汽车悬挂上的扭杆弹簧及其应用

汽车双横臂扭杆弹簧独立悬架设计悬挂系统在汽车中起到了关键的作用，它直接影响着汽车的操控性、行驶稳定性、乘坐舒适性等方面。

对于高性能车辆而言，悬挂系统的设计尤为重要。

双横臂扭杆弹簧独立悬架是一种高性能的悬挂系统，本文将对其进行详细的设计。

双横臂扭杆弹簧独立悬架是一种常见的汽车悬挂系统，其结构简单紧凑、重量轻、刚性优越、行驶稳定性好等特点使其成为高性能车辆中的首选。

该悬挂系统主要由两根横臂、一根扭杆和弹簧组成。

其中，横臂分别安装在车体和车轮悬架之间，扭杆则固定在两个横臂之间。

而弹簧则连接在横臂和车体之间，起到支撑和缓冲的作用。

在设计双横臂扭杆弹簧独立悬架时，需要考虑的因素包括悬挂系统的刚度、悬挂高度和行驶稳定性等。

首先，我们需要确定悬挂系统的刚度。

刚度对于悬挂系统来说非常重要，它直接影响着汽车的操控性和行驶稳定性。

刚度过高会降低乘坐舒适性，而刚度过低则会影响操控性能。

因此，我们需要根据车辆的使用环境、车型和车重等因素来确定悬挂系统的刚度。

其次，需要确定悬挂高度。

悬挂高度是指汽车底盘与地面的距离，它会影响到汽车的通过性、行驶平稳性和乘坐舒适性等方面。

在确定悬挂高度时，需要综合考虑不同因素的影响，如车身重心、悬挂系统刚度和弹簧等。

最后，需要考虑悬挂系统的行驶稳定性。

悬挂系统的行驶稳定性决定着汽车在高速行驶和急转弯等情况下的控制性能。

为了提高行驶稳定性，可以采用多种方式，如增加悬挂系统的刚度、调整悬挂系统的几何结构和采用电子控制悬挂系统等。

在进行双横臂扭杆弹簧独立悬架设计时，还需要对各组件的材料和结构进行选择。

材料的选择应考虑强度、刚度、重量等因素。

而结构的设计需要考虑各组件之间的连接方式、布局和受力情况等。

总之，汽车的悬挂系统是其性能表现和乘坐舒适性的重要因素之一、双横臂扭杆弹簧独立悬架作为一种高性能的悬挂系统，其设计需要综合考虑悬挂系统的刚度、悬挂高度和行驶稳定性等因素。

通过合理的选择和设计，可以使汽车的悬挂系统达到最佳的运行状态，提供出色的操控性、行驶稳定性和乘坐舒适性。

车辆工程技术53车辆技术 扭杆弹簧是当前汽车悬架设计建造过程中广泛应用的一项弹性元件，其适用范围涵盖轿车悬架、货车悬架、越野汽车悬架等多种类型。

同时扭杆弹簧与悬架上其他常用的钢板弹簧相比，其材料制作费用明显降低的同时仍然能够保持良好的质量性能，对降低汽车悬架的整体重量具有非常积极的效果，对改善汽车行驶过程中的平顺性亦有非常重要的意义。

基于此，本文将针对扭杆弹簧的功能特点进行分析总结，同时结合扭杆弹簧的结构原理对其在汽车悬架上的装配应用进行探讨论述。

1　扭杆弹簧的功能特点 结合扭杆弹簧在汽车悬架上的实际应用情况来看，扭杆弹簧在汽车悬架上的应用已经具有较为长久的历史，基于扭杆弹簧所具备的质量较小、结构简单、无需润滑、容易安装、自动调节等诸多优点，使得扭杆弹簧在汽车悬架的设计与装配过程中得到了非常广泛的应用，并对于优化汽车的设计、建造、使用效果均发挥了非常积极的作用。

随着当前扭杆弹簧各项制作工艺与制作技术的有效进步，当前扭杆弹簧在汽车悬架上的使用也逐渐使得其结构应力、结构强度、缓冲能力等得到有效提高。

相关研究结果显示：利用新型技术开发制作的扭杆弹簧在汽车悬架上的应用其最大工作应力已经达到1300MPa的有效幅度。

同时由于扭杆弹簧是汽车悬架制作过程中所有扭杆悬架中一项非常核心的弹性元件，因此扭杆弹簧本身的最大工作应力大小将直接决定当前汽车悬架装置的最终质量与工作性能。

结合扭杆弹簧在汽车悬架上的具体应用情况来看，设计人员在汽车悬架扭杆弹簧的设计过程中通常选择较为合适的车身位置完成对扭杆弹簧的装配与固定操作，一般将扭杆弹簧的一端固定于车架、另一端则固定于悬架摆臂，以此确保扭杆弹簧与车轮的有效连接并使得扭杆弹簧在汽车行驶过程中，能够根据自身受力以此有效为汽车的行驶速度提供充足的缓冲能力。

但也正由于此，扭杆弹簧在汽车行驶的过程中必然会产生相应的形态变化，这也是汽车悬架设计制造过程中对扭杆弹簧最大工作应力、整体弹性功能提出明确要求的一项重要原因。

4.3扭杆悬架设计作为悬架弹性元件的一种——扭杆弹簧的两端分别与车架(车身)和导向臂连接。

工作时扭杆弹簧受扭转力矩作用。

扭杆弹簧在汽车上可以纵置、横置或介于上述两者之间。

因扭杆弹簧单位质量储能量比钢板弹簧大许多，所以扭杆弹簧悬架质量小(簧下质量得以减少)，目前在轻型客车、货车上得到比较广泛的应用。

除此之外，扭杆弹簧还有工作可靠、保养维修容易等优点。

扭杆弹簧可以按照断面形状或弹性元件数量的不同来分类。

按照断面形状不同，扭杆弹簧分为圆形、管形、片形等几种。

按照弹性元件数量不同，扭杆可分为单杆式(图4—12a、b)或组合式两种。

组合式扭杆又有并联(图4—12c、d)和串联(图4—12e)两种。

端部做成花键的圆形断面扭杆，因工艺性良好和装配容易而得到广泛应用，与管形扭杆比较材料利用不够合理是它的缺点。

管形断面扭杆有制造工艺比较复杂的缺点，但它也有材料利用合理和能够用来制作组合式扭杆的优点。

片形断面扭杆在一片断了以后仍能工作，所以工作可靠性好，除此之外还有工艺性良好、弹性好、扭角大等优点。

片形断面扭杆的材料利用不够合理。

组合式扭杆能缩短弹性元件的长度，有利于在汽车上布置。

采用圆断面组合式扭杆时，可以用2、4或6根组合形成的组合式扭杆。

图4—12 扭杆断面形状及端部结构a)圆形断面扭杆，端部为花键b)圆形断面扭杆，端部为六角形c)片形组合式扭杆d)圆形组合式扭杆e)串联组合式扭杆下面以汽车上常用的圆形断面扭杆为例，介绍扭杆弹簧的设计要点。

设计前应当根据对汽车平顺性的要求，先行选定悬架的刚度c。

设计扭杆弹簧需要确定的主要尺寸有扭杆直径d和扭杆长度L(图4—13)。

图4－13扭杆弹簧与臂设计时应当根据最大扭矩计算扭杆直径d 3m a x16πτMd =(4—21)式中，max M 为扭杆承受的最大扭矩；τ为扭转切应力，可取允许扭转切应力代人计算。

扭杆的有效长度L 用下式计算 nc Gd L 324π=(4—22)式中，G 为切变模量，设计时取G=4107.7⨯MPa ；n c 为扭杆的扭转刚度。

扭杆弹簧设计倪明明作为悬架弹性元件的—种——扭杆弹簧的两端分别与车架(车身)和导向臂连接。

工作时扭杆弹簧受扭转力矩作用。

一、扭杆弹簧优点：（1）单位质量的储能是钢板弹簧的3倍，所以采用扭杆弹簧的悬架质量轻、结构简单、占用空间小。

（2）悬架扭杆固定在车身上，减小了非簧载质量，提高汽车的平顺性和操控稳定性。

（3）可通过调整扭杆弹簧固定端的安装角度，实现对车身高度的调节。

（4）扭杆弹簧在越野车、轻型客、货车上应用比较广泛。

在轿车悬架上也有使用（雷诺-5型、富康）。

二、扭杆弹簧分类按照断面形状不同，扭杆弹簧分为圆形、管形、片形等几种。

（1）圆形断面扭杆工艺性良好和装配容易而得到广泛应用。

采用圆断面组合式扭杆时，可以用2、4或6根组合形成的组合式扭杆。

故在本次设计的悬架中选取圆形断面扭杆。

（2）管形断面扭杆有材料利用合理和能够用来制作组合式扭杆的优点。

（3）片形断面扭杆在一片断了以后仍能工作，所以工作可靠性好，除此之外还有工艺性良好、弹性好、扭角大等优点。

三、扭杆弹簧的设计设计扭杆弹簧需要确定的主要尺寸有扭杆直径d和扭杆长度L扭杆弹簧采用45CrNiMoVA优质合金弹簧钢制造扭杆。

采用淬火，回火热处理工艺，表面硬度在44～52HRC。

为了提高疲劳强度，扭杆需要经预扭和喷丸处理。

经过预扭和喷丸处理的扭杆许用切应力[τ]可在800～900MPa 范围内选取，轿车可取上限，货车宜取下限。

本次设计案例是是轿车，故[τ]=900MPa设计时应当根据最大扭矩计算扭杆直径d设计时以乘坐5人为上限，没人以65Kg 计算，空载时前轴荷分配为60%，依据《汽车设计》（第四版，吉林大学出版社），满载前轴荷分配在47%～60%，在此取满载前轴荷分配为54%。

对于圆截面的扭杆弹簧的两端花键连接，应力集中系数 1.2t K =， 1.25N =则产生的扭转力F 为1.2 1.25(1365565)9.854%/26707.61F N=⨯⨯+⨯⨯⨯=3max 6707.61180101207.37M FR N m -==⨯⨯=g18.97d mm === 取整后得：d=20mm式中，Mmax 为扭杆承受的最大扭矩；τ为扭转切应力，可取允许扭转切应力(900MPa)代人计算。

汽车悬架上的扭杆弹簧及其应用扭杆弹簧具有质量小、结构简单等特点，正因为存在这些特点而得到了广泛的使用。

近年来随着科技的发展，目前扭杆弹簧具有很高的弹性极限以及良好的热处理性能。

文章在这种形势下对扭杆弹簧的优势、结构原理、加工步骤、装配过程等方面展开了分析与探讨。

标签：汽车悬架；扭杆弹簧；应用1 扭杆弹簧优势的发挥扭杆弹簧是汽车悬架金属弹簧中的一种，除了扭杆弹簧之外，汽车悬架还有钢板弹簧和螺旋弹簧。

扭杆悬架装置的主要优点是质量轻、结构简单、制造工艺成熟等。

扭杆弹簧在发展历程上经历了应力、强度、缓冲能力从低到高的过程。

尤其是近30年，随着科技水平的不断发展，扭杆弹簧在性能上也有了很大的提高，高强度、应力扭杆的使用就是一个重要的标志，这时缓冲能力和静应力都已经达到了一个比较高的水平。

在众多扭杆悬架零件中，扭杆弹簧只是其中之一，值得一提的是这种零件具有相对优良的性能。

只有使最大工作应力得到进一步提高，悬架装置的性能才会更优良。

在悬架装置装配过程中要对扭杆的一端进行固定，固定位置一般在车身或者车架上，而扭杆的另一端则要固定在悬架的摆臂上，同时连接车轮，通过受力而产生扭转，再利用扭转变形起到一种缓冲作用。

结合图1，如果摆臂弹簧出现了扭转变形，车架和车轮之间就会呈现出一种弹性联系，而震动就会被这种扭转弹力吸收，形成能量存储，进而起到弹性元件的作用。

2 扭杆弹簧的结构特性从使用方式上来看，汽车上的扭杆弹簧主要通过纵向与横向两种方式使用，其中横向装置的使用频率多一些。

少数车型会用横向装置扭杆替代螺旋弹簧，除此之外，其他横向装置扭杆都是用来平衡两边车轮受力的。

而纵向装置扭杆通常被用来替代螺旋弹簧或者片状弹簧的。

一般来说，独立悬架系统车经常使用扭杆弹簧，例如皮卡和轻客等。

结合图2，可以看出扭杆弹簧的结构是一根弹簧钢支撑的金属杆，这根金属杆具有一定的扭转弹性，它的断面通常为圆形。

扭杆弹簧的形状似一根长杆，长杆的两端被加工为六角形、方形或渐开线花键等，这样的设计在固定时是非常有利的。

汽车悬挂的金属弹簧有三种形式，分别是螺旋弹簧、钢板弹簧和扭杆弹簧。

螺旋弹簧形似螺旋线而得名，具有重量小且占位置少的优点，当路面对轮子的冲击力传来时，螺旋弹簧产生变形，吸收轮子的动能转换为螺旋弹簧的位能（势能），从而缓和了地面的冲击对车身的影响。

钢板弹簧的中部通过U型螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，当路面对轮子的冲击力传来时，钢板产生变形，起到缓冲、减振的作用。

扭杆弹簧一端与车架固定连接，另一端与悬架控制臂连接，通过扭杆的扭转变形达到缓冲作用。

在三种弹簧中，螺旋弹簧和钢板弹簧都是常见的汽车弹簧，它们的作用比较好理解。

而许多人对扭杆弹簧的形状与作用则不太明了。

从截断面上看，扭杆弹簧有园形、管形、矩形、叠片及组合式等。

使用最多是园形扭杆，它呈长杆状，两端可以加工成花键、六角形等，以便将一端固定在车架而另一端通过控制臂固定在车轮上。

扭杆用合金弹簧钢做成，具有较高的弹性，既可扭曲变形又可复原，实际上起到螺旋弹簧相同的作用，只不过表现形式不一样而已。

汽车运行时，车轮受地面凹凸的影响上下运动，控制臂也会随之上升或下降。

当车轮向上时控制臂上升，使扭杆被迫扭转变形，吸收冲击能量。

当冲击力减弱时，杆的自然还原能力能迅速恢复到它原来的位置，使车轮回到地面，避免车架受到颠簸。

扭杆弹簧能够储存较大的能量，比相等应力的螺旋弹簧和钢板弹簧大得多。

杆越短越粗，刚度也越大。

一般来讲，三种弹簧比较，扭杆弹簧单位重量的储能量较大，且占用的空间位置最小，易于布置，还可以适度调整车身的高度，所以不少乘用车悬挂采用扭杆弹簧。

厂家在制造扭杆弹簧时施加了预应力，增大疲劳强度。

由于预应力是有方向的，所以扭杆弹簧也是有方向的。

扭杆弹簧标记有左边或右边，用来识别安装在哪一侧。

汽车悬架用扭杆弹簧技术条件与台架试验方法大家好，今天咱们聊聊那个让汽车跑得又稳又快的神秘武器——汽车悬架用的扭杆弹簧。

这个小家伙可是汽车悬挂系统的大功臣，别看它不起眼，但作用可大了去了！咱们得说说扭杆弹簧的技术条件。

这玩意儿啊，得有弹性，还得能承受各种“折腾”，比如急刹车、过减速带什么的。

而且，它还得跟车身一起动，这样才能保持车身稳定。

所以，选这个弹簧的时候，得挑那种弹性好、耐疲劳的才行。

说到这儿，我想起一个笑话来。

有一次，我开车去朋友家玩，路上车子突然“咔嚓”一声，原来是扭杆弹簧出了问题。

我心想这下糟了，得赶紧找个地方修一下。

结果，朋友告诉我：“别担心，这弹簧质量太好了，我们上次换的时候，还是从厂家直接拿的呢！”我一听，心里那个乐啊，感觉就像中了彩票一样。

接下来，咱们来说说台架试验方法。

这可是检验扭杆弹簧好坏的关键一步哦！你得把弹簧装到车上，然后让它在各种路况下跑一跑，看看它能不能保持稳定。

要是弹簧有问题，那车子在高速行驶时，可能会发出奇怪的声音，或者车身会晃动。

这时候，你就得赶紧找专业的技术人员来看看，找出问题所在，然后进行修复。

记得有一次，我在一家维修店做保养，技师给我检查车辆时，发现我的扭杆弹簧有点问题。

他说：“小伙子，你这车啊，扭杆弹簧不行了，得换个新的。

”我一听，心里那个着急啊，心想：“这可怎么办？”幸好，技师人很好，他说：“别担心，我这就去帮你找合适的弹簧。

”过了一会儿，技师真的找到了一个跟我车子型号一样的弹簧，还顺便帮我检查一下其他部件。

我感激不尽，心想：“这年头，遇到个好师傅真是不容易啊！”总的来说，汽车悬架用的扭杆弹簧技术条件和台架试验方法都是挺重要的。

选对了弹簧，能让车子跑得更快更稳；而通过台架试验，我们可以及时发现并解决潜在的问题。

所以，咱们在买车或者修车的时候，可得仔细挑选，不能马虎哦！我想说的是，虽然汽车科技越来越先进，但我们还是要相信“老祖宗留下的智慧”。

因为那些经典的技术和方法，往往才是真正可靠的保证。

扭杆弹簧用途
扭杆弹簧广泛应用于工业、家用电器、汽车、航空航天等领域。

以下为扭杆弹簧的一些常见用途：
1.汽车悬挂系统：扭杆弹簧可以通过扭转达到抗压、回弹的效果，常见的悬挂系统有多连杆悬挂、扭力悬挂等。

2.机械装置：如打印机、仪器仪表等设备中，扭杆弹簧可作为按钮、开关、钩子的弹性推力或回弹力，保证机械装置的灵活性和可靠性。

3.家用电器：如吸尘器、搅拌器等，扭杆弹簧可以用于电机启动时提供扭矩、转动方向的控制和握手的稳定性。

4.安全门：扭杆弹簧可用于防盗门、防火门等的自动闭合控制，具有安全性和便利性。

5.赛车运动：赛车运动中的悬挂系统、底盘系统等都需要扭杆弹簧的支撑和控制。

6.航空航天：扭杆弹簧用于飞机起落架的支撑和控制，可提供安全稳定的支撑。