根據(jù)某越野車前輪跳動(圖4)計算得到：當前輪跳動量為200 mm時，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

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

圖4前輪跳動圖

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力最大，為376 MPa。從圖6得到大應力區(qū)域集中在扭桿彈簧支架與縱梁的連接處，這是因為扭桿彈簧支架與車架縱梁是焊接結(jié)構(gòu)。車架縱梁的材料為16MnL，其材料的屈服極限為350 MPa，疲勞極限為300 MPa，最大應力376 MPa大于材料的屈服極限應力和疲勞極限。在車載行駛中由于焊接處的交變應力的產(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度和剛度，導致車架縱粱開裂原因的產(chǎn)生。

2關(guān)聯(lián)式結(jié)構(gòu)改進設(shè)計

    改善車架縱梁與扭桿彈簧支架出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。必須加強車架縱梁與扭桿彈簧支架的強度，如加厚焊接件的材料。但不能消除在焊接處的應力集中。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力集中的難題。在扭桿彈簧扭轉(zhuǎn)過程中，焊接處所受的力為彎曲剪切力，而材料的抗拉壓的托應力能力最強，所以必須將焊接處的受力類型進行轉(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型。圖7所示為進行關(guān)聯(lián)式改進設(shè)計后縱粱與扭桿彈簧支架焊接處的結(jié)構(gòu)，此設(shè)計表明，采用關(guān)聯(lián)式結(jié)構(gòu)設(shè)計可將作用在扭桿彈簧支架上的集中應力轉(zhuǎn)化為橫梁板件的受拉而有效釋放應力，從而避免了扭桿彈簧支架與車架縱梁焊接處應力集中問題。

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

    運用Hyperworks對改進后的結(jié)構(gòu)進行有限元分析，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過程中改進前后車架縱梁與扭桿彈簧支架焊接處的應力與位移關(guān)系比較圖。