轿车后扭梁轴结构改型优化

田欢乐，陈正康，黄军，胡礼，杜丽娟

（四川建安工业有限责任公司，四川 雅安 625000）

轿车后扭梁轴结构改型优化

田欢乐，陈正康，黄军，胡礼，杜丽娟

（四川建安工业有限责任公司，四川 雅安 625000）

文章通对某轿车后扭梁轴的有限元和动力学分析，在保证与参考件结构强度和性能相近的基础上找出最优的后扭梁轴替代方案。

后扭梁轴；扭杆；优化设计

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.022

CLC NO.:U461.1 Document Code:A Article ID:1671-7988(2016)01-65-02

前言

后扭梁轴作为一种结构简单，低成本半独立悬架，被广泛用于小型车和紧凑型轿车上。 扭梁轴通过衬套与车架连接，减震器作为缓冲元件，弹簧作为弹性元件，将后扭梁轴与车架连接起来，同时达到减震和支撑车身的作用。

在此类后扭梁轴中，扭梁轴横梁国外主流设计是将横梁做成封闭梁，此种横梁存在质量轻，与纵臂焊接性能好，同时侧倾刚度高，底盘动力学性能好的特点，不足就是国内对该类封闭梁的加工能力有限，且成本过高，试制工期长，产品后期设变困难，平台产品有限；为此，为了满足主机厂对该类梁的性能要求，我们对封闭梁原理进行分解，利用现有的加工手段，在扭梁重量变化不大的基础上进行结构上的创新，使新设计的扭梁不仅满足原结构封闭扭梁的性能要求，还要在成本和工艺上达到更优。因此，我们利用目前成熟的有限元分析技术，对我们提出的扭梁结构进行对比分析，使新设计的结构性能上满足原结构的要求，成本上更优。

1、有限元模型

1.1 有限元模型建立

根据后扭梁轴与车身安装的特点，在衬套位置单独设立局部坐标系，以满足衬套参数的输入；对整个扭梁采用壳单元在HYPERMESH中进行处理，焊缝直接采用节点合并，实心扭杆采用实体单元进行模拟。

1.2 方案选取：有2个方案供选取

原结构示意图，如图1所示：

图1

方案一：实心扭杆，将封闭梁改成V形开口梁，增加下加强件。

方案二：将方案一去掉扭杆，在横梁中间增加连接板。

图2

图3

分别将三种方案的后扭梁轴总成在NASTRAN进行侧滑和上跳工况计算，得出扭杆与纵臂的应力，其结果如下：

表1

分别将三种方案的后扭梁轴总成在ADAMSCAR里分别进行侧滑和上跳工况计算，得出三种方案后扭梁轴总成动力学性能变化，其结果如下：

表2

2、CAE分析结果

（1）从目前的方案一与方案二来看，完全可以取代原结构。

（2）从强度分析看，横梁与连接板的连接位置存在一个应力集中区，因此，在强度上要充分考虑该位置。

（3）从结果可以看出，方案二的连接板起着增加横梁的刚度及横向稳定的作用，在某种意义讲，可以取代稳定杆的作用，由于连接板与横梁是塞焊连接，我们可以通过改变连接板在横梁上不同的位置，达到调节扭梁性能的目的。

3、台架试验及道路试验验证

分别对方案一和方案二样件按照以下实验方法进行台架试验和道路试验。

台架试验方法：

表3

道路试验试验车辆的里程分布如下：

表4

通过台架试验和道路试验测试，方案一和方案二均满足试验要求。

从CAE分析、台架试验及道路试验的结果来看，可以说方案一是一种保守设计，在工艺上容易达到，但重量上增加较大，方案二在设计上比较新颖，在扭梁性能方面可以调整，重量较轻，工艺更简单，但由于连接板与扭梁通过塞焊连接，焊接热影响区会对扭梁的疲劳性能产生一定的影响，在应用过程中应当注意。

通过计算机仿真计算分析，能快速的解决产品在设计及优化中面临的各种问题，对于满足项目开发进度和提高企业核心竞争力是十分必要的。

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:人民交通大学出版社.

[2] 同济大学[M].复合式悬架车桥动力学参数分析,2002.1l.

[3] 张代胜，汽车理论[M].合肥工业大学出版社.

[4] 美国Thomas d. Gillespie（赵六奇、金达峰 译）车辆动力学基础,清华大学出版社2006.

Rear torsion beam axle structure optimization

Tian Huanle, Chen Zhengkang, Huang Jun, Hu Li, Du Lijuan
( Sichuan sussing out industrial Co., Ltd., Sichuan Ya'an 625000 )

Based on the torsion rear axle torsion bar of the static analysis and dynamic analysis,finding out the best torsion bar project with ensuring intensity and performance compared with the standard part.

Rear axle; torsion bar; optimize design

U461.1

A

1671-7988(2016)01-65-02

田欢乐，就职于四川建安工业有限责任公司。