皮耶萨19型悬架连接支架结构设计

　　做底盘结构设计快十二年，经手的悬架铰接件少说也有百来款，这次拆解建模的这款悬架连接支架，是轻型越野类底盘上常见的受力转接件，很多人初看觉得这类异形件就是凑安装位的，实际从受力路径捋下来，每一处曲面和孔位的取舍都卡着实车工况的边界。先从实际装车场景说，这类支架一般布置在车架纵梁外侧与下摆臂的衔接位置，上端大孔是穿扭杆弹簧或者减震器下固定销的位置，下端几个带沉台的小孔，分别对应稳定杆连杆、制动管路固定卡、下摆臂限位块的安装位，侧面的凸台结构是给转向节拉杆预留的避让间隙，避免极限转向时拉杆和支架本体发生运动干涉。

　　很多新手建模的时候容易忽略安装边界的问题，我当初第一次做类似支架的时候，就犯过把安装孔位做在同一平面的错，结果装车后发现纵梁的冲压面有2度的拔模斜度，支架贴上去之后下端孔位偏了3毫米，最后只能临时加调整垫片，跑了三千公里垫片就被挤压变形，导致悬架定位参数飘了。这款支架的安装贴合面做了随形的微弧处理，完全匹配对应车型纵梁外侧的冲压曲面，不需要额外加调整垫片就能保证安装面的贴合率达到90%以上，固定螺栓的预紧力能均匀分散在贴合面上，不会出现局部应力集中导致的支架开裂。

　　从功能特性上看，这个支架属于典型的多受力路径集成件，不是单一传递某一个方向的力：过颠簸路面的时候，垂直方向的冲击力从下摆臂通过支架传递到减震器，这时候上端大孔的衬套压装位要承受高频的往复冲击，所以孔壁做了3毫米的加厚处理，内孔的粗糙度要求控制在Ra1.6以内，保证压装衬套之后不会出现松旷；侧向过弯的时候，横向稳定杆的拉力会作用在支架侧面的凸台孔位上，这个位置的筋条从凸台一直延伸到上端大孔的根部，形成连续的传力路径，不会出现凸台根部断裂的问题；紧急制动的时候，纵向的制动力会通过支架传递到车架，这时候支架下端的两个固定孔位之间做了加强筋连接，避免制动时两个孔位出现相对位移导致固定螺栓剪切断裂。

　　设计思路上，这款件没有追求过度的轻量化，毕竟是底盘安全件，壁厚整体控制在4毫米，局部受力大的位置加厚到6毫米，非受力区域做了局部的挖槽减重，整体重量比同强度的实心铸件轻了27%左右，同时还能保证铸造的时候壁厚均匀，不会出现缩孔缩松的缺陷。很多人做铸造件设计的时候容易忽略拔模斜度，这款件所有的脱模方向都统一朝外侧，拔模斜度统一取1.5度，不需要复杂的抽芯结构就能完成砂型铸造，后期机加工的位置只有上端的大孔和几个安装孔的端面，加工余量控制在1.5毫米，能大幅减少机加工的工时成本。

　　再说说尺寸边界，上端大孔的公称直径是32毫米，适配市面上常见的30毫米直径的减震器衬套，压装过盈量控制在0.12-0.18毫米，既能保证衬套不松旷，又不会因为过盈量太大导致衬套橡胶被挤裂。支架整体的纵向高度是127毫米，横向宽度是68毫米，安装的时候不会和周边的制动盘、转向拉杆发生运动干涉，极限压缩行程的时候，支架和减震器防尘套的最小间隙有8毫米，不会出现磨破防尘套的问题。几个安装孔的位置度公差控制在0.2毫米以内，保证装车的时候不需要强行掰动支架就能对准所有安装位，减少装配应力。

　　实际做三维建模的时候，这类异形支架最容易出问题的地方就是曲面的连续性，很多新手做的时候用多个面片拼接，导致曲面之间出现G0连续的硬棱，铸造的时候容易在硬棱位置产生应力集中，这款支架的所有过渡曲面都做了G2连续的圆角处理，圆角半径最小是2毫米，最大的过渡圆角是8毫米，既避免了应力集中，又不会因为圆角太大导致和周边零件干涉。另外，所有孔位的端面都做了0.5毫米的凸台，机加工的时候只需要加工凸台端面就行，不需要加工整个安装面，既能保证安装面的平面度，又能减少加工面积，降低加工成本。

　　从工况验证的角度说，这类支架需要通过三个方向的疲劳测试：垂直方向20万次往复加载，载荷是额定载荷的1.5倍；侧向10万次往复加载，载荷是额定载荷的1.2倍；纵向15万次制动载荷加载，测试后不能出现裂纹，孔位的变形量不能超过0.1毫米。这款支架的筋条布置完全顺着受力方向，力流从各个安装孔传递到上端主孔的过程中没有出现突然的截面变化，应力集中系数控制在1.3以内，完全能满足疲劳测试的要求。很多人做结构设计的时候喜欢加很多没用的筋，觉得筋越多强度越高，实际上筋的方向如果和受力方向垂直，不仅起不到加强作用，反而会增加重量，甚至在筋的根部产生新的应力集中点，这款支架的每一条筋都对应一个传力路径，没有多余的结构，这点是很值得借鉴的。