上海理工大学本科生毕业设计（论文）
受其塑性变形能力的限制，镁合金的挤压一般为热挤压和温挤压，也就是坯料和挤压套筒等需要加热。挤压时金属坯料在三向压应力状态下变形，因此可以充分发挥金属坯料的塑性，特别是对于塑性差的镁合金来说，挤压加工比轧制和锻造要容易得多，而且具有以下优点：可以细化晶粒，通过保留挤压纤维织构可以提高强度，可获得优良的表面质量以及良好的尺寸精度
2.2.4前副车架工艺分析
前副车架U型构件是一个轴线为空间曲线的空心变截面构件，截面沿轴线变化大，具有几个不同形状和尺寸的截面形状，典型截面有矩形、梯形等
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[10]
。
。如图2-1所示。
图2-1前副车架主结构典型截面 图2-4前副车U形管轮廓
前副车架U型管的轴线为复杂的空间曲线,结构轮廓如图2-4所示。
传统钢材的前副车架液压成形工艺过程主要包括弯曲、预成形、胀形等主要工序。弯曲工序是将管材弯曲到轴线与零件轴线形状相同或相近。由于副车架零件轴线为复杂空间曲线，为了保证弯曲件精度，需要采用CNC弯曲。弯曲工艺的关键问题是控制外侧减薄和内侧起皱。对于形状和尺寸相差较大的复杂截面零件，很难直接通过胀形获得最终的零件，一般需要预成形工序。通过预成形预先分配材料，以控制壁厚分布、降低成形压力，并避免终成形合模时在分模面处发生咬边形成飞边。
经过预成形，管材能顺利放入模具，闭合上模，与下模共同形成封闭的模腔，然后管件两端的柱塞冲头在液压缸的作用下压入，将管件腔密封，进行液压成形成为所设计的零件。之后再经过冲孔和端部切割等工序，就能得到副车架U型主结构。
2.2.5前副车架与车身的连接方式
副车架与车身的连接点通常由6个悬置点组成，这样既保证其连接刚度，又有很好的震动隔绝效果：
1）以螺栓作刚性连接
刚性连接可以提高车身的整体刚度和悬架铰链点精度，使铰链点位移量减少，对操纵
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Roewe轿车前副车架设计
稳定性有利，但对于隔绝路面振动和噪声的传入不利。
2）弹性橡胶垫连接
有效隔绝路面振动和噪声的传入，有利于汽车驾驶舒适性。
2.2.6前副车架材料的选取
随着先进制造技术的发展，轻量化、节能减排、提升性能是重大课题，因此推动新材
料的开发应用势在必行。本课题研究的荣威汽车前副车架设计采用目前先进的镁合金材料。 镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3左右），大约是铝的2/3，是铁的1/4。比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，延展性和韧性好
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。其加工过程和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一
定的尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。主要合金元素有铝、锌、稀土元素、银、锂、锆、锰及镍等，合金元素常起到固溶强化、沉淀强化、微晶强化和提高耐热性作用，目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于汽车、航空、航天、运输等工业部门，达到轻量化的目的。
镁合金铸件在汽车上使用最早的实例是车轮轮辋。在汽车上试用或应用镁合金的实例还有离合器壳体、离合器踏板、制动踏板固定支架、仪表板骨架、座椅、转向柱部件、转向盘轮芯、变速箱壳体、发动机悬置、气缸盖和气缸盖罩盖等。与传统的锌制转向柱上支架相比，镁制件降重65%；与传统的钢制转向轮芯相比，镁制件降重45%；与全铝气缸盖相比，镁制件降重30%；与传统的钢制冲压焊接结构制动踏板支架相比，整体的镁铸件降重40%，同时其刚性也得以改善。
镁合金在汽车制造上应用的优势：
1）密度小：镁合金密度小，能够很大程度上减轻汽车自身质量。
2）比强度和比刚度高：由于镁合金的比强度（强度与质量之比）比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢。
3）抗震减噪性好：在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能，使汽车行驶更加平稳、安全和舒适。
4）熔点低：镁合金熔点比铝合金熔点低，熔化时耗能较少，凝固速度快，压铸成型性能好。压铸件壁厚最小可达0.5mm，适应制造汽车各类压铸件。
5）抗拉强度大：镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA，最高可达600多Mpa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。
6）加工尺寸精度高：镁合金件稳定性较高，可进行高精度机械加工。
7）可回收再利用：镁合金有良好的电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100%回收再
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利用，节约资源
。
因此，用镁合金作为前副车架的材料能有效实现汽车配件轻量化，提升性能。 2.2.7前副车架主要部件
前副车架主要设计部件包括前后横梁、左右纵梁和附件，附件包括发动机悬置支架，控制臂支架、转向机安装支架等。
前横梁的主要功能是安装动力总成前悬置，因与车身连接，所以要考虑设计与车身连接点的位置。
后横梁的主要部分是鞍型托架，主要功能是保证前副车架的扭转刚度和支持动力总成后悬置，同时转向机支架安装在后横梁上，所以对后横梁有较高的刚度要求。
左、右纵梁的主要功能是安装动力总成左、右悬置，与悬架的下控制臂内点连接，纵梁后端与车身连接，要考虑设计与车身连接点的位置。
2.2.8 前副车架几何建模
图2-3前副车架主结构横梁 图2-4前副车架鞍型托架
图2-5前副车架主结构左纵梁 图2-6前副车架主结构右纵梁
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Roewe轿车前副车架设计
图2-7前副车架三维模型图
2.2.9 前副车架结构特点
前副车架结构主要由U型管主结构梁、前（中）支撑塔、鞍型托架总成、固定电动机变速器横、纵梁、固定各附件的支架以及一些附属零件组成，U型管主结构梁的材料为镁合金。
U型主结构梁为前副车架的基础，构成车架的基本框架，是车架上其他零件焊装的基体；前、后支撑塔以及后部支撑点共6个连接点通过弹性衬套与车身相连接；鞍型托架连接U型主结构梁后端，其上焊接有横向稳定杆和转向机固定支架;两横梁和纵梁上安装电动机和变速器固定支架，电动机和变速器互相连接并固定在三个支架上；副车架上还设置了安装空气压缩机、转向泵、电池堆水泵、动力控制单元水泵的支架和线束支架、加强筋等附属结构。
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第三章 结构强度分析理论
3.1 强度理论
车身在使用中承受着各种载荷，在此期间，要求前副车架能够完成作为结构体的承载功能作用，因此要求前副车架使用时既不能产生塑性变形，也不能产生裂纹和损坏，这就要求前副车架必须具备必要的静强度和疲劳强度，尤其是在汽车极限工况下具有足够强度。
1）最大拉应力理论（第一强度理论）力状态，当结构危险处的第一主应力
?1[15]
该理论认为：最大拉应力是引起材料发生脆性断裂的主要因素。不论材料处于何种应
达到材料的强度极限值
?b时，就会引起材料的脆性
断裂。根据第一强度理论，破坏条件表达式为：
?1??b[?]?
?bs考虑到安全系数s，许用拉应力，按照第一强度理论，建立的强度条件为：
?1?[?]
试验表明脆性材料在双向或三向拉伸破坏时，最大拉应力理论的预测值与试验结果很接近。当三个主应力中有压应力存在时，只要压应力不超过最大拉应力值，则理论预测也与实验结果大致接近。脆性材料在纯扭转破坏时，断裂沿45°斜截面发生，这也就是最大拉应力所在的截面，与最大拉应力理论相符合。
2）最大拉应变理论（第二强度理论） 这一理论认为，最大拉应变
?1是引起材料发生脆性断裂破坏的主要因素。不论在何种
?max??1应力状态下，当结构危险处的最大伸长线应变达到极限时，就会引起材料的脆性
断裂。在简单拉伸试验中，可测出材料破坏时发生的最大拉应变值为：
?1??bE
?1?b为试件拉伸时材料的抗拉强度。因材料在脆性断裂前的变形很小，可设材料在破
可以表示为：
1E坏前服从胡克定律，则在一般应力状态下，根据广义胡克定律，最大拉应变
?1?[?1??(?2??3)]
由上两式可知材料的破坏条件为：
?1??(?2??3)??b
考虑安全系数后，根据第二强度理论建立的强度条件为：
?1??(?2??3)?[?]9