周 華

（柳州五菱汽車工業(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綜合評估，并通過樣件靜態(tài)和動態(tài)實測來進行驗證，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；

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

目前汽車的獨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、輪距不隨車輪跳動而變化、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點，主要應(yīng)用于后懸架。

某車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，為保證車輛的行駛性能和安全性，有必要對單縱臂式懸架的主體結(jié)構(gòu)形式進行全面研究。

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綜合評估，并通過樣件靜態(tài)和動態(tài)實測來進行驗證，確定了較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。

1 縱臂主體結(jié)構(gòu)形式

針對車型的實際情況，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、加強板和套管焊接而成，其中方管和加強板須組成一個較強結(jié)構(gòu)，才能承受大的載荷。

圖1 鈑金沖壓焊接式的簡圖

圖2 鋼管焊接式的簡圖

2 CAE分析

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

（1）滿載垂直載荷作用下，即相當于滿載靜態(tài)；

（2）2.2倍滿載垂直載荷作用，即相當于動態(tài)滿載受沖擊；

（3）1.5倍滿載垂直載荷+側(cè)向力（0.6倍滿載垂直載荷）+等效扭矩，即相當于動態(tài)滿載側(cè)滑。

通過對比，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80MPa，鋼管焊接式則有2處區(qū)域應(yīng)力數(shù)值超過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）

說明：

（1）市場上沖壓鋼板普遍比矩形電焊鋼管價格低；

（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，所以工時消耗較多。

（3）零件數(shù)量多，會導致管理品種多和管理成本高。

4 樣件實測

4.1 測試準備

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

圖4 鈑金沖壓焊接式樣件測試圖

圖5 鋼管焊接式樣件測試圖

4.2 靜態(tài)測試

靜態(tài)測試分空載和滿載兩種載荷狀態(tài)來測試。

測試結(jié)果表明，鋼管焊接式在滿載狀態(tài)下的應(yīng)力最大（見表3）。

表3 靜態(tài)測試數(shù)據(jù)表

4.3 動態(tài)測試

動態(tài)測試也分空載和滿載兩種載荷狀態(tài)來測試。每種載荷狀態(tài)都做以下多種工況的應(yīng)力測試：

（1）平路勻速行駛；

（2）壞路行駛；

（3）60 km/h制動；

（4）40 km/h平路轉(zhuǎn)彎；

（5）0～80 km/h平路加速行駛。

測試結(jié)果表明，鋼管焊接式在滿載狀態(tài)下，工況（2）的應(yīng)力最大（見表 4）。

表4 動態(tài)測試數(shù)據(jù)表

5 結(jié)束語

綜合以上分析及實測，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.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2]張 旗.汽車工程手冊·設(shè)計篇[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]耶爾森.賴姆帕爾.汽車底盤基礎(chǔ)[M].北京：科學普及出版社，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，學士學位，主要研究方向為汽車產(chǎn)品設(shè)計、工藝工裝開發(fā)及項目管理。