扭杆悬架设计.doc

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— 12 e) 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)。图4- 13 扭杆弹簧与臂设计时应当根据最大扭矩计算扭杆直径 d 3 max 16 ?? Md?(4— 21) 式中, max M 为扭杆承受的最大扭矩; ?为扭转切应力,可取允许扭转切应力代人计算。扭杆的有效长度 L 用下式计算 nc GdL32 4??(4— 22) 式中, G 为切变模量,设计时取 G=4 10 ? MPa ;nc 为扭杆的扭转刚度。分析式(6— 22) 可知:扭杆直径 d 和有效长度 L 对扭杆的扭转刚度 nc 有影响。增加扭杆直径 d 会使扭杆的扭转刚度 nc 增大,因悬架刚度与扭杆扭转刚度成正比,所以汽车平顺性变坏; 而扭杆直径 d 又必须满足式(6— 21) 的强度要求, 不能随意减小。增加扭杆有效长度 L 能减小扭杆的扭转刚度 nc ,使汽车平顺性获得改善,但过长的扭杆在汽车上布置有困难, 此时宜采用组合式扭杆。常采用 45CrNiMoVA 、 40Ct 、 42CrMo 、 50CRV 等弹簧钢制造扭杆。为了提高疲劳强度, 扭杆需要经过预扭和喷丸处理。经过预扭和喷丸处理的扭杆许用切应力???可在 800 ~ 900MPa 范围内选取,轿车可取上限,货车宜取下限。扭杆弹簧可分为端部、杆部和过渡段三部分。圆形扭杆使用有花键的端部占多数, 这种结构在端部直径较小时也能保证足够的强度。为使端部和杆部寿命一样,推荐端部直径 D = ( ~ )d ,其中 d 为扭杆直径;花键长度 ?,端部花键一般采用渐开线花键。从端部直径到杆部直径之间的一段称为过渡段。为了使这段应力集中降到最