懸架與后扭轉(zhuǎn)梁10-05-20

1、PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁 王佩鑫王佩鑫 2010/11/272010/11/27 PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁1 后扭轉(zhuǎn)梁一般介紹后扭轉(zhuǎn)梁一般介紹 1.1后扭轉(zhuǎn)梁總成的功能 1.2常見的后扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)2 后扭轉(zhuǎn)梁總成的材料選用后扭轉(zhuǎn)梁總成的材料選用： 2.1扭轉(zhuǎn)梁本體、縱臂材料 2.2 螺旋彈簧托架材料3 后扭轉(zhuǎn)梁總成的斷面及尺寸要求后扭轉(zhuǎn)梁總成的斷面及尺寸要求 3.1 后扭轉(zhuǎn)梁總成的斷面 3.2 后扭轉(zhuǎn)梁的焊接間隙 3.3 主要尺寸的標(biāo)注 PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁4. 后扭轉(zhuǎn)梁總成設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)：后扭轉(zhuǎn)梁總成設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)： 4.1 強(qiáng)度

2、 4.2 疲勞壽命 4.3 扭轉(zhuǎn)剛度 4.4 一階模態(tài) 5其它其它PROFESIONAL上海同價(jià) 懸架與后扭轉(zhuǎn)梁PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁 懸架： 獨(dú)立懸架（麥弗遜懸架） 半獨(dú)立懸架 非獨(dú)立選架 功能： 減振 避振 車輪導(dǎo)向PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁半半獨(dú)獨(dú)立立懸懸架架 名稱；扭轉(zhuǎn)梁式懸架 “BOSCH”手冊(cè) 復(fù)合縱臂式后支持橋懸架 清華“汽車設(shè)計(jì) P445” 縱臂扭轉(zhuǎn)梁復(fù)合懸架 計(jì)算資料 縱臂扭轉(zhuǎn)梁式（獨(dú)立）懸架 汽車工程手冊(cè)PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁1 后扭轉(zhuǎn)梁一般介紹后扭轉(zhuǎn)梁一般介紹 1.1 后扭轉(zhuǎn)梁總成的功能： 典型的后扭轉(zhuǎn)梁總成由

3、扭扭轉(zhuǎn)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 是后懸架的導(dǎo)向元件 2 增加測(cè)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(jià)圖圖1 1 后扭轉(zhuǎn)梁總成后扭轉(zhuǎn)梁總成圖1 后扭轉(zhuǎn)梁總懸架與后扭轉(zhuǎn)梁PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)梁復(fù)合懸架（“BOSCH”手冊(cè)稱扭轉(zhuǎn)梁式懸架，汽車設(shè)計(jì)書稱復(fù)合縱臂式后支持橋懸架）如下：圖圖2 2 縱臂扭轉(zhuǎn)梁復(fù)合懸架縱臂扭轉(zhuǎn)梁復(fù)合懸架它是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的半獨(dú)立懸架。PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁1.2

4、 常見的后扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu) 1. 軸套管縱向布置的扭轉(zhuǎn)梁 縱向布置的扭轉(zhuǎn)梁使用于一般轎車，及二驅(qū)SUV汽車中圖圖3 3 軸套管縱向布置的扭轉(zhuǎn)梁軸套管縱向布置的扭轉(zhuǎn)梁PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁2. 軸套管斜向布置的扭轉(zhuǎn)梁 軸套管斜向布置的扭轉(zhuǎn)梁一般使用與四輪驅(qū)動(dòng)的轎車及SUV汽車中圖圖3 3 軸套管斜向布置的扭轉(zhuǎn)梁軸套管斜向布置的扭轉(zhuǎn)梁PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁3. 帶有扭力桿的的扭轉(zhuǎn)梁 需要增加扭轉(zhuǎn)剛度時(shí)可采用帶有扭力桿的的扭轉(zhuǎn)梁圖圖4 4 帶有扭力桿的的扭轉(zhuǎn)梁帶有扭力桿的的扭轉(zhuǎn)梁PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁改變扭轉(zhuǎn)梁扭轉(zhuǎn)剛度的途徑 4.1 更改扭

5、轉(zhuǎn)梁本體的斷面尺寸 4.2 更改扭轉(zhuǎn)梁本體的位置 4.3 增加橫向穩(wěn)定桿 PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁2. 后扭轉(zhuǎn)梁總成的材料選用：后扭轉(zhuǎn)梁總成的材料選用： 后扭轉(zhuǎn)梁總成的主要選用材料考慮是：扭轉(zhuǎn)梁本體 、 縱臂、 螺旋彈簧托架。 扭轉(zhuǎn)梁本體、縱臂材料：扭轉(zhuǎn)梁本體與縱臂承受較大的工作載荷，沖壓成型，扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)剛度與模態(tài)，為此必須采用高強(qiáng)度低碳鋼板，由于扭轉(zhuǎn)梁一般厚度在5mm6mm或更厚，只能選用熱軋鋼板PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁材料可選用 GB/T3275-1991 汽車制造用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼板和鋼帶 或?qū)氫?/p>

6、材料 SAPH440 Q/BQB 310-2003 汽車結(jié)構(gòu)用熱連軋鋼板及鋼帶結(jié)構(gòu) QStE420TM Q/BQB 310-2003 汽車結(jié)構(gòu)用熱連軋鋼板及鋼帶結(jié)構(gòu)PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁寶鋼材料的機(jī)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(qiáng)度低，加大板厚增加了重量，經(jīng)CAE分析模態(tài)與扭轉(zhuǎn)剛度基本相同）PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)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(dá)410 MPa以上， 圖

7、5 CAE分析螺旋彈簧托架受力圖 一般螺旋彈簧托架板厚為3.5mm,為此，材料使用QStE420TM 為宜。PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁3 后扭轉(zhuǎn)梁總成的斷面及尺寸要求后扭轉(zhuǎn)梁總成的斷面及尺寸要求 3.1 后扭轉(zhuǎn)梁總成的斷面 后扭轉(zhuǎn)梁本體斷面，根據(jù)目前的工藝水平一般設(shè)計(jì)成V 字形，開口可向前， 也可向后，但因沖壓時(shí)考慮板材回彈，必須過量沖壓，為不影響拔模，開口 角度應(yīng)大于2o，PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁 圖圖6 6 扭轉(zhuǎn)梁本體斷面扭轉(zhuǎn)梁本體斷面PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁 縱臂斷面尺寸 縱臂斷面可采用等圓截面，便于材料供應(yīng)以及彎曲成型，但往往市

8、場(chǎng)上只有一般鋼種，強(qiáng)度低，需要增加材料厚度增加了重量，并且由于圓形截面與扭轉(zhuǎn)梁本體的連接是線接觸，不利于加大焊縫長(zhǎng)度，對(duì)零件的成型要求高。PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁圖圖7 7 等圓截面縱臂等圓截面縱臂PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁 縱臂斷面可采用上下拼接的變截面，可采用高強(qiáng)度鋼板，且上下部位是平面，便于與扭轉(zhuǎn)梁本體的連接。圖圖8 8 拼接的變截面縱臂拼接的變截面縱臂PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁3.2 后扭轉(zhuǎn)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(yīng)有1mm間隙 圖9 縱臂焊接間隙PROFESIONAL上海同價(jià)懸架

9、與后扭轉(zhuǎn)梁 后扭轉(zhuǎn)梁本體與縱臂的焊接間隙 后扭轉(zhuǎn)梁本體與縱臂之間也應(yīng)留有1mm間隙 圖圖10 10 后扭轉(zhuǎn)梁本體與縱臂的焊接間隙后扭轉(zhuǎn)梁本體與縱臂的焊接間隙PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁3.3 主要尺寸的標(biāo)注： 二個(gè)軸套管尺寸及位置尺寸：安裝縱臂襯套后是扭轉(zhuǎn)梁安裝車身上的基準(zhǔn)，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圖圖11 11 縱臂襯套位置尺寸及公差縱臂襯套位置尺寸及公差PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁 后扭轉(zhuǎn)梁與車輪定位角的關(guān)系： 汽車后車輪前束及外傾角決定于后扭轉(zhuǎn)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(yīng)給出合理的公

10、差。 車輛的數(shù)模及二維圖是設(shè)計(jì)狀態(tài)的姿態(tài)，也即是半載的姿態(tài)，而設(shè)計(jì)任務(wù)書及整車技術(shù)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(shè)計(jì)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(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁圖圖12 輪轂支架決定后輪前束角的角度標(biāo)注輪轂支架決定后輪前束角的角度標(biāo)注PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁圖圖13 13 輪轂支架決定輪轂支架決定后輪外傾角的角度標(biāo)注后輪外傾角的角度標(biāo)注PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁4 后扭轉(zhuǎn)梁總成設(shè)計(jì)的

11、控制指標(biāo)： 后扭轉(zhuǎn)梁總成設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制的四個(gè)方面指標(biāo) 強(qiáng)度：總成應(yīng)具有在車輛極限工況下不損壞，具有足夠的強(qiáng)度 疲勞壽命：總成應(yīng)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(zhuǎn)剛度：車輛行駛中后扭轉(zhuǎn)梁參與扭轉(zhuǎn)變形，且扭轉(zhuǎn)剛度與前懸架扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 剛度 模態(tài)：由NVH的要求，一般應(yīng)具有足夠大的一階模態(tài)PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁操縱穩(wěn)定性： 不足轉(zhuǎn)向 中心轉(zhuǎn)向 過渡轉(zhuǎn)向 側(cè)傾角剛度： 前懸架后懸架， 一般比值為1.42.6 有利于不足轉(zhuǎn)向（前、后懸架偏頻之比： n1/n2=0.850.95 ）PROFESIONAL上海同價(jià)懸

12、架與后扭轉(zhuǎn)梁4.1 強(qiáng)度： 后扭轉(zhuǎn)梁總成設(shè)計(jì)前期可由CAE進(jìn)行強(qiáng)度分析，分析時(shí)的加載可按所受扭轉(zhuǎn)力進(jìn)行加載，可分二種情況進(jìn)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(shè)計(jì)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(shí)的受力，在彈簧托架上施加相應(yīng)的彈簧力。PROFESIONAL上海同價(jià)圖圖14 14 后扭轉(zhuǎn)梁總成的加載圖后扭轉(zhuǎn)梁總成的加載圖 CAE分析與實(shí)際試驗(yàn)證明，一般高應(yīng)力區(qū)域與產(chǎn)生裂縫的區(qū)域在扭轉(zhuǎn)梁本體與縱臂的焊縫附近，最大應(yīng)力達(dá)258 Mpa，為此必須做到最大應(yīng)力不大于材料許用應(yīng)力，例如采用QStE420TM鋼板則= 420 Mp

13、a0.7 = 300Mpa 懸架與后扭轉(zhuǎn)梁PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁圖圖15 15 最大紅色區(qū)應(yīng)力為最大紅色區(qū)應(yīng)力為258258 Mpa MpaPROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁4.2.1 疲勞壽命試驗(yàn)規(guī)范： 在后扭轉(zhuǎn)梁總成上裝有橡膠襯套，通過橡膠襯套安裝在試驗(yàn)臺(tái)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(yùn)動(dòng)，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(yàn)至60萬次 循壞不失效，認(rèn)為合格。PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁4.2 疲勞壽命：

14、疲勞破壞是后扭轉(zhuǎn)梁總成最大的破壞形式，試驗(yàn)證明疲勞破壞一般也發(fā)生在扭轉(zhuǎn)梁本體與縱臂的焊縫附近區(qū)域， 圖圖16 扭轉(zhuǎn)梁的疲勞裂縫扭轉(zhuǎn)梁的疲勞裂縫PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁4.2.2 結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)疲勞壽命的影響 為提高疲勞壽命應(yīng)在強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)梁本體與縱臂的接觸長(zhǎng)度，也即增加扭轉(zhuǎn)梁本體與縱臂的焊縫長(zhǎng)度將很大程度上影響后扭轉(zhuǎn)梁總成的疲勞壽命。 在焊接始、末端應(yīng)以大于R10的圓角過渡 圖圖17 17 增加焊縫長(zhǎng)度，末端圓角過渡增加焊縫長(zhǎng)度，末端圓角過渡PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁4.3 扭轉(zhuǎn)剛度 4

15、.3.1 確定扭轉(zhuǎn)剛度的原則，滿足以下二條之一均可以 與標(biāo)桿車對(duì)比，設(shè)計(jì)時(shí)可低于標(biāo)桿車扭轉(zhuǎn)剛度10%以內(nèi)或高于標(biāo)桿車扭轉(zhuǎn)剛度5%以內(nèi)。 與前懸架相匹配，扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算得的后橋側(cè)傾角剛度需比前橋側(cè)傾角剛度低，比值為1：1.41：2.64.3.2 降低扭轉(zhuǎn)剛度的途徑 減小材料厚度 減小扭轉(zhuǎn)梁本體斷面尺寸 扭轉(zhuǎn)梁本體前移 增加扭力桿PROFESIONAL上海同價(jià)懸架與后扭轉(zhuǎn)梁4.4 一階模態(tài)由振動(dòng)與噪音（NVH）要求，設(shè)計(jì)時(shí)必須測(cè)定部件的一級(jí)模態(tài)4.4.1 確定一階模態(tài)的參數(shù) 一級(jí)模態(tài)參數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)離激振源，可測(cè)得標(biāo)桿車數(shù)據(jù)，與標(biāo)桿車相等或略高于標(biāo)桿車參數(shù)。 4.4.2 提高一級(jí)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(zhuǎn)剛度的提高。 扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)梁本體開口朝后將有效地提高一級(jí)模態(tài)值。PROF