图1  冲压板金摆臂

摆臂通常位于车轮与车身之间，是传递力，减弱振动传导，以及控制方向的涉及驾驶员的安全零部件。本文介绍了市场上摆臂的常用结构设计，并对比分析了不同结构对工艺、质量和价格等的影响。

轿车底盘悬架大体分为前悬架和后悬架，前、后悬架都有摆臂连接车轮和车身，摆臂通常位于车轮与车身之间。

导向摆臂的作用是连接车轮和车架，传递力，减弱振动传导，以及控制方向，是涉及驾驶员的安全零部件。悬架系统中有传递力的结构件，使车轮按照一定轨迹相对于车身运动。结构件传递载荷，整个悬架系统承担汽车的操纵性能。

轿车摆臂的常用功能和结构设计

1. 满足传递载荷的要求，摆臂结构设计与工艺

现代轿车大都是采用独立式悬架系统，按其结构形式的不同，独立悬架系统又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式等。横臂和纵臂，多连杆中就单个臂来说是二力杆结构，拥有两个连接点。两个二力杆以一定角度装配在万向节上，连接点的连线构成三角形结构。麦弗逊式前悬架下摆臂是典型的三点式摆臂，拥有三个连接点。三个连接点的连线是稳定的三角形结构，可以承受多个方向的载荷。

二力杆摆臂结构简单，常根据各个公司不同的专业特长和加工方便确定结构设计。例如，冲压板金结构（见图1），设计结构为无焊接的单片钢板，结构型腔多为“工”字形；板金焊接结构（见图2），设计结构为焊接钢板，结构型腔多为“口”字形；或采用局部加强板进行焊接加强危险位置；钢锻机加工结构，结构型腔为实心，外形多根据底盘布置要求调整轮廓；铝锻机加工结构（见图3），结构型腔为实心，外形要求与钢锻类似；钢管结构，结构简单，结构型腔为圆环形。

三点式摆臂结构复杂，常根据整车厂要求确定结构设计。运动模拟分析中摆臂不能与其他零件干涉，并多数有最小距离要求。例如，冲压板金结构多与板金焊接结构同时使用，传感器线束孔或稳定杆连接杆连接支架等，会改变摆臂的设计结构；结构型腔依然为“口”字形，承受载荷时摆臂型腔封闭结构优于不封闭结构。锻件机加工结构，结构型腔多为“工”字形，具有抗扭抗弯的传统特性；铸件机加工结构，外形和结构型腔根据铸造的特点，多有加强筋、减重孔；板金焊接与锻件的组合结构，由于整车底盘布置空间的要求，球接头集成于锻件中，锻件再与板金件连接；铸－锻铝机加工结构，提供优于锻件的材料利用率和生产率，同时拥有优于铸件的材料强度，这是工艺新技术的应用。

2. 减弱振动传导给车身，摆臂连接点的弹性元件结构设计

由于汽车行驶的路面不可能绝对平坦，因此，路面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，尤其在坏路面上高速行驶时，这种冲击力还引起驾驶员不舒适，为了缓和冲击，在悬架系统中安装有弹性元件，由刚性连接转化为弹性连接。弹性元件受到冲击后，产生振动，持续的振动使驾驶员感到不舒适，所以悬架系统需要阻尼元件，使振动振幅迅速减小。

摆臂的结构设计中连接点是弹性元件连接和球关节连接。弹性元件提供减振阻尼和少量转动和摆动自由度。轿车中橡胶衬套作为弹性元件使用较多，液压衬套和十字铰链也有应用。

图2  板金焊接摆臂

橡胶衬套结构多为钢管外有橡胶，或钢管－橡胶－钢管的三明治结构。内钢管要求耐压，有直径要求，两端常见防滑锯齿。橡胶层根据不同刚度要求，调整材料配方和设计结构。

最外面的钢圈常有导入角要求，利于压装。

液压衬套结构复杂，是衬套类中工艺复杂附加值高的产品。橡胶内有型腔，腔内有油。型腔结构设计根据衬套性能要求进行。如果漏油，则衬套损坏。液压衬套可以提供更好的刚度曲线，影响整车驾驶性能。

十字铰链结构复杂，是橡胶与球铰链的复合零件。它可以提供比衬套更好的耐久性能，摆动角度和旋转角度，特殊的刚度曲线，满足整车性能要求。损坏的十字铰链在车辆运动时会产生噪声传入驾驶室。

3. 随车轮运动，摆臂连接点的摆动元件结构设计

路面不平，引起车轮相对于车身（车架）上下跳动，同时车轮运动，如转向、直行等，要求车轮的运动轨迹符合一定的要求。 摆臂与万向节多通过球铰链连接。

摆臂球铰链可以提供大于±18 °的摆动角度，可以提供360 °的旋转角度。完全满足车轮跳动和转向要求。并且球铰链满足整车2年或6万km，3年或8万km质保要求。

根据摆臂与球铰链（球接头）连接方式不同，可以分为螺栓或铆钉连接，球铰链带凸缘；压入过盈连接，球铰链不带凸缘；集成一体式，摆臂与球铰链集成一体。单片板金结构和多片板金焊接结构，前两种连接应用较多；钢锻、铝锻和铸铁等后一种连接应用较多。

球铰链需要满足承受载荷条件下的耐磨性，由于比衬套更大的工作角度，更高的寿命要求。所以要求球铰链设计成组合结构，包括摆动的良好润滑和对润滑系统的防尘防水。

图3  铝锻摆臂

摆臂设计对质量、价格的影响

1．质量因素：越轻越好

由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量（簧载质量）所决定的车身固有频率（亦称振动系统的自由振动频率），是影响汽车行驶平顺性的悬架系统重要性能指标之一。人体习惯的垂直振动频率是步行时身体上下运动的频率，约为1～1.6Hz。车身固有频率应当尽可能接近这一频率范围。当悬架系统刚度一定时，簧载质量越小，则悬架垂直变形越小，而固有频率越高。

当垂直载荷一定时，悬架刚度越小，汽车固有频率越低，同时车轮上下跳动需要的空间越大。

在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，则悬架系统所受到的冲击载荷越小，非簧载质量包括车轮质量，万向节和导向臂质量等。

一般清况下，铝摆臂质量最轻，铸铁摆臂质量最大。其他介于两者之间。

由于一套摆臂质量大都在10kg以下，所以，相对于质量在1000kg以上的整车，摆臂质量大小对油耗影响不大。

2．价格因素：取决于设计方案

要求越多，则成本越高。摆臂结构强度和刚度满足要求的前提下，制造公差要求高低，制造工艺难易，材料种类和易获取程度，以及表面防腐蚀要求的高低等都直接影响价格。例如，防腐蚀因素：电镀锌镀层，通过表面钝化等处理，可以做到144h左右；表面保护分为阴极电泳漆镀层，通过镀层厚度和处理手段调整，可以做到240h耐腐蚀；锌－铁或锌－镍镀层，可以达到500h以上的防腐蚀试验要求。随着防腐蚀试验要求的增加，零件的成本也在增加。

通过摆臂设计结构方案对比，可以降低成本。

众所周知，不同的硬点布置，提供不同的行驶性能。特别需要指出的是：相同的硬点布置以及不同的连接点设计，都可以提供不同的成本。

结构件与球接头的连接分为三种：通过标准件（螺栓螺母或铆钉）连接式、过盈配合连接式和集成为一体式。过盈配合连接结构比标准件连接式结构，减少了零件种类，如螺栓螺母，铆钉等零件。集成一体式比过盈配合连接式结构，减少了零件球铰链接头壳。

结构件与弹性元件的连接上有两种形式：前、后弹性元件轴向平行和轴向垂直。不同方式决定了不同的装配工艺。例如，衬套的压装方向同向且垂直于摆臂体，可以采用单工位双头压机，同时压装前、后两个衬套，省人、省设备、省时；衬套压装方向不一致（垂直），可以采用单工位双头压机，分先后压装衬套，省人、省设备；衬套设计从内侧压入时，就需要两个工位，两台压机，先后压装衬套。