單縱臂式懸架主體結(jié)構(gòu)形式的研究

周 華

（柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

單縱臂式懸架主體結(jié)構(gòu)形式的研究

周 華

（柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

提出了單縱臂式懸架的兩種主體結(jié)構(gòu)形式，以CAE手段分析了其應(yīng)力及結(jié)合制造工藝性和成本來(lái)綜合評(píng)估，并通過(guò)樣件靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)測(cè)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，確定了較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。

懸架；單縱臂；主體結(jié)構(gòu)形式；

汽車(chē)的懸架，分為獨(dú)立式懸架和非獨(dú)立式懸架，因獨(dú)立式懸架的簧下質(zhì)量小、汽車(chē)行駛平順性和行駛穩(wěn)定性好、輪胎接地性能好、能減少車(chē)輛的傾斜和振動(dòng)，是不少汽車(chē)的優(yōu)先選擇。

目前汽車(chē)的獨(dú)立式后懸架形式主要有雙橫臂式、單縱臂式、單斜臂式、麥弗遜式式、滑柱擺臂式，而單縱臂式懸架具有占用的橫向和縱向空間小、輪距不隨車(chē)輪跳動(dòng)而變化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于后懸架。

某車(chē)型擬將單縱臂式懸架用于后懸架，而目前單縱臂式懸架的應(yīng)用較少，在這方面的研究不多，為保證車(chē)輛的行駛性能和安全性，有必要對(duì)單縱臂式懸架的主體結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行全面研究。

本文提出了單縱臂式懸架的兩種主體結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)采用CAE手段分析了它們的應(yīng)力，及結(jié)合制造工藝性和成本來(lái)綜合評(píng)估，并通過(guò)樣件靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)測(cè)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，確定了較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。

1 縱臂主體結(jié)構(gòu)形式

針對(duì)車(chē)型的實(shí)際情況，提出了縱臂的兩種主體結(jié)構(gòu)形式：鈑金沖壓焊接式、鋼管焊接式。

鈑金沖壓焊接式，是以上下兩件鈑金沖壓件和套管焊接而成，其中鈑金沖壓件承受了大部分的載荷；

鋼管焊接式，是以若干段方管、加強(qiáng)板和套管焊接而成，其中方管和加強(qiáng)板須組成一個(gè)較強(qiáng)結(jié)構(gòu)，才能承受大的載荷。

圖1 鈑金沖壓焊接式的簡(jiǎn)圖

圖2 鋼管焊接式的簡(jiǎn)圖

2 CAE分析

通過(guò)UG建立了三維模型，然后采用了專(zhuān)業(yè)的CAE分析軟件，根據(jù)整車(chē)提供的載荷、輪距、安裝點(diǎn)等信息，對(duì)如下3種工況下兩種結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況進(jìn)行了CAE分析：

（1）滿(mǎn)載垂直載荷作用下，即相當(dāng)于滿(mǎn)載靜態(tài)；

（2）2.2倍滿(mǎn)載垂直載荷作用，即相當(dāng)于動(dòng)態(tài)滿(mǎn)載受沖擊；

（3）1.5倍滿(mǎn)載垂直載荷+側(cè)向力（0.6倍滿(mǎn)載垂直載荷）+等效扭矩，即相當(dāng)于動(dòng)態(tài)滿(mǎn)載側(cè)滑。

通過(guò)對(duì)比，確定在3種工況下工況（2）的應(yīng)力最大，并且均為鈑金沖壓焊接式比鋼管焊接式的應(yīng)力小。

圖3是工況2的應(yīng)力分布圖，圖中引出線所指區(qū)域，為應(yīng)力數(shù)值較大的區(qū)域，鈑金沖壓焊接式只有1處區(qū)域應(yīng)力數(shù)值超過(guò)80MPa，鋼管焊接式則有2處區(qū)域應(yīng)力數(shù)值超過(guò)80MPa。

圖3 工況2的應(yīng)力分布圖

3 制造工藝性及成本分析

3.1 制造工藝性分析

制造工藝性分析如表1所列，分析表明鈑金沖壓焊接式比鋼管焊接式的制造工藝性好。

表1 制造工藝性分析表

3.2 成本分析

成本分析如表2所列，分析表明鈑金沖壓焊接式比鋼管焊接式的成本低。

表2 成本分析表（元/件）

說(shuō)明：

（1）市場(chǎng)上沖壓鋼板普遍比矩形電焊鋼管價(jià)格低；

（2）鈑金沖壓焊接式的焊縫少，須拼接的零件數(shù)量少；鋼管焊接式的焊縫多，須拼接的零件數(shù)量多，所以工時(shí)消耗較多。

（3）零件數(shù)量多，會(huì)導(dǎo)致管理品種多和管理成本高。

4 樣件實(shí)測(cè)

4.1 測(cè)試準(zhǔn)備

根據(jù)CAE分析結(jié)果，在應(yīng)力較大區(qū)域貼應(yīng)變片，通過(guò)傳感器和儀器來(lái)記錄結(jié)果，見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 鈑金沖壓焊接式樣件測(cè)試圖

圖5 鋼管焊接式樣件測(cè)試圖

4.2 靜態(tài)測(cè)試

靜態(tài)測(cè)試分空載和滿(mǎn)載兩種載荷狀態(tài)來(lái)測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果表明，鋼管焊接式在滿(mǎn)載狀態(tài)下的應(yīng)力最大（見(jiàn)表3）。

表3 靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)表

4.3 動(dòng)態(tài)測(cè)試

動(dòng)態(tài)測(cè)試也分空載和滿(mǎn)載兩種載荷狀態(tài)來(lái)測(cè)試。每種載荷狀態(tài)都做以下多種工況的應(yīng)力測(cè)試：

（1）平路勻速行駛；

（2）壞路行駛；

（3）60 km/h制動(dòng)；

（4）40 km/h平路轉(zhuǎn)彎；

（5）0～80 km/h平路加速行駛。

測(cè)試結(jié)果表明，鋼管焊接式在滿(mǎn)載狀態(tài)下，工況（2）的應(yīng)力最大（見(jiàn)表 4）。

表4 動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)表

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合以上分析及實(shí)測(cè)，鈑金沖壓焊接式比鋼管焊接式的應(yīng)力低，制造工藝性好，成本低，是一種較優(yōu)的單縱臂的主體結(jié)構(gòu)形式。

[1]劉惟信.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2]張 旗.汽車(chē)工程手冊(cè)·設(shè)計(jì)篇[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]耶爾森.賴(lài)姆帕爾.汽車(chē)底盤(pán)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)普及出版社，1992.

The Research of Main Body Structure of Trailing-arm Suspension

ZHOUHua
(Liuzhou Wuling Automobile Industry Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi545007,China)

Two kinds of main body structure of trailing-arm suspension are brought forward。By analyzing their stress with CAE，evaluating their manufacturing process and cost，validating with test of sample parts at static state and dynamic state，the better kind of main body structure is confirmed。

suspension；trailing-arm；main body structure

U463.3

A

1672-545X（2011）09-0014-03

2011-06-05

周 華（1973—），男，廣西南寧人，工程師，學(xué)士學(xué)位，主要研究方向?yàn)槠?chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝工裝開(kāi)發(fā)及項(xiàng)目管理。