汽车稳定杆
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11
稳定杆的设计
稳定杆直径的确定： 在确定横向稳定杆的钢丝直径时首先基于以下两个假设： a.不考虑横向稳定杆受力时力臂长度的变化。 b.将横向稳定杆投影视图的形状看成一个等效梯形 。
12
稳定杆的设计
刚度的定义是力P与变形f的比值，即K＝P/f。因此在获得了横 向稳定杆刚度Ch的输入后可以通过能量关系W＝P×f/2求出横向 稳定杆钢丝的直径。横向稳定杆的变形能有弯曲势能和扭转势能两 部份组成，即W＝U弯＋U扭；由此可求出其变形f。
10
稳定杆的设计
稳定杆刚度的确定： 计算稳定杆时，除了要确定结构参数，即精确的几何形状外还有 求计算簧上质量横向角运动刚度Kφ。Kφ是由臂的端部所传递的， 且其大小取决于车轮与路面接触点处的横向稳定杆刚度K。在给 定车身悬架刚度和前后悬架侧倾瞬心高度的条件下，使用横向稳 定杆可以使汽车在一定转弯速度的下侧倾角φ不超过规定的值。 一些文献中推荐：当侧向加速度V2/R=0.4g时轿车的侧倾角φ一 般应控制在2.5°～4°。 在设定了车身侧倾角后结合已确定的弹簧刚度（换算到轮边的）， 侧倾力臂的长度就可以确定出左右车轮反向运动时接地点的侧倾 刚度C；通过杠杆比的换算可以推导出横向稳定杆的初始刚度 Ch 。Ch是确定横向稳定杆钢丝直径的一个重要输入。
h h
7
被动式稳定杆类型:
3、为保证悬架能承受方向相反的垂直力，将c型稳定 杆弯曲端部的两点h与f用弹性橡胶套同左右悬架的 纵梁相连接。
h f
8
被动式稳定杆类型:
横向稳定杆的侧臂兼导向机构的作用，如奥迪100及QQ 等。
非独立悬架中的钢板弹簧也起到导向和提高侧倾刚度的作用。
9
稳定杆的设计
多数情况下，在布置的过程中不可能将横向稳定杆的中 段完全设计成直的。通常为了把横向稳定杆安装在底盘 上，必须将它的某些区域段弯曲，以免在其工作时或轮 胎转弯时与悬架零部件碰撞。但是这给准确的计算稳定 杆的钢丝直径带来了很大的麻烦。为了简化计算，在实 际的工程设计中通常根据当量长度来确定横向稳定杆的 相关值——即根据无弯曲段的稳定杆中段和侧段的长度 计算。 有研究表明如此简化计算所引起的误差不会超过±5％
P L2 D τmax= 2 IP
17
稳定杆的校核
2、横向稳定杆中段的铰接点H处。 在横向稳定杆中段的铰接点H处由于存在着弯曲与扭转，此时要 考虑他们的综合的影响进行强度校核最大主应力
σmax＝
P W
L1 L3 2 L22
由中段向端部过渡的园角处。尽管通常此处比中段产生的应力 低，但由于疲劳应力的作用，横向稳定杆多半会在此处发生断 裂。按最大拉应力强度理论（第一强度理论），验算最大的弯 曲应力。
27
谢谢大家！
28
P 2 L30其中 U 2 L33 L2 L3 L1弯＝ L3 1 3 2EI 3 P2 2 U扭 ＝ L2 L L3 2GI P
2 L0 L1 L2 2
PU扭 f EI GI p
13
PU弯
稳定杆的设计
因此：
1 U弯 U扭 Ch EI GI p
L 2 2l13 a 3 (a b) 2 4l2 (b c) 2
d 4
128 Ｃ b 2 L 2 2 l1 a 3 (a b) 2 4l 2 (b c) 3 L E 2
16
稳定杆的校核
1、横向稳定杆中段的中央处。 当左右两车轮反向运动时横向稳定杆中段的中央处主要受剪切 应力的作用。此时，按最大剪应力理论（第三强度理论）验算， 即最大剪应力是引发材料塑性变形的主要因素，只要剪应力达 到最大材料就会失效。
5
被动式稳定杆类型:
1、最常用到的是,通过点h将稳定杆中段与副车架或 车身铰接，而端部固定在同一轴上两个车轮的横向 控制臂上。
h h
6Байду номын сангаас
被动式稳定杆类型:
2、一根横向布置的扭杆弹簧。与多个铰接点的横向 稳定杆相比较，此类型横向稳定杆由于铰接点损坏 而失去其稳定杆特性的几率要小的多。通常在扭转 梁式的半独立悬架结构中用的较多 。
24
主动横向稳定器
1、旋转马达式主动横向稳定杆 如下图，将被动侧倾稳定杆从中间分开，通过一个旋转马达把稳 定杆的左右两部分连接起来。旋转马达能让左右两部分进行相对转 动，旋转马达的转矩可以调节
25
主动横向稳定器
2、差动液压缸式主动横向稳定器 第二种（如图）是在被动稳定杆其中一端安装一个差动液压缸机构。 差动液压缸机构一端与稳定杆连接，另一端与同车轮的横向摆臂连 接。差动液压缸机构两端的距离是可以调节的。
组件：连接杆、衬套、托架或压盖、抗侧滑环等。
3
稳定杆及组件
稳定杆类型: 被动式 主动式
4
工作原理
当仅仅有一个车轮上下跳动时，横向稳定杆一端想对路面 保持静止，同时另一端向上或者向下移动f值；因此横向稳定杆 中段将延其全长发生扭转，此时横向稳定杆的端部产生的力F等 于横向稳定杆刚度的一半乘以端部位移f即：F＝（K/2）x f。 当两个车轮方向相反运动时，横向稳定杆两端也反向运动，此 时横向稳定杆的刚度是一个车轮运动时刚度的一倍，等于 K。 当然，横向稳定杆也有负面作用，如：折算到车轮处的刚度越 大，则在各点处的弹性元件的变形也越大，弹性元件对波型路 面的响应也越大，易对发动机支座产生振动；折算到车轮处的 刚度越大，会减少车辆在坑洼路面行驶时车轮的抓地力。
15
稳定杆的设计
当稳定杆两端受大小相等方 向相反的垂向力P作用时，其 端点的垂向位移为：
f P 3 L 2 l1 a 3 (a b) 2 4l2 (b c) 3EI 2
C
l1
d
l2
c
b a
f
1 P 2 L 2 F 2
3EIL
当角刚度给定时，可求出所需 要的稳定杆的直径d
21
稳定杆成形工艺：
实心稳定杆一般采用加热冲压成形 落料 端部成形 中频加热 挤压成形 淬火 回火 校正 探伤 喷丸 喷涂 标识 包装 稳定杆的材料和加工艺同扭杆相似,材料有 60Si2MnA,55Cr3等。中频淬火、高温回火、喷丸等 处理。对于即是稳定杆又是兼导向机构的稳定杆，选用 级别较高的材料。 空心稳定杆通常状态下一般在弯管机器上弯曲成形 ，端 部锻压成形或摩擦焊端头
稳定杆
1
稳定杆
1、稳定杆及组件 2、工作原理 3、被动式稳定杆的几种型式 4、稳定杆的设计 5、稳定杆的校核 6、设计中要注意的几点 7、稳定杆的成形工艺 8、设计验证 9、稳定杆的装配 10、主动横向稳定器
2
稳定杆及组件
稳定杆：可以看成是一种特殊的弹性元件，它实际上是一个横向 布置的扭杆弹簧。横向稳定杆的作用是减轻曲线行驶时车身的侧倾， 从而提高行驶的安全性，同时对操纵稳定性也有重要的影响。如前悬 架用刚度较大的横向稳定杆会增加汽车的不足转向特性，提高汽车蛇 形行驶性能；增大后悬架横向稳定杆的刚度会使前轮驱动的车具有中 性转向性能而后轮驱动的车具有更大的过渡转向性能
26
主动横向稳定器
主动横向稳定器的工作原理是主动地让稳定杆的左右两端作垂 直方向的相对位移，来平衡车身的侧倾力矩，使车身的侧倾角接近 零。这样减少了车身侧倾运动，提高了舒适性。由于汽车前后两个 主动稳定杆可调节车身的侧倾力矩的分配比例，从而可调节汽车的 动力特性，提高汽车安全性和机动性。 新型的宝马BMW7系列轿车装有液压旋转马达式的主动横向 稳定器系统。其执机构由电动液压泵、电磁调控阀体和液压旋转马 达等组成。液压旋转马达的调节和控制主要基于汽车的行驶速度、 汽车的横向加速度、转向盘转角和横摆角速度等。
22
产品验证：
原材料的成份验证： C Si S P等 产品验证： 晶相组织 硬度测试 疲劳试验 涂层附着力 防腐性能 480H 刚度测试 橡胶衬套的性能
23
主动横向稳定器
当汽车进行弯道行驶时,离心力会对汽车车身产生一个侧倾力矩。 这个侧倾力矩一方面引起车身侧倾，另一方面使车轮的载质量发 生由内轮向外轮的转移。对被动横向稳定杆的汽车来说，车轮的 载质量在前后轴上转移的分配比例是由前后轴的侧倾刚度决定的。 而主动横向稳定杆则可以根据具体情况对每个横向稳定杆施加一 个可连续变化的初始侧倾角或者初始侧倾力矩。主动侧倾稳定杆 有2种不同的结构形式。
其中：
I
d
4
64
πd Ip 32
4
14
稳定杆的设计
由上式可以推导出横向稳定杆钢丝直径的计算公式：
64U 弯 32U 扭 d 4 Ch E G
计算出来的横向稳定杆钢丝的直径d都不是一个整数。因此需要对 照钢丝的尺寸规格选择一个最接近的值。 有的参考书中也采用了其它的算法。
20
设计中要注意几点：
1、横向稳定杆刚度的大小与杠杆比 i 有很大关系。因此应尽可能 的使横向稳定杆的固定点靠近车轮，这点和弹簧的设计是一样 的。 2、横向稳定杆中段的安装点H应尽可能的外移。 3、横向稳定杆在结构布置时的弯曲数目应尽可能的少，中段的端 部过渡圆弧半径应尽可能的小。 4、为了更充份的利用材料，在设计横向稳定杆时应尽可能的缩短 侧臂的长度。这样设计会得到较细的钢丝直径，当然相应的应 力σ会随之增大一些。 5、还有一个需要特别指出的问题是：横向稳定杆能够提高车身抗 侧倾的能力，但是并不是横向稳定杆的刚度越大越好；设计时 要特别注意到轮胎的抓地力和单边悬架的振动频率。
P L0 σmax≈ IZ
18
稳定杆的校核
最后，应按照上述三个应力中的最大值来选择钢号，即选者的 钢应满足： σ=1.2σs／γ≥σ1、2、3
19
稳定杆的校核
注：需要指出的是横向稳定杆钢丝直径的大小取决于许多可变 的参数。如果这些参数取得合适，可以减小横向稳定杆钢丝的 直径，从而降低横向稳定杆大批量的制造成本。 有关资料推荐:最大扭转剪切应力小于700MPa,弯曲应力不大 于1250MPa。现我们开发的稳定杆通常在最大位置状态时受 到的应力一般在300MPa.
稳定杆的设计
稳定杆直径的确定： 在确定横向稳定杆的钢丝直径时首先基于以下两个假设： a.不考虑横向稳定杆受力时力臂长度的变化。 b.将横向稳定杆投影视图的形状看成一个等效梯形 。
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稳定杆的设计
刚度的定义是力P与变形f的比值，即K＝P/f。因此在获得了横 向稳定杆刚度Ch的输入后可以通过能量关系W＝P×f/2求出横向 稳定杆钢丝的直径。横向稳定杆的变形能有弯曲势能和扭转势能两 部份组成，即W＝U弯＋U扭；由此可求出其变形f。
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稳定杆的设计
稳定杆刚度的确定： 计算稳定杆时，除了要确定结构参数，即精确的几何形状外还有 求计算簧上质量横向角运动刚度Kφ。Kφ是由臂的端部所传递的， 且其大小取决于车轮与路面接触点处的横向稳定杆刚度K。在给 定车身悬架刚度和前后悬架侧倾瞬心高度的条件下，使用横向稳 定杆可以使汽车在一定转弯速度的下侧倾角φ不超过规定的值。 一些文献中推荐：当侧向加速度V2/R=0.4g时轿车的侧倾角φ一 般应控制在2.5°～4°。 在设定了车身侧倾角后结合已确定的弹簧刚度（换算到轮边的）， 侧倾力臂的长度就可以确定出左右车轮反向运动时接地点的侧倾 刚度C；通过杠杆比的换算可以推导出横向稳定杆的初始刚度 Ch 。Ch是确定横向稳定杆钢丝直径的一个重要输入。
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被动式稳定杆类型:
3、为保证悬架能承受方向相反的垂直力，将c型稳定 杆弯曲端部的两点h与f用弹性橡胶套同左右悬架的 纵梁相连接。
h f
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被动式稳定杆类型:
横向稳定杆的侧臂兼导向机构的作用，如奥迪100及QQ 等。
非独立悬架中的钢板弹簧也起到导向和提高侧倾刚度的作用。
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稳定杆的设计
多数情况下，在布置的过程中不可能将横向稳定杆的中 段完全设计成直的。通常为了把横向稳定杆安装在底盘 上，必须将它的某些区域段弯曲，以免在其工作时或轮 胎转弯时与悬架零部件碰撞。但是这给准确的计算稳定 杆的钢丝直径带来了很大的麻烦。为了简化计算，在实 际的工程设计中通常根据当量长度来确定横向稳定杆的 相关值——即根据无弯曲段的稳定杆中段和侧段的长度 计算。 有研究表明如此简化计算所引起的误差不会超过±5％
P L2 D τmax= 2 IP
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稳定杆的校核
2、横向稳定杆中段的铰接点H处。 在横向稳定杆中段的铰接点H处由于存在着弯曲与扭转，此时要 考虑他们的综合的影响进行强度校核最大主应力
σmax＝
P W
L1 L3 2 L22
由中段向端部过渡的园角处。尽管通常此处比中段产生的应力 低，但由于疲劳应力的作用，横向稳定杆多半会在此处发生断 裂。按最大拉应力强度理论（第一强度理论），验算最大的弯 曲应力。
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谢谢大家！
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P 2 L30其中 U 2 L33 L2 L3 L1弯＝ L3 1 3 2EI 3 P2 2 U扭 ＝ L2 L L3 2GI P
2 L0 L1 L2 2
PU扭 f EI GI p
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PU弯
稳定杆的设计
因此：
1 U弯 U扭 Ch EI GI p
L 2 2l13 a 3 (a b) 2 4l2 (b c) 2
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128 Ｃ b 2 L 2 2 l1 a 3 (a b) 2 4l 2 (b c) 3 L E 2
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稳定杆的校核
1、横向稳定杆中段的中央处。 当左右两车轮反向运动时横向稳定杆中段的中央处主要受剪切 应力的作用。此时，按最大剪应力理论（第三强度理论）验算， 即最大剪应力是引发材料塑性变形的主要因素，只要剪应力达 到最大材料就会失效。
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被动式稳定杆类型:
1、最常用到的是,通过点h将稳定杆中段与副车架或 车身铰接，而端部固定在同一轴上两个车轮的横向 控制臂上。
h h
6Байду номын сангаас
被动式稳定杆类型:
2、一根横向布置的扭杆弹簧。与多个铰接点的横向 稳定杆相比较，此类型横向稳定杆由于铰接点损坏 而失去其稳定杆特性的几率要小的多。通常在扭转 梁式的半独立悬架结构中用的较多 。
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主动横向稳定器
1、旋转马达式主动横向稳定杆 如下图，将被动侧倾稳定杆从中间分开，通过一个旋转马达把稳 定杆的左右两部分连接起来。旋转马达能让左右两部分进行相对转 动，旋转马达的转矩可以调节
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主动横向稳定器
2、差动液压缸式主动横向稳定器 第二种（如图）是在被动稳定杆其中一端安装一个差动液压缸机构。 差动液压缸机构一端与稳定杆连接，另一端与同车轮的横向摆臂连 接。差动液压缸机构两端的距离是可以调节的。
组件：连接杆、衬套、托架或压盖、抗侧滑环等。
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稳定杆及组件
稳定杆类型: 被动式 主动式
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工作原理
当仅仅有一个车轮上下跳动时，横向稳定杆一端想对路面 保持静止，同时另一端向上或者向下移动f值；因此横向稳定杆 中段将延其全长发生扭转，此时横向稳定杆的端部产生的力F等 于横向稳定杆刚度的一半乘以端部位移f即：F＝（K/2）x f。 当两个车轮方向相反运动时，横向稳定杆两端也反向运动，此 时横向稳定杆的刚度是一个车轮运动时刚度的一倍，等于 K。 当然，横向稳定杆也有负面作用，如：折算到车轮处的刚度越 大，则在各点处的弹性元件的变形也越大，弹性元件对波型路 面的响应也越大，易对发动机支座产生振动；折算到车轮处的 刚度越大，会减少车辆在坑洼路面行驶时车轮的抓地力。
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稳定杆的设计
当稳定杆两端受大小相等方 向相反的垂向力P作用时，其 端点的垂向位移为：
f P 3 L 2 l1 a 3 (a b) 2 4l2 (b c) 3EI 2
C
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c
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1 P 2 L 2 F 2
3EIL
当角刚度给定时，可求出所需 要的稳定杆的直径d
21
稳定杆成形工艺：
实心稳定杆一般采用加热冲压成形 落料 端部成形 中频加热 挤压成形 淬火 回火 校正 探伤 喷丸 喷涂 标识 包装 稳定杆的材料和加工艺同扭杆相似,材料有 60Si2MnA,55Cr3等。中频淬火、高温回火、喷丸等 处理。对于即是稳定杆又是兼导向机构的稳定杆，选用 级别较高的材料。 空心稳定杆通常状态下一般在弯管机器上弯曲成形 ，端 部锻压成形或摩擦焊端头
稳定杆
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稳定杆
1、稳定杆及组件 2、工作原理 3、被动式稳定杆的几种型式 4、稳定杆的设计 5、稳定杆的校核 6、设计中要注意的几点 7、稳定杆的成形工艺 8、设计验证 9、稳定杆的装配 10、主动横向稳定器
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稳定杆及组件
稳定杆：可以看成是一种特殊的弹性元件，它实际上是一个横向 布置的扭杆弹簧。横向稳定杆的作用是减轻曲线行驶时车身的侧倾， 从而提高行驶的安全性，同时对操纵稳定性也有重要的影响。如前悬 架用刚度较大的横向稳定杆会增加汽车的不足转向特性，提高汽车蛇 形行驶性能；增大后悬架横向稳定杆的刚度会使前轮驱动的车具有中 性转向性能而后轮驱动的车具有更大的过渡转向性能
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主动横向稳定器
主动横向稳定器的工作原理是主动地让稳定杆的左右两端作垂 直方向的相对位移，来平衡车身的侧倾力矩，使车身的侧倾角接近 零。这样减少了车身侧倾运动，提高了舒适性。由于汽车前后两个 主动稳定杆可调节车身的侧倾力矩的分配比例，从而可调节汽车的 动力特性，提高汽车安全性和机动性。 新型的宝马BMW7系列轿车装有液压旋转马达式的主动横向 稳定器系统。其执机构由电动液压泵、电磁调控阀体和液压旋转马 达等组成。液压旋转马达的调节和控制主要基于汽车的行驶速度、 汽车的横向加速度、转向盘转角和横摆角速度等。
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产品验证：
原材料的成份验证： C Si S P等 产品验证： 晶相组织 硬度测试 疲劳试验 涂层附着力 防腐性能 480H 刚度测试 橡胶衬套的性能
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主动横向稳定器
当汽车进行弯道行驶时,离心力会对汽车车身产生一个侧倾力矩。 这个侧倾力矩一方面引起车身侧倾，另一方面使车轮的载质量发 生由内轮向外轮的转移。对被动横向稳定杆的汽车来说，车轮的 载质量在前后轴上转移的分配比例是由前后轴的侧倾刚度决定的。 而主动横向稳定杆则可以根据具体情况对每个横向稳定杆施加一 个可连续变化的初始侧倾角或者初始侧倾力矩。主动侧倾稳定杆 有2种不同的结构形式。
其中：
I
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64
πd Ip 32
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稳定杆的设计
由上式可以推导出横向稳定杆钢丝直径的计算公式：
64U 弯 32U 扭 d 4 Ch E G
计算出来的横向稳定杆钢丝的直径d都不是一个整数。因此需要对 照钢丝的尺寸规格选择一个最接近的值。 有的参考书中也采用了其它的算法。
20
设计中要注意几点：
1、横向稳定杆刚度的大小与杠杆比 i 有很大关系。因此应尽可能 的使横向稳定杆的固定点靠近车轮，这点和弹簧的设计是一样 的。 2、横向稳定杆中段的安装点H应尽可能的外移。 3、横向稳定杆在结构布置时的弯曲数目应尽可能的少，中段的端 部过渡圆弧半径应尽可能的小。 4、为了更充份的利用材料，在设计横向稳定杆时应尽可能的缩短 侧臂的长度。这样设计会得到较细的钢丝直径，当然相应的应 力σ会随之增大一些。 5、还有一个需要特别指出的问题是：横向稳定杆能够提高车身抗 侧倾的能力，但是并不是横向稳定杆的刚度越大越好；设计时 要特别注意到轮胎的抓地力和单边悬架的振动频率。
P L0 σmax≈ IZ
18
稳定杆的校核
最后，应按照上述三个应力中的最大值来选择钢号，即选者的 钢应满足： σ=1.2σs／γ≥σ1、2、3
19
稳定杆的校核
注：需要指出的是横向稳定杆钢丝直径的大小取决于许多可变 的参数。如果这些参数取得合适，可以减小横向稳定杆钢丝的 直径，从而降低横向稳定杆大批量的制造成本。 有关资料推荐:最大扭转剪切应力小于700MPa,弯曲应力不大 于1250MPa。现我们开发的稳定杆通常在最大位置状态时受 到的应力一般在300MPa.