CN112606643B - 一种扭力梁后轴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扭力梁后轴，包括扭力梁、摆臂和减震座，所述扭力梁侧边上设有圆弧槽，所述扭力梁两端设有通槽，所述通槽底部还设有U型槽，所述扭力梁两端固定有第一挡板，所述第一挡板一端固定有第二挡板，所述第二挡板上固定有加强板，所述第一挡板另一端与所述摆臂上端固定，所述摆臂通过通槽与所述扭力梁固定，所述摆臂一端固定有衬套，所述摆臂另一端固定有驻车做，所述减震座分别与所述扭力梁和所述摆臂固定。本发明的有益效果：扭力梁侧边开圆弧槽，在稍降低抗扭强度的同时，大大提高了扭力梁的KC特性，通过增加固定的加强板，提高了扭力梁扭转刚度，扭力梁两端开U型槽，大大降低了扭力梁与摆臂连接的应力集中。

Description

一种扭力梁后轴
技术领域
本发明涉及车辆工程领域，尤其涉及一种扭力梁后轴。
背景技术
随着生活水平的提高，人们越来越多的购买了汽车作为代步工具，而汽车上都安装了悬挂，保证车辆行驶在凹凸不平路面上不产生侧倾。扭力梁式悬挂是汽车后悬挂类型的一种，是通过一个扭力梁轴来平衡左右车轮的上下跳动，以减小车辆的摇晃，保持车辆的平稳，属于非独立悬挂的一种类型，其工作原理是将非独立悬挂的车轮装在一个扭力梁的两端，当一边车轮上下跳动时，会使扭力梁绕轴跳动，从而带动另一侧车轮也相应地跳动，减小整个车身的倾斜或摇晃，但是这也大大增加了后排乘员的不舒适感，同时非独立悬挂经常需要扭转，其使用寿命相对独立悬挂较短。
发明内容
本发明针对上述背景技术中的情况，提供了一种扭力梁后轴，通过局部优化大大提高扭力梁的KC特性，同时降低了应力集中区域的应力。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种扭力梁后轴，包括扭力梁、摆臂和减震座，所述扭力梁侧边上设有圆弧槽，所述扭力梁两端设有通槽，所述通槽底部还设有U型槽，所述扭力梁两端固定有第一挡板，所述第一挡板一端固定有第二挡板，所述第二挡板上固定有加强板，所述第一挡板另一端与所述摆臂上端固定，所述摆臂通过通槽与所述扭力梁固定，所述摆臂一端固定有衬套，所述摆臂另一端固定有驻车座，所述减震座分别与所述扭力梁和所述摆臂固定。
优选的，所述摆臂上还固定有第一盖板。
优选的，所述摆臂上还设有缺口槽，所述缺口槽与所述U型槽配合。
优选的，所述第二挡板与所述加强板的夹角为20°，所述第二挡板上还设有V型槽。
优选的，所述U型槽深度为25-30mm。
优选的，所述圆弧槽位于所述扭力梁中间位置，所述圆弧槽的直径为800mm，所述圆弧槽底部距离所述扭力梁上端面深度25-30mm。
优选的，所述减震座上还固定有第二盖板，所述第二盖板分别与所述扭力梁侧边和第一盖板固定，所述减震座上还设有减震槽。
优选的，上述固定连接都为焊接。
当一边车轮遇到障碍物的碰撞时，车轮受到向上的作用力，即驻车座受到向上的作用力，由于驻车座与扭力梁在水平方向是有距离的，即扭力梁一端受有扭矩的同时还受有倾覆力矩，则扭力梁将会发生扭转和倾覆，由于扭力梁为U型结构，其内的第一挡板和第二挡板会阻碍扭力梁的扭曲，即阻碍位置出现应力集中，同时梁的倾覆和扭转都是通过摆臂造成的，则摆臂与梁的焊接部位也会出现应力集中，同时梁是向上倾覆，则摆臂与扭力梁通槽接触部分右上角位置应力集中最大，所以通过在扭力梁内侧与第二挡板上焊接加强板，同时在通槽的端部开U型槽，通过加强板将扭力梁的扭曲变形向中间偏移，同时减少扭力梁上通槽与摆臂侧面的局部接触，在共同作用下，将摆臂焊接部位应力集中降低到最优水平，同时在扭力梁中间一侧位置开圆弧槽，通过圆弧槽将扭力梁的扭曲位置向左端稍偏移，适当降低了右端的扭曲变形量，进而提高了扭力梁后轴整体的倾覆性，继而提高KC特性。
本发明的有益效果：扭力梁侧边开圆弧槽，在稍降低抗扭强度的同时，大大提高了扭力梁的KC特性，通过增加固定的加强板，提高了扭力梁扭转刚度，扭力梁两端开U型槽，大大降低了扭力梁与摆臂连接的应力集中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图一。
图2是本发明的结构示意图二。
图3是本发明的结构示意图三。
图4是本发明图3中局部A处的放大示意图。
图5是现有技术的简化示意图。
图6是现有技术的简化正视图。
图7是本发明的简化示意图。
图8是本发明的简化正视图。
图中：摆臂101、第一盖板102、缺口槽103、衬套104、减震座201、第二盖板202、减震槽203、扭力梁301、第一挡板302、第二挡板303、V型槽304、加强板305、圆弧槽306、U型槽307、通槽308、驻车座4。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中所述的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的 前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。
实施例如图1至图8所示，一种扭力梁后轴，包括扭力梁301、摆臂101和减震座201，所述扭力梁301侧边上设有圆弧槽306，所述扭力梁301两端设有通槽308，所述通槽308底部还设有U型槽307，所述扭力梁301两端固定有第一挡板302，所述第一挡板302一端固定有第二挡板303，所述第二挡板303上固定有加强板305，所述第一挡板302另一端与所述摆臂101上端固定，所述摆臂101通过通槽308与所述扭力梁301固定，所述摆臂101一端固定有衬套104，所述摆臂101另一端固定有驻车座，所述减震座201分别与所述扭力梁301和所述摆臂101固定。
所述摆臂101上还固定有第一盖板102。
所述摆臂101上还设有缺口槽103，所述缺口槽103与所述U型槽307配合。
所述第二挡板303与所述加强板305的夹角为20°，所述第二挡板303上还设有V型槽304。
所述U型槽307深度为25-30mm。
所述圆弧槽306位于所述扭力梁301中间位置，所述圆弧槽306的直径为800mm，所述圆弧槽306底部距离所述扭力梁301上端面深度25-30mm。
所述减震座201上还固定有第二盖板202，所述第二盖板202分别与所述扭力梁301侧边和第一盖板102固定，所述减震座201上还设有减震槽203。
上述固定连接都为焊接。
具体的仿真过程：模拟汽车行驶在凸起公路上的情况，通过ANSYS有限元软件来分析扭力梁后轴的静力学特性。
先建立扭力梁后轴的简化模型如图5-8所示，图5-6为未优化的扭力梁后轴简化模型，图7-8为本发明的扭力梁后轴简化模型。
定义材料属性：扭力梁后轴整体常用材料高强钢，杨氏模量E=2.1×105N/mm2，泊松比ε=0.3，密度ρ=7.89×10-3g/mm3。
划分网格：对扭力梁后轴中结构较为平整的区域使用六面体网格，对各连接部分使用四面体网格。
施加约束：模拟汽车行驶过程的颠簸情况，当车轮与障碍物接触时，障碍物对车轮施加一个反作用力，即对模型中a面施加向上的力F1=6200N的力，在b面施加两个弹性约束，弹性约束属性定义为35N/mm，在c部位分别施加左右方向的固定约束，限制扭力梁后轴左右方向的平动。
运算求解：通过有限元计算结果显示，未优化前最危险部位出现在d部位，其最大应力为201.37MPa，次危险部位出现在e部位，e部位为焊接部位，其最大应力为179.63MPa，且最左端越过障碍物时，扭力梁左端弯曲变形量为15mm；然后对扭力梁后轴进行优化，多次优化的部分结果如下表：
表1 加强板夹角对扭力梁后轴的影响
加强板夹角/° 最大应力/MPa e部位应力/MPa 扭力梁弯曲变形量/mm
15 226.74 178.42 14.9
20 221.46 176.28 14.84
25 224.65 177.58 14.93
表2 U型槽深度对扭力梁后轴的影响
U型槽深度/mm 最大应力/MPa e部位应力/MPa 扭力梁弯曲变形量/mm
20 194.62 145.42 15.12
30 192.43 142.68 15.24
40 198.52 144.85 15.11
表3 圆弧槽直径对扭力梁后轴的影响
圆弧槽直径/mm 最大应力/MPa e部位应力/MPa 扭力梁弯曲变形量/mm
700 211.82 174.42 16.11
800 210.45 171.44 16.27
900 213.64 175.32 16.15
通过上述的优化数据可知，加强板的夹角和圆弧槽直径对最大应力值有显著影响，同时圆弧槽直径还对扭力梁的变形量有显著影响，U型槽的深度对e部位焊接位置的应力有显著影响；当加强板夹角为20°，U型槽深度为30mm，圆弧槽直径800mm时，有最优结果，将上述最优参数再通过有限元软件计算得到最危险部位出现在f部位，其最大应力为219.76MPa，此时e部位最大应力139.9MPa，扭力梁左端变形量为16.305mm。
相比较未优化前，优化后扭力梁的最危险位置出现了偏移，将最危险位置从靠近摆臂焊接位置向扭力梁中间靠近，避免了应力叠加，虽然最大应力值提高了9.13%，但是还远没有达到扭力梁的屈服极限，同时焊接部位的最大应力下降了22.12%，大大的提高了摆臂焊接部位的安全性，虽然扭力梁左端的变形量增加了8.7%，但是降低了右端抬升量，将非独立悬挂功能进一步向独立悬挂方向靠近，大大提高了汽车的KC特性。

Claims (6)

1.一种扭力梁后轴，其特征在于：包括扭力梁(301)、摆臂(101)和减震座(201)，所述扭力梁(301)侧边上设有圆弧槽(306)，所述扭力梁(301)两端设有通槽(308)，所述通槽(308)端部还设有U型槽(307)，所述扭力梁(301)两端固定有第一挡板(302)，所述第一挡板(302)一端固定有第二挡板(303)，所述第二挡板(303)上固定有加强板(305)，所述第一挡板(302)另一端与所述摆臂(101)上端固定，所述摆臂(101)通过通槽(308)与所述扭力梁(301)固定，所述摆臂(101)一端固定有衬套(104)，所述摆臂(101)另一端固定有驻车座(4)，所述减震座(201)分别与所述扭力梁(301)和所述摆臂(101)固定；
所述圆弧槽(306)位于所述扭力梁(301)中间位置，所述圆弧槽(306)的直径为800mm，所述圆弧槽(306)底部距离所述扭力梁(301)上端面深度25-30mm。
2.根据权利要求1所述的一种扭力梁后轴，其特征在于：所述摆臂(101)上还固定有第一盖板(102)。
3.根据权利要求1所述的一种扭力梁后轴，其特征在于：所述摆臂(101)上还设有缺口槽(103)，所述缺口槽(103)与所述U型槽(307)配合。
4.根据权利要求1所述的一种扭力梁后轴，其特征在于：所述第二挡板(303)与所述加强板(305)的夹角为20°，所述第二挡板(303)上还设有V型槽(304)。
5.根据权利要求1所述的一种扭力梁后轴，其特征在于：所述U型槽(307)深度为25-30mm。
6.根据权利要求1所述的一种扭力梁后轴，其特征在于：所述减震座(201)上还固定有第二盖板(202)，所述第二盖板(202)分别与所述扭力梁(301)侧边和第一盖板(102)固定，所述减震座(201)上还设有减震槽(203)。
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