬挂及失效模式
空气悬挂车桥形式如图所示，板簧垫板用两个U 形螺栓与桥壳上的纵向推力杆连接，从而支撑空气悬挂，与钢板弹簧悬挂相比，同样承受垂向、侧向、纵向作用力，但力的传递路径发生了变化。主要失效模式为：垫板开焊
。
图4 空气悬挂垫板有限元分析
原因分析：排除焊接质量影响，结合板簧垫板有限元分析，确认本身刚度不足。
3 板簧垫板设计要点及工艺改进点
3.1 板簧垫板受力分析
参照桥壳总成的受力分析模式，分析车轮在承受最大垂向力、剪切力和侧向力工况时板簧垫板受力状况。
1）冲击工况受力分析：桥壳对板簧垫板的支撑反力越大，垫板两侧焊缝受力越小（上下方向）；
2）制动工况受力分析：桥壳与垫板之间的摩擦力越大，垫板两侧焊缝受力越小（前后方向）；
3）侧滑工况受力分析：桥壳与垫板之间的摩擦力越大，垫板两侧焊缝受力越小（左右方向）。
根据板簧垫板的受力分析，抛除焊缝质量的影响，悬挂系统对桥壳的正压力，以及加速、制动及侧滑时所产生的纵向和侧向力都作用在垫板与桥壳的接触区，而纵向力和侧向力都由垫板与桥壳之间的摩擦力承担。所以理论上使桥壳与板簧垫板密贴可以减小焊缝受力，增大垫板与桥壳接触面积可以增大摩擦力
。
图5 板簧垫板各工况受力模型
3.2 板簧垫板设计要点
根据桥壳板簧垫板受力模式分析总结如
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《装备维修技术》2021年第7期
下设计要点：
1）根据受力分析离桥壳方截面上表面越近，桥壳在同一水平段的变形越大，所以垫板焊接位置一般在桥壳中缝上方20-30mm ；
2）垫板焊缝处平滑过渡有利于较少应力集中，垫板外形焊缝处的壁厚不能过厚，宽度比焊脚尺寸大2-4mm ；
3）对于不同的冲压模具，桥壳上表面存在中间外凸或内凹情况，若垫板底面为平面，会形成线接触。
所以垫板底面设计凹槽，深度2-3mm ，宽度根据桥壳宽度及接触面积需要设计；
4）单位面积受力的大小直接影响桥壳的强度，适当增加垫板与桥壳接触区面积；
5）垫板与桥壳之间存在相对运动，部分工况下存在动摩擦形式。考虑摩擦影响因素，所以控制垫板底面的平面度、粗糙度，平面度不大于0.3，粗糙度不大于Ra50以减少与桥壳的磨损；
6）对于自身刚度不足的情况，由铸造改为锻造；
7）增加垫板自身刚度：可采取增加垫板四个钻孔凸台的高度及增加侧向筋的形式；
8）将板簧垫与桥壳的接触面区域向方截面内侧转移，且保证接触面为面接触，而非线接触或点接触
。
图6 板簧垫板设计要点
3.3板簧垫板焊接工艺改进点
1）控制垫板内档的实际尺寸：垫板与桥壳单侧间隙不能大于2mm ；
2）垫板采用焊接性好的材料：如Q345B 、ZG275-485H ；
3）改善焊缝的受力：使焊缝靠近桥壳中缝，焊缝形状采用弧形甚至环形；
4）增加辅助焊缝：在垫板侧方增加两道辅助焊缝；
5）垫板焊接预加载荷，模拟实际工况使用工装加压焊接
。
图7 板簧垫板工艺改进点
结语
本文总结了桥壳板簧垫板结构优化要点，改进了板簧垫板施焊工艺，从而保证了桥壳板簧垫板的结构受
力状态和焊接质量，降低了板簧开焊焊缝开裂的风险，提高了桥壳的整体寿命。
参考文献：
[1]竺延年.最新车桥设计、制造、质量检测及国内外标准使用手册.中国知识出版社，2005[2]孔超，宁祎，宋彩艳.机架前车桥焊接智能工装改进PID 控制[J].电脑知识与技术，2018，14（21）：269-270.
管子端面与法兰面内口的焊接尺寸，法兰与下法兰盘采用定位销固定。
3.4支管连接主管工装
此工装实现的功能是：支管与主管的快速定位，保证支管与支管的定位尺寸，保证支管的高度尺寸，保证主管与法兰的垂直度，保证主管的水平度。
此工装的结构为：工装根据工件的结构特点和精度等级而设计，工装的底部是一个平板，平板上
在相应位置开有法兰孔，用来定位支管的法兰，采用定位销固定，这也固化了支管与支管的定位尺寸，几个支管同时与一个平面装配，控制了几个支管的同一装配高度尺寸。工装的两侧是竖直的U 型槽法兰盘，法兰与法兰盘采用定位销固定，U 型槽是为了工件方便放置和取出，两侧的法兰盘对称复制，这是为了控制主管的水平度，法兰盘的外侧采用精加工方式保证平面度，这是为了控制主管与法兰的垂直度。
3.5拼装工作台
此拼装工作台实现的功能是：各结构管路的快速装配，保证各种结构的管路及工装的装配精度，保证使用的便捷性。
此拼装工作台的结构为：拼装工作台根据工件的结构特点和精度等级而设计，拼装工作台的上部
是轨道，几块精加工的方形法兰盘放置在轨道面上，这是为了实现各种结构的管路及工装的装配，精加工的平面度确保了装配的水平度，使用方便。整体结构没有采用方形工作台，这是为了避免空间的浪费。工作台的高度是按照人体工学的理论设计，综合了操作工的舒适性和使用的便捷性，给操作工更好的使用体验感，从而提高生产效率。
3.6机器人焊接机
此设备的特点是：提高了管路的焊接质量，提高了生产效率。此设备实现的功能是：
· 适应管路中管和管对接、管和法兰连接、主管和支管连接等不同位置环缝、相贯线焊缝的连续焊接。
· 适应碳钢、低合金钢、不锈钢等多种材质的焊接。· 可搭载二保焊焊接设备。
此设备的结构特点为：设备根据工件的结构特点和精度等级而选购。
· 整机一体式设计，结构紧凑、成熟可靠；三爪自定心卡盘旋转，加尾顶针夹具结构，定位准确。
· 机器人手臂机构，保证了焊多位置、多角度转换。· 控制系统采用视教器，大屏幕触摸屏人机界面，编程方便。· 焊接工艺存储量为焊缝30套，按编号直接调用相应焊接工艺。· 标配弧长调节系统及焊横摆系统。
· 数控自动送丝机，具自动反抽丝功能和脉动送丝功能，送丝精度高。
· 强制循环冷却系统，确保焊机连续安全作业。
· 一键式操作，自动完成整个焊接过程；也可根据需要实时干预焊接参数。
汽车桥壳以上是主要的工装、设备在管网叠压供水设备管路上的应用，这些工装、设备的使用，降低了工人的劳动强度，对于提升生产效率起到了很大的作用，公司产品由原来月产量450台套，提升到月产量1000台套，装配合格率达98%、气密性检验的一次通过率提升了70%、售后泄漏反馈降低了60%，年节约生产成本近50万元。同时焊缝成形饱满、美观，提升了产品的外观性能。
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