一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁的制作方法

本发明涉及车辆工程技术领域。具体涉及汽车轻量化悬架系统，具体为一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁。

背景技术：

扭转梁是轿车后悬架系统常用的关键承载件，需承受车轮与车身之间的作用力和作用力矩，对汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和nvh性能均有重要影响。传统的扭转梁通常由钢质材料经过冲压、焊接等工艺制成，减重空间有限，其动力学性能也较差，制约了汽车经济性、动力性和动力学性能的提升。

碳纤维复合材料相比于传统金属材料不仅具有质轻高强的特点，而且具有材料、结构和工艺可设计的优点，是实现汽车轻量化的重要材料，但碳纤维复合材料成本高的缺点限制了其应用。镁合金具有密度小、成本低、减振性能好等优点，是吸振、降噪的理想材料，同时镁合金也具有耐腐蚀性差的缺点，使其难以应用于汽车底盘零部件。充分利用各种材料的优点，多材料混合结构的汽车零部件将是未来汽车轻量化的重要发展方向。

技术实现要素：

本发明为解决现有汽车后悬架的扭转梁质量较大，动力学性能偏低等问题，将碳纤维复合材料的低质量、高强度特性与镁合金的低成本、高阻尼特性相结合，提供一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁，具有良好的轻量化效果和动力学性能。

为实现上述功能，本发明提供的技术方案为：

一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁，包括碳纤维复合材料增强u形横梁、悬架纵臂、橡胶转接件和轮毂法兰；所述碳纤维复合材料增强u形横梁的左右两端通过橡胶转接件与悬架纵臂连接，所述轮毂法兰焊接在悬架纵臂上；所述的碳纤维复合材料增强u形横梁包括横梁内层和横梁外层以及位于上述两者之间的横梁中间层；

所述碳纤维复合材料增强u形横梁两端分别插入橡胶转接件的u形孔，通过胶粘剂进行固定，所述橡胶转接件插入悬架纵臂的横梁管接头，通过胶粘剂进行固定，并利用限位孔和限位块的配合进行定位，实现碳纤维复合材料增强u形横梁与悬架纵臂连接；

所述碳纤维复合材料增强u形横梁的横梁内层和横梁外层由碳纤维与热固性树脂或热塑性树脂组成的碳纤维复合材料经过模压成型制成；所述横梁中间层由镁合金板通过冲压成形制造；所述横梁外层与横梁中间层、横梁中间层与横梁内层分别通过粘接构成复合结构横梁；

所述碳纤维复合材料增强u形横梁的横截面为u形开口剖面结构，从中间部分到两端部分u形截面的两侧边长逐渐增大，所述横梁内层、横梁中间层和横梁外层的两侧边长变化趋势一致；所述横梁内层和横梁外层的厚度从中间部分到两端部分逐渐变厚，横梁中间层的厚度保持不变。

所述碳纤维复合材料增强u形横梁的截面尺寸、横梁内层和横梁外层的铺层方向和铺层层数、横梁中间层的厚度根据扭转梁的力学性能设计要求进行确定。

所述悬架纵臂的纵臂本体由钢板经过冲压成形，纵臂本体的加强筋上端的宽度从前端到后端逐渐变小；所述纵臂本体的前端焊接衬套管，中间部分焊接横梁管接头，纵臂本体的后端连接弹簧支撑座和减振器支架；所述横梁管接头的内侧沿圆周方向均匀分布八个限位块；所述弹簧支撑座和减振器支架均为纵臂本体的一部分，经过折弯和焊接工艺制成。

所述橡胶转接件的橡胶转接件本体由橡胶材料制成；在橡胶转接件本体中间位置布置u形孔，所述u形孔的截面尺寸与碳纤维复合材料增强u形横梁两端部分的截面尺寸相同；所述橡胶转接件本体上u形孔的内侧布置有十五个呈3×5方形阵列的六边形减重孔；所述橡胶转接件本体上u形孔的左侧、右侧和下侧分别布置一个椭圆减重孔；在橡胶转接件本体的外圆柱面上沿圆周方向均匀分布八个限位孔。

所述横梁管接头上的限位块的截面尺寸与橡胶转接件本体上的限位孔的截面尺寸相同；在装调过程中，通过调整限位块与限位孔的装配位置，改变碳纤维复合材料增强u形横梁的u形口朝向。

所述轮毂法兰为蝶形结构，四角位置均匀分布有四个螺栓孔，中间部分有圆形减重孔。

本发明的有益效果：

一、本发明所述的碳纤维复合材料增强u形横梁的横梁内层和横梁外层由碳纤维复合材料制成，横梁中间层由镁合金板制成，三者粘接在一起构成复合结构横梁，充分发挥碳纤维复合材料低质量、高强度特性和镁合金低成本、高阻尼特性的优势，减轻了扭转梁的质量，提高了抗疲劳、抗腐蚀和减振性能，有助于改善汽车动力学性能。

二、本发明所述的碳纤维复合材料增强u形横梁在长度方向上截面和厚度均有变化，并且横梁内层和横梁外层的铺层方向和铺层层数均可作为设计变量，提高了扭转梁的可设计性，增加了减重空间和性能提升潜力。

三、本发明所述的碳纤维复合材料增强u形横梁的左右两端通过橡胶转接件与悬架纵臂连接，可以缓冲横梁与纵臂之间的振动或冲击，并衰减悬架传递到车身的振动或冲击，提高汽车的乘坐舒适性。

四、本发明所述的橡胶转接件上的八个限位孔和横梁管接头上的八个限位块都沿着圆周方向均匀分布，可通过调整碳纤维复合材料增强u形横梁的u形口朝向，以获得不同的扭转梁动力学性能，方便悬架系统的调校。

附图说明

图1为本发明所述的一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁的结构示意图。

图2为本发明所述的一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁的俯视图。

图3为图2中a-a剖面的左视图。

图4为图2中b-b剖面的正视图。

图5为图4中c处的局部放大视图。

图6为本发明所述的一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁中悬架纵臂的结构示意图。

图7为本发明所述的一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁中橡胶转接件的结构示意图。

图8为本发明所述的一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁中橡胶转接件的正视图。

图9为图1中碳纤维复合材料增强u形横梁的u形口朝后旋转45度的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图9说明本发明的实施方式，一种多材料混合结构汽车后悬架扭转梁，由碳纤维复合材料增强u形横梁1、悬架纵臂2、橡胶转接件3和轮毂法兰4组成；所述碳纤维复合材料增强u形横梁1的左右两端分别通过橡胶转接件3与悬架纵臂2连接，悬架纵臂2沿着汽车前后方向分布在扭转梁的左右两侧，形成碳纤维复合材料增强u形横梁1的两端对称连接一对悬架纵臂2的h型结构；所述轮毂法兰4为蝶形结构，四角位置均匀分布有四个相同尺寸的螺栓孔，中间部分有圆形减重孔，轮毂法兰4焊接在悬架纵臂2的后部，位于减振器支架2-5的外侧。

本实施方式所述的碳纤维复合材料增强u形横梁1两端区域的内外表面可以分别采用溶剂进行清洗，再均匀涂刷胶粘剂，清洗和涂刷区域长度等于橡胶转接件3的长度；所述碳纤维复合材料增强u形横梁1两端分别插入橡胶转接件3的u形孔3-2，并完全贯穿橡胶转接件3，外侧与橡胶转接件3外表面平齐；所述橡胶转接件3完全插入悬架纵臂2的横梁管接头2-3，使得橡胶转接件3与横梁管接头2-3两端对齐，同时利用限位孔3-5和限位块2-3-1的配合进行周向定位，并通过胶粘剂进行固定，实现碳纤维复合材料增强u形横梁1与悬架纵臂2连接。

结合图1至图5，所述碳纤维复合材料增强u形横梁1包括横梁内层1-3和横梁外层1-1以及位于上述两者之间的横梁中间层1-2；所述横梁内层1-3和横梁外层1-1由碳纤维与热固性树脂或热塑性树脂组成的碳纤维复合材料经过模压成型制成，两者厚度均可以为0.5mm-1mm；所述横梁中间层1-2由镁合金板通过冲压成形制造，厚度可以为1mm-3mm；所述横梁外层1-1的内表面、横梁内层1-3的外表面、以及横梁中间层1-2的内外表面可以分别采用溶剂进行清洗，并均匀涂刷胶粘剂，再将三者粘接在一起构成复合结构横梁。

结合图1至图5，所述碳纤维复合材料增强u形横梁1的横截面为u形开口剖面结构，从中间部分到两端部分u形截面的两侧边长逐渐增大，并在两端部分分别存在一段等边长区，等边长区长度应大于橡胶转接件3的长度，所述横梁内层1-3、横梁中间层1-2和横梁外层1-1的两侧边长变化趋势一致；所述横梁内层1-3和横梁外层1-1的厚度从中间部分到两端部分逐渐变厚，并在两端部分分别存在一段等厚度区，等厚度区长度应大于橡胶转接件3的长度，所述横梁中间层1-2的厚度保持不变；所述碳纤维复合材料增强u形横梁1的截面尺寸，横梁内层1-3和横梁外层1-1的碳纤维材料型号、铺层方向和铺层层数，横梁中间层1-2的厚度可以根据扭转梁的力学性能、成本、工艺、轻量化等设计要求进行调整。

结合图1至图3、图6，所述悬架纵臂2包括纵臂本体2-1、衬套管2-2、横梁管接头2-3、弹簧支撑座2-4和减振器支架2-5；所述纵臂本体2-1由钢板经过冲压成形，在中部和前部经冲压翻边形成加强筋2-1-1，所述加强筋2-1-1上半部分的宽度从前端到后端逐渐变小；所述纵臂本体2-1的前端焊接有可用于安装橡胶衬套的衬套管2-2，中间部分焊接横梁管接头2-3，后端连接弹簧支撑座2-4和减振器支架2-5；所述横梁管接头2-3的内侧沿圆周方向均匀分布八个限位块2-3-1，可以在横梁管接头2-3上冲压出方形孔，再将限位块2-3-1焊接在横梁管接头2-3的圆周内表面，方形孔和限位块2-3-1的长度应小于横梁管接头2-3的长度；所述弹簧支撑座2-4和减振器支架2-5均为纵臂本体2-1的一部分，经过折弯和焊接工艺制成，位于碳纤维复合材料增强u形横梁1的后侧，但不与碳纤维复合材料增强u形横梁1连接；所述弹簧支撑座2-4上有冲压形成的加强肋2-4-2和减重用的减重圆孔2-4-3，可经过折弯形成加强板2-4-1焊接在纵臂本体2-1的后部；所述减振器支架2-5可经折弯形成后加强板2-5-2和侧板2-5-3，侧板2-5-3焊接在加强板2-4-1的后侧，加强板2-4-1和后加强板2-5-2上可经冲压形成圆形安装孔2-5-1，用于安装悬架减振器。

结合图1至图5、图7和图8，所述橡胶转接件3可以由橡胶材料的圆柱经过冲孔得到橡胶转接件本体3-1，所述橡胶转接件本体3-1中间位置布置有u形孔3-2，并且u形孔3-2的截面尺寸与碳纤维复合材料增强u形横梁1两端部分的截面尺寸相同；所述橡胶转接件本体3-1上u形孔3-2的内侧布置有十五个呈3×5方形阵列的六边形减重孔3-3；所述橡胶转接件本体3-1上u形孔3-2的左侧、右侧和下侧分别布置一个椭圆减重孔3-4；所述橡胶转接件本体3-1的外圆柱面上沿圆周方向均匀分布八个限位孔3-5。

结合图1至图9，所述横梁管接头2-3上的限位块2-3-1的截面尺寸与橡胶转接件本体3-1上的限位孔3-5的截面尺寸相同；在装调过程中，可以通过调整限位块2-3-1与限位孔3-5的装配位置，改变碳纤维复合材料增强u形横梁1的u形口朝向，以获得不同的扭转梁动力学性能；悬架设计开发时，可通过更换不同参数的碳纤维复合材料增强u形横梁1，来调整悬架系统的动力学性能，而不需要更换其他结构件，节省开发时间和成本。

以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并没有限制本发明的实施范围。在本发明所述的结构、特征、原理等基础上的各种改进，或未经改进将本发明技术方案和方法直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。