汽车底盘后悬架扭力梁的制作方法

本实用新型涉及汽车结构技术领域，尤其是一种汽车底盘后悬架扭力梁。

背景技术：

汽车底盘后悬架扭力梁是汽车的关键部件之一，主要作用是平衡左右车轮的上下跳动，以减少车辆的摇晃，保持车辆的平稳，提高车辆侧倾刚度，进而提高汽车的操作稳定性。

目前，扭力梁有两种形式：一种是V型板梁，利用板料冲压成型，这种结构一般情况下要在扭力梁的轴线上设置一根稳定杆以提高其扭转刚度，另外由于两端开口外翻，在后续与左右纵臂的焊接过程中，与纵臂的搭接焊缝很难形成封闭结构，造成焊接变形，稳定性较差，扭力梁工作时其焊缝处的受力不均匀，焊缝附近会出现应力集中，因而对焊接工艺和焊接质量的要求较高，同时在使用过程中，容易出现疲劳破坏，而为了提高产品的可靠性，需要在连接区域额外焊接加强板，以提高整个扭力梁的强度，这样必然会使整个生产过程更负责，增加了扭力梁的重量，进而增加了成本。另一种是管材冲压式，利用圆管冲压成型，其截面也是V型，相对于V型板梁冲压式横梁，这种结构具有结构简单、重量轻的特点，可大幅减少横梁的重量，提高车辆的舒适性。

现有的管材冲压式扭力梁结构一般分为三段，包括中间直段、过渡段、以及端头直段，通过过渡段实现中间直段与端头直段的连接。由于中间直段和端头直段均为等截面结构，中间直段的横截面为V型，端头直段的横截面为矩形，同时中间直段的长度等于横梁总长度的一半。因此，这种结构的扭力梁在过渡段上会存在20％左右的截面周长变化，使横梁在过渡段处产生应力集中；在使用过程中，扭力梁容易在过渡段处出现疲劳破坏；而为了提高产品的可靠性，则需要增加整个横梁的厚度，这样不仅增加了整个横梁的重量，而且会造成中间直段中大部分材料过剩，降低材料的利用率。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种汽车底盘后悬架扭力梁，能有效改善横梁上的应力分布。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：汽车底盘后悬架扭力梁，包括由管材冲压而成的横梁；所述横梁包括横梁本体和设置在横梁本体两端的端头段；所述横梁本体的顶部沿其轴向具有向下凹陷的凹陷部；所述横梁的长度为L，所述端头段的长度为L1；其中，L1≤4％L；所述横梁本体上任意两个横截面周长的变化率为η；其中，η≤1％。

进一步的，所述横梁本体沿其轴向包括三段，分别是中间段、设于中间段和端头段之间的过渡段；所述中间段的长度为L2；其中，L2≤20％L；所述横梁本体包括上壁、下壁以及设于上壁和下壁之间的两个弧形连接壁；所述上壁包括第一中间部、设于第一中间部两侧的第一侧板部；两个第一侧板部向上延伸、并呈张开状；所述下壁包括第二中间部、设于第二中间部两侧的第二侧板部；两个第二侧板部向上延伸、并呈张开状；所述第一侧板部和第二侧板部的上端通过弧形连接壁连接；在所述横梁本体的每个过渡段的横截面上，两个第一侧板部之间的夹角和两个第二侧板部之间的夹角均沿过渡段外端向内端的方向逐渐减小。

进一步的，所述过渡段外端横截面上的两个第一侧板部之间的夹角为α；其中，60°＜α≤100°；所述过渡段外端横截面上的两个第二侧板部之间的夹角为β；其中，60°＜β≤100°。

进一步的，所述过渡段内端横截面上的两个第一侧板部之间的夹角为γ，其中，45°≤γ≤75°；所述过渡段内端横截面上的两个第二侧板部之间的夹角为θ，其中，45°≤θ≤75°。

进一步的，在所述横梁本体的每个过渡段的横截面上，所述弧形连接壁的半径沿过渡段外端向内端的方向逐渐减小。

进一步的，所述弧形连接壁内表面的最小半径为横梁本体壁厚的1～5倍。

进一步的，所述第一中间部为向下突出的圆弧结构；所述第二中间部为向下突出的圆弧结构。

进一步的，在所述横梁本体的每个过渡段的横截面上，所述第一中间部下表面的最低位置与第二中间部上表面的最低位置之间的高度沿过渡段外端向内端的方向逐渐减小。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的汽车底盘后悬架扭力梁，通过在横梁本体的顶部设置凹陷部，增加了横梁的刚度；通过控制横梁本体上任意两个横截面周长的变化率≤1％，减少了管材在厚度方向上的塑性变形，有效改善了横梁上的应力分布；通过控制横梁本体上侧板部夹角的变化，能进一步改善横梁上的应力分布，避免横梁上过渡段出现应力集中区域。与传统扭力梁相比，在相同载荷条件下，本实用新型的扭力梁不仅能降低横梁上的最大应力，将横梁上的最大应力区域控制在变形较小的中间段；而且能降低10％以上的重量，提高了材料的利用率。

附图说明

图1是本实用新型的主视图；

图2是图1中A-A剖视图；

图3是图1中B-B剖视图；

图4是图1中C-C剖视图；

图5是图1中D-D剖视图；

图6是对比例1中横梁的应力分布图；

图7是实施例1中横梁的应力分布图；

图8是实施例2中横梁的应力分布图。

图中附图标记为：1-横梁，2-横梁本体，3-端头段，4-上壁，5-下壁，6-弧形连接壁，21-中间段，22-过渡段，41-第一中间部，42-第一侧板部，51-第二中间部，52-第二侧板部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

如图1至图5所示，本实用新型所述的汽车底盘后悬架扭力梁，包括由管材冲压而成的横梁1；所述横梁1包括横梁本体2和设置在横梁本体2两端的端头段3；其特征在于：所述横梁本体2的顶部沿其轴向具有向下凹陷的凹陷部；所述横梁1的长度为L，所述端头段3的长度为L1；其中，L1≤4％L；所述横梁本体2上任意两个横截面周长的变化率为η；其中，η≤1％。

如图1所示，所述横梁1为一体件，由管材冲压而成；所述管材可以是无缝钢管，也可以是焊接钢管。所述横梁1包括横梁本体2和设置在横梁本体2两端的端头段3；所述端头段3的长度≤横梁1总长度的4％，使横梁本体2主要承受外部载荷；所述端头段3用于与纵臂连接，端头段3的横截面为与实际需求相配合的椭圆形、圆形、圆角矩形或圆角梯形。

所述横截面指的是垂直于所述横梁1轴线的截面。通过在横梁本体2的顶部设置凹陷部，使横梁本体2的横截面大致呈V形或U形，如图3至图5所示，增加了横梁1的刚度。通过控制横梁本体2上任意两个横截面周长的变化率≤1％，使得管材在冲压过程中，尽可能减少管材在厚度方向上的塑性变形，有效改善了横梁1上的应力分布，降低了管材受到拉伸及压缩力的影响，避免了现有的扭力梁需要热处理等工艺消除内应力而导致的工艺复杂及成本增高。

所述横梁本体2沿其轴向包括三段，分别是中间段21、设于中间段21和端头段3之间的过渡段22；所述中间段21的长度为L2；其中，L2≤20％L；所述横梁本体2包括上壁4、下壁5以及设于上壁4和下壁5之间的两个弧形连接壁6；所述上壁4包括第一中间部41、设于第一中间部41两侧的第一侧板部42；两个第一侧板部42向上延伸、并呈张开状；所述下壁5包括第二中间部51、设于第二中间部51两侧的第二侧板部52；两个第二侧板部52向上延伸、并呈张开状；所述第一侧板部42和第二侧板部52的上端通过弧形连接壁6连接；在所述横梁本体2的每个过渡段22的横截面上，两个第一侧板部42之间的夹角和两个第二侧板部52之间的夹角均沿过渡段22外端向内端的方向逐渐减小。

所述横梁本体2包括上壁4、下壁5、以及设于上壁4与下壁5之间的两个弧形连接壁6。所述下壁5设于上壁4的下方，通过弧形连接壁6实现上壁4与下壁5之间的圆滑过渡，能够避免横梁1在扭转时发生破裂，达到加强扭力梁的强度和扭转刚度的目的。所述横梁本体2沿轴向包括三段，分别是中间段21、设于中间段21与端头段3之间的过渡段22。所述中间段21可以是等截面段，也可以是变截面段；所述过渡段22为变截面段。所述过渡段22的外端指的是与端头段3连接的端部，过渡段22的内端指的是与中间段21连接的端部。

如图3至图5所示，所述上壁4的横截面大致呈V形或U形。所述上壁4包括第一中间部41、设于第一中间部41两侧的第一侧板部42。所述第一中间部41为向下突出的圆弧结构，进而实现两个第一侧板部42之间的圆滑过渡，避免横梁1在扭转时发生破裂。两个第一侧板部42向上延伸、并呈张开状，指的是两个第一侧板部42的下端与第一中间部41连接，两个第一侧板部42上端之间的距离大于其下端之间的距离。

所述下壁5的横截面大致呈V形或U形。所述下壁5包括第二中间部51、设于第二中间部51两侧的第二侧板部52。所述第二中间部51为向下突出的圆弧结构，进而实现两个第二侧板部52之间的圆滑过渡，避免横梁1在扭转时发生破裂。两个第二侧板部52向上延伸、并呈张开状，指的是两个第二侧板部52的下端与第二中间部51连接，两个第二侧板部52上端之间的距离大于其下端之间的距离。

在所述横梁本体2的每个过渡段22上：过渡段22的横截面中，两个第一侧板部42之间的夹角沿过渡段22外端向内端的方向逐渐减小，两个第二侧板部52之间的夹角沿过渡段22外端向内端的方向逐渐减小，所述弧形连接壁6的半径沿过渡段22外端向内端的方向逐渐减小，所述第一中间部41下表面的最低位置与第二中间部51上表面的最低位置之间的高度沿过渡段22外端向内端的方向逐渐减小。

在所述横梁本体2的中间段21上：当中间段21为等截面段时，所述中间段21横截面的形状和尺寸沿其轴向保持不变，作为优选，中间段21的横截面的形状和尺寸与过渡段22内端横截面的形状和尺寸相同。当中间段21为变截面段时，中间段21的横截面中，两个第一侧板部42之间的夹角、两个第二侧板部52之间的夹角、弧形连接壁6的半径、第一中间部41下表面的最低位置与第二中间部51上表面的最低位置之间的高度均沿中间段21的两端向中心部位的方向逐渐减小。

所述横梁本体2的弧形连接壁6内表面的最小半径为横梁本体2壁厚的1～5倍，作为优选方案，弧形连接壁6内表面的最小半径为横梁本体2壁厚的2～3倍。所述过渡段22外端横截面上的两个第一侧板部42之间的夹角为α；其中，60°≤α≤100°；作为优选，70°≤α≤80°。所述过渡段22外端横截面上的两个第二侧板部52之间的夹角为β；其中，60°≤β≤100°；作为优选，70°≤α≤90°。所述过渡段22内端横截面上的两个第一侧板部42之间的夹角为γ；其中，45°≤γ≤75°；作为优选，55°≤γ≤65°。所述过渡段22内端横截面上的两个第二侧板部52之间的夹角为θ；其中，45°≤θ≤75°；作为优选，55°≤θ≤65°。

所述横梁1可以为直横梁，也可以沿轴向和/或径向有一定弧度。所述横梁1可以为非对称结构，也可以整体对称。当横梁1为整体对称时，以所述中间段21中点部位的横截面所在的平面为第一参考面，所述横梁1关于第一参考面对称；以穿过所述中间段21中点部位横截面的最低点、且垂直于第一参考面的平面为第二参考面，所述横梁1关于第二参考面对称。

本实用新型所述的汽车底盘后悬架扭力梁，通过在过渡段22中设置第一中间部41下表面的最低位置与第二中间部51上表面的最低位置之间的高度沿过渡段22外端向内端的方向逐渐减小，使横梁本体2的上壁4无需通过过度凹陷来与下壁5接触或贴紧，不仅有利于节省上壁4所需的材料，达到能够降低横梁1重量的目的，而且能够实现横梁1的横截面由端头段3的椭圆形、圆形、圆角矩形或圆角梯形向过渡段22的V形或U形平滑过渡。通过控制过渡段22的侧板部夹角、弧形连接壁6半径的变化，有效地改善了横梁1上的应力分布，避免了横梁1的过渡段22出现应力集中区域，提高了扭力梁的可靠性。与现有的封闭式扭力梁相比，在相同载荷条件下，本实用新型的扭力梁能降低横梁1上的最大应力，将横梁1上的最大应力区域控制在横梁1变形较小的中间段21上。

对比例1：

横梁1长度为L，端头段3长度为L1，中间段21长度为L2；其中，L1＝4％L，L2＝50％L；过渡段22上存在20％的横截面周长变化。

实施例1：

横梁1长度为L，端头段3长度为L1，中间段21长度为L2；其中，L1＝4％L，L2＝20％L；横梁本体2上任意两个横截面周长的变化率η≤1％；中间段21为等截面段，中间段21的横截面尺寸与过渡段22内端横截面的尺寸相同；过渡段22外端横截面上的两个第一侧板部42之间的夹角α＝80°；过渡段22外端横截面上的两个第二侧板部52之间的夹角β＝80°；过渡段22内端横截面上的两个第一侧板42之间的夹角γ＝58°；过渡段22内端横截面上的两个第二侧板52之间的夹角θ＝58°。

实施例2：

横梁1长度为L，端头段3长度为L1，中间段21长度为L2；其中，L1＝4％L，L2＝20％L；横梁本体2上任意两个横截面周长的变化率η≤1％；中间段21为变截面段，横梁本体2上的两个第一侧板部42之间的夹角、两个第二侧板部52之间的夹角均沿过渡段22外端向中间段21中点部位的方向逐渐减小。其中，过渡段22外端横截面上的两个第一侧板部42之间的夹角α＝80°；过渡段22外端横截面上的两个第二侧板部52之间的夹角β＝80°；中间段21的中点部位横截面上的两个第一侧板部42之间的夹角为58°；中间段21的中点部位横截面上的两个第二侧板部52之间的夹角为58°。

根据上述实施例1、实施例2和对比例1中横梁1的结构分别进行建模，建模完成后，在相同的载荷条件下，对实施例1、实施例2和对比例1中的横梁1进行应力分析，分析结果如下：

对比例1：

图6为对比例1中横梁1的应力分布图；从图6中可以看出，横梁1上的最大应力为944.3MPa，且横梁1上的最大应力在过渡段22上。

实施例1：

图7为实施例1中横梁1的应力分布图；从图7中可以看出，横梁1上的最大应力为520.1MPa，且横梁1上的最大应力在中间段21上。

实施例2：

图8为实施例2中横梁1的应力分布图；从图8中可以看出，横梁1上的最大应力为520.1MPa，且横梁1上的最大应力在中间段21上。

由上可知，在相同载荷条件下，本实用新型所述的汽车底盘后悬架扭力梁能改善横梁1上的应力分布，避免横梁1的过渡段22出现应力集中区域；在相同载荷条件下，能降低横梁1上的最大应力，同时将横梁1的应力最大区域控制在横梁1上变形较小的中间段21上，提高了扭力梁的可靠性。