【《某扭力梁后悬架总体设计案例》3800字】

某扭力梁后悬架总体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u30990某扭力梁后悬架总体设计案例 1259351.1横梁开口朝向 145391.2横梁截面形式 248301.3横梁整体过渡形式 3118891.4扭力梁纵梁 4102941.5扭力梁弹簧座 564311.6扭力梁减振器支架 583601.7扭力梁轮毂支架 6236581.8强度验证 7车桥和车架之间的所有传力连接部件总成统称为悬架。悬架系统能够传递车轮与道路之间的力和力矩，在车辆行驶过程中缓和路面对汽车的冲击，衰减车轮与车身之间的振动。根据形式不同悬架可分为独立悬架、半独立悬架和非独立悬架。独立悬架采用断开式车桥使得两侧车轮在受到路面冲击产生跳动时，两者运动状态互不影响，因此独立悬架的缓冲和减振性能较强，乘坐舒适性较好，但由于其结构复杂，制造成本也较高。常见的独立悬架有麦弗逊悬架、双叉臂悬架和多连杆悬架等等。非独立悬架主要形式是两侧车轮与整体式结构的车桥连接成一个整体，因此两侧车轮不能相互独立运动。非独立悬架结构简单，可承受载荷大，但减振性能较差，主要应用于载重汽车、普通客车等车型，常见的非独立悬架有钢板弹簧式悬架、主副钢板弹簧式悬架等等。半独立悬架是介于独立悬架和非独立悬架之间的一种形式，从结构上分析具备非独立悬架的结构特性，从性能上分析具备独立悬架的缓冲和减振性能，因此称之为半独立悬架。半独立悬架系统制造成本较低，且悬架性能良好，因此被广泛应用于中低端车型的后悬架系统中。扭力梁悬架便是半独立悬架系统，1.1横梁开口朝向根据横梁的开口方向，可以分为开口向下、向前、向后、向上四种结构[15]，同一位置的横梁，由于开口位置的不同，会导致横梁的剪切中心位置不同，使得整个扭力梁悬架的侧倾中心高度发生改变，从而影响扭力梁后悬架的性能，一般情况下多采用开口向下结构。开口向前会对空气动力学有一定的影响，横梁与纵梁搭接效果较好，横梁端部附近的应力分布较为合理。开口向后与弹簧座的搭接较难处理，一般适用于弹簧座不与横梁搭接的结构。开口向上会使剪切中心下移从而大大降低侧倾中心高度以及存在积水的问题,故基本不采用。开口向下有利于增加侧倾中心高度，横梁与纵梁搭接附近的应力一般存在前后应力不均匀的现象。综合上述因素，加之目前市场上所使用的扭力梁后悬架多为开口朝下的形式，故本文亦采用开口朝下的形式。图2-1横梁开口朝向1.2横梁截面形式有如（图2-2）所示结构：其中A/B/C类为钢板冲压而成；D类是圆管液压成型。在设计横梁时，一般需要做到两端焊接部位截面加大，使得焊接区域增大，以减小应力集中；横梁中间截面较小，使得横梁应力分布均匀。图2-2横梁截面形式A类为U型横梁，具有结构简单，成型工艺良好特点，其扭转效率高，但如设计不好，易出现应力集中现象。现阶段使用车型较少，主要应用于小型车辆。B类为C型横梁，具有较大的扭转刚度。C类为V型横梁+扭杆结构，具有结构简单，成型工艺良好的特点，V型横梁扭转效率不高，需增加扭杆才能满足扭转刚度需求，但扭转造成的应力比较分散，疲劳特性好。现阶段使用车型较多，成本低，易实现。D类为圆管液压成型结构，结构复杂，成型困难，价格高，但其具有良好的扭转特性。由于是采用液压成型，可以直接使横梁做到两端大，中间小结构，使得扭力梁横梁与纵臂焊接区域变大，减少焊缝的应力集中；由于是闭口横梁，不会出现因切边而造成边沿缺口等缺陷，横梁的疲劳耐久性能好。综合以上因素，本文采用D类横梁截面形式。1.3横梁整体过渡形式扭力梁横梁的整体过渡形式对横梁整体的应力及刚度有较大的影响，按照结构形式大致可以分为图2-3中的几类。图2-3横梁整体过渡形式等截面式：优点在于成型简单，材料的利用率好，但一般会在横梁的端部附近有应力集中现象，需要使用加强板来进行应力的优化。端部折弯式：横梁与纵梁搭接附近的应力集中一般位于横梁的边缘，增加折弯特征可以把应力转移到折弯的圆角位置，从而避免了横梁边缘的制造缺陷对扭梁疲劳耐久的影响。V型向U型过渡式：等周长情况下U型截面的扭梁刚度要高于V型，一般是横梁中间采用V型，在端部采用U型进行过渡，从而获得较小的刚度和比较合理的应力分布，须要注意的是端部的U型截面不能太长，且过渡也要平顺，否则很容易在过渡段产生较大的应力。横梁弯曲：横梁弯曲的结构有考虑空间布置要求，如昂科拉后驱车的扭力梁须要避让驱动轴，也有通过弯曲的横梁来减少横梁的应力如奥德赛、标志408等，须要注意的是弯曲的闭口梁的结构的工艺要求较高，一般在国产车型上较为少见。端部截面加大式：端部截面加大是比较符合材料力学的受力原理，但考虑到横梁与纵梁的搭接，一般只适用于开口向前或向后的横梁形式，此外端部截面加大使得材料的利用率也大大降低。综合以上因素，加之本文的横梁截面形式选择的是液压成形，故选择V型向U型式作为过渡形式。1.4扭力梁纵梁扭力梁的纵梁在悬架工作过程承担自轮心而来的各种载荷，故须纵梁自身有较好的刚度和强度，纵梁常见的截面形式有如下两种[16]：图2-4扭力梁纵梁A类钣金件冲压焊接而成，其优点在于在纵梁应力较大的地方可以加大纵梁的截面，从而使得整个纵梁的应力分布合理，有利于结构的轻量化设计，其缺点是引入了两条贯穿纵梁的焊缝，给结构的疲劳耐久带来风险[17]。B类由圆管弯管而成，也有形状复杂的结构。采用弯管及液压成型工艺对折弯的圆角有一定要求，一般要求折弯内侧直径大于2倍管外径。出于经济性和轻量化的考虑，本文选择A类纵梁形式，但稍加改动，变为上下形式的焊接。1.5扭力梁弹簧座弹簧座主要承受弹簧的载荷，有的弹簧座承担缓冲块的载荷，因此对弹簧座本身的刚度、强度有较高的要求[18]。根据结构形式及功能一般可以分为以下几类：是否承受缓冲块力：A类为承受缓冲块力作用的类型，在弹簧座中心有一圆柱凸台面作为与缓冲块的撞击面，弹簧座的受力大，强度和刚度的要求较高，板厚也较厚。圆柱凸台有和弹簧座整体冲压成型，但一般成型较难，要经过多次冲压拉延的工艺而成。为简化工艺，也有凸台与弹簧座分离，通过焊接成一体。B类弹簧座则是不承受缓冲块力的类型，其受力较小，可靠性高。弹簧是否带升程：弹簧的升程有利于加大弹簧端部的间隙，带有升程有利于对弹簧胶垫的限位，但结构较为复杂，如A。要合理的匹配弹簧座升程与弹簧升程的关系，否则可能会导致弹簧胶垫产生局部应力集中破坏弹簧胶垫。图2-5扭力梁弹簧座弹簧胶垫的限位形式：A为弹簧端部有升程限位结构，B为无限位结构，一般来说为使弹簧稳定工作，都要为弹簧胶垫作限位，B结构的弹簧上安装胶垫有限位结构，故下端可不做限位。C的弹簧胶垫的限位是根据用D型台阶孔进行限位，效果较好。也有结构是在弹簧座平面上留有一孔，弹簧胶垫做一凸台与之进行匹配。综合考虑，本文选择C形式。1.6扭力梁减振器支架减振器支架主要承受来自减振器的载荷，减振器的载荷不会太大，一般在2~3KN左右，也有将缓冲块集成在减振器内，此时减振器支架受到的载荷就大大增加，对支架的刚度强度要求较高。根据结构形式主要分为以下几种：图2-6扭力梁减振器支架轴销式A：该形式结构简单，占用空间小，但减振器的安装类似悬梁梁，紧固件的安装面只有一面，对紧固螺栓的等级及扭矩要求较高。单独支架B：该结构有两个安装支撑面，在同等减振器的载荷下，只需要A结构的一半的预紧力就可以达到同样的紧固效果。但结构较为复杂，要处理好与纵梁、弹簧座的焊接关系。复合支架式C：该结构有B结构的优点，同时与弹簧座作为一个整体，有效的减少了焊缝的数量，但安装点的整体刚度要比前两种结构要差。综合以上因素，本文选择B形式。1.7扭力梁轮毂支架轮毂支架承受来自车轮的各个方向的载荷，直接影响到行车的安全，对本身的刚度强度有较高的要求。同时轮毂支架的安装面决定了车轮定位参数的准确性，因此对轮毂支架的安装面精度较高，一般是在轮毂支架上焊接有一块轮毂安装板，待扭力梁焊接完成后，再通过机加工安装板来保证车轮参数的准确性，根据结构形式一般有以下几种结构：A类结构是U型支架与纵梁进行焊接，该结构与纵梁的搭接工艺性较好，应力集中一般分布在支架焊接的端部，一般需要对焊缝进行延长来避免热影响区对扭梁疲劳寿命的影响，同时该结构在纵向的刚较差，一般需要较厚的板料来增加支架的刚度。B类结构在A结构的基础上加大了U型开口的角度，可以有效的提高轮毂支架在纵向的刚度，但轮毂支架与纵梁的搭接的工艺性也较差，在与纵梁焊接的端部更容易出现应力集中，一般可以通过折弯将焊缝端部的应力转移到折弯的区域，减少焊接端部的应力集中[17]。C类结构，结构形式简单，轻量化好，焊缝连续性好，但为了搭接纵梁一般需要抬高，与弹簧安装面的落差较大。综合以上因素，本文选择A形式。图2-7扭力梁轮毂支架1.8强度验证根据上文所述，结合给出的布置空间的要求，建立如图2-8所示的扭力梁悬架三维模型。图2-8扭力梁悬架三维模型图由于该种形式的悬架类型目前还没有通用的强度检验公式，故本文采用有限元法进行强度校核。根据文献[18]中给出的材料性能（如表2-9）和各种工况下的载荷（如表2-10），对有限元模型施加边界条件和载荷。表2-1材料基本性能表2-2四中工况下施加的载荷图2-9、2-10、2-11、2-12分别展示了在加速、制动、稳态