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1、PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 王佩鑫 2010/11/27 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 1 后扭轉梁一般介紹 1.1后扭轉梁總成的功能 1.2常見的后扭轉梁結構 2 后扭轉梁總成的材料選用 ： 2.1扭轉梁本體、縱臂材料 2.2 螺旋彈簧托架材料 3 后扭轉梁總成的斷面及尺寸要求 3.1 后扭轉梁總成的斷面 3.2 后扭轉梁的焊接間隙 3.3 主要尺寸的標注 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 4. 后扭轉梁總成設計的控制指標： 4.1 強度 4.2 疲勞壽命 4.3 扭轉剛度 4.4 一階模態(tài) 5其它 PROFESIONAL 上海同價
2、懸架與后扭轉梁 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 懸架： 獨立懸架（麥弗遜懸架） 半獨立懸架 非獨立選架 功能： 減振 避振 車輪導向 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 半 獨 立 懸 架 名 稱 ； 扭轉梁式懸架 “BOSCH”手冊 復合縱臂式后支持橋懸架 清華“汽車設計 P445” 縱臂扭轉梁復合懸架 計算資料 縱臂扭轉梁式（獨立）懸架 汽車工程手冊 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 1 后扭轉梁一般介紹 1.1 后扭轉梁總成的功能： 典型的后扭轉梁總成由扭扭轉梁本體、縱 臂、螺旋彈簧支架、避振器支架、輪轂支 架等組成，（圖 1） 1 是后懸
3、架的導向元件 2 增加測向剛度的橫向穩(wěn)定桿 3 支撐彈性元件的支座 4 支撐避振器的支座 5 安裝后輪轂及車輪 PROFESIONAL 上海同價 圖 1 后扭轉梁總成 圖 1 后扭轉梁總 懸架與后扭轉梁 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 在總成上安裝后螺旋彈簧、后避振器等即 裝配成縱臂扭轉梁復合懸架（ “BOSCH”手 冊稱扭轉梁式懸架，汽車設計書稱復合縱 臂式后支持橋懸架）如下： 圖 2 縱臂扭轉梁復合懸架 它是一種結構簡單的半獨立懸架。 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 1.2 常見的后扭轉梁結構 1. 軸套管縱向布置的扭轉梁 縱向布置的扭轉梁使用于一般轎車
4、，及 二驅(qū) SUV汽車中 圖 3 軸套管縱向布置的扭轉梁 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 2. 軸套管斜向布置的扭轉梁 軸套管斜向布置的扭轉梁一般使用與四輪 驅(qū)動的轎車及 SUV汽車中 圖 3 軸套管斜向布置的扭轉梁 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 3. 帶有扭力桿的的扭轉梁 需要增加扭轉剛度時可采用帶有扭力桿的 的扭轉梁 圖 4 帶有扭力桿的的扭轉梁 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 4 改變扭轉梁扭轉剛度的途徑 4.1 更改扭轉梁本體的斷面尺寸 4.2 更改扭轉梁本體的位置 4.3 增加橫向穩(wěn)定桿 PROFESIONAL 上海同價 懸架與
5、后扭轉梁 2. 后扭轉梁總成的材料選用： 后扭轉梁總成的主要選用材料考慮是：扭轉梁 本體 、 縱臂、 螺旋彈簧托架。 扭轉梁本體、縱臂材料：扭轉梁本體與縱臂承 受較大的工作載荷，沖壓成型，扭轉梁本體與縱 臂焊接成型，并且很大程度上影響著總成件的扭 轉剛度與模態(tài)，為此必須采用高強度低碳鋼板， 由于扭轉梁一般厚度在 5mm 6mm或更厚，只能 選用熱軋鋼板 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 材料可選用 GB/T3275-1991 汽車制造用優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼 熱軋鋼板和鋼帶 或?qū)氫摬牧?SAPH440 Q/BQB 310-2003 汽車結構用熱 連軋鋼板及鋼帶結構 QStE420TM
6、Q/BQB 310-2003 汽車結構用 熱連軋鋼板及鋼帶結構 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 寶鋼材料的機械性能及含碳量 （目前由于供貨及成型工藝的原因，嘗試將原 4.00mm厚 SAPH440改用 5mm厚 20#鋼管制造縱臂， 20#鋼板 s ； 245MPa， b； 410 MPa 注：鋼板性能差，強度低，加大板 厚增加了重量，經(jīng) CAE分析模態(tài)與扭轉剛度基本相同 ） PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 2.2 螺旋彈簧托架材料：螺旋彈簧托架受力很大， 由 CAE分析受力能達 410 MPa以上 ， 圖 5 CAE分析螺旋彈簧托架受力圖 一般螺旋彈簧托架
7、板厚為 3.5mm,為此，材料使用 QStE420TM 為宜 。 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 3 后扭轉梁總成的斷面及尺寸要求 3.1 后扭轉梁總成的斷面 后扭轉梁本體斷面，根據(jù)目前的工藝水平 一般設計成 V 字形，開口可向前， 也可向 后，但因沖壓時考慮板材回彈，必須過量 沖壓，為不影響拔模，開口 角度應大于 2o ， PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 圖 6 扭轉梁本體斷面 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 縱臂斷面尺寸 縱臂斷面可采用等圓截面，便于材料供應以 及彎曲成型，但往往市場上只有一般鋼種，強度 低，需要增加材料厚度增加了重量，
8、并且由于圓 形截面與扭轉梁本體的連接是線接觸，不利于加 大焊縫長度，對零件的成型要求高。 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 圖 7 等圓截面縱臂 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 縱臂斷面可采用上下拼接的變截面，可采 用高強度鋼板，且上下部位是平面，便于 與扭轉梁本體的連接。 圖 8 拼接的變截面縱臂 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 3.2 后扭轉梁的焊接間隙 拼接的變截面縱臂，為保證上下板件順利的拼裝 及焊接，名義尺寸間應有 1mm間隙 圖 9 縱臂焊接間隙 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 后扭轉梁本體與縱臂的焊接間隙 后扭
9、轉梁本體與縱臂之間也應留有 1mm間隙 圖 10 后扭轉梁本體與縱臂的焊接間隙 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 3.3 主要尺寸的標注： 二個軸套管尺寸及位置尺寸：安裝縱臂襯套后是扭轉梁 安裝車身上的基準，為此要求位置尺寸正確一般位置的尺 寸公差取 0.8或 1，同軸度取 0.4 圖 11 縱臂襯套位置尺寸及公差 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 后扭轉梁與車輪定位角的關系： 汽車后車輪前束及外傾角決定于后扭轉梁輪轂支架的定 位角度，因此輪轂支架的定位角度需正確的給出并應給出 合理的公差。 車輛的數(shù)模及二維圖是設計狀態(tài)的姿態(tài)，也即是半載的 姿態(tài)，而設計任務書及
10、整車技術條件給出的車輪定位角是 空載狀態(tài)的參數(shù)，因此，二維圖上的 輪轂支架定位角度 與車輪定位角有所區(qū)別 。 空載、半載、部件（自由狀態(tài)）的定位角參數(shù)由 CAE得 出正確數(shù)據(jù) 空載數(shù)據(jù)（設計數(shù)據(jù)） 半載數(shù)據(jù) 部件（自由狀態(tài)）數(shù)據(jù) PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 圖 12 輪轂支架決定后輪前束角的角度標注 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 圖 13 輪轂支架決定 后輪外傾角的角度標注 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 4 后扭轉梁總成設計的控制指標： 后扭轉梁總成設計時應控制的四個方面指標 強度：總成應具有在車輛極限工況下不損壞，具有足夠 的強度
11、 疲勞壽命：總成應具有在車輛常用工況下經(jīng)久耐用，具 有足夠的疲勞壽命 扭轉剛度：車輛行駛中后扭轉梁參與扭轉變形，且扭轉 剛度與前懸架扭轉剛度必須相匹配，以免影響操縱穩(wěn)定性 能，一般來說，需具有足夠扭轉 剛度 模態(tài)：由 NVH的要求，一般應具有足夠大的一階模態(tài) PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 操縱穩(wěn)定性： 不足轉向 中心轉向 過渡轉向 側傾角剛度： 前懸架后懸架， 一般比值為 1.4 2.6 有利于不足轉向 （前、后懸架偏頻之比： n1/n2=0.850.95 ） PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 4.1 強度： 后扭轉梁總成設計前期可由 CAE進行強度分析，
12、分析時的加載可按所受扭轉力進行加載，可分二種情況進 行加載，一 . 不帶橡膠襯套 二帶有橡膠襯套，加載工況如下： 一邊車輪在設計狀態(tài)位置，另一邊車輪在上跳極限位 置（例如 64mm，一般極限行程取 40mm）時的受力，在 彈簧托架上施加相應的彈簧力。 PROFESIONAL 上海同價 圖 14 后扭轉梁總成的加載圖 CAE分析與實際試驗證明，一般高應力區(qū)域與產(chǎn)生裂縫的區(qū)域在扭轉梁本 體與縱臂的焊縫附近，最大應力達 258 Mpa， 為此必須做到最大應力不大于 材料許用應力，例如采用 QStE420TM鋼板則 = 420 Mpa 0.7 = 300Mpa 懸架與后扭轉梁 PROFESIONAL
13、上海同價 懸架與后扭轉梁 圖 15 最大紅色區(qū)應力為 258 Mpa PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 4.2.1 疲勞壽命試驗規(guī)范： 在后扭轉梁總成上裝有橡膠襯套，通過橡膠襯 套安裝在試驗臺上，在螺旋彈簧托盤上模擬裝車 狀態(tài)裝有螺旋彈簧，在左右后輪轂支架上施加交 變載荷，使輪轂支架端上下運動，位移量上下均 為 40mm（即 40mm）二縱臂相位相 反。 30萬次循壞不得有裂縫，如出現(xiàn)小于 10mm裂 縫則繼續(xù)試驗至 60萬次 循壞不失效，認為合格 。 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 4.2 疲勞壽命： 疲勞破壞是后扭轉梁總成最大的破壞形式 ，試驗證明疲勞破壞
14、一般也發(fā)生在扭轉梁 本體與縱臂的焊縫附近區(qū)域， 圖 16 扭轉梁的疲勞裂縫 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 4.2.2 結構尺寸對疲勞壽命的影響 為提高疲勞壽命應在強度、扭轉剛度、模態(tài)滿足要求的 情況下，盡量將材料厚度減薄，斷面尺寸減小，特別是增 加扭轉梁本體與縱臂的接觸長度，也即增加扭轉梁本體與 縱臂的焊縫長度將很大程度上影響后扭轉梁總成的疲勞壽 命。 在焊接始、末端應以大于 R10的圓角過渡 圖 17 增加焊縫長度，末端圓角過渡 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 4.3 扭轉剛度 4.3.1 確定扭轉剛度的原則，滿足以下二條之一均可以 與標桿車對比，設計時
15、可低于標桿車扭轉剛度 10%以內(nèi)或高于標桿車 扭轉剛度 5%以內(nèi)。 與前懸架相匹配，扭轉剛度計算得的后橋側傾角剛度需比前橋側傾角 剛度低，比值為 1： 1.4 1： 2.6 4.3.2 降低扭轉剛度的途徑 減小材料厚度 減小扭轉梁本體斷面尺寸 扭轉梁本體前移 增加扭力桿 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 4.4 一階模態(tài) 由振動與噪音（ NVH）要求，設計時必須測定部件的一級模態(tài) 4.4.1 確定一階模態(tài)的參數(shù) 一級模態(tài)參數(shù)應遠離激振源，可測得標桿車數(shù)據(jù)，與標桿車相等或 略高于標桿車參數(shù)。 4.4.2 提高一級模態(tài)參數(shù)的途徑 增加材料厚度：增加材料厚度能提高模態(tài)但也帶來了扭轉剛度的提 高。 扭轉梁本體開口朝后：本體開口可以朝前，也可朝后，據(jù) SAE分析 ，扭 轉梁本體開口朝后將有效地提高一級模態(tài)值。 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 圖 18 扭轉梁本體開口朝前及朝后 PROFESIONAL 上海同價 懸架與后扭轉梁 5 其它 扭轉梁設計時將會遇到各種困難，縱臂是 變截面管材，或管材彎曲成型，這將遇到 高強度板材型材供應的困難，或用板材卷 曲成形，這必須在工藝上克服困難。 設計良好的扭轉梁必須有成熟的焊接工藝 來保證總成穩(wěn)定的強度與疲勞壽命。 PROFESIONAL 上海同價 致謝
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