《悬架与后扭转梁》PPT课件.ppt

PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 王佩鑫 2010/11/27 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 1 后扭转梁一般介绍 1.1后扭转梁总成的功能 1.2常见的后扭转梁结构 2 后扭转梁总成的材料选用 ： 2.1扭转梁本体、纵臂材料 2.2 螺旋弹簧托架材料 3 后扭转梁总成的断面及尺寸要求 3.1 后扭转梁总成的断面 3.2 后扭转梁的焊接间隙 3.3 主要尺寸的标注 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 4. 后扭转梁总成设计的控制指标： 4.1 强度 4.2 疲劳寿命 4.3 扭转刚度 4.4 一阶模态 5其它 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 悬架： 独立悬架（麦弗逊悬架） 半独立悬架 非独立选架 功能： 减振 避振 车轮导向 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 半 独 立 悬 架 名 称 ； 扭转梁式悬架 “BOSCH”手册 复合纵臂式后支持桥悬架 清华“汽车设计 P445” 纵臂扭转梁复合悬架 计算资料 纵臂扭转梁式（独立）悬架 汽车工程手册 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 1 后扭转梁一般介绍 1.1 后扭转梁总成的功能： 典型的后扭转梁总成由扭扭转梁本体、纵 臂、螺旋弹簧支架、避振器支架、轮毂支 架等组成，（图 1） 1 是后悬架的导向元件 2 增加测向刚度的横向稳定杆 3 支撑弹性元件的支座 4 支撑避振器的支座 5 安装后轮毂及车轮 PROFESIONAL 上海同价 图 1 后扭转梁总成 图 1 后扭转梁总 悬架与后扭转梁 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 在总成上安装后螺旋弹簧、后避振器等即 装配成纵臂扭转梁复合悬架（ “BOSCH”手 册称扭转梁式悬架，汽车设计书称复合纵 臂式后支持桥悬架）如下： 图 2 纵臂扭转梁复合悬架 它是一种结构简单的半独立悬架。 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 1.2 常见的后扭转梁结构 1. 轴套管纵向布置的扭转梁 纵向布置的扭转梁使用于一般轿车，及 二驱 SUV汽车中 图 3 轴套管纵向布置的扭转梁 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 2. 轴套管斜向布置的扭转梁 轴套管斜向布置的扭转梁一般使用与四轮 驱动的轿车及 SUV汽车中 图 3 轴套管斜向布置的扭转梁 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 3. 带有扭力杆的的扭转梁 需要增加扭转刚度时可采用带有扭力杆的 的扭转梁 图 4 带有扭力杆的的扭转梁 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 4 改变扭转梁扭转刚度的途径 4.1 更改扭转梁本体的断面尺寸 4.2 更改扭转梁本体的位置 4.3 增加横向稳定杆 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 2. 后扭转梁总成的材料选用： 后扭转梁总成的主要选用材料考虑是：扭转梁 本体 、 纵臂、 螺旋弹簧托架。 扭转梁本体、纵臂材料：扭转梁本体与纵臂承 受较大的工作载荷，冲压成型，扭转梁本体与纵 臂焊接成型，并且很大程度上影响着总成件的扭 转刚度与模态，为此必须采用高强度低碳钢板， 由于扭转梁一般厚度在 5mm 6mm或更厚，只能 选用热轧钢板 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 材料可选用 GB/T3275-1991 汽车制造用优质碳素结构钢 热轧钢板和钢带 或宝钢材料 SAPH440 Q/BQB 310-2003 汽车结构用热 连轧钢板及钢带结构 QStE420TM Q/BQB 310-2003 汽车结构用 热连轧钢板及钢带结构 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 宝钢材料的机械性能及含碳量 （目前由于供货及成型工艺的原因，尝试将原 4.00mm厚 SAPH440改用 5mm厚 20#钢管制造纵臂， 20#钢板 s ； 245MPa， b； 410 MPa 注：钢板性能差，强度低，加大板 厚增加了重量，经 CAE分析模态与扭转刚度基本相同 ） PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 2.2 螺旋弹簧托架材料：螺旋弹簧托架受力很大， 由 CAE分析受力能达 410 MPa以上 ， 图 5 CAE分析螺旋弹簧托架受力图 一般螺旋弹簧托架板厚为 3.5mm,为此，材料使用 QStE420TM 为宜 。 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 3 后扭转梁总成的断面及尺寸要求 3.1 后扭转梁总成的断面 后扭转梁本体断面，根据目前的工艺水平 一般设计成 V 字形，开口可向前， 也可向 后，但因冲压时考虑板材回弹，必须过量 冲压，为不影响拔模，开口 角度应大于 2o ， PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 图 6 扭转梁本体断面 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 纵臂断面尺寸 纵臂断面可采用等圆截面，便于材料供应以 及弯曲成型，但往往市场上只有一般钢种，强度 低，需要增加材料厚度增加了重量，并且由于圆 形截面与扭转梁本体的连接是线接触，不利于加 大焊缝长度，对零件的成型要求高。 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 图 7 等圆截面纵臂 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 纵臂断面可采用上下拼接的变截面，可采 用高强度钢板，且上下部位是平面，便于 与扭转梁本体的连接。 图 8 拼接的变截面纵臂 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 3.2 后扭转梁的焊接间隙 拼接的变截面纵臂，为保证上下板件顺利的拼装 及焊接，名义尺寸间应有 1mm间隙 图 9 纵臂焊接间隙 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 后扭转梁本体与纵臂的焊接间隙 后扭转梁本体与纵臂之间也应留有 1mm间隙 图 10 后扭转梁本体与纵臂的焊接间隙 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 3.3 主要尺寸的标注： 二个轴套管尺寸及位置尺寸：安装纵臂衬套后是扭转梁 安装车身上的基准，为此要求位置尺寸正确一般位置的尺 寸公差取 0.8或 1，同轴度取 0.4 图 11 纵臂衬套位置尺寸及公差 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 后扭转梁与车轮定位角的关系： 汽车后车轮前束及外倾角决定于后扭转梁轮毂支架的定 位角度，因此轮毂支架的定位角度需正确的给出并应给出 合理的公差。 车辆的数模及二维图是设计状态的姿态，也即是半载的 姿态，而设计任务书及整车技术条件给出的车轮定位角是 空载状态的参数，因此，二维图上的 轮毂支架定位角度 与车轮定位角有所区别 。 空载、半载、部件（自由状态）的定位角参数由 CAE得 出正确数据 空载数据（设计数据） 半载数据 部件（自由状态）数据 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 图 12 轮毂支架决定后轮前束角的角度标注 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 图 13 轮毂支架决定 后轮外倾角的角度标注 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 4 后扭转梁总成设计的控制指标： 后扭转梁总成设计时应控制的四个方面指标 强度：总成应具有在车辆极限工况下不损坏，具有足够 的强度 疲劳寿命：总成应具有在车辆常用工况下经久耐用，具 有足够的疲劳寿命 扭转刚度：车辆行驶中后扭转梁参与扭转变形，且扭转 刚度与前悬架扭转刚度必须相匹配，以免影响操纵稳定性 能，一般来说，需具有足够扭转 刚度 模态：由 NVH的要求，一般应具有足够大的一阶模态 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 操纵稳定性： 不足转向 中心转向 过渡转向 侧倾角刚度： 前悬架后悬架， 一般比值为 1.4 2.6 有利于不足转向 （前、后悬架偏频之比： n1/n2=0.850.95 ） PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 4.1 强度： 后扭转梁总成设计前期可由 CAE进行强度分析， 分析时的加载可按所受扭转力进行加载，可分二种情况进 行加载，一 . 不带橡胶衬套 二带有橡胶衬套，加载工况如下： 一边车轮在设计状态位置，另一边车轮在上跳极限位 置（例如 64mm，一般极限行程取 40mm）时的受力，在 弹簧托架上施加相应的弹簧力。 PROFESIONAL 上海同价 图 14 后扭转梁总成的加载图 CAE分析与实际试验证明，一般高应力区域与产生裂缝的区域在扭转梁本 体与纵臂的焊缝附近，最大应力达 258 Mpa， 为此必须做到最大应力不大于 材料许用应力，例如采用 QStE420TM钢板则 = 420 Mpa 0.7 = 300Mpa 悬架与后扭转梁 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 图 15 最大红色区应力为 258 Mpa PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 4.2.1 疲劳寿命试验规范： 在后扭转梁总成上装有橡胶衬套，通过橡胶衬 套安装在试验台上，在螺旋弹簧托盘上模拟装车 状态装有螺旋弹簧，在左右后轮毂支架上施加交 变载荷，使轮毂支架端上下运动，位移量上下均 为 40mm（即 40mm）二纵臂相位相 反。 30万次循坏不得有裂缝，如出现小于 10mm裂 缝则继续试验至 60万次 循坏不失效，认为合格 。 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 4.2 疲劳寿命： 疲劳破坏是后扭转梁总成最大的破坏形式 ，试验证明疲劳破坏一般也发生在扭转梁 本体与纵臂的焊缝附近区域， 图 16 扭转梁的疲劳裂缝 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 4.2.2 结构尺寸对疲劳寿命的影响 为提高疲劳寿命应在强度、扭转刚度、模态满足要求的 情况下，尽量将材料厚度减薄，断面尺寸减小，特别是增 加扭转梁本体与纵臂的接触长度，也即增加扭转梁本体与 纵臂的焊缝长度将很大程度上影响后扭转梁总成的疲劳寿 命。 在焊接始、末端应以大于 R10的圆角过渡 图 17 增加焊缝长度，末端圆角过渡 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 4.3 扭转刚度 4.3.1 确定扭转刚度的原则，满足以下二条之一均可以 与标杆车对比，设计时可低于标杆车扭转刚度 10%以内或高于标杆车 扭转刚度 5%以内。 与前悬架相匹配，扭转刚度计算得的后桥侧倾角刚度需比前桥侧倾角 刚度低，比值为 1： 1.4 1： 2.6 4.3.2 降低扭转刚度的途径 减小材料厚度 减小扭转梁本体断面尺寸 扭转梁本体前移 增加扭力杆 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 4.4 一阶模态 由振动与噪音（ NVH）要求，设计时必须测定部件的一级模态 4.4.1 确定一阶模态的参数 一级模态参数应远离激振源，可测得标杆车数据，与标杆车相等或 略高于标杆车参数。 4.4.2 提高一级模态参数的途径 增加材料厚度：增加材料厚度能提高模态但也带来了扭转刚度的提 高。 扭转梁本体开口朝后：本体开口可以朝前，也可朝后，据 SAE分析 ，扭 转梁本体开口朝后将有效地提高一级模态值。 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 图 18 扭转梁本体开口朝前及朝后 PROFESIONAL 上海同价 悬架与后扭转梁 5 其它 扭转梁设计时将会遇到各种困难，纵臂是 变截面管材，或管材弯曲成型，这将遇到 高强度板材型材供应的困难，或用板材卷 曲成形，这必须在工艺上克服困难。 设计良好的扭转梁必须有成熟的焊接工艺 来保证总成稳定的强度与疲劳寿命。 PROFESIONAL 上海同价 致谢