汽車懸架軸套性能與整車的關系及其測試方法研究

董慧，黃歡，王忠海(長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000)

汽車懸架軸套性能與整車的關系及其測試方法研究

董慧，黃歡，王忠海
(長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000)

軸套作為汽車懸架的重要組成零件，對底盤的各項性能均有影響，如：制動性、平順性、操縱穩定性。結合工作中的實例，分析軸套剛度對整車性能的影響，介紹在產品開發Benchmark階段，軸套各項性能的測試方法，為后期的產品開發提供數據支持。

軸套;剛度;底盤

0 引言

橡膠軸套(以下簡稱軸套)作為汽車懸架的重要組成零件，其主要性能如靜剛度、動剛度以及軸套的脫出力等對底盤性能有重要影響[1]。為研究軸套的各項性能與整車的關系，在軸套設計階段應注意的事項，本文作者結合實例進行了簡要的分析。

1 軸套性能及對整車的影響

1.1 副車架軸套

懸架的一些散件裝配到副車架上組成總成部件再與車身等連接，給裝配帶來了便利。副車架總成一般通過軸套與車身連接，而副車架軸套各項剛度特性的設定也存在著像懸掛調校一樣的矛盾。如果副車架軸套設計剛度較小，則能很好地隔絕汽車行駛時產生的振動，但剛度過小的副車架軸套會在高速轉彎時存在較大的運動變形，導致輪胎定位不準確，從而降低了汽車的操縱穩定性。剛度較大的副車架軸套能夠帶來很高的連接剛度，但會影響汽車乘坐舒適性，以及對振動噪聲的隔絕也十分有限[2]。圖1所示為某車型副車架軸套，軸套Z軸方向與車輛的高度方向一致(整車坐標系：車輛前進方向為X，高度方向為Z，寬度方向為Y)，路面傳給底盤的沖擊及車體的質量均會通過軸套來承受和傳遞，軸套在X、Y、Z方向均受力，其靜剛度特性和動剛度特性在各方向也有所差異，如表1所示。在Z方向的靜剛度一般比X、Y方向的小，Z方向是軸套的主載荷方向，也是汽車在不平路面行駛時振動傳遞最直接的方向，Z方向靜剛度小對于吸收懸架傳來的低頻大振幅振動有良好的效果，可提高汽車的平順性和舒適性。在Y方向即汽車寬度方向上的靜剛度最大，這樣可提高汽車的橫向剛度，使其抗側傾性好，從而提高汽車的操縱穩定性。X方向上的剛度一般比Y方向的低，比Z方向剛度高。

以上副車架軸套都是與套管過盈壓入的，對軸套的脫出力有一定的要求。如果汽車在行駛過程中軸套與安裝套管的過盈量小，即軸套的脫出力不足，且承受大的沖擊力時， 軸套就會與副車架套管有相對的位移，而副車架軸套在裝配時有一定的預壓縮量，所以就會影響到軸套的特性及疲勞壽命，從而影響汽車的舒適性和操縱穩定性。副車架軸套承受車身的質量和來自底盤的沖擊力，其脫出力是根據在惡劣條件下所承受的最大力乘以安全系數計算得到。該車前副車架軸套的脫出力應在6 000 N以上，后副車架軸套脫出力應在4 500 N以上。

表1 某車型前、后副車架安裝軸套特性參數

1.2 擺臂軸套

圖2所示為某車型前、后懸架擺臂軸套，其中圖(a)屬于復合型軸套，其余屬剪切型軸套,它不僅可緩解沖擊，還兼有彈簧和懸架擺臂軸承的作用，一些受扭轉的軸套還起到萬向鉸鏈的作用。表2給出了擺臂軸套各向特性參數。可知，擺臂軸套a～e(見圖2)在X方向的剛度比其他方向的大，X方向靜剛度大，即車輛橫向剛度大，可提高汽車的抗側傾能力，也可保證懸架的定位參數準確和懸架運動特性良好。軸套a在Z方向為車輛行駛方向，Z方向靜剛度大可提高擺臂的剛度，保證車輪定位參數變動較小。擺臂軸套對于軸套的扭轉方向(TZ向)或擺動方向(TX、TY向)有剛度的要求，這與副車架軸套有所不同，因為在車輪跳動時擺臂相對副車架有擺動或扭轉，擺臂軸套會受到扭轉剪切作用。軸套在TZ向的扭轉剛度具有扭轉彈簧的作用，可以緩解擺臂受到的沖擊，吸收扭轉等方向的振動，配合汽車的彈性元件選擇合適的軸套扭轉剛度值可優化汽車的操縱穩定性。

由表2可知，軸套b的脫出力很大，這是因為在汽車制動或加速時車輪受到的縱向力會傳給擺臂，而軸套b的脫出力方向與車輪受到的縱向力是大體平行的，所以對此脫出力的要求很大。因軸套a的特殊設計結構，從而使其實際脫出力很大，表中所列值為試驗時處理后的測試值。而后下橫臂軸套d在車輛使用中受力較大，且車輪跳動會使其經常受到扭轉交變載荷，脫出力大除使橫向定位準確外,也可保證軸套外管與縱臂不會發生相對轉動。其他軸套的脫出力相對軸套b、e都較小，因為它們所承受力的方向與脫出力方向呈很大角度，在脫出力方向上的分力就相對較小。

2 軸套性能測試方法

通過上面的分析，了解了軸套各項性能與整車的關系。那么，如何在整車開發中Benchmark階段，正確測量出標桿車軸套的各項參數[3]，為后續產品開發提供借鑒和參考，需進一步探究。

首先明確一下試驗條件，為避免單個樣品的性能不確定性因素，試驗樣品數量應至少三件，若因為標桿件數量上不能滿足，那么在樣品試驗前要充分識別樣品特征，然后選擇最佳試驗方案。

在進行脫出力試驗時，支撐工裝必須保證樣件的穩定性，樣品與工裝的組合要有足夠的剛性，樣品與工裝組合后放置時間不少于3 h，以使試樣與環境溫濕度相平衡；若試樣與工裝組合時使用了潤滑介質，試驗時需考慮潤滑介質對試驗結果可能造成的影響。

推薦壓出/拉出速度為10～15 mm/min，扭轉速度為5～9°/min。試驗時可根據試驗目的分析推薦值的適用性。

如無特殊要求，試驗一般在溫度為(22±2)℃，相對濕度為(50±10)%的環境下進行；當不需要控制溫度和濕度時，應使用經常出現的溫度和濕度，此規定對特殊性質試驗尤為重要。

在做扭轉剛度試驗時，試驗機應能對試樣連續施加扭矩，無沖擊和震動；具有良好的讀數穩定性，在30 s內保持扭矩恒定。

其實，軸套的試驗條件固然重要，其中最重要的作者認為應該是加載方向，因為加載方向確定會影響試驗結果，會影響對整車性能的分析，下面簡要介紹兩種確定軸線的方法。

2.1 整車定位法

樣品試驗時，首先應確定樣品在整車中的安裝姿態，做好標記，然后根據樣品在整車上的安裝姿態確定扭轉參考線，當樣品為豎直或水平安裝時，即其外管軸線與整車坐標系的一個坐標軸平行時，該樣品的旋轉軸線的確定即可考慮與整車坐標系的方向一致，即將整車的坐標系平移至該樣品的幾何中心點。如圖3所示的整車坐標系，圖4所示的確定樣品旋轉軸線。

2.2 幾何形狀法

按照幾何特性確定：三維笛卡兒坐標系的零點與樣品的幾何中心相重合，并使每個坐標軸通過該樣品的假想對稱平面，見圖5。

3 結束語

軸套的各項性能影響著整車底盤的性能，測試出其各項性能，反過來可驗證標桿車底盤的性能，同時在產品開發階段，為設計提供依據，為變更提供參考。兩種確定軸線的方法，各有其優點，對于用CAE軟件來分析整車的底盤性能來說，會優先選用第一種方法。對于單獨開發某一型號軸套來說，只要性能與標桿一致，選用第二種方法即可。

【1】 余振龍，具龍錫.轎車懸架橡膠襯套結構特點分析[J].汽車技術，2009(8):34-38.

【2】 林逸，陳欣，王望予,等.獨立懸架中橡膠減振元件對汽車性能的影響[J].吉林工業大學學報，1993，23(3)：18-26.

【3】 溫強，余卓平，張立軍，等.懸架中的橡膠支承及其靜、動剛度特性試驗研究[J].上海汽車，1999(8)：7-9.

Study on the Effect of Suspension Bushings Performance on Vehicles Performance and Its Test Methods

DONG Hui,HUANG Huan,WANG Zhonghai
(R&D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Technical Center of Hebei，Baoding Hebei 071000,China)

Axle sleeve，as an important part of automobile suspended frame,has influence on performances of the chassis,such as braking,ride comfort and handling stability.Combined with practical work,the influence of the bushing stiffness on vehicle performance was analyzed,the test methods to the various properties of shaft sleeve during the Benchmark stage in product development were introduced,which provides data support for product development later.

Axle sleeve;Stiffness;Chassis

2013-10-28

董慧(1986—)，學士，助理工程師，研究方向為汽車底盤系統中懸架、制動系統的匹配。E-mail：dh-hx@163.com。