稳定杆设计计算

7横向稳定杆
为了降低偏频和改善行驶平顺性，乘用车悬架的垂直刚度和侧倾角刚度设计得较低，在转弯时可能产生较大侧倾，影响行驶稳定性。

为同时获得较大的静挠度和侧倾角刚度，在汽车中广泛地采用了横向稳定杆，如图8.53所示。

另外，在前、后悬架上采用横向稳定
杆，还可以调整前、后悬架的侧倾角刚度之比，获得需要的转向特性。

但是当汽车在坑洼不平的路面上行驶时，左、右车轮垂直位移不同，横向稳定杆被扭转，加强了左、右车轮之间的运动联系，对行驶平顺性不利。

图8.53 横向稳定杆的安装示意图
为了缓冲、隔振、降低噪音，横向稳定杆与悬架和车身（车架）的连接处均有橡胶支承（图8.53中A、T、C处）。

由于布置上的原因，横向稳定杆通常做成比较复杂的形状，但为简化计算，一般认为横向稳定杆是等臂梯形，同时假定在车身侧倾时力臂的变化可忽略不计。

如图8.54所示，设在车身侧倾时，在横向稳定杆的一个端点作用力 F ,在其另一个端
点作用有大小相等、方向相反的力。

下面推导在F作用下横向稳定杆端点的位移f c。

(a)横向稳定杆尺寸示意图(b)车轮位移与横向稳定杆位移图
图8.54 横向稳定杆安装尺寸及位移图
图8.55为横向稳定杆半边的弯矩图。

在力F作用下横向稳定杆发生弹性变形，
功与横向稳定杆中总的变形位能相等。

F作的
横向稳定杆变形位能的计算公式如下:
(1) I T段的扭转位能。

式中，J p为横向稳定杆的截面极惯性矩;
(2) 11段的弯曲位能。

4GJ p
G为材料剪切弹性模量;
(8-110)
I T为横向稳定杆直线段长
度。

式中，J为横向稳定杆的截面惯性矩；
(3) I。

段的弯曲位能。

I n 2
号8dx 0
2EJ
F2|3
U2 =”
6EJ
E为材料弹性模
量。

(8-111) U3
1
2EJ
l0
号2F (I
b l2)X
l o
2
dx
F2
12EJ
(I3 I2) l o (8-112) 其中，x轴的原点在横向稳定杆的对称中心。

(4) I2段的弯曲位能。

2
(x) 1 |2
U4 = dx F (I3
0 2EJ 2EJ 0
F作的功与横向稳定杆中总的变形位能相等，有
2
x) dx
F2
6EJ (l3l2)2l33(8-113)
第8章悬架设计
-229 •
-229 •
U 2
U 3 U 4
(8-114)
f 2 {(FI)2 I T F 2I ； F 2
e
F { 4GJ p
6EJ 12EJ
由于l 2 一般很小，可忽略式中右边第四项，得
f e F 1 2GJ p 3EJ
(l 3
此外，还应该考虑橡胶支座
I 2)2
I
0 着[(l 3 l 2)3
I 2)2
I o
6EJ
(轴承)和连接杆上橡胶垫所产生的位移为
l 33]}
(8-115)
(8-116)
C o
式中，C z 为总的换算橡胶零件线刚度, 1 1 F
Cn
C o C n C o C C n
n C 0 G C o
二
C n C o C z (8-117)
C n C 为换算到横向稳定杆端点的橡胶支座线刚度，可以按照如下方法确定：设 的力，R 。

I o
支座变形为 为连接杆上橡胶垫的线刚度； C o R 是橡胶支座上 f o R 巴 C o C O 1 0
(8-118) 式中，C o 为橡胶支座的径向刚度。

相应的横向稳定杆的端点位移为 f o
l c 0 —
I
o
F
C o
上
l o
C o
F
2
上
l 0
(8-119)
所以
C z
C o
I o
(8-120)
C n C 0
I o l e
C n
C o
2
l e
G C o I 0 2 2 C n l e
C o I
(8-121)
因此，横向稳定杆的总位移 f z 为
3 I
1
3EJ 设车身在侧倾时受到横向稳定杆所产生的阻力
矩 2F f z M s
f f F 2
I I T 2GJ p 2
(I 3 I 2) I o 1 6EJ C z (8-122)
M s ，侧倾角为
，根据虚位移原理得
(8-123)
2 f t
2f z 丄
m e
(8-124)
式中，B 为轮距；f t 为车轮位移; 假定车轮作平动，则
设C s 为横向稳定杆的角刚度，则
由于横向稳定杆主要承受扭矩作用，一般仅校核扭转剪应力为
M s M s 孑
W p
0.2d
式中，d 为横向稳定杆直径；［］为许用扭转应力。

横向稳定杆采用与螺旋弹簧相同的材料 制造，
热处理也相同，可取 ［］=800N/mm 2。

8-1悬架设计应满足哪些要求，在设计中如何满足这些要求？ 8-2悬架有哪些具体说明类型？如何根据车型选择悬架的结构形式？ 8-3分析侧倾角刚度对汽车操纵稳定性的影响。

8-4分析影响选取钢板弹簧的长度、片厚、片宽以及片数的因素。

8-5独立悬架导向机构的设计要求有哪些？前轮定位参数的变化特性与导向机构有哪 些关系？
8-6减振器的主要性能参数有哪些？在设计中如何选取这些参数？
8-7在图8.24中,
F 为地面施加在纵臂端点的垂直力， F n 为其垂直于纵臂轴线的分量，试推导式
(8-32)。

8-8某中型客车底盘采用纵置钢板弹簧后悬架，其主要参数如下：后轴满载轴荷为
44250N ,非悬挂质量为 5439N ;钢板弹簧作用长度为 1375mm(前后段长度比例为 1.15), 弹簧片宽为76mm ，片厚为9.5mm ，片数为13;质量转移系数m 2 =0.92。

满载时弹簧固装 点到地面距离c 为480mm ，许用应力［］为1000Mpa ，试对钢板弹簧进行校核。

8-9某乘用车满载时前轴簧载质量为
1060kg ，轴距2400mm ，满载时质心至前轴距离
为1300mm 。

采用螺旋弹簧非独立前悬架系统。

螺旋弹簧平均直径 转应力［c ］ = 500N/mm 2，试按照静扭转强度选择钢丝直径 d 。

M s
2F f z
2 f z n
B m c
2F f z 2 f z n B m c
FB m
n
(8-125)
8-10参照教材图8.51，推导减振器阻尼系数公式: 2m i 2 2
cos a n 、m c 定义见图8.52。

FB 叽 C
叫 下 s
2f z
n
B m c
FB 2
m c n 2f z
B 2
l£ 21；仏 J I 。

_2. 臥 3EJ 3EJC
(8-126)
(8-127)
D 为160mm ,许用静扭。