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扭转梁横梁V型剖面特性计算方法

何云峰

上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心

摘要：由于扭转梁后悬架的结构特点，扭转梁横梁截面决定悬架的运动特性，在悬架概念设

计阶段横梁的截面设计尤为重要，它能准确预测车轮定位参数的变化。本文采用薄壁杆件约

束扭转理论和有限元相结合的方法对开口扭转梁V型截面的剪切中心和扭转刚度进行计算。

并用有限元分析软件对截面的剪切中心和扭转刚度进行了对比分析，两者相对误差控制约为

0.99%左右，满足工程要求，证明推导求解的正确性，为扭转梁V型剖面横梁概念设计提供

了理论指导作用。

关键字：扭转梁V型截面剪切中心扭转刚度

TorsionbeambarVtypesectioncharacteristicscalculationmethod

Abstract:Duetothetorsionbeamrearsuspensionstructurecharacteristics,torsionbeamcross

sectiondeterminethesuspensionmovementcharacteristics,atconceptdesignphasesuspension

beamsectiondesignisparticularlyimportant,itcanaccuratelypredictthewheelalignment

parameterschange.Thisarticleusethethin-walledbarrestrainttorsionaltheoryandfinite

elementmethodtocalculationtheopeningtorsionbeamshearcenterandthetorsionalstiffness

aboutv-shapedcross-section.Usingfiniteelementanalysisresultcomparativewiththetheory

result,Botherrorcontrolabout0.99%,satisfytheengineeringrequirement,provethevalidityofthe

solution,Vtorsionbeamsectionbeamconceptdesignprovidesatheoreticalguidance.

Keywords:torsionbeamVtypesectionshearcentertorsionalstiffness

0前言

扭转梁半独立悬架起源于上世纪70年代，由于该悬架具有结构简单，重量轻、成本低

等优势，被广泛用在前轮驱动的中小型汽车的后悬架系统上，主要由横梁、焊接到横梁上面

的两个纵臂、弹簧、减振器、橡胶衬套部分构成。当汽车转弯发生侧倾时，车轮反向运动，

横梁发生扭转，产生一个反力矩来控制车的侧倾，这就要求横梁必须具有一定的柔性，横梁

的这种柔性主要体现横梁的截面特性上，所以研究横梁的截面特性对扭转梁结构设计、布置

以及性能具有重要的意义.

文献[1]提出了扭转梁半独立悬架的开发流程，并将扭转横梁截面设计作为开发关键部分，并

具体指出横梁剪切中心和扭转刚度对悬架性能的影响，

文献[2]通过薄壁理论对扭转横梁截面的剪切中心进行了研究，并给出详细的推导过程，通过

有限元软件对理论计算剪切中心进行对比，结果显示理论计算精度较高，并指出剪切中心对

悬架的侧倾高度影响较大，同时也是横梁截面弯扭刚度设计的依据。

文献[3]通过薄壁理论对U型剖面横梁的扭转刚度计算方法进行了研究，并通过试验与理论进

行对比，结果显示理论计算误差较小。

文献[4]根据薄壁杆约束扭转理论，对任意多边形薄壁杆件截面的剪切中心、主扇性面积、主

扇性静面矩和主扇性惯性矩进行精确的计算。

扭转梁按截面形状分有开口和闭口，开口常见的有C型、U型和V型截面。其中V型具有

结构简单，成本低和成型工艺良好特点，现阶段使用车型最多。

综上文献，本文通过符拉索夫开口截面薄壁杆件理论，对V性截面的剪切中心和扭转刚度

的计算公式进行推导。

1剪切中心的计算

1.1V型横梁力学模型的建立

剪切中心是指物体受到通过某点集中力作用时，物体只产生弯曲而没有发生截面的扭转，

那么该点就是截面上的剪切中心。在横梁上作用一个集中力F，该力通过截面的剪切中心，

此时横梁只弯曲不扭转，在截面上会产生正应力和切应力。

如图1，在横梁上取出微小段dx,设截面