根據(jù)某越野車(chē)前輪跳動(dòng)(圖4)計(jì)算得到：當(dāng)前輪跳動(dòng)量為200 mm時(shí)，由作圖法扭轉(zhuǎn)彈簧的最大扭轉(zhuǎn)角度為3l°，由公式(1)可計(jì)算得到作用于扭桿彈簧支架E的作用力矩，由公式(2)可以得到作用于支架上的作用力。

          M=Kψ                    (1)
          F=M／R                 (2)

式中M--力矩，N·m

    K--扭桿彈簧剛度，N·m／(°)

    ψ--扭轉(zhuǎn)角度，(°)

    F--作用力，N

    R--力臂，m

    在考慮扭桿彈簧預(yù)緊力的作用下，得到作用于扭桿彈簧支架處最大的應(yīng)力和位移圖，如圖5和圖6所示。

圖4前輪跳動(dòng)圖

圖5扭桿彈簧支架與縱梁焊接處位移圖（單位：mm ）

圖6扭桿彈簧支架與縱粱焊接處應(yīng)力圖（單位：MPa）

    由圖5和圖6表明：扭桿彈簧支架末端位移最大，為2．33 mm，扭桿彈簧支架焊接處應(yīng)力最大，為376 MPa。從圖6得到大應(yīng)力區(qū)域集中在扭桿彈簧支架與縱梁的連接處，這是因?yàn)榕U彈簧支架與車(chē)架縱梁是焊接結(jié)構(gòu)。車(chē)架縱梁的材料為16MnL，其材料的屈服極限為350 MPa，疲勞極限為300 MPa，最大應(yīng)力376 MPa大于材料的屈服極限應(yīng)力和疲勞極限。在車(chē)載行駛中由于焊接處的交變應(yīng)力的產(chǎn)生使得焊接處易發(fā)生疲勞現(xiàn)象，從而大大降低了材料的強(qiáng)度和剛度，導(dǎo)致車(chē)架縱粱開(kāi)裂原因的產(chǎn)生。

2關(guān)聯(lián)式結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

    改善車(chē)架縱梁與扭桿彈簧支架出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。必須加強(qiáng)車(chē)架縱梁與扭桿彈簧支架的強(qiáng)度，如加厚焊接件的材料。但不能消除在焊接處的應(yīng)力集中。為了更好的改善縱梁與扭桿彈簧支架焊接處的受力狀況．必須消除其焊接處的應(yīng)力集中的難題。在扭桿彈簧扭轉(zhuǎn)過(guò)程中，焊接處所受的力為彎曲剪切力，而材料的抗拉壓的托應(yīng)力能力最強(qiáng)，所以必須將焊接處的受力類(lèi)型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如果將扭桿彈簧支架的末端用板件連接，這樣可以很好的變換焊接處的受力類(lèi)型。圖7所示為進(jìn)行關(guān)聯(lián)式改進(jìn)設(shè)計(jì)后縱粱與扭桿彈簧支架焊接處的結(jié)構(gòu)，此設(shè)計(jì)表明，采用關(guān)聯(lián)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可將作用在扭桿彈簧支架上的集中應(yīng)力轉(zhuǎn)化為橫梁板件的受拉而有效釋放應(yīng)力，從而避免了扭桿彈簧支架與車(chē)架縱梁焊接處應(yīng)力集中問(wèn)題。

圖7關(guān)聯(lián)式縱粱與扭桿彈簧支架的結(jié)構(gòu)

    運(yùn)用Hyperworks對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，得出改善后作用于扭桿彈簧支架處最大的應(yīng)力和位移分別246 MPa和1．49 mm。圖8和9分別表示出在前輪跳動(dòng)過(guò)程中改進(jìn)前后車(chē)架縱梁與扭桿彈簧支架焊接處的應(yīng)力與位移關(guān)系比較圖。