扭力梁悬架衬套方位布置研究

摘　要：扭力梁与车体连接处衬套因刚度、方位布置等不同，对后悬架的弹性运动学特性、NVH特性、可靠性等性能影响也不同，通过使用悬架刚度、应力、位移等表征指标，使用有限元方法对典型的扭力梁悬架进行了研究，结果表明一定的方位布置，在不影响扭力梁可靠性的前提下，可以大幅提高后悬的侧向刚度，同时保留了NVH设计的空间。

关键词：扭力梁 衬套 方位布置 NVH

　　车辆悬架设计中，大量采用橡胶衬套等柔性连接，可获得所需要的悬架弹性运动学特性，橡胶的各向刚度及布置方位的不同， 使橡胶衬套在不同方向上的力学特性各不相同， 从而实现汽车不同方向上特性的要求。悬架的性能直接影响到车辆的操纵稳定性、乘坐舒适性等整车性能，而橡胶衬套特性对悬架系统有着至关重要的作用，尤其对于高速行驶的车辆显得更为重要【1】。某扭力梁悬架衬套的轴线与车辆的Y向成一定角度布置，即在整车XY平面上呈正“八”字布置，本文使用有限元方法，主要对衬套方位布置进行了研究。

1、有限元模型建立
　　建立相应悬架的有限元模型，螺旋簧采用单一CELAS1单元，并加载相应载荷模拟，衬套采用6个CELAS1单元，减振器采用gap单元，衬套与车身安装处进行6自由度约束。

2、弹性运动学研究
    1）衬套变形对扭梁本体Y向的运动影响，左侧车轮“悬空”，扭梁本体上面U型部分向左移动,“下面”与此相反，向右运动，跃起工况引起的位移与此方向相反，量值接近。

             

      3）弹性运动学分析方法及结果。衬套变形引起套管的位置与方位的改变，为更直接描述衬套的弹性运动学影响，以车辆半载左轮悬空工况为例，采用一个标架与套管刚性粘接，标架原点位于变形前的衬套中心，将随衬套变形产生位移与转动，此时标架即相当于参考坐标系，选取与纵臂接近部位的扭力梁本体上的点作为运动的比较对象， 同时将标架原点与（运动开始前）对象点对应的牵连点位置建立起矢径，通过矢径的运动来考察衬套弹性运动的影响。
      4）弹性运动的影响分析
      假想运动：假设衬套只有围绕(衬套局部坐标）Z轴的转动自由度。

      假想刚性Z轴转动的位移为-3.009mm,在平衡力系下，扭梁本体（对象）的实际位移是1.374mm,二者相差4.383mm。这主要是因为衬套与钢相比，刚度很低，适宜大的变形，不仅假想的刚性运动不会出现，还能够适应扭梁的束缚运动，产生与假想运动相反的运动。衬套的牵连点（位移为1.403mm）运动数值与扭梁本体（对象）实际位移1.374mm 相差0.029mm，即为此点金属结构部分引起的位移效果，微观表现为是应变及应力。

3、应力及刚度研究
     1）悬架Z向刚度
     总的来讲，衬套对后悬Z向刚度影响较小，经计算，衬套各项刚度提高1倍，对单侧后悬总成刚度Z向约提高5%左右，同样的衬套不同的布置对Z向刚度区别很小。
     2）应力
     选取弹性运动学分析中设定的对象点，发现衬套布置方位对对象点应力的影响基本可忽略。

      悬空及转向工况下，衬套轴向与Y（整车）平行放置，后悬架侧向刚度只相当于现扭梁的45.6%。
4、对NVH的影响
　　衬套局部坐标系的X向与整车Z向一致，此方向衬套橡胶部分最少，刚度最低，有利于在振动中降低对车体的振动，进而降低结构噪声，平顺性也更佳。如果衬套轴向平行放置，必须大幅提高衬套轴向向刚度，才能达到衬套轴向倾斜放置时的悬架Y刚度水平，并且Z向刚度势必不能维持低刚度。

结束语：
　　衬套的布置设计归根到底是刚度特性的设计，不同的刚度特性后悬架的弹性运动学特性、NVH特性、可靠性等性能影响也不同，本文的计算结果为设计提供了多方面的参考的同时，特别指出衬套的方位布置是一项很重要的设计点，合理的方位布置能更大程度上发挥衬套的设计潜力。

参考文献
[1]赵振东，汽车悬架与橡胶衬套的设计机理及对于整车性能影响的研究，博士学位论文.2006