某车型后悬系统上推力杆失效原因分析

黄良鸿

摘 要：对某车型后悬挂系统进行受力分析，通过调整橡胶衬套刚度等措施，成功解决后悬上推力杆断裂问题，基于对问题解决过程的总结分析，对后悬上推力杆的强度影响因素进行分析，作为以后的经验积累。

关键词：橡胶衬套;刚度;装配方式;后悬上推力杆

中图分类号：U461.2 文献标识码：A

0 引言

某车型后悬系统为五连杆式螺旋弹簧非独立悬挂，在进行试验过程中出现后悬上推力杆断裂问题，断裂失效模式是推力杆成弯曲状，断口成45°角，断裂位置在推力杆中间位置，见图1所示。根据推力杆的受力模式以及失效模式可以推断推力杆主要是受压失稳，推力杆先弯曲再断裂。

基于以上失效模式分析，下一步将对推力杆的稳定性及影响推力杆稳定性因素进行分析。

1 后悬上推力杆压杆稳定计算

后悬上推力杆主要功能是控制后桥跳动的运动轨迹，其主要受拉压力。

细长压杆临界荷载公式——欧拉公式的一般形式为：

μl称为压杆的相当长度，μ称为长度因数。几种常见细长压杆的长度因数与临界荷载见下表：

根据压杆稳定计算公式，计算得出发生弯曲临界力F为24 120 N（E=2.07e+5 MPa，I=3 217 mm4，l=522 mm直径为16 mm实心圆杆）。在压杆稳定条件中所选取的稳定安全系数数值要比强度计算中的安全系数数值大得多，钢材一般取安全系数1.7。则推力杆的临界弯曲压力为14 kN。通过软件ADAMS对整车工况进行模拟分析，推力杆可能的最大载荷为12 kN（见图2）。结果小于失稳的临界载荷。

以上分析未将衬套刚度考虑进去，即衬套作为柔性件，不考虑其产生的扭转及摆转阻力矩。分析结果显示推力杆所受的压力未超过其失稳的临界载荷。因此在不考虑衬套刚度的前提下推力杆不会失稳弯曲。

2 考虑衬套刚度后悬上推力杆的受力分析

设定三种衬套刚度，按照前面相同的工况下在ADAMS软件中将推力杆的各方向受力取出，见下表2所示：

根据取出来的力值对推力杆进行有限元分析，结果见下图3所示。

综合以上有限元分析结果，推力杆实际应力见下表3。推力杆选用材料的屈服强度为335 MPa。

分析结果显示：

（1）衬套刚度减小可使推力杆的应力降低：42%;

（2）直径增加2 mm可使推力杆应力降低：22%;

（3）装配方式的改变可使推力杆的应力降低：11%。

另外对实车进行应力对比测试结果说明衬套刚度大推力杆应力损伤大，装配方式对推力杆的受力也有很大的影响。见图4与图5。

综上分析可得出影响推力断裂三个主要因素如下：（1）衬套刚度太大;（2）推力桿杆径太小;（3）装配方式不当。

3 结论

（1）在分析此类悬挂推力杆受力，对于橡胶衬套习惯性作为柔性件处理，因此衬套的扭转所产生的弯矩就没有考虑，在不考虑推力杆衬套所产生的弯矩，原16 mm粗的杆子稳定性是够的，前面的分析结果说明导致此推力杆先弯曲后断裂的最主要是因为加大了衬套的刚度后，衬套产生了大的弯矩，而杆子的直径又没有做相应增加，杆子在大的弯矩情况下稳定性大大降低导致弯曲断裂;

（2）原装配方式后悬上推力杆紧固螺栓打紧扭矩的位置是车轮悬空的状态，当车子正常使用情况下衬套总是往一个方向扭转，其对推力杆就一直施加了一个比较大的扭矩，好的方式是推力杆扭矩在车辆最常用载荷的状态下打紧（如两个人的状态），这样车子在跳动过程中衬套会往两个方向扭转，这样可大大减小作用到推力杆上的弯矩。

参考文献：

[1]刘鸿文.材料力学[M].高等教育出版社，2011.

[2]郑建荣.ADAMS-虚拟样机技术入门与提高[M].北京：机械工业出版社，2001.

[3]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009.