JASO C405

扭杆悬架设计

4.3扭杆悬架设计 作为悬架弹性元件的一种——扭杆弹簧的两端分别与车架(车身)和导向臂连接。工作时扭杆弹簧受扭转力矩作用。扭杆弹簧在汽车上可以纵置、横置或介于上述两者之间。因扭杆弹簧单位质量储能量比钢板弹簧大许多，所以扭杆弹簧悬架质量小(簧下质量得以减少)，目前在轻型客车、货车上得到比较广泛的应用。除此之外，扭杆弹簧还有工作可靠、保养维修容易等优点。 扭杆弹簧可以按照断面形状或弹性元件数量的不同来分类。按照断面形状不同，扭杆弹簧分为圆形、管形、片形等几种。按照弹性元件数量不同，扭杆可分为单杆式(图4—12a、b)或组合式两种。组合式扭杆又有并联(图4—12c、d)和串联(图4—12e)两种。端部做成花键的圆形断面扭杆，因工艺性良好和装配容易而得到广泛应用，与管形扭杆比较材料利用不够合理是它的缺点。管形断面扭杆有制造工艺比较复杂的缺点，但它也有材料利用合理和能够用来制作组合式扭杆的优点。片形断面扭杆在一片断了以后仍能工作，所以工作可靠性好，除此之外还有工艺性良好、弹性好、扭角大等优点。片形断面扭杆的材料利用不够合理。组合式扭杆能缩短弹性元件的长度，有利于在汽车上布置。采用圆断面组合式扭杆时，可以用2、4或6根组合形成的组合式扭杆。 图4—12 扭杆断面形状及端部结构 a)圆形断面扭杆，端部为花键 b)圆形断面扭杆，端部为六角形c)片形组合式扭杆 d)圆形组合式扭杆e)串联组合式扭杆 下面以汽车上常用的圆形断面扭杆为例，介绍扭杆弹簧的设计要点。 设计前应当根据对汽车平顺性的要求，先行选定悬架的刚度c。设计扭杆弹簧需要确定的主要尺寸有扭杆直径d和扭杆长度L(图4—13)。

扭杆弹簧

扭杆弹簧设计 倪明明 作为悬架弹性元件的—种——扭杆弹簧的两端分别与车架(车身)和导向臂连接。工作时扭杆弹簧受扭转力矩作用。 一、扭杆弹簧优点： （1）单位质量的储能是钢板弹簧的3倍，所以采用扭杆弹簧的悬架质量轻、结构简单、占用空间小。 （2）悬架扭杆固定在车身上，减小了非簧载质量，提高汽车的平顺性和操控稳定性。 （3）可通过调整扭杆弹簧固定端的安装角度，实现对车身高度的调节。 （4）扭杆弹簧在越野车、轻型客、货车上应用比较广泛。在轿车悬架上也有使用（雷诺-5型、富康）。 二、扭杆弹簧分类 按照断面形状不同，扭杆弹簧分为圆形、管形、片形等几种。 （1）圆形断面扭杆工艺性良好和装配容易而得到广泛应用。采用圆断面组合式扭杆时，可以用2、4或6根组合形成的组合式扭杆。故在本次设计的悬架中选取圆形断面 扭杆。 （2）管形断面扭杆有材料利用合理和能够用来制作组合式扭杆的优点。 （3）片形断面扭杆在一片断了以后仍能工作，所以工作可靠性好，除此之外还有工艺性良好、弹性好、扭角大等优点。 三、扭杆弹簧的设计 设计扭杆弹簧需要确定的主要尺寸有扭杆直径d和扭杆长度L 扭杆弹簧采用45CrNiMoVA优质合金弹簧钢制造扭杆。采用淬火，回火热处理工艺，表面硬度在44～52HRC。为了提高疲劳强度，扭杆需要经预扭和喷丸处理。经过预扭和喷丸处理

的扭杆许用切应力[τ]可在800～900MPa 范围内选取，轿车可取上限，货车宜取下限。本次设计案例是是轿车，故[τ ]=900MPa 设计时应当根据最大扭矩计算扭杆直径d 设计时以乘坐5人为上限，没人以65Kg 计算，空载时前轴荷分配为60%，依据《汽车设计》（第四版，吉林大学出版社），满载前轴荷分配在47%～60%，在此取满载前轴荷分配为54%。对于圆截面的扭杆弹簧的两端花键连接，应力集中系数 1.2t K =， 1.25N =则产生的扭转力F 为 1.2 1.25(1365565)9.854%/2 6707.61F N =??+???= 3max 6707.61180101207.37M FR N m -==??=g 18.97d mm = = = 取整后得：d=20mm

扭杆弹簧及其应用

汽车悬架上的扭杆弹簧及其应用 来源：中国钢铁现货网2011-01-13 复制网址〖宽屏查看〗弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，把机械功或动能转化为变形能，而卸载后弹簧的变形消失，将变形能转化为机械功。汽车悬架的金属弹簧除了螺旋弹簧和钢板弹簧外，还有扭杆弹簧。扭杆弹簧是一种弹性机械零件，跟其他类型弹簧一样，都是利用材料的弹性以及本身的结构和总体布置的特点，实现能量的转变。随着汽车工业的发展和进步，扭杆弹簧在汽车悬架上的应用越来越广泛。为使汽车在行驶中能够获得适当的操控性与舒适性，必须装设避震装置，扭杆弹簧也因此被用作为汽车悬架系统中的避震装置，利用扭杆弹簧的变形以吸收能量，来缓和汽车行驶时产生的震动和倾斜，因此，扭杆弹簧在汽车上担负着十分重要的角色。 与钢板弹簧相比，扭杆弹簧由于结构简单、质量小、不需要润滑等优点而得到广泛应用。使用扭杆弹簧的悬架结构比较简单，占用空间小，适合小型车使用。缺点是刚度受到扭杆长度的限制，不够柔软，乘坐舒适性不理想，对材料要求高。扭杆弹簧常用的材料有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金等。 近30年来，随着新工艺、新技术的发展，扭杆弹簧的性能有了很大提高，主要标志是高应力、高强度扭杆的采用，静应力和缓冲能力都达到更高的水平，扭杆弹簧的最大工作应力已达到1300MPa。在组成扭杆悬架的所有零件中，扭杆弹簧是保证悬架装置具有优良性能的关键零件之一，只有提高扭杆弹簧的最大工作应力，才能设计出性能优良的悬架装置。 扭杆弹簧的制造材料一般应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等。扭杆弹簧加工过程中，切料应注意避免温度升高，镦锻时端部加热温度为950～1000℃,镦锻后端部用退火炉加热并缓冷。铬锰弹簧钢淬火温度830～860℃，淬火冷却以垂直状态投入油中或用滚模压淬火，可防止或减小弯曲变形，应及时进行回火；为提高疲劳强度，一般应进行喷丸强化；为防止使用中的永久变形，按照负荷方向进行预扭试验，喷丸后的扭杆弹簧应及时涂漆防锈。 现代汽车设计中，舒适性越来越受到重视。对汽车平顺性的要求也越来越高。特别是对客车和货车的舒适性要求逐渐提高，扭杆弹簧在支撑车体、传递地面给车体的力，缓和车辆在行驶时由车轮传给车体的冲击力，保证车辆在不平路面高速行驶时的平稳性和乘员的舒适性方面具有重要意义。（余冶） 北汽B40(报价图片参数)/B70底盘特点：带扭杆弹簧的前独立悬挂在民用车型中非常少见底盘表现期待指数：★★★★

扭杆弹簧独立悬架设计手册

设计手册悬架篇—扭杆弹簧独立悬架部份 一、概述 1、什么是独立悬架 2、独立悬架的优缺点 二、扭杆悬架 1、扭杆悬架的典型结构 2、扭杆悬架的特点 3、扭杆悬架的刚度特性 4、扭杆悬架的运动特性 5、悬架与整车的关系 三、扭杆悬架设计 1、主要性能参数的确定 2、悬架刚度（悬架刚度不同于扭杆刚度的概念） 3、系统阻尼（系统阻尼不同于减振阻尼的概念） 4、悬架设计计算 5、扭杆的设计 四、装调中的控制要素 1、整车姿态的调整与控制 2、前轮定位的调整与控制 3、轮胎气压的调整与控制 五、故障处理案例 1、回正性差 2、轮胎偏磨

第一章概述 独立悬架是相对于非独立悬架而言的，其特点是左、右两车轮之间各自“独立”地与车架或车身相联，构成断开式车桥，当单边车轮驶过凸起时，不会影响到另一侧车轮。 独立悬架由于其导向机构措综复杂，结构型式很多，但主流结构主要有：双横臂式，纵臂式，麦弗逊式、多连杆式等。 双横臂式独立悬架又细分为等长双横臂式和不等长双横臂式。一般用于轿车的前、后悬架，轻型载货汽车的前悬架或要求高通过性的越野车的前、后悬架。 纵臂式独立悬架以平行于汽车行驶方向的纵臂承担导向和传力作用，常用于非驱动桥的后悬架。 麦弗逊式，其突出特点在于将导向机构与减振装置合到一起，将多个元零件集成在一个单元内。不公简化了结构，减轻了质量，还节省了空间，较多应用于紧凑型轿车的前悬架。 与非独立悬架相比，独立悬架的诸多优点： 1、非悬挂质量小，悬架所受到并传给车身的冲击载荷小，有利于提高汽车的行驶平顺 性及轮胎接地性能； 2、左右车轮的跳动没有直接的相互影响，可减少车身的倾斜和振动； 3、占用横向空间小，便于发动机布置可以降低发动机的安装位置，从而降低汽车质心 位置，有利于提高汽车行驶稳定性； 4、易于实现驱动轮转向。 我公司目前所采用的前独立悬架均为不等长双横臂式扭杆悬架，如BJ1027A皮卡车型、BJ1032小卡车型和BJ6486轻客车型等。 第二章扭杆悬架 扭杆式双横臂独立悬架，用扭杆作为弹性元件，简称为扭杆悬架。 2．1 扭杆悬架的典型结构 2．1．1悬架的导向机构 悬架的导向机构是一种四连杆机构，四连杆机构由上摆臂、下摆臂及主销构成。 图2-1为悬架系统结构简图， 三角型DEF为悬架上摆臂， DE为上摆臂轴； 三角型ABC为悬架下摆臂， AB为下摆臂轴； F为上球头销、 C为下球头销 FC构成转向桥的主销 车轮跳动过程中，上摆臂、下摆臂各自绕 它们的摆臂轴进行摆动。 M、N分别为转向梯型上的两点，M为转向 梯型断开点，N为转向节臂与转向拉杆的 连接点。 图2-1 摆臂结构有两种：A形臂和一字臂，呈A字形或三角形的摆臂为A形臂；呈一字形的摆臂为一字臂。上摆臂一般都是A形臂。 上下摆臂均为A形臂的称为双A形臂结构，四驱的车辆或四驱平台上的两驱车辆一般采用双A形臂，如：长丰猎豹、BJ2027皮卡；一般SUV车因考虑越野性能，其前悬架大多采

扭杆弹簧知识

汽车悬挂的金属弹簧有三种形式，分别是螺旋弹簧、钢板弹簧和扭杆弹簧。螺旋弹簧形似螺旋线而得名，具有重量小且占位置少的优点，当路面对轮子的冲击力传来时，螺旋弹簧产生变形，吸收轮子的动能转换为螺旋弹簧的位能（势能），从而缓和了地面的冲击对车身的影响。钢板弹簧的中部通过U型螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，当路面对轮子的冲击力传来时，钢板产生变形，起到缓冲、减振的作用。扭杆弹簧一端与车架固定连接，另一端与悬架控制臂连接，通过扭杆的扭转变形达到缓冲作用。在三种弹簧中，螺旋弹簧和钢板弹簧都是常见的汽车弹簧，它们的作用比较好理解。而许多人对扭杆弹簧的形状与作用则不太明了。 从截断面上看，扭杆弹簧有园形、管形、矩形、叠片及组合式等。使用最多是园形扭杆，它呈长杆状，两端可以加工成花键、六角形等，以便将一端固定在车架而另一端通过控制臂固定在车轮上。 扭杆用合金弹簧钢做成，具有较高的弹性，既可扭曲变形又可复原，实际上起到螺旋弹簧相同的作用，只不过表现形式不一样而已。汽车运行时，车轮受地面凹凸的影响上下运动，控制臂也会随之上升或下降。当车轮向上时控制臂上升，使扭杆被迫扭转变形，吸收冲击能量。当冲击力减弱时，杆的自然还原能力能迅速恢复到它原来的位置，使车轮回到地面，避免车架受到颠簸。 扭杆弹簧能够储存较大的能量，比相等应力的螺旋弹簧和钢板弹簧大得多。杆越短越粗，刚度也越大。一般来讲，三种弹簧比较，扭杆弹簧单位重量的储能量较大，且占用的空间位置最小，易于布置，还可以适度调整车身的高度，所以不少乘用车悬挂采用扭杆弹簧。 厂家在制造扭杆弹簧时施加了预应力，增大疲劳强度。由于预应力是有方向的，所以扭杆弹簧也是有方向的。扭杆弹簧标记有左边或右边，用来识别安装在哪一侧。

基于汽车扭杆弹簧结构分析和改进

2014年第7期（总第371期）QI YE KE JI YU FA ZHAN │企业科技与发展│ qiyekejiyufazhan 扭杆弹簧作为弹性元件，由于其单位质量所储存能量比其他弹簧储存能量大，且结构相对紧凑，易于布置，在汽车设计和制造中得到了广泛的应用[1]。影响扭杆弹簧性能的因素很多，主要有几何尺寸、材料、热处理工艺、预扭和喷丸等。在设计扭杆弹簧几何尺寸时，扭杆直径和长度对于扭杆弹簧性能影响很大。现阶段，制造扭杆弹的材料很多，主要包括50CrVA 、60Si2Mn 、40Cr 和60CrA 等弹簧钢。针对选材的不同，对应采用的热处理工艺也有很大区别，例如50CrVA 和60Si2Mn 主要采用整体淬火方式，40Cr 主要采用感应淬火。不同的淬火方式得到的扭杆弹簧性能也存在差异。 HyperWorks 是由Altair 公司设计研发的一款有限元仿真软件，具有强大的前后处理功能。同时，可以对模型进行优化设计，在整车和零部件研发中，得到了十分广泛的应用。 1问题阐述 某商用车扭杆弹簧总成由扭杆、摇臂、控制臂、定位螺栓、 防尘罩和其他附件组成。其中，摇臂与前桥下摆臂通过花键连接，控制臂与车架横梁通过下臂轴连接。扭杆弹簧在整车行驶过程中，主要承受汽车颠簸时产生的扭矩。扭杆弹簧的台架试验规定满足循环40万次不损坏。扭杆弹簧组成如图1所示。 某车辆在用户使用过程中，出现扭杆弹簧突然断裂的现象，断裂部分在限位螺栓附近，位置在墩头过渡区域，由于整 体淬火方式对过渡部分存在热处理缺陷，导致该区域存在脱碳现象，厚度为80μm ，断裂呈螺旋形。经过硬度检测和晶相组织分析结果显示，断裂处扭杆弹簧硬度分布不均，有些地方的硬度低于图纸要求值。由于扭杆弹簧为底盘安全结构件，关系到乘员的人身安全，所以必须彻底解决扭杆弹簧断裂问题。本文主要从扭杆弹簧的设计和材料入手解决其断裂问题。扭杆断裂情况如图2所示。 2扭杆弹簧有限元分析 有限元分析基本步骤分为三维数模建立，几何清理，网格 划分，添加属性，施加载荷和载荷步，结果分析。 2.1三位数模的建立 通过三维绘图软件UG 建立扭杆弹簧三维数模，为满足有限元分析要求，对扭杆端头处花键进行简化处理（如图3和图4所示）。 【作者简介】郭长城，硕士研究生，一汽通用轻型商用汽车有限公司底盘工程师，从事转向系统和悬架系统的设计开发工作；李明，一汽大众汽车 有限公司质量体系工程师，从事质量体系建立和管理等工作。 基于HyperWorks 汽车扭杆弹簧结构分析和改进 郭长城1，李 明2 （1．一汽通用轻型商用汽车有限公司，吉林长春130033；2．一汽大众汽车有限公司，吉林长春130000）【摘要】文章针对某车型实际使用过程中出现的扭杆弹簧断裂问题，对扭杆弹簧结构进行CAE 分析，观察其应力云图，通过对材料和热处理方式进行研究，改进扭杆弹簧结构，增强扭杆弹簧的疲劳寿命。优化方式在台架试验和整车道路试验得到了验证，彻底解决了扭杆弹簧断裂问题。【关键词】扭杆弹簧；HyperWorks ；热处理；有限元【中图分类号】U463.33【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2014）07-0015-03图1扭杆弹簧组成 注：1 ．扭杆；2．调整臂；3 ．摇臂；4．防尘罩．后限位螺栓；6．前限位螺栓。 1 2 34 6 5 图2扭杆断裂 图4扭杆弹簧三维数模 图3 扭杆弹簧示意图（单位：mm ） 894 27 15

汽车扭杆弹簧制造工艺

汽车扭杆弹簧制造工艺 汽车扭杆弹簧是利用杆的扭转弹性变形而起弹簧作用的零件，淬火和预扭是加工扭杆弹簧的重要工序。生产厂家通常采用常规淬火和常温预扭，其缺点有：容易造成扭杆弯曲、硬度不均、耐疲劳性能减弱、松弛变形量大等。本文利用滚动淬火和热预扭工艺解决了该类问题。 扭杆弹簧制造工艺现状 汽车扭杆弹簧可分为实心扭杆和空心扭杆两类，其截面有圆、方、矩形、椭圆形及多边形等，而又以截面为圆形居多。和螺旋弹簧及板簧相比，扭杆弹簧结构简单，工作时无摩擦，弹簧特性稳定，不产生颤振，单位体积储能大，弹簧体积较小，属于小型轻量化产品，在汽车、火车、坦克及装甲车等方面获得广泛应用。 生产厂家通常采用的扭杆弹簧的制造工艺路线：切料（→镦锻→退火）→端部加工→常规淬火→回火→常温预扭（强扭）处理→喷丸→检验→防锈。 工艺路线中常规淬火和常温预扭工序存在缺点： 1）常规淬火通常有吊挂式竖直进入淬火液、横向水平进入淬火液和高频感应淬火三种方式。吊挂式淬火，会出现工件上下面硬度不均，呈“S”形弯曲，很难校直；横向水平淬火，由于工件受冷却能力不同，易产生变形；高频感应淬火会出现扭杆心部淬不透的现象。 2）预扭（亦称强扭）是对扭杆弹簧强化处理最重要方法之一。其目的是：提高扭杆表层的预压应力和开发利用心部材料的承载潜力，来提高其耐疲劳性能和最大允许剪应力。其方法是扭杆热处理后在常温下沿其工作时的承载方向施加一扭角（大于使用时的最大工作扭角），使扭杆的表层应力超过材料的屈服极限而发生塑性变形，然后再卸载。经过连续加载、卸载，使扭杆表层的塑性变形趋于稳定，并保证最后一次卸载后松弛变形小于规定值。缺点是预扭次数多，一般要三次以上，延长了产品的制造周期，浪费人力、物力和财力，松弛变形量大，耐疲劳性能弱。 扭杆弹簧制造新工艺 扭杆弹簧制造新工艺是用滚动淬火取代常规淬火，用热预扭取代常温预扭，其他工艺不变。 1.滚动校直淬火 针对工艺路线中的扭杆弹簧常规淬火问题，提供了扭杆弹簧滚动校直淬火。设备结构如附图所示，由调速、校直、床身、淬火和杠杆五个部分组成。调速部分包括电动机、变速器、主动齿轮、从动齿轮；校直部分包括主动轴、端盖、从动轴、滑块、U形密封圈、主动轮及平键、从动轮及平键、轴承、U形密封圈座、滑块、轴用弹性挡圈和配重；淬火部分包括喷水管；杠杆部分包括钢丝绳、杠杆支架、杠杆和脚踏板。