上弯梁总成散热器安装点结构设计浅析

杨昌文 侯明亮 陆誉文

摘 要：通过对比某些型上弯梁总成的框架结构，结合路试散热器安装点开裂、脱落问题，对上弯梁散热器安装点结构进行优化分析，总结散热器安装点结构设计特点;为后续车型开发提供借鉴。

关键词：上弯梁;散热器安装点;结构优化

1 引言

上弯梁总成主要是为散热器、冷凝器、发罩锁等零件提供安装点需求，由于散热器体积、质量较大;因工况环境复杂和恶劣;对上弯梁连接点强度、刚度有着重要影响;本文通过上弯梁总成散热器安装点的结构进行对比分析，结合路试实验数据，总结散热器安装点设计经验，为今后进一步设计上弯梁总成散热器安装点结提供参考和借鉴。

2 耐久路试实验验证问题原因分析

2.1 某车型1：右上弯梁安装点原设计集成膨胀箱支架上，且只有Z向1个焊点，对比分析了上弯梁左右安装点的结构，结合CAE强度分析结果可以判断出：1、由于左侧安装点的上弯梁周边结构加强不足，在结构耐久试验工况下安装点处上弯梁产生高应力（184.6Mpa），最终导致安装点处上弯梁钣金开裂;2、由于焊接螺母处于加强板的端头小翻边上（翻边高度16mm），且加强板翻边仅左侧与上弯梁1个焊点连接，上弯梁开裂后，加强板翻边受力恶化且周边结构悬空，最终导致焊接螺母翻边疲劳断裂（车型2故障模式相似）。

为解决左侧安装点强度不足问题，新增加强板与上弯梁设计6个焊点焊接;结构使左右两边保持一致，加强板厚度为1.5mm;加强后的更改方案左右安装点的上弯梁应力值范围均降低到90Mpa以下，比原方案降低53%;

2.2 某车型3：上弯梁安装点原设计在上弯梁总成翻边上，通过CAE强度分析：散热器安装点区域应力值155MPa（屈服极限155MPa），安装结构为悬臂方式，2层板搭接结构;高应力集中导致钣金疲劳开裂（车型4故障模式相似）。

为解决安装点位置高应力集中、强度不足问题，新增加“L”型的螺母加强板（厚度为1.5mm）新增加强板与上弯梁设计6个焊点焊接;将最高应力由156MPa下降25%至117MPa。

3 结构理论分析

3.1 散热器作为安装在车身前端框架上的输入之一，下端通过衬套连接安装在下弯梁上;上端通过螺栓连接安装在上弯梁上; 由于下端为软连接，上端刚性连接，行车过程中散热器安装点主要受X向和Z向的力，Z向的力大部分为下弯梁承担，上弯梁主要承受X向力;

3.2 针对安装点进行受力分析： 安装点位置主要受来自散热器传递的X向力和Z向力，其中X向力为主;

3.2.1 散热器安装在上弯梁的翻边上，该翻边为悬臂结构，散热器X向力作用下，焊点受剥离力最后导致焊点疲劳开裂。悬臂越长，安装点开裂风险越高;路试实验车型3 & 车型4前期设计均开裂;

3.2.2 散热器安装在上弯梁腔体中;安装点焊接螺母处于加强板的端头小翻边上（翻边高度16mm），加强板翻边仅左侧与上弯梁1个焊点连接，其他周边与上弯梁本体离空; 由于散热器橡胶衬套易磨损，导致散热器出现晃动;故安装点区域长期在此工况下，X向和Z向都会受力作用; 安装点无X&Z向焊点连接;钣金疲劳会导致安装点开裂或螺母脱落的问题;路试实验车型1 & 车型2均出现问题;

4 结构优化措施汇总

4.1 上述结构及CAE分析结构表明：散热器安装点设计在翻边上的悬臂结构比设计在腔体里的应力高30%;在设计时应优先考虑腔体中;

4.2 散热器设计在腔体中时，散热器安装点的加强板应搭接在上弯梁的至少2个面上;确保安装点周围能布下X向&Z向的焊点 ，保证安装点的强度和刚度;确保在极限工况下的安装点强度;

4.3 散热器安装点设计在翻边上时，应减短悬臂长度，采用3层板连接;保证X向、Z向焊点空间;可采用单侧使用2个安装点连接，以降低安装点附件应力，确保安装点强度;

4.4 典型结构设计推荐

5 小结

散热器安装点区域的车身结构具备一定的承重性和耐久性，本文通过对现有车型的安装点结构存在的问题案例分析，通过路试验证结果对比，总结在设计散热器安装点关注点，为后续开发车型提供设计经验和方向。

参考文献：

[1]林炳华.最新汽车使用设计[M]哈尔滨：黑龙江人民出版社2005.

[2]黄金陵.汽车车身设计[M]北京：机械工业出版社2007.

[3]成艾国，沈陽，姚佐平. 汽车车身先进设计方法和流程[M]北京：机械工业出版社2011.

[4]黄天泽，黄金陵.汽车车身结构与设计[M].北 京：机械工业出版社，1997.