专利名称：一种扭梁以及具有该扭梁的悬架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种扭梁和具有该扭梁的悬架。
背景技术：
梁广泛应用于各个工业领域中，如桥梁、建筑、机械产品等， 一般来说， 梁在结构上起到支承和连接作用，用于加强整体结构的联系，保证结构的整 体性。
而对于应用于动力机械(如汽车)中的梁来说，除了上述功能作用之外， 往往还要传递各种扭转力矩，因而要求梁不但具有足够的刚度，还要具有一 定的柔性，以使该梁能正常地工作，既能保证力矩的传递，又能保证结构整 体的牢固性。因而，对于有上述要求的梁来说，通常设计成容易发生扭转的 U型截面，从而满足梁传递扭转力矩的要求，这种在起到支撑作用的同时， 还用于传递扭矩的梁一般也称为扭梁。
现有扭梁所具有的截面通常为等宽的单u型结构。这种结构虽然能很好
地传递扭转力矩，但是当扭梁负载较大或受到冲击时，扭梁还要承受较大的
弯曲应力，而由于具有等宽单u型截面的扭梁的抗弯刚度有限，因而，在承
受弯曲应力较重的场合中工作的该种扭梁工作寿命较短。
对于车辆中的悬架来说，如图1所示， 一般包括扭梁l、弹性系统和减
振系统(未显示)，其中，扭梁1的两个端部分别具有一对托臂2，托臂2 沿车身纵向延伸，托臂2的前端3支撑于车身(未显示)，托臂2的后端4 支撑于车轮(未显示)。当车辆在行使过程中，扭梁在支撑车身的同时，还 要能在车轮和车身之间传递扭矩，因而扭梁1的横截面通常为容易发生扭转 从而便于传递扭矩的等宽的单U型结构，如图2所示，。当车辆在行使过程中，尤其是施加有较大负载、急转弯、与地面凸起物 突然碰撞时，扭梁l受到较大的弯曲应力的作用，扭梁l的下侧受拉应力的 作用，使扭梁发生弯曲变形，而上侧受压应力作用，因而，扭梁的下侧往往 比上侧首先出现破坏。因而，通常要求扭梁1具有足够的抗弯刚度。而现有 的悬架使用寿命有限的主要原因就在于扭梁1的抗弯刚度有限。
实用新型内容
本实用新型的目的在于为了克服现有的具有等宽的单u型截面的扭梁
抗弯刚度有限的缺陷，而提供一种具有较强抗弯刚度的扭梁。本实用新型的 另一目的在于克服现有的悬架使用寿命有限的缺陷，而提供一种具有较长使 用寿命的悬架。
本实用新型提供了一种扭梁，所述扭梁的横截面由多个大小不同的u型 组成，所述多个u型同向叠放且较小的u型位于较大的u型内，所述多个 u型的端部互相连接且相邻的u型之间具有中空部分。
本实用新型还提供了一种悬架，所述悬架包括扭梁、弹性系统和减振系 统，所述弹性系统和减振系统均连接于所述扭梁，其中，所述扭梁本实用新 型提供的上述扭梁。
根据材料力学中关于弯曲正应力的计算理论，对于受弯曲应力的梁来
说，ElJ尔为梁的抗弯刚度，该参数是衡量梁抵抗弯曲变形能力的物理量， 其中，E为材料的弹性模量，I,为横截面对中性轴的惯性矩。
根据公式I,iy2d, (y为研究层与中性层的距离)可知，I,取决于两个
因素研究层距离中性层的距离越远，则Iz越大；研究层的截面积越大，则 I,也越大。
对于本实用新型的扭梁来说，该扭梁的横截面形状为具有中空部分的嵌 套的U型，若保持本实用新型的悬架的扭梁的横截面面积与传统扭梁的横截
面面积相同，则必然使本实用新型的悬架的扭梁的尺寸大于传统的扭梁，这 样，对于本实用新型中的扭梁来说增加了研究层与中性层之间的最大距离， 从而使该扭梁的Iz增大，抗弯刚度得以增强；若保持本实用新型悬架的扭梁 的尺寸与传统扭梁的尺寸相同，则将中性层附近的材料去除，从而获得较好 的材料利用率，降低了制造成本。
按照本实用新型提供的悬架，由于该扭梁具有这样的横截面形状，与横 截面面积相同的传统悬架的扭梁相比，该扭梁具有相对较大的抗弯刚度，从 而使该悬架的使用寿命得以提高。
图1为现有的悬架的示意图2为沿图1中线B-B截取的扭梁的截面图3为本实用新型提供的悬架的示意图4为本实用新型提供的扭梁沿图3中线A-A的截面图;
图5为图3中悬架的另一示意图。
具体实施方式
下面，参考附图对本实用新型的具体实施方式
进行描述。由于本实用新 型提供的悬架中使用的为本实用新型提供的扭梁，因而，在下文中，将结合 悬架对扭梁进行详细描述，但本领域普通技术人员应该明白，本实用新型提 供的扭梁并不限于应用于车辆的悬架中，而是可以应用于任何相同或类似的 工作场合中。
本实用新型提供的扭梁的横截面由多个大小不同的U型组成，所述多个 U型同向叠放且较小的U型位于较大的U型内，所述多个U型的端部互相 连接且相邻的U型之间具有中空部分。
这样，与具有相同横截面面积的传统扭梁相比，本实用新型中的扭梁具 有较大的抗弯刚度(与具有相同尺寸的传统扭梁相比，该扭梁在不降低抗弯 刚度的前提下，节省了材料，提高了材料的利用率，从而降低了制造成本)。
如图4所示，为了便于扭梁的加工制造，在优选情况下，所述扭梁的U 型3由两个U型构成，包括外U型5和尺寸小于该外U型5的内U型6， 所述内U型6位于所述外U型5内且所述内U型6与外U型5的开口方向 相同，所述内U型6和外U型5的端部通过连接部分7连接，在所述外U 型5和内U型6之间具有中空部分8。
这里所称的U型，并非必须与字母U的形状完全相同，而是为U型或 近似于U型形状即可。
一对U型3包括尺寸较大的外U型5和尺寸较小的内U型6，且内U 型6置于外U型5内，二者保持开口方向相同，如图4所示，相当于两个U 型叠加在一起。所述外U型5和内U型6的开口侧通过连接部分7相互连 接，在外U型5与内U型6之间具有间隙，这样，由外U型5、内U型6 以及连接部分7限定形成中空部分8。
由以上根据材料力学的理论分析可知，与具有相同截面面积的传统悬架 的截面形状相比，本实用新型提供的截面形状为中空结构，增大了研究层与 中性层之间的距离，从而使本实用新型提供的扭梁具有较大的抗弯刚度EIZ。
对于U型横截面的扭梁来说，U型开口侧与该U型形心的距离大于U 型封闭侧与该U型形心的距离，因而，相比之下，U型的开口侧的抗弯刚度 大于U型封闭侧的抗弯刚度，因此，具有U型横截面的悬架在安装状态下 通常使U型的开口向下，从而使U型的开口侧较多地承受拉应力作用，而 封闭侧较多地承受压应力作用。
所述外U型5与内U型6之间的中空部分8可以具有相同的宽度，也 可以具有不等宽的宽度；外U型5或内U型6的壁厚也可以为等宽的结构，
也可以为从U型3的封闭侧向开口侧逐渐变大。这些都可以根据具体的应用 场合，在设计过程中进行选择。
为了进一步增大本实用新型提供的悬架的扭梁的抗弯刚度，在优选情况 下，所述中空部分8的宽度从所述U型的封闭侧向所述U型的开口侧逐渐 变宽。
如图4所示， 一对U型3的一侧为封闭侧，另一侧为开口侧，由于中空 部分8在封闭侧的宽度较小，而在开口侧的宽度较大，这样，在满足与传统 扭梁横截面面积相同的条件下，必然使本实用新型的扭梁的横截面形状(一 对U型)具有较大的尺寸，从而使所述一对U型3的开口侧与中性层的距 离变大，使该扭梁截面的L变大，从而增强了该扭梁的抗弯刚度，尤其是U 型的开口侧(因为该开口侧距离中性层的距离更大)。
为了确保内U型6和外U型5具有相差不大的强度，优选地，外U型 5与内U型6的壁厚之比为0.5-2，更优选为1 (即，外U型与内U型的壁 厚相同)。
为了在满足提高扭梁刚度的前提下，确保扭梁具有足够的强度，优选情 况下，中空部分8最大的宽度与外U型5的壁厚之比为l-2.5，更优选为2， 即中空部分8的最大的宽度为外U型壁厚的2倍。
当扭梁1受位于平行与扭梁1沿纵向的竖直平面上的扭矩作用时，横截 面形状为U型的扭梁1优选为具有等宽开口的U型，这样，可以最大程度 上抵抗扭矩的弯曲作用。然而，在车辆的行使过程中，作用于扭梁l上的扭 矩所在的平面往往与扭梁1的沿纵向的竖直平面成较小的角度，这样，具有 等宽开口的U型截面的扭梁1不能适应这种情况，从而容易在弯曲扭矩的作 用下较早地出现缺陷。
因此，在优选情况下，为了更好地适应上述情况，所述U型3的开口宽 度从该U型的封闭侧向开口侧逐渐变大。
如图4所示，扭梁1的截面形状(U型3)不是等宽结构，即U型3的 两个边之间的距离从封闭侧到开口侧逐渐变大，这样，具有该横截面形状的 扭梁1可以适应于不同平面上作用于扭梁的扭矩作用，而同时具有较长的使 用寿命。在优选情况下，所述U型3的两边之间的夹角为5° -60° ，进一 步优选为45。。
扭梁1的开口侧较多地承受拉应力，而封闭侧较多地承受压应力，因而， 用于连接外U型5开口侧与内U型6开口侧的连接部分7要具有足够强度， 因此，连接部分7要具有足够的厚度，在优选情况下，如图4所示，所述连 接部分7的厚度H2大于所述一对U型3封闭侧的厚度H1，换句话说，所 述连接部分7的厚度大于所述内U型6和外U型5的壁厚之和。这样，可 以满足连接部分7对于刚度和强度的要求，连接部分7将外U型5与内U 型6可靠而稳固地连接在一起，从而确保一对U型3的整体强度。
为了进一步增强扭梁1的强度，在优选情况下，如图5所示，扭梁1还 包括加强板9，所述加强板9的侧边缘固定于所述扭梁1的U型3两边，从 而对具有U型截面形状的扭梁1起到加固、加强的作用。加强板9可以根据 需要设置在扭梁1的多个位置，优选设置在受力较大的端部。
本实用新型提供的扭梁可以通过多种制造方法而获得，如内高压成形工艺。
本实用新型还提供了一种悬架，该悬架包括扭梁l、弹性系统和减振系 统(未显示)，所述弹性系统和减振系统连接于所述扭梁l，其中，弹性系统 的作用为缓冲对车辆车身的冲击，减振系统的作用是使产生的振动迅速衰 减，从而提高乘车的舒适性，常用的弹性系统有钢板弹簧、气体弹簧等，常 用的减振系统有筒式减振器、充气式减振器等。对于不同的车辆的悬架系统， 有各种不同的弹性系统及减振系统可供选择，为本领域普通技术人员所熟 知。
如图3所示，扭梁1还包括一对托臂2，该托臂2位于扭梁1的两端， 为简便起见，图3中仅显示了扭梁1的左端，托臂2的前端可以通过橡胶衬 套支撑于车身(未显示)，托臂2的后端支撑于车轮(未显示)。这样，悬架 实现车身和车轮的连接。托臂与车轮和车身的连接为本领域普通技术人员所 熟知。托臂2可与扭梁整体制成，也可以通过焊接的方法紧固于扭梁的端部。
根据本实用新型提供的悬架，该悬架的扭梁的横截面形状为具有中空部 分的嵌套的双U型，若保持本实用新型的悬架的扭梁的横截面面积与传统扭 梁的横截面面积相同，则使该扭梁的Iz增大，抗弯刚度得以增强；若保持本 实用新型悬架的扭梁的尺寸与传统扭梁的尺寸相同，则将中性层附近的材料 去除，从而获得较好的材料利用率，降低了制造成本。
权利要求1.一种扭梁，其特征在于，该扭梁的横截面由多个大小不同的U型(3)组成，所述多个U型(3)同向叠放且较小的U型位于较大的U型内，所述多个U型的端部互相连接且相邻的U型之间具有中空部分(8)。
2. 根据权利要求1所述的扭梁，其特征在于，所述U型(3)为两个， 分别为外U型(5)和尺寸小于该外U型(5)的内U型(6),所述内U型(6)和外U型(5)的端部通过连接部分(7)连接。
3. 根据权利要求1所述的扭梁，其特征在于，所述中空部分(8)的宽 度从所述U型(3)的封闭侧向开口侧逐渐变宽。
4. 根据权利要求2所述的扭梁，其特征在于，所述外U型(5)与内U 型(6)的壁厚之比为0.5-2。
5. 根据权利要求3或4所述的扭梁，其特征在于，所述中空部分(8) 最大的宽度与所述外U型(5)的壁厚之比为1-2.5。
6. 根据权利要求2或3所述的扭梁，其特征在于，所述U型(3)的宽 度从该U型的封闭侧向开口侧逐渐变大。
7. 根据权利要求6所述的扭梁，其特征在于，所述U型(3)的两边之 间的夹角为5° -60° 。
8. 根据权利要求2所述的扭梁，其特征在于，所述连接部分(7)的壁 厚大于所述内U型(6)与外U型(5)的壁厚之和。
9. 根据权利要求2所述的扭梁，其特征在于，所述扭梁还包括加强板 (9)，所述加强板(9)与所述扭梁(1)的U型(3)的两边固定连接。
10. —种悬架，所述悬架包括扭梁、弹性系统和减振系统，所述弹性系 统和减振系统均连接于所述扭梁，其特征在于，所述扭梁为权利要求1至9 中任意一项所述的扭梁。
专利摘要本实用新型提供了一种扭梁，所述扭梁的横截面由多个大小不同的U型组成，所述多个U型同向叠放且较小的U型位于较大的U型内，所述多个U型的端部互相连接且相邻的U型之间具有中空部分。本实用新型还提供了一种悬架，所述悬架包括扭梁、弹性系统和减振系统，所述弹性系统和减振系统均连接于所述扭梁，其中，所述扭梁为本实用新型提供的上述扭梁。本实用新型提供的扭梁具有较高的抗弯刚度，从而具有较长的使用寿命。
文档编号B60G21/00GK201068076SQ20072015163
公开日2008年6月4日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者敖建军, 邹升阳 申请人:比亚迪股份有限公司