《懸架與后扭轉梁》PPT課件.ppt

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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 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)質碳素結構鋼 熱軋鋼板和鋼帶 或寶鋼材料 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 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%以內或高于標桿車 扭轉剛度 5%以內。 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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