一种变厚度汽车扭力梁的制作方法

本实用新型属于汽车设计技术领域，特别涉及一种变厚度汽车扭力梁，用于汽车悬架的扭力梁结构。

背景技术：

在汽车结构中，扭力梁是汽车扭力梁式后悬挂系统的重要部件，在汽车行驶过程中承担弯曲、扭转等路面激励载荷，其强度、模态及疲劳特性对汽车安全行驶有着十分重要的作用。

一般汽车扭力梁结构由扭力梁、纵臂、弹簧座及衬套等构成，这些零件通过焊接搭接在一起。在汽车行驶过程中，汽车车轮发生异向或单轮跳动，扭力梁会发生扭转变形，起到控制左右车轮之间相对运动的作用。扭力梁的扭转刚度是扭力梁性能的重要标志，通常扭力梁端部的截面面积较大，其扭转刚度会相对更高，可以保证扭力梁端部刚度，提升稳定性；而扭力梁中部的截面一般会做凹槽等特征处理，截面面积较小，其扭转刚度也会相对降低，可以保证扭力梁的柔性。

另一方面，扭力梁在汽车运动过程中，长期发生往复扭转变形，是耐久疲劳性能的重要考察部分，而扭力梁在扭转强度工况下的最大应力值的位置一般位于扭力梁与纵臂搭接位置或接近扭力梁端头位置。对此常见的解决方法是对扭力梁端部位置的加强件进行强化或改进，从扭力梁本身进行改进优化的考虑较少。

目前汽车保有量激增，国家环保政策要求不断提升，汽车轻量化的要求也越来越受到汽车主机厂的重视，是未来汽车技术持续发展的重要趋势。对于汽车扭力梁，其在车身上的应用较广，单件重量较大，在该零件上实现其结构轻量化的同时，保证其结构刚性及疲劳耐久性是汽车结构设计的一大难点。

目前汽车扭力的厚度分布为不变厚度，依据材料力学的理论，这种等厚度的梁结构在受力时结构本体材料对力学行为的承受过程中将会有相当部分的材料不会对机构的整体力学性能有贡献。

目前汽车上常见的扭力梁分3种，分别是单片、2片冲压焊接、管件液压成形。

中国专利公告号103660840A公开的一种汽车用的扭力梁悬架装置，通过在扭力梁上设置有减重孔，同时通过对底侧进行圆弧切割，使两端应力集中区域用料多，中间位置小应力区域用料少，从而达到在减轻扭力梁重量的同时，提高了其耐久性能。

中国专利公告号为102529635A公开的一种汽车后扭力梁是一种弯曲的，横断面呈V形的横梁，其横梁采用中空管件液压胀形制作，截面为双重封闭结构，扭转刚性较高。

以上已公开的扭力梁结构方案中截面各不相同且均为等厚度结构，同时目前公开的管式扭力梁大部分截面长度在纵向方向上没有变化。这种厚度和线长均一特征的扭力梁相对本实用新型中的扭力梁结构，存在重量较大，附加成本较高等缺点。同时，厚度均一的扭力梁在其中部位置会产生性能富裕，从结构性能和材料方面均为过度设计，对材料资源浪费较大，直接增加了汽车质量，不利于汽车节能环保。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于设计一种变厚度汽车扭力梁结构，通过对扭力梁两端厚度增加中间厚度减少，提升扭力梁的扭转刚性和抗疲劳特性；扭力梁在车身横向上的不同截面具有不同的厚度分布，扭力梁在不同截面上也具有不同截面线长，这种扭力梁结构不仅能较好地满足汽车悬挂系统刚度、强度以及疲劳耐久要求，而且实现了降低零件重量的目的，因此，采用连续变厚度钢板制作，可以避免材料厚度上的过度设计，降低扭力梁制作成本，且轻量化效果好。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种变厚度汽车扭力梁，其扭力梁本体为金属薄壁梁结构，依次包括扭力梁左段、扭力梁左过渡段、扭力梁中段、扭力梁右过渡段、扭力梁右段；其中，扭力梁左段的厚度为第一厚度，扭力梁中段的厚度为第二厚度，扭力梁右段的厚度为第三厚度，扭力梁左过渡段的厚度由第一厚度连续变化至第二厚度，扭力梁右过渡段的厚度由第二厚度连续变化至第一厚度；第一厚度和第三厚度相等，且大于第二厚度；扭力梁中段、左右段为等截面设计，并由左、右过渡段相连接。

优选的，所述扭力梁本体第一厚度和第三厚度处于为2mm～5mm之间，第二厚度处于1.5-4mm之间。

相应的，所述扭力梁本体截面分为三个区域，分别对应为扭力梁左段、扭力梁中段、扭力梁右段，在同一区域内截面中线长度相同，三个区域之间通过扭力梁左侧过渡段和扭力梁右侧过渡段连接；其中，扭力梁左段的截面中线长度为第一长度，扭力梁中段的截面中线长度为第二长度，扭力梁右段的截面中线长度为第三长度；其中，扭力梁第一长度和第三长度相等，且大于第二长度。

优选的，所述扭力梁第一和第三长度控制在第二长度的1～1.2倍以内。

优选的，所述扭力梁左、右段的长度在50mm～250mm之间。

优选的，所述扭力梁左右过渡段的厚度变化梯度处于1:50～1:200之间，及厚度变化1mm，左、右过渡段长度为50mm～200mm。

本实用新型提供的新型汽车扭力梁结构，其中至少包括1个扭力梁、左右减震器安装座、左右纵臂以及左右衬套。

本实用新型提供的扭力梁为金属薄壁梁结构，一般包括扭力梁左段、扭力梁左侧过渡段、扭力梁中段、扭力梁右侧过渡段、扭力梁右段。其中，扭力梁左段的厚度为第一厚度，扭力梁中段的厚度为第二厚度，扭力梁右段的厚度为第三厚度，扭力梁左侧过渡段的厚度由第一厚度连续变化至第二厚度，扭力梁右侧过渡段的厚度由第二厚度连续变化至第一厚度。

为提升扭力梁两端头的扭转刚度，可以通过提升材料厚度达到增加扭转系数的目的，因此，第一厚度和第三厚度一般为相等，且大于第二厚度。

第一厚度和第三厚度处于为2mm～5mm之间，第二厚度处于1.5-4mm之间。

扭力梁左右侧过渡段的厚度变化依据柔性轧制的轧机轧辊直径和轧制速度控制，厚度变化梯度处于1:50～1:200之间，即厚度每变化1mm，扭力梁左右侧过渡段长度分别为50mm～200mm。

扭力梁左右段的长度一般在50mm～250mm之间，扭力梁总长度由悬挂系统设计决定。

本实用新型提供的扭力梁截面可以分为三个区域，在同一区域内截面中线长度相同，分别对应为扭力梁左段、扭力梁中段、扭力梁右段，三个区域之间通过扭力梁左侧过渡段和扭力梁右侧过渡段连接。其中，扭力梁左段的截面中线长度为第一长度，扭力梁中段的截面中线长度为第二长度，扭力梁右段的截面中线长度为第三长度。

为提升扭力梁两端头的扭转刚度，可以通过提升扭力梁截面面积和增加截面线长度的方式进行；而为了提升扭力梁中段的柔性，可以通过减小扭力梁截面面积的方式进行，因此，本实用新型中扭力梁第一长度和第三长度一般为相等，且大于第二长度。

考虑到管件液压胀形过程中管件成形极限，本实用新型中扭力梁第一和第三长度控制在第二长度的1～1.2倍以内。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的扭力梁结构的薄壁厚度从两端到中部逐渐减薄，可以保证扭力梁在悬挂系统运动过程中两端的刚性，并通过中间薄区保证运动过程中的柔性。

本实用新型的扭力梁采用变厚度板料制作成的管件，采用非等厚度材料设计，可以最大程度实现轻量化，减重效果明显，性能突出，综合成本得到降低。

附图说明

图1为汽车悬架扭力梁总成的结构示意图。

图2为本实用新型扭力梁的结构示意图。

图3为本实用新型扭力梁厚度过渡示意图。

图4为本实用新型实施例中扭力梁截面的端头截面中线结构示意图。

图5为本实用新型实施例中扭力梁截面的中部截面中线结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，其为汽车悬架扭力梁总成结构的一个实例，扭力梁总成结构由扭力梁1、减震器安装座2、纵臂3以及衬套4构成。

参见图2～图5，本实用新型的变厚度汽车扭力梁，所述扭力梁1本体为金属薄壁梁结构，依次包括扭力梁左段11、扭力梁左过渡段12、扭力梁中段13、扭力梁右过渡段14、扭力梁右段15；

其中，扭力梁左段11的厚度为第一厚度t1，扭力梁中段13的厚度为第二厚度t2，扭力梁右段15的厚度为第三厚度t3，扭力梁左过渡段12的厚度由第一厚度t1连续变化至第二厚度t2，扭力梁右过渡段14的厚度由第二厚度t2连续变化至第一厚度t1；第一厚度t1和第三厚度t3相等，且大于第二厚度t2；扭力梁中段、左、右段为等截面设计，并由左、右过渡段相连接。

优选的，为提升扭力梁两端头的扭转刚度，可以通过提升材料厚度达到增加扭转系数的目的，本实用新型扭力梁第一厚度t1和第三厚度t3相等，且大于第二厚度t2；第一厚度t2和第三厚度t3处于为2mm～5mm之间，第二厚度t2处于1.5-4mm之间。

又，本实用新型所述扭力梁本体截面分为三个区域，分别对应为扭力梁左段11、扭力梁中段13、扭力梁右段15，在同一区域内截面中线长度相同，三个区域之间通过扭力梁左侧过渡段和扭力梁右侧过渡段连接；其中，扭力梁左段11的截面中线长度为第一长度D1，扭力梁中段的截面中线长度为第二长度D2，扭力梁右段的截面中线长度为第三长度D3；为提升扭力梁两端头的扭转刚度，可以通过提升扭力梁截面面积和增加截面线长度的方式进行；而为了提升扭力梁中段的柔性，可以通过减小扭力梁截面面积的方式进行，因此，在本实施例中扭力梁第一长度D1和第三长度D3一般为相等，且大于第二长度D3。

考虑到管件液压胀形过程中管件成形极限，在本实施例中，所述扭力第一长度D1和第三长度D3控制在第二长度D2的1.2倍，以获得更好的的扭转刚度。

扭力梁左、右过渡段的厚度变化依据柔性轧制的轧机轧辊直径和轧制速度控制，厚度变化梯度处于1:50～1:200之间，即厚度每变化1mm，扭力梁左、右过渡段长度分别为50mm～200mm。

扭力梁左、右段的长度L1、L3一般在50mm～250mm之间，扭力梁总长度L由悬挂系统设计决定。

本实用新型采用一种连续变厚度的金属管材，将其用于制作一种新型汽车扭力梁结构，所制成的扭力梁在汽车车身X轴方向不同位置设计的板料厚度不同，同时在液压成形过程中通过两端厚区胀形增加截面中线长度提升扭转刚度，该变厚度扭力梁能很好地克服前期公开的各种扭力梁结构设计方案的不足，在保证汽车悬挂系统性能的同时，实现轻量化设计，满足汽车技术发展的要求。

长期以来对汽车悬挂系统的要求一直侧重于承载性、可靠性上，对于悬挂系统的轻量化并不是很重视。随着汽车轻量化及环保要求的不断提高，在车身轻量化之外，底盘系统的轻量化已经开始受到汽车厂商的重视。

新材料的应用已经成为实现轻量化的重要途径。变厚板材料技术结合汽车结构优化，是实现扭力梁轻量化新的途径。变厚度扭力梁是在扭力梁的不同部位设计不同的厚度，并采用管件液压成形的方法实现加工。这种变厚度扭力梁不仅能较好满足扭力梁在刚度、强度、疲劳等方面的要求，同时能实现轻量化设计。

本实用新型采用变厚板结合液压成形技术实现变厚度零件设计及制作的方法，也可以用于其他底盘系统零件的设计与加工，例如纵臂、前后副车架等。