后悬架扭力梁结构的制作方法

本发明涉及汽车悬挂系统的
技术领域：
，更具体地说，本发明涉及一种后悬架扭力梁结构。
背景技术：
：后悬架扭力梁结构是汽车后悬挂的一种，其是通过一个扭力梁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。后悬架扭力梁结构的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，会使扭力梁扭转变形，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，由于其自身具有一定的扭转刚度，可以起到与横向稳定杆相同的作用，可增加车辆的侧倾刚度，提高车辆的侧倾稳定性。但现有技术中的后悬架扭力梁结构存在以下缺陷：(1)后悬架扭力梁结构前橡胶衬套压装入扭力梁前套管时常常比较困难，而且前橡胶衬套的安装结构不利于车辆的不足转向特性，需要做大量试验来验证，成本高、周期长。(2)横梁由一块板直接冲压成V或U型，横梁强度低、侧倾角刚度小，通常必须额外增加扭杆来弥补以上性能缺陷。但在试验中扭杆左右两末端与纵臂焊接部位常出现焊缝撕裂现象，可靠性很差。(3)纵臂内板与纵臂外板扣合焊接时有以下风险，其一，纵臂内外板X向有焊接错位的风险，其二，纵臂内外板Y向扣合时搭接边长度不容易控制，若搭接边短易出现纵臂焊接烧穿现象，搭接边长易出现纵臂截面积会变小，强度减弱。(4)现有技术中的制动底板通常由一个支撑支架与一个法兰式底板焊接配合完成。法兰式底板焊接于支撑支架上，再由支撑支架与纵臂焊接。这种焊接装配方式不仅费工、费时、成本高，且支撑支架与法兰式底板均只能设有制动器安装过孔，而因焊接导致两板受热变形，两板的过孔容易出现错位现象，不利于螺栓安装；而且必须额外新增螺母与制动器螺栓螺接，既增加成本，又必须给安装螺母留有工具操纵空间。(5)整车后悬垂向力由弹簧传给弹簧托盘，故在车辆加速、制动、转向等行驶工况中弹簧托盘处于交变应力循环下易疲劳，而现有技术只靠2～3条焊缝将弹簧托盘与纵臂连接。(6)减振器支架属于翻折结构，弹簧托盘与纵臂冲压折弯处易撕裂，涂装不易漏液、焊接应力易集中等缺点。现有技术中横梁与纵臂连接板仅在上方连接，只有2条焊缝，横梁纵臂存在撕裂的风险，安全系数较低。(7)现有技术中线束支架顶端直立着焊接在扭力梁上，如“刀”字形状，容易刮伤工人，运输时易受损。技术实现要素：为了解决现有技术中的上述技术问题中的至少一个，本发明的目的在于提供一种改进的后悬架扭力梁结构。为了解决发明所述的技术问题并实现发明目的，本发明采用了以下技术方案：本发明的后悬架扭力梁结构，包括横梁，所述横梁的两端对称地设置有纵臂；所述纵臂由纵臂外板和纵臂内板焊接而成，所述横梁两端的焊接端口分别与纵臂内板焊接；所述纵臂外板和纵臂内板的第一端上焊接前套管，前衬套总成装配在前套管内，所述纵臂外板和纵臂内板的第二端焊接制动底板；三角连接板的上端两侧边焊接于横梁及纵臂内板的上表面；下端两竖边焊接于横梁及纵臂内板内侧表面；弹簧托盘焊接在所述横梁以及纵臂内板上；减振器支架焊接在弹簧托盘和纵臂内板上；弹簧托盘补强板的上边与弹簧托盘焊接、下边与纵臂外板焊接，其前后方向的窄端延伸并焊接在纵臂内板上；前立式线束支架焊接在横梁上；线束集成支架、后立式线束支架均焊接在纵臂外板上；所述三角连接板的上端两侧边焊接于横梁及纵臂内板的上表面；其下端两竖边焊接于横梁及纵臂内板内侧表面；所述三角连接板设有避让横梁纵臂焊缝的凸起结构；所述弹簧托盘补强板的上边与弹簧托盘焊接、下边与纵臂外板焊接；所述弹簧托盘补强板的前后方向两窄端延伸并焊接到纵臂内板上，两窄端设有用于避让纵臂焊缝的凹槽。其中，在平跳工况中弹簧与车轮位移变化量的杠杆比L2/L1为0.85～1.05，减振器与车轮位移变化量的杠杆比L3/L1为1.1～1.2；在侧倾工况中弹簧与车轮位移变化量的杠杆比S2/S1为0.7～0.9，减振器与车轮位移变化量的杠杆比S3/S1为0.95～1.10。更优选地，在平跳工况中弹簧与车轮位移变化量的杠杆比L2/L1为0.87，减振器与车轮位移变化量的杠杆比L3/L1为1.16；在侧倾工况中弹簧与车轮位移变化量的杠杆比S2/S1为0.71，减振器与车轮位移变化量的杠杆比S3/S1为1.02。其中，所述横梁为液压成型的封闭式空腔结构，所述横梁中部断面为V形断面，然后向两端逐渐过渡为U形断面，而末端为带圆角的长方形断面；所述V形断面中两侧壁部分邻近连接，仅在两端形成空腔；所述横梁的断面从中部向两端具有逐渐变大的断面面积，而横梁各部位的断面周长保持恒定。其中，前衬套总成轴线与Y向夹角θ设置为20～30deg，前衬套总成的末端设有台阶结构，前套管前端内侧设有倒角结构，所述前衬套总成通过台阶结构压入所述前端设有倒角结构的前套管内，所述前衬套总成的前端设有法兰端面，并且所述前衬套总成法兰端面上设有凹槽结构。其中，所述纵臂外板与纵臂内板形成扣合结构并通过焊接固定，纵臂外板和纵臂内板上设有具有定位圆孔的凸台式结构或凹槽式结构；所述纵臂内板定位圆孔的孔径大于纵臂外板定位圆孔的孔径，所述纵臂的第二端设有涂装漏液孔。其中，所述制动底板与纵臂的第二端全周焊接，所述制动底板的外侧面通过铣削机加工形成，并且所述本扭力梁单侧前束角0.2±0.1deg，并且左侧前束角与右侧前束角的差的绝对值≤0.18deg；所述单侧外倾角为-1.5±0.17deg。其中，所述弹簧托盘有三处焊接边，前端与横梁焊接，外下侧与纵臂内板焊接，后端凹口处与纵臂内板的外轮廓对齐并进行焊接；所述弹簧托盘上设有圆孔、长圆孔以及用于限位弹簧及橡胶垫的限位凸台，所述圆孔、长圆孔以及限位凸台的中心位于同一直线上，所述长圆孔能够用于漏液。其中，所述减振器支架为翻折结构，并且其在两面折起处设有豁口。其中，线束集成支架呈翻折式，其焊脚焊接在纵臂外板上，制动及电器线束可从线束集成支架的两方向上安装；立式线束支架焊接在纵臂上，并且所述立式线束支架顶端设有翻边结构；所述三角连接板的上端两侧边焊接于横梁及纵臂内板的上表面；其下端两竖边焊接于横梁及纵臂内板内侧表面；所述三角连接板设有避让横梁纵臂焊缝的凸起结构；所述弹簧托盘补强板的上边与弹簧托盘焊接、下边与纵臂外板焊接；所述弹簧托盘补强板的前后方向两窄端延伸并焊接到纵臂内板上，两窄端设有用于避让纵臂焊缝的凹槽。与最接近的现有技术相比，本发明所述的后悬架扭力梁结构至少具有以下有益效果：(1)本发明扭力梁采用液压成型式工艺，将由一根管成型为封闭梁。横梁与纵臂全周式焊接。本发明中的横梁断面大、扭转及弯曲工况下传力效果好、强度可靠、安全系数高，规避了现有技术的缺陷。(2)本发明在纵臂内外板上设有凸台式或凹槽式定位孔结构，通过工装台阶销精确定位，减少X向错位及Y向搭接边长短不适的风险，从而有效规避了焊接风险，提高了零部件制造质量。(3)本发明在现有技术基础上新增补强板，将弹簧托盘受力有效传给纵臂，增加了扭力梁结构可靠性，提高车辆行驶的安全系数。(4)本发明的扭力梁结构具有动力学特性好、零部件结构强度高、制造工艺可行、疲劳耐久安全系数高、平台改型延伸性广等特点，具有极好的应用前景。附图说明图1为扭力梁结构示意图。图2为平跳工况后扭力梁式悬架弹簧、减振器杠杆比示意图。图3为侧倾工况后扭力梁式悬架弹簧、减振器杠杆比示意图。图4为后悬架扭力梁的横梁结构示意图。图5为后扭力梁横梁中部A-A剖切视图。图6为后扭力梁横梁过渡区域B-B剖切视图。图7为后扭力梁横梁末端C-C剖切视图。图8为前衬套压装扭力梁前套管示意图。图9为后扭力梁纵臂结构示意图。图10为后扭力梁纵臂D-D剖切视图。图11为后扭力梁纵臂E-E剖切视图。图12为前套管与纵臂焊接的最小区域角度示意图。图13为后扭力梁焊接总成涂装悬挂示意图。图14为后扭力梁制动底板示意图。图15为后扭力梁弹簧托盘结构示意图。图16为后扭力梁弹簧托盘安装弹簧剖切试图。图17为后扭力梁减振器支架结构示意图。图18为后扭力梁横梁纵臂连接支架焊接示意图。图19为后扭力梁弹簧托盘补强板焊接示意图。图20为后扭力梁线束集成支架结构示意图。图21为后扭力梁立式线束支架结构示意图。图中各附图标记所表示的含义分别为：1-横梁，2-前套管，3-前衬套总成，4-纵臂外板，5-纵臂内板，6-制动底板，7-减振器支架，8-后立式线束支架，9-弹簧托盘，10-三角连接板，11-前立式线束支架，12-弹簧托盘补强板，13-线束集成支架，21-台阶结构，22-倒角结构，23-凸台式结构，24-凹槽式结构，25-漏液孔，26、27-翻边，29、30-豁口，31-圆孔，32-长圆孔，33-限位凸台，34-橡胶垫，37-凸起结构，38、39-焊脚，42-法兰端面，43-凹槽结构，44-螺纹孔，45-外侧面。具体实施方式以下将结合具体实施例对本发明所述的后悬架扭力梁结构做进一步的阐述，以期对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。如图1所示，本实施例的后悬架扭力梁，包括横梁1，所述横梁的两端对称地设置有纵臂，所述纵臂由纵臂外板4和纵臂内板5构成，所述横梁1两端的焊接端口分别与纵臂内板5焊接。所述纵臂外板4和纵臂内板5的第一端上焊接有前套管2，前衬套总成3装配在前套管2内，所述纵臂外板4和纵臂内板5的第二端焊接有制动底板6。三角连接板10的一边焊接在横梁1、另一边焊接在纵臂内板5上。弹簧托盘9与横梁1以及纵臂内板5焊接；减振器支架7与弹簧托盘9、纵臂内板5焊接；弹簧托盘补强板12的一边与弹簧托盘9焊接、另一边与纵臂外板4焊接，其前后方向的窄端延伸并焊接在纵臂内板5上；前立式线束支架11焊接在横梁1上；线束集成支架13与后立式线束支架8均焊接在纵臂外板4上。焊接工艺采用二氧化碳保护焊，焊接质量要求焊接应牢固可靠，焊缝强度不小于本体强度。焊接不允许有烧穿、裂纹、未熔合、未焊满，咬边、气孔等焊接缺陷现象。焊接对于螺纹孔、安装孔、安装面等重要部位不允许有焊接飞溅物、焊渣等缺陷。特别指出所述横梁与纵臂通过全周封闭式焊接；制动底板与纵臂第二端通过弧焊全周式焊接；纵臂与前套管焊接应有8～10mm启弧与收弧段。所述扭力梁各零部件两焊缝之间间隙尽量不低于8mm。扭力梁电泳漆涂层厚度不低于40μm，中性盐雾试验500h扭力梁表面无腐蚀现象。如图2所示，L1是指车轮平跳工况下，扭力梁旋转轴线到轮心的距离。L2是指车轮平跳工况下，扭力梁旋转轴线到弹簧下硬点的距离。L3示指车轮平跳工况下，扭力梁旋转轴线到减振器下硬点的距离。在平跳工况中弹簧与车轮位移变化量的杠杆比L2/L1约为0.85～1.05。杠杆比小于0.85时则弹簧受力会变大，弹簧应力会增大，导致其使用性能降低并且容易损坏；杠杆比大于1.05时，弹簧拉伸压缩运动量变大，弹簧容易并圈或蹦出。在平跳工况中减振器与车轮位移变化量的杠杆比L3/L1约为1.1～1.2。当杠杆比小于1.1时，减振器受力会变大，减振器油液容易变质；所述杠杆比大于1.2时不利于减振器衰减车辆振动，同时需要较大的减振器行程以满足车轮跳动行程。如图3所示，Sw代表扭力梁的剪切中心，S1是指侧倾工况下，轮心到扭力梁侧倾扭转轴线的距离。S2是指侧倾工况下，弹簧下硬点到扭力梁侧倾扭转轴线的距离。S3是指侧倾工况下，减振器下硬点到扭力梁侧倾扭转轴线的距离。在侧倾工况中弹簧与车轮位移变化量的杠杆比S2/S1约为0.7～0.9。杠杆比小于0.7时后扭力梁悬架侧倾角刚度偏小，致使车辆侧倾角偏大，不利于整车安全。杠杆比大于0.9时，因弹簧外侧有纵臂与制动底板，不利于弹簧的布置。在侧倾工况结构设计中减振器与车轮位移变化量的杠杆比S3/S1约为0.95～1.10。杠杆比小于0.95时，减振器受力会变大，减振器油液容易变质；杠杆比大于1.1时，不利于减振器衰减车辆振动，同时需要较大的减振器行程以满足车轮跳动行程。更优选地，在平跳工况中弹簧与车轮位移变化量的杠杆比L2/L1为0.87，减振器与车轮位移变化量的杠杆比L3/L1为1.16；在侧倾工况中弹簧与车轮位移变化量的杠杆比S2/S1为0.71，减振器与车轮位移变化量的杠杆比S3/S1为1.02。另外，后悬架扭力梁，弹簧、减振器分别与车轮的机构杠杆比应在合理范围内，杠杆比值在“1”附近。如图4～7所示，横梁1为封闭式空腔结构，采用由液压成型工艺制造。所述横梁与纵臂采用二氧化碳保护焊全周封闭式焊接。所述横梁中部断面为V形断面，然后向两端逐渐过渡为U形断面，而末端为带圆角的长方形断面；所述V形断面中两侧壁部分邻近连接，仅在两端形成空腔。所述横梁的断面从中部向两端具有逐渐变大的断面面积，而横梁各部位的断面周长保持恒定，即图5～图7中的C1、C2和C3满足关系式：C1＝C2＝C3。采用上述横梁结构能够获得最佳的扭力梁侧倾角刚度及侧倾中心高度。所述横梁在扭转及弯曲工况下传力效果好、强度可靠、安全系数高，规避了现有技术的缺陷。如图2所示，将前衬套总成3轴线与Y向夹角θ设置为约20～30deg，可以改善扭力梁式半独立悬架的不足转向趋势性能。如图8所示，前衬套总成3的末端设有台阶结构21，前套管2前端内侧设有倒角结构，从而可以方便地将前衬套总成3压入前套管2内。所述前衬套总成的前端设有法兰端面42，用于前衬套总成的轴向限位，并且所述前衬套总成法兰端面42上设有凹槽结构43，用于标识橡胶衬套径向刚度的方向。如图1和9所示，所述纵臂包括纵臂外板4和纵臂内板5，纵臂外板4和纵臂内板5一般通过冲压形成，并且纵臂外板4与纵臂内板5形成扣合结构并通过焊接固定。纵臂外板4和纵臂内板5上设有具有定位圆孔的凸台式结构23或凹槽式结构24。如图10所示，所述纵臂内板定位圆孔的孔径D1大于纵臂外板定位圆孔的孔径D2，所述纵臂外板4扣合在纵臂内板5中，并且二者重合部分的宽度为W，厚度为t，并且宽度W约为5～8mm。如图11所示，所述纵臂内板定位圆孔的孔径D3大于纵臂外板定位圆孔的孔径D4。如图12所示，纵臂第一端与前套管2焊接，其中焊接区域所呈角度α约为120～190deg。纵臂第一端包围前套管2的单侧高度h1、h2约占前套管外径D的10％～12％。如图13所示，所述纵臂的第二端设有涂装漏液孔25。如图14所示，所述制动底板6与纵臂的第二端全周焊接。所述制动底板上设有四个螺纹孔44，用于安装制动器。所述制动底板6的外侧面45属于铣削机加工面。机加工外侧面45可改变制动底板倾斜度，从而可调整车轮的前束角及外倾角。所述本扭力梁单侧前束角0.2±0.1deg，并且左侧前束角与右侧前束角的差的绝对值应当≤0.18deg；所述单侧外倾角为-1.5±0.17deg。本发明的发明人发现通过将参数限定在上述范围，左右车轮四轮定位参数差异减少，能够避免车辆跑偏风险。车辆跑遍是指汽车直线行驶在平坦的道路上的过程中，自行向一侧方向偏向，跑偏轻则造成啃胎、轮胎报废，重则引发爆胎、车辆失控等危险状况的发生。如图15所示，所述弹簧托盘9有三处焊接边。其前端与横梁1焊接，外下侧与纵臂内板5焊接，后端凹口处与纵臂内板5的外轮廓对齐并进行焊接。弹簧托盘受力较大，三边式焊接提高了扭力梁结构的可靠性。所述弹簧托盘9上设有圆孔31及长圆孔32，一方面用于弹簧托盘与横梁、纵臂的精确焊接定位，而所述圆孔31还用于安装橡胶垫，所述长圆孔32还用于漏液，尤其是车辆过泥洼路面时用于漏泥水。所述弹簧托盘上还设置有用于限位弹簧及橡胶垫34的限位凸台33，所述圆孔31、长圆孔32、以及限位凸台33的中心位于同一直线上。如图16所示，所述限位凸台33的高度H不低于20mm。如图17所示，减振器支架7为翻折结构，现有技术中在折起处通常为完整结构，而本发明发现在两面折起处设有豁口29、30在实践中发现具有诸多优点。首先，豁口29、30有利于电泳工艺，电泳漆可以从豁口处留出而不会堆积；而且所述豁口29、30对冲压工艺而言可以预防开裂，对焊接工艺而言有利于释放焊接应力。如图18所示，所述三角连接板10与横梁1、纵臂焊接。所述三角连接板的上端两侧边35、36焊接于横梁1及纵臂内板5的上表面；其下端两竖边焊接于横梁1及纵臂内板5内侧表面。延长所述三角连接板10上端两侧边35、36的长度可进一步提高横梁纵臂连接强度，提高扭力梁的安全可靠性。所述三角连接板10设有避让横梁纵臂焊缝的凸起结构37。如图19所示，所述弹簧托盘补强板12的上边与弹簧托盘9焊接、下边与纵臂外板4焊接，用于增强弹簧托盘的连接可靠性。所述弹簧托盘补强板12的前后方向两窄端延伸并焊接到纵臂内板5上，两窄端设有凹槽40、41用于避让纵臂焊缝。如图20所示，线束集成支架呈翻折式，其焊脚38、39焊接在纵臂外板上。制动及电器线束可从线束集成支架的两方向上安装。如图21所示，立式线束支架8焊接在纵臂上，立式线束支架11焊接在横梁1上。所述立式线束支架8顶端设有翻边结构26、27，用于降低“刀”字形直立板意外伤人的风险，同时降低扭力梁在运输过程中支架被折弯的风险。作为示例性地，作为车辆整备质量在1300±100kg，轴距2600mm，前后轮距1540±10mm的乘用车，推荐扭力梁零部件材料及料厚如表1所示。本发明从性能、强度、可靠性、冲压、焊接、涂装、装配、材料等多角度综合考虑对扭力梁结构进行了设计，本发明的扭力梁结构特点具有动力学特性好、零部件结构强度高、制造工艺可行、疲劳耐久安全系数高、平台改型延伸性广。在本发明中采用液压成型封闭式的横梁，其具有强度高、可靠性好、且具有较大侧倾角刚度，因而可以避免再额外增加扭杆。扣合式纵臂通过凸台定位孔左右精确焊接，避免了一体式卷压成型的工艺难度。铣削制动底板外表面可调整车辆四轮定位参数。因弹簧托盘受力极大，弹簧托盘采用三边式与横梁纵臂焊接，外加补强板，提高了扭力梁结构安全系数。本发明还在减振器支架设有豁口，有利于冲压止裂，涂装漏液、释放焊接应力，而延长三角连接板直角边长度可提高扭力梁强度。表1零部件序号零部件名称材料料厚(mm)1横梁SPFH59032前套管20#33前衬套总成SPHC+NR2.54纵臂外板S420MC35纵臂内板S420MC36制动底板20#127减振器支架SAPH4403.58后立式线束支架SAPH44029弹簧托盘S420MC3.510三角连接板S420MC311前立式线束支架SAPH440212弹簧托盘补强板S420MC313线束集成支架SAPH4402对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3