CN104129245B - 一种用于扭梁的半承载结构弹簧托盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，包括有弹簧承载区，横梁搭接区，纵臂连接区，以及应力释放圆弧区；所述纵臂搭接区包括有至少一个应力释放缺口、纵臂焊边及轮毂支架焊边其中，第一应力释放缺口设置于所述弹簧安装中心与车轮中心的连线之间。本技术方案解决了扭梁结构纵臂承载力与力矩过大导致的开裂、疲劳寿命不足等因素，同时改善整体扭梁应力传递路径，使应力均布，弹簧托盘与横梁的连接也解决了横梁、纵臂之间的焊接质量要求。

Description

一种用于扭梁的半承载结构弹簧托盘

技术领域

本发明属于汽车底盘领域，是指汽车底盘承载用的扭梁式悬架，特别是指一种用于扭梁的半承载结构弹簧托盘。

背景技术

汽车底盘承载用的扭梁式悬架，如图1所示，其主体结构中包含纵臂1、横梁2、弹簧托盘3、弹簧4、轮毂支架5及加强连接板6等组成，整体通过焊接方式连接。扭梁式悬架结构的运动即是在车辆运行过程中，由于路面的不平整和驾驶操纵，车辆承载和路面反馈的左右不等导致弹簧压缩或回弹，进而通过纵臂传递到横梁，通过横梁产生扭转传递或抵消其运动的过程。

其运动关键在于弹簧托盘承载整车载荷，并通过纵臂传递，弹簧托盘的结构和连接方式决定了纵臂、横梁等的受力情况，进而决定了扭梁的受力工况、耐久性能、成型工艺质量等。通过弹簧托盘和纵臂的连接和力传递方式，分为全承载式、半承载式。

现有常用的扭梁结构，其弹簧托盘连接方式为全承载式，即弹簧的承载力全部通过其与纵臂之连接，进而传递到横梁，使之产生扭转达到平衡。

如图2所示，全承载式结构弹簧托盘3为保证强度要求，通过三道焊接连接于纵臂，包含前后连接的两道半圆圈焊31、33、下端一道平直长焊缝32。从成型工艺来说，多次焊接产生的热影响易导致纵臂材料变脆而影响强度，此外这种焊缝布置方式不利于焊接操作，需增加旋转工装进行保证，同时焊缝布置空间化，不利于机器人自动焊接。

从结构上，全承载式弹簧托盘所承受的力与力矩全部通过纵臂传递到横梁，对纵臂和横梁的连接强度有较高的要求，该处也是试验薄弱区域，目前有部分设计通过增加加强连接板平衡搭接于托盘和横梁，纵臂应力有部分改善。但由于横梁材料(一般B510L，高强度扭转钢)、弹簧托盘及连接加强板材料(SAPH系列，高延伸率，能充分成型)的性能差异，其连接处出现应力分配不均匀，极易导致加强板撕裂等故障产生。

综合以上所述，现扭梁式悬架有以下的不足之处：

A)多次焊接产生的热影响易导致纵臂材料变脆而影响强度

B)弹簧托盘焊缝需正、反面布置3道焊缝，需增加旋转工装，提高成本，且不利于机器人自动焊接

C)纵臂承载全部力与力矩，对纵臂材质、强度要求高，对纵臂、横梁搭接焊接要求高，应力传递不均匀，易导致焊接开裂、纵臂失效等情况。

D)弹簧托盘与横梁搭接，由于材料差异，搭接焊缝质量不高，易撕裂。

发明内容

本发明的技术方案为至少解决以下目的之一的问题：

1、本发明的第一个目的是，通过本技术方案，改善扭梁结构的应力分布，减少纵臂承受应力，改善纵臂疲劳寿命。

2、本发明的第二个目的是，通过本技术方案，改善纵臂与弹簧托盘焊接工艺，减少热影响区和焊缝数量，提升纵臂质量和强度，避免增加旋转工装进行焊接。

3、本发明的第三个目的是，通过本技术方案，减少扭梁结构部件，去除加强连接板，改善弹簧托盘与横梁的力传递路径，降低连接处应力避免托盘撕裂。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，包括有弹簧承载区，横梁搭接区，纵臂连接区，以及应力释放圆弧区；

所述弹簧承载区和所述纵臂连接区由所述应力释放圆弧区连接；

所述弹簧承载区包括有弹簧承载平面及弹簧定位凸台；所述弹簧定位凸台与弹簧内圈配合并限位；

所述横梁搭接区包括有横梁平面焊接边和横梁弯弧边；所述横梁平面焊接边搭接于横梁上端；所述横梁弯弧边通过弯弧结构与横梁外表面配合；

所述纵臂连接区包括有至少一个应力释放缺口、纵臂焊边及轮毂支架焊边；所述纵臂焊边与纵臂的走向配合；其中，一个所述应力释放缺口为第一应力释放缺口，所述第一应力释放缺口设置于所述弹簧安装中心与车轮中心的连线之间。

所述弹簧定位凸台的侧壁上端设置有翻边结构，所述翻边结构从弹簧内圈向外圈方向包覆所述弹簧下端至少一圈。

所述横梁弯弧边通过弯弧结构与所述横梁外表面接触，并环绕过所述横梁，搭接于所述横梁的另一侧。

所述第一应力释放缺口设置于所述纵臂焊边和所述轮毂支架焊边之间。

所述应力释放缺口设置于所述纵臂焊边上。

所述半承载结构弹簧托盘由平板板材冲压成型。

所述弹簧承载平面的周边，设置有通过翻边结构形成的弧边结构；所述弧边结构与所述弹簧定位凸台之间形成凹槽。

所述弧边结构与所述弹簧定位凸台相对于所述弹簧承载平面的高度相等。

本发明的有益效果是：

本申请技术方案所述的半承载式弹簧托盘结构，解决了扭梁结构纵臂承载力与力矩过大导致的开裂、疲劳寿命不足等因素，同时改善整体扭梁应力传递路径，使应力均布，弹簧托盘与横梁的连接也解决了横梁、纵臂之间的焊接质量要求。

附图说明

图1为现技术的扭梁式悬架示意图；

图2为现技术的弹簧托盘与纵臂焊接示意图；

图3为本发明一个实施例半承载结构弹簧托盘连接结构意图；

图4为本发明一个实施例半承载结构弹簧托盘结构示意图。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

汽车底盘承载用的扭梁式悬架，如图3所示，其主体结构中包含纵臂11、横梁12、弹簧托盘13、弹簧14及轮毂支架15等组成，整体通过焊接方式连接。

实施例1

参考图4，一种用于扭梁的半承载结构弹簧托盘13，该弹簧托盘由平板板材冲压成型，包含弹簧承载区131，横梁搭接区132，纵臂连接区133，纵臂应力释放圆弧区134。

弹簧承载区131，主要由弹簧承载平面1311、弹簧定位凸台1312构成，所述弹簧定位凸台的侧壁上端设置有翻边结构，用于从弹簧内圈向外圈方向包覆所述弹簧下端至少一圈，起到对弹簧下端的定位作用。

在本申请的其它实施例中，弹簧承载平面的周边，设置有通过翻边结构形成的与所述定位凸台等高的弧边结构；所述弧边结构与所述定位凸台之间形成凹槽。该凹槽对弹簧内、外圈均进行限位，同时该弧边结构提高了弹簧托盘的结构强度。

横梁搭接区132，包含横梁平面焊接边1321，横梁弯弧边1322，横梁平面焊接边1321搭接于横梁上端，通过二保焊连接搭接横梁后侧，横梁弯弧边1322通过弯弧结构，与横梁外表面接触配合，并环绕过横梁，搭接与该横梁的另一侧。

横梁搭接区132，通过焊接连接横梁、弹簧托盘，将由弹簧传递的整车载荷之一部分直接传递于横梁，改善纵臂的载荷分布和结构应力。同时由于载荷直接传递于横梁，分担了由纵臂传递的载荷，降低了纵臂、纵臂－横梁焊接区域的应力，进而提高纵臂的疲劳寿命；

横梁弯弧边1322，其弯弧段与横梁外表面接触过渡，并环绕横梁到另一侧，其与横梁的搭接焊缝，承接于平面焊接边1321形成一道连续焊缝，提高弹簧托盘与横梁的连接强度，并通过弯弧段增大弹簧托盘与横梁的接触面积，使(由于弹簧托盘、横梁的材料差异产生的)应变应力能均匀的分布，改善力传递路径，降低局部应力提高弹簧托盘及焊接区域寿命。

纵臂连接区133，弹簧托盘由此与纵臂搭接，沿纵臂走向的长焊缝由应力释放缺口1332分解成两段为：纵臂焊边1331和轮毂支架焊边1333。纵臂连接区包括有一个应力释放缺口、纵臂焊边及轮毂支架焊边；纵臂焊边与所述纵臂的走向配合；其中，该应力释放缺口为第一应力释放缺口。

第一应力释放缺口，其位置位于弹簧安装中心与车轮中心之间的连线上，地面载荷传递到轮心、整车载荷传递到弹簧定位凸台形成的翻转力矩和应力应变通过此缺口进行释放，同时该缺口为轮毂支架提供焊接空间。

横梁搭接区132、纵臂连接区133由纵臂应力释放圆弧区134连接，纵臂和横梁产生的应力差通过此内凹圆弧进行释放，同时圆弧区连接纵臂、横梁、弹簧承载区，其产生的应变分解一部分纵臂、横梁焊接区的应力，改善纵臂－横梁搭接工作状态，提高该区域疲劳寿命。

弹簧托盘结构，搭接于纵臂、横梁各位一道连续焊缝(第一应力释放缺口不影响此焊缝布置的连续性)，减少了纵臂－托盘焊接工序，并使之更易于自动化机器人焊接之布置，同时与纵臂的焊缝减少，改善纵臂受焊接热影响的材料性能降低，提高纵臂的疲劳寿命。

所述半承载式弹簧托盘结构，通过更改弹簧托盘与横梁、纵臂的搭接，优化整车载荷的传递路径，改善扭梁系统的应力分布，提高扭梁的疲劳寿命。

实施例2

一种用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，该弹簧托盘由平板板材冲压成型，包含弹簧承载区，横梁搭接区，纵臂连接区，纵臂应力释放圆弧区。

弹簧承载区，主要由弹簧承载平面、弹簧定位凸台构成，所述弹簧定位凸台的侧壁上端设置有翻边结构，用于从弹簧内圈向外圈方向包覆所述弹簧下端至少一圈，起到对弹簧下端的定位作用。

横梁搭接区，包含横梁平面焊接边，横梁弯弧边，横梁平面焊接边搭接于横梁上端，通过二保焊连接搭接横梁后侧，横梁弯弧边通过弯弧结构，与横梁外表面接触配合，并环绕过横梁，搭接与该横梁的另一侧。

横梁搭接区，通过焊接连接横梁、弹簧托盘，将由弹簧传递的整车载荷之一部分直接传递于横梁，改善纵臂的载荷分布和结构应力。同时由于载荷直接传递于横梁，分担了由纵臂传递的载荷，降低了纵臂、纵臂－横梁焊接区域的应力，进而提高纵臂的疲劳寿命；

横梁弯弧边，其弯弧段与横梁外表面接触过渡，并环绕横梁到另一侧，其与横梁的搭接焊缝，承接于平面焊接边形成一道连续焊缝，提高弹簧托盘与横梁的连接强度，并通过弯弧段增大弹簧托盘与横梁的接触面积，使(由于弹簧托盘、横梁的材料差异产生的)应变应力能均匀的分布，改善力传递路径，降低局部应力提高弹簧托盘及焊接区域寿命。

纵臂连接区，弹簧托盘由此与纵臂搭接，沿纵臂走向的长焊缝由应力释放缺口分解成两段为：纵臂焊边和轮毂支架焊边。纵臂连接区包括有两个以上应力释放缺口，应力释放缺口设置于所述纵臂焊边上纵臂焊边与所述纵臂的走向配合，形成齿形结构。应力释放缺口与纵臂搭接焊边交替循环的结构，进一步改善纵臂应力环境；其中，一个应力释放缺口为第一应力释放缺口。

第一应力释放缺口，其位置位于弹簧安装中心与车轮中心之间的连线上，地面载荷传递到轮心、整车载荷传递到弹簧定位凸台形成的翻转力矩和应力应变通过此缺口进行释放，同时该缺口为轮毂支架提供焊接空间。

横梁搭接区、纵臂连接区由纵臂应力释放圆弧区连接，纵臂和横梁产生的应力差通过此内凹圆弧进行释放，同时圆弧区连接纵臂、横梁、弹簧承载区，其产生的应变分解一部分纵臂、横梁焊接区的应力，改善纵臂－横梁搭接工作状态，提高该区域疲劳寿命。

弹簧托盘结构，搭接于纵臂、横梁各位一道连续焊缝(第一应力释放缺口333不影响此焊缝布置的连续性)，减少了纵臂－托盘焊接工序，并使之更易于自动化机器人焊接之布置，同时与纵臂的焊缝减少，改善纵臂受焊接热影响的材料性能降低，提高纵臂的疲劳寿命。

所述半承载式弹簧托盘结构，通过更改弹簧托盘与横梁、纵臂的搭接，优化整车载荷的传递路径，改善扭梁系统的应力分布，提高扭梁的疲劳寿命。

因由全承载结构更改为半承载结构，其纵臂应力改善，进而可以使用相对屈服强度较低的材料，该种材料有较好的变形特性，与上述的多应力释放缺口弹簧托盘组合成为柔性特征扭梁(对应的高强度纵臂不易变形而言)，使纵臂、弹簧托盘的应力应变更加均匀化。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，其特征在于：包括有弹簧承载区，横梁搭接区，纵臂连接区，以及应力释放圆弧区；

所述弹簧承载区和所述纵臂连接区由所述应力释放圆弧区连接；

所述弹簧承载区包括有弹簧承载平面及弹簧定位凸台；所述弹簧定位凸台与弹簧内圈配合并限位；

所述横梁搭接区包括有横梁平面焊接边和横梁弯弧边；所述横梁平面焊接边搭接于横梁上端；所述横梁弯弧边通过弯弧结构与横梁外表面配合；

所述纵臂连接区包括有至少一个应力释放缺口、纵臂焊边及轮毂支架焊边；所述纵臂焊边与纵臂的走向配合；其中，一个所述应力释放缺口为第一应力释放缺口，所述第一应力释放缺口设置于所述弹簧安装中心与车轮中心的连线之间；

所述弹簧承载平面的周边设置有通过翻边结构形成的弧边结构；所述弧边结构与所述弹簧定位凸台之间形成凹槽。

2.根据权利要求1所述的用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，其特征在于：所述弹簧定位凸台的侧壁上端设置有翻边结构，所述翻边结构从弹簧内圈向外圈方向包覆所述弹簧下端至少一圈。

3.根据权利要求1所述的用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，其特征在于：所述横梁弯弧边通过弯弧结构与所述横梁外表面接触，并环绕过所述横梁，搭接于所述横梁的另一侧。

4.根据权利要求1所述的用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，其特征在于：所述第一应力释放缺口设置于所述纵臂焊边和所述轮毂支架焊边之间。

5.根据权利要求1所述的用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，其特征在于：所述应力释放缺口设置于所述纵臂焊边上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，其特征在于：所述半承载结构弹簧托盘由平板板材冲压成型。

7.根据权利要求1所述的用于扭梁的半承载结构弹簧托盘，其特征在于：所述弧边结构与所述弹簧定位凸台相对于所述弹簧承载平面的高度相等。