稳定杆设计计算.doc
悬架设计指南
设计指南（弹簧、稳定杆）不管悬架的类型如何演变，从结构功能而言，它都是有弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。
一 弹性元件弹性元件主要作用是传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂直载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。
在现用的弹性元件中主要有三种；（1）钢板弹簧，（2）扭杆弹簧，（3）螺旋弹簧。
钢板弹簧设计板弹簧具有结构简单，制造、维修方便；除作为弹性元件外，还兼起导向和传递侧向、纵向力和力矩的作用；在车架或车身上两点支承，受力合理；可实现变刚度，应用广泛。
(一) 钢板弹簧布置方案1.1钢板弹簧在整车上布置(1) 横置；这种布置方式必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂，质量加大，只在少数轻、微车上应用。
(2) 纵置；这种布置方式的钢板弹簧能传递各种力和力矩，结构简单，在汽车上得到广泛应用。
1.2 纵置钢板弹簧布置(1) 对称式；钢板弹簧中部在车轴（车桥）上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离相等，多数汽车上采用对称式钢板弹簧。
(2) 非对称式；由于整车布置原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动，又要改变轴距或通过变化轴荷分配的目的时，采用非对称式钢板弹簧。
(二)钢板弹簧主要参数确定初始条件：1G ~满载静止时汽车前轴（桥）负荷2G ~满载静止时汽车后轴（桥）负荷1U G ~前簧下部分荷重2U G ~后簧下部分荷重1W F =(G 1-G 1U )/2 ~前单个钢板弹簧载荷2W F =(G 2-G 2U )/2 ~后单个钢板弹簧载荷c f ～悬架的静挠度；d f －悬架的动挠度1L ～汽车轴距；1、 满载弧高a f满载弧高指钢板弹簧装在车轴（车桥）上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差。
a f 用来保证汽车具有给定的高度。
当a f =0时，钢板弹簧在对称位置上工作。
为在车架高度已确定时得到足够的动挠度，常取a f = 10～20mm 。
2、 钢板弹簧长度L 的确定L —指弹簧伸直后两卷耳中心间的距离（1）钢板弹簧长度对整车影响当L 增加时：能显著降低弹簧应力，提高使用寿命；降低弹簧刚度，改善汽车平顺性；在垂直刚度C 给定的条件下，明显增加钢板弹簧纵向角刚度；减少车轮扭转力矩所引起的弹簧变形；原则上在总布置可能的条件下，尽可能将钢板弹簧取长些。
重型汽车稳定杆的计算和分析
重型汽车稳定杆的计算和分析陈太荣;杨佳睿【摘要】横向稳定杆是汽车悬架的重要部件,稳定杆刚度的设计以及在前后悬架上的分配,对整车操纵稳定性能具有重要影响.本文针对某款牵引车横向稳定杆进行了刚度的设计和匹配,同时对稳定杆连接装置进行了有限元分析和试验验证,确保了结构的可靠性.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】3页(P70-72)【关键词】横向稳定杆;侧倾角刚度;有限元分析【作者】陈太荣;杨佳睿【作者单位】南京徐工汽车制造有限公司,江苏南京210021;南京徐工汽车制造有限公司,江苏南京210021【正文语种】中文【中图分类】U461.7前言横向稳定杆在保证汽车行驶平顺性的前提下，能提高悬架的侧倾角刚度，减小汽车在不平路况或转弯时车身的侧倾角。
合理的调整前后悬架侧倾角刚度比值，能使车辆具有一定不足转向特性，提高整车操纵稳定性。
对于重型汽车，前后桥轴荷以及轮胎侧偏刚度相差大，前后桥横向稳定杆的刚度以及侧倾角刚度的分配过程比较复杂，它由整车的操纵稳定性和车身的受力情况两种因素决定的。
在稳定杆的设计过程中，可以从这两方面出发，推算出前后悬架的总侧倾角刚度及其在前后桥上的分配，进而求得前后桥稳定杆的侧倾角刚度；再结合整车布置的要求，进行横向稳定杆的结构设计。
本文针对某款牵引车进行横向稳定杆的刚度设计和匹配，以期对相关设计提供参考和帮助。
1 、稳定杆刚度的计算和匹配为了提高车辆行驶平顺性，板簧刚度一般适当降低，这会降低车辆侧倾稳定性，给车辆增加稳定杆可以解决这一矛盾。
商用车侧倾稳定性的一般要求是，车辆在0.4g的侧向加速度下，整车侧倾角小于6°。
车辆侧倾角和悬架侧倾角刚度可以用下式表示[1]：式中，φr为车辆侧倾角；Mφ为整车侧倾力矩，对于非独立悬架，该力矩包括由重力和离心力引起的力矩；Fs为车身离心力；h为簧载质心距离侧倾轴线的距离；Σk为总侧倾角刚度；kf为前悬侧倾角刚度；kr为后悬侧倾角刚度；kw为稳定杆侧倾角刚度；kφ为非独立悬架的侧倾角刚度；kl为一侧悬架的线刚度；B为板簧安装距；kwf为前稳定杆侧倾角刚度；kwr为后稳顶杆侧倾角刚度。
塑料材料稳定杆连接杆的设计
塑料材料稳定杆连接杆的设计作者：宗刘冬李海兴来源：《科学与技术》2018年第12期摘要：稳定杆连接杆是连接稳定杆与车架的球铰类零部件，辅助稳定杆实现汽车转向过程中车身左右两侧的受力分配，提高车辆稳定性。
本文从塑料材料方面对连接杆总成设计进行了阐述，并对设计过程中的重点问题进行了分析。
关键词：球销；稳定杆连接杆；塑料引言随着车辆技术的发展及轻量化需求，新材料被不断引入零部件设计及开发，从而实现零部件轻量化的同时，降低了制造过程对于环境的影响。
但新材料、工艺、技术在应用初期，不可避免的存在一些技术难点及应用风险，本文重点讨论塑料材料在车辆底盘功能件-稳定杆连接杆上的应用可行性，并提出设计的风险点以及规避方式，供类似产品开发人员进行参考。
1.稳定杆连接杆的结构说明1.1 连接杆的安装位置连接杆分别连接车辆稳定杆及减震器，在使用过程中主要承受车辆Z向载荷，辅助稳定杆实现车辆两侧受力的分配，如图1所示1.2 传统稳定杆连接杆的结构说明传统连接杆座体通常采用电阻焊方式实现座与杆的连接，常用材质为10钢，可兼顾零件强度与焊接性能。
座体焊接后进行表面防护，涂层处理为镀锌、电泳、锌镍等方式。
其封装采用旋铆工艺，形成装配总成。
2 塑料连接杆设计关注点2.1 塑料连接杆总成设计构想基于产品结构，可将其焊接座体更改为塑料材质。
由于其连接的两侧零件空间距离较长时（大于200mm），需增大杆部尺寸以满足强度要求，在底盘布置过程中必然会产生干涉，因此座体采用塑料材料，中间杆的材质不变，并通过注塑工艺实现座与杆的连接，如图2所示。
2.2 连接强度问题连接杆主要受沿杆方向的拉压载荷及垂直于杆的扭转载荷，对于通过注塑工艺结合的座与杆，在使用过程中存在脱出或相对转动的风险，因此在杆的端部需增加防滑防脱结构，可以采用凹槽、滚花等形式，基于工艺成本考虑，建议采用滚花结构。
2.3 球销安装孔设计由于取消了传统结构中提供润滑作用的球碗（POM），因此在座材料选用环节必须考虑其与球销接触的摩擦问题，为提供更佳的润滑效果，需要在座的內壁增加储油凹槽，以提升总成的抗磨损性能。
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汽车设计·228· ·228·（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，F 作的功与横向稳定杆中总的变形位能相等。
图8.55 横向稳定杆半边弯矩图横向稳定杆变形位能的计算公式如下： （1) T l 段的扭转位能.2T1p=4F l U GJ (8—110) 式中,p J 为横向稳定杆的截面极惯性矩；G 为材料剪切弹性模量；T l 为横向稳定杆直线段长度。
(2） 1l 段的弯曲位能.2312 =6F l U EJ（8—111)式中,J 为横向稳定杆的截面惯性矩；E 为材料弹性模量.（3） 0l 段的弯曲位能。
002222322233200002()()1=d d ()2212l l F l l x M x F U x x l l l EJ EJl EJ ⎡⎤⋅+==⋅+⋅⎢⎥⎣⎦⎰⎰ （8-112） 其中，x 轴的原点在横向稳定杆的对称中心。
空心稳定杆结构设计与性能研究
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计空心稳定杆结构设计与性能研究林少辉 姜子敬 杨文叶 杨磊 李振兴 郭秋彦吉利汽车研究院（宁波）有限公司 浙江省宁波市 315336摘 要： 稳定杆是悬架系统中的重要零件，直接影响汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和安全性能。
基于整车各系统轻量化的需求，本文以某车型实心稳定杆为研究基准，应用空心管材代替实心材料设计了一种空心结构的稳定杆，介绍了空心结构稳定杆的设计开发思路，分析空心结构的外观尺寸、刚度、强度和疲劳性能。
研究结果表明，通过合理的内外径和壁厚设计，空心结构稳定杆可满足实心结构同等的使用性能需求，同时可实现23%的轻量化。
关键词：空心稳定杆 结构设计 性能分析 轻量化1 前言随着汽车工业的飞速发展，消费者对汽车的各项性能的要求越来越高，其中汽车的操纵稳定性、驾驶平顺性和乘坐舒适性均已成为衡量汽车性能的主要标准，也是客户重点关注的性能指标。
为改善汽车行驶平顺性，悬架的垂向刚度设计通常比较低；当载荷变化时，则要求悬架的刚度变化小，从而降低汽车整车的偏频率。
但如果汽车悬架的垂向刚度值设计较低，会使得汽车的侧倾角刚度值也较低，当汽车转弯时会产生很大的车身侧倾角，影响行驶稳定性。
[1]因此，为了提升汽车的操纵稳定性、驾驶平顺性，改善汽车的乘坐舒适性和安全性，各大主机厂通常在车辆的悬架系统中设计连接左、右悬架的稳定杆。
[2]稳定杆被广泛应用于独立悬架，其功能是防止汽车在转弯或汽车左、右轮受到不同载荷时发生过大横向侧倾，是保持汽车平衡的悬架系统关键零件。
[3]目前，在乘用车上大量应用的还是实心稳定杆，直径多处于20mm～30mm范围内，质量约为4kg～8kg。
稳定杆的发挥作用的过程中主要为扭转变形，横杆中心部位的贡献作用极小。
近年来，随着整车轻量化设计的要求越来越高，应用管材代替实心材料设计制造稳定杆成为整车厂和供应商加大研发投入的方向。
空心稳定杆在保证与实心杆刚度和疲劳性能基本变化的情况下一般可实现20%～45%的轻量化效果，这对车辆底盘的轻量化设计和簧下质量降低具有重大意义。
基于CATIA的汽车横向稳定杆的参数化设计
FOCUS 技术聚焦
设计·创新
基于 CATIA 的汽车横向 稳定杆的参数化设计
李群 何耀华 （武汉理工大学汽车工程学院）
摘要：参数化设计在产品的优化设计中发挥着重要作用。为完成汽车横向稳定杆的参数化设计，文章推导出横向 稳定杆尺寸参数的约束公式，并在此基础上建立基于 CATIA 的稳定杆参数化模型，将模型与 Excel 表格相关联， 实现参数驱动横向稳定杆的自动重构，完成横向稳定杆的参数化设计。运用 Abaqus 软件建立横向稳定杆有限元 模型，校核结果验证了稳定杆参数化设计的正确性。 关键词：汽车；横向稳定杆；CATIA；参数化设计
1
((N·m) ((N·m) ms/kg 倾 轴 线 度 ay/ (° )
/(°)) /(°))
的 距 离 (m/s2)
角 θ/ 线 弯 点 位 向 跨 向 跨 置到对 装 位 同 侧 拐 E/Pa 模 量 应 力
rad 曲 半 移 度 度 称面距 置 到 点距离
G/Pa [τ]/Pa
径 线刚 d/m 度 K/
模型 Join 到一起；
加大小为 1 084.4 N，方向相反的 z 向载荷。对横向
5）转换到 Part Design 模块生成杆的实体模型， 稳定杆做静力学分析，得到横向稳定杆应力云图，如
即稳定杆的参数化基础模型，如图 4 所示。
图 6 所示。可以看出最大应力集中在拐角处编号为
11 130 的节点上，最大值 544.4 MPa，该材料的扭转
Parametric Design of Automotive Stabilizer Bar Based on CATIA
Abstract: Parametric design plays an important role in product optimized design. In order to complete the parametric design of stabilizer bar, the constraint formula of stabilizer bar parameters is derived, and parametric model of stabilizer bar is established based on CATIA, which is associated with the Excel table, the automatic reconstruction of stabilizer bar by parameter—driven is achieved, the parametric design of stabilizer bar is completed. Based on Abaqus software, the finite element model of stabilizer bar is established, the checking results verified the correctness of parametric design of stabilizer bar. Key words: Automobile; Stabilizer bar; CATIA; Parametric design
稳定杆设计参数
大SUV项目设计参数
1.前横向稳定杆：
材料：60Si2MnA 杆直径：26mm 表面处理：喷塑（黑色）2.后横向稳定杆：
材料：60Si2MnA 杆直径：14mm 表面处理：喷塑（黑色）3.纵向拉杆组件：表面处理:喷塑（黑色）
3.1纵向拉杆组件接头：材料：4钢板Q235，
3.2纵向拉杆：杆直径18mm，材料：60Si2MnA
3.3衬套组件：材料：天然橡胶、20#无缝钢管
4.前、后稳定杆连接杆：
4.1连接杆中杆：材料20#圆钢，杆直径：10mm
4.2连接杆球销外壳：材料：20#圆钢
4.3连接杆防尘罩：材料：>CR<
4.4连接杆球销：材料：40Cr
5.前稳定杆支架：材料：3钢板Q235
6.前稳定杆衬套:天然橡胶
7.后稳定杆支架：材料：2钢板Q235
8.后稳定杆衬套：天然橡胶
9.调节连杆：属于外购件。
横向稳定杆刚度计算
稳定杆刚度和应力计算公式
1、横向稳定杆刚度计算：大小相等A′处的载荷Pd，作用在两端点A，图示为圆形实心断面，直径为) 方向相反，载荷作用点处变形为f(不考虑横向稳定杆的橡胶衬套变形刚度K为：?1f232llll???2
sinR(??sin2?l)?[1R=2=002K p
02GI2EI3EI2t2l????2??sin?sin22[)]??(()1R1R0
22GI22t?????223]2?21lR(?cossin))?R?(sin1024 mm/N）；（)l?l?l?R(121，(mm)式中；201l2l2?arctanφrad；，
22l?l?l22
l14?d?l4
mm，——圆截面惯性矩，I=64
3?d?3，II=mm ——圆截面极惯性矩，32tt
G=G2N/mm75460，——剪切弹性模数，
模向稳定杆倾角刚度K为：R2Kl K （N.mm/rad）0?R
22、横向稳定杆应力计算：
车身侧倾角为时，稳定杆两端部载荷P为：?1 / 2
?K)P?(N R l0???处，′段的θ=在最大弯曲应力BC，B′C?R?arctan?l0P222?Rl??2(N/mm) 0Zt3?d ——扭转断面系数：Zt=式中：Zt3):mm(,单位
16)Rlll?2R(P222???120)/mm(单位:.,在?0处的CC'点处N?l?R?最大剪应力0Z22l?l t21′段，可近似用下式计算：B′C、最大主应力?BC发生在max P2（N/mm）22?)2R(??l?R0max Z t
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2 / 2。
横向稳定杆设计课程设计
横向稳定杆设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握横向稳定杆的基本结构及其在汽车中的作用；2. 学生能够运用物理知识，分析并计算横向稳定杆对汽车稳定性的影响；3. 学生能够了解并描述不同设计参数对横向稳定杆性能的影响。
技能目标：1. 学生能够运用CAD软件进行简单的横向稳定杆设计；2. 学生能够通过实验方法，验证横向稳定杆设计的效果；3. 学生能够运用数据分析方法，评价不同设计方案的优劣。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对汽车工程技术的兴趣，增强对工程设计的热情；2. 学生能够通过团队协作，培养沟通、协作能力和集体荣誉感；3. 学生能够认识到工程设计在实际生活中的应用，提高对科技创新的认识。
课程性质分析：本课程为汽车工程领域的一门实践性课程，旨在让学生了解横向稳定杆在汽车稳定性中的作用，培养学生的工程设计能力和实际操作技能。
学生特点分析：学生处于高中阶段，已具备一定的物理知识和实验技能，对汽车工程技术有一定的好奇心，但可能缺乏实际操作经验。
教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 采用项目式教学，培养学生的团队合作精神和创新能力；3. 注重过程评价，关注学生在课程中的学习表现和成果。
二、教学内容1. 基本概念与原理：- 横向稳定杆的定义及其在汽车中的作用；- 汽车稳定性原理及横向稳定杆的工作机理；- 教材第二章第一、二节内容。
2. 横向稳定杆设计参数：- 横向稳定杆的结构参数及其对性能的影响；- 材料选择对横向稳定杆性能的影响；- 教材第二章第三节内容。
3. 设计与仿真：- CAD软件在横向稳定杆设计中的应用；- 横向稳定杆设计的基本步骤和注意事项；- 教材第三章第一、二节内容。
4. 实验与验证：- 横向稳定杆性能测试实验方法；- 实验数据采集与处理；- 教材第三章第三节内容。
5. 数据分析与评价：- 横向稳定杆设计方案的评估方法；- 数据分析在横向稳定杆设计中的应用；- 教材第四章第一、二节内容。
稳定杆设计计算.pptx
f0
cl l
0
F
l
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C0 0 l
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(8-119)
C0
F f 0
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Cn C0
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2
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Cn C0
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Cnl
2 c
C
0l02
(8-120) (8-121)
因此，横向稳定杆的总位移 fz 为
学海无 涯
fz f c f
8-10 参照教材图 8.51，推导减振器阻尼系数公式：a
2mi2 。
cos2 a
(1) lT 段的扭转位能。
U = F2lT 1 4GJp
(8-110)
式中，Jp 为横向稳定杆的截面极惯性矩；G 为材料剪切弹性模量；lT为横向稳定杆直线段长度。
(2) l1 段的弯曲位能。
U2
= F 2l13 6EJ
式中， J 为横向稳定杆的截面惯性矩； E 为材料弹性模量。
(3) l0 段的弯曲位能。
U3=
l0 2
M
2
(x)dx
1
0 2EJ
2Edx2
0
l0
其中，x 轴的原点在横向稳定杆的对称中心。
F2
(l3
l2
) 2
l
12EJ
0
(8-111) (8-112)
学海无 涯
(4) l2 段的弯曲位能。
U4=
l2 M 2 (x)
1
dx
0 2EJ
2EJ
F l2
0
(l3
学 海 无涯
横向稳定杆计算
弹性模量E 206000Mpa
杆直径d 42mm 截面主惯性矩I 152745.0202
mm^4
截面极惯性矩Ip 305490.0404mm^4两端纵向部分长度a 343mm 中部长度L 1168.5mm 杨氏模量G 75460Mpa 材料泊松比μ0.25稳定杆夹角θ
1.448623279rad 横向稳定杆侧倾角刚度KΦ
188769631.2Nmm/rad 材料单位长度许用扭转角
B、C两端的允许转角［φ］0°
B、C两端的转角φ（即车身侧倾角α）
0.157930745rad 9.048765°A、D两点沿Z方向绝对位移量57.06270934mm
L1
44mm L2
340mm LZ(既是L)976mm R
64mm La
1080mm φ
1.692969374rad L0
286.5838986mm 1/K
0.005744247mm/N 截面极惯性矩Ip 305490.0404mm^4抗扭断面系数Wp 14547.14478mm^3横向稳定杆侧倾角刚度KΦ
101527673.2Nmm/rad 车身侧倾角
0.104719755rad 车身侧倾角为α时，横向稳定杆两端部载荷P或F
18303.61996N 最大弯曲应力σ在BC 、B"C"段的θ=φ-β处，β=arctan （R/L0）738.9400024N/mm^2
最大剪应力τ在θ=0处的C、C"点处438.6765783N/mm^2最大主应力σmax发生在BC、B"C"段819.4665727N/mm^2第一种计算方法
第二种计算方法。
汽车稳定杆[知识研究]
![汽车稳定杆[知识研究]](https://img.taocdn.com/s3/m/78b1b3a3aef8941ea66e0514.png)
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
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ຫໍສະໝຸດ (bc)d c
l1
l2
ba f
C
1 P L2 2 F3EIL2
2l13
a3
L 2
(a
b)2
4l22
(b
c)
当角刚度给定时，可求出所需
要的稳定杆的直径d
d
4
128 3
Ｃ • b
L2 E
l12
a3
L 2
(a
b) 2
4l
2 2
(b
c)
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
σ=1.2σs／γ≥σ1、2、3
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.
横向稳定杆的参数计算与设计报告
2 F 1 T
由于横向稳定杆主要承受扭矩作用，故应校核扭转剪应力：
（式 5）
T d T d 16 T 4 Jp 2 d 2 d3 32
式 2~ 式
（式 6）
联 立
6 ， 可 求 得 横 向 稳 定 杆 的 最 小 直 径
H 2 3 6b c (1 ) m 4 L (
稳定杆安装位置到对称面距离 c/mm 稳定杆安装位置到拐点距离 b/mm 未注中心线弯曲半径 /mm
由图 1 中稳定杆各参数间的几何关系和表 2 的相关数据，可确定稳定杆端点到拐点距离
H L= c b m 2 ；夹角 =PI-arcsin(m/L) 2
横向稳定杆的材料多选用 50CrVA，其相关应力参数如表 3 所示 表 3 材料参数 弹性模量 E/GPa 剪切弹性模量 G/GPa 许用扭转应力 [ ]/MPa 泊松比μ 206 79 740 0.29
F 1 U 1 2U 2 U 3 2
F m2 2(c b) 2F 2 L3 =
4G Jp
F2 H c 2c 6 E J 12 E J 2
2
（式 4）
设车身在侧倾时受到横向稳定杆所产生的阻力距为 T，侧倾角为 ，有
=
B 2
（式 2）
利用横向稳定杆与悬架系统的几何关系，可得横向稳定杆端点的位移量
1 =
（ 为比例因子，取值为 0.8） 3、简化横向稳定杆结构为一个等臂梯形，如图 1 所示
（式 3）
图1
横向稳定杆简化结构
表2 稳定杆横向跨度 H/mm 稳定杆纵向跨度 m/mm
汽车悬架横向稳定杆的参数化设计
汽车悬架横向稳定杆的参数化设计王靖岳;殴阳纯;梁洪明【摘要】为了实现新型汽车悬架横向稳定杆的参数化设计,推导出横向稳定杆尺寸参数的约束公式和橡胶衬套的径向变形量计算公式,在橡胶衬套变形的基础上推导出横向稳定杆端点位移计算公式及其校核公式.运用Excel建立基于CATIA的横向稳定杆参数化模型.并建立Visual Basic窗口,通过编程控制Excel表格相关输入参数,运用Excel实现横向稳定杆相关数值的计算,并将计算值返回到窗口,同时实现参数驱动横向稳定杆三维模型的自动重构.通过有限元分析:稳定杆端部最大位移为83.7 mm,相对偏差为-2.91％;最大Von Mises应力为1 070 MPa,小于许用应力2 884 MPa,从而验证了横向稳定杆参数化设计的正确性.【期刊名称】《汽车工程师》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P39-41,43)【关键词】汽车悬架;横向稳定杆;Visual Basic;CATIA;参数化设计;应力【作者】王靖岳;殴阳纯;梁洪明【作者单位】沈阳理工大学汽车与交通学院;郑州宇通客车股份有限公司;中国质量认证中心沈阳分中心【正文语种】中文横向稳定杆是汽车悬架中的一种辅助弹性元件，其作用是防止车身在转弯时发生过大的横向侧倾，尽量使车身保持平衡，通过减小车身的横向倾斜和横向角振动，从而改善舒适平顺性。
如何快速、便捷与正确地设计满足不同车型的横向稳定杆，是摆在工程师面前一个棘手的问题。
在对汽车悬架横向稳定杆进行研究论证的基础上，文章基于Visual Basic可视化编程和CATIA软件，以某型货车前悬横向稳定杆设计为例，进行横向稳定杆的参数化设计，为稳定杆的参数化设计探索有效途径。
1 横向稳定杆等效模型最常用的横向稳定杆的结构，如图1所示。
可把横向稳定杆和橡胶衬套等效为串联的线性弹簧。
图1中，lc为横向稳定杆总跨度；l0为横向稳定杆橡胶衬套的安装总跨度；lT为横向稳定杆中间直线BB'的长度；l为横向稳定杆纵向总宽度；l1为横向稳定杆端部直径长度；l2为横向稳定杆中间直线段的端点到橡胶衬套的长度；l3为横向稳定杆外端点到中间直线段端点的距离；θ为横向稳定杆端部圆弧角度；R为横向稳定杆端部圆弧半径。
横向稳定杆设计计算
横向稳定杆设计计算
为了降低汽车的固有振动频率以改善行驶平顺性，现代轿车悬架的垂直刚度值都较小， 从而使汽车的侧倾角刚度值也很小， 结果使汽车转弯时车身侧倾严重， 影响了汽车的行驶稳 定性。 为此， 现代汽车大多都装有横向稳定杆来加大悬架的侧倾角刚度以改善汽车的行驶稳 定性。 横向稳定杆在独立悬架中的典型安装方式如图 4－39 所示。 当左右车轮同向等幅跳动 时，横向稳定杆不起作用；当左右车轮有垂向的相对位移时，稳定杆受扭，发挥弹性元件的 作用。 横向稳定杆带来的好处除了可增加悬架的侧倾角刚度， 从而减小汽车转向时车身的侧 倾角外，如前所述，恰当地选择前、后悬架的侧倾角刚度比值，也有助于使汽车获得所需要 的不足转向特性。 通常， 在汽车的前、 后悬架中都装有横向稳定杆， 或者只在前悬架中安装。 若只在后悬架中安装，则会使汽车趋于过多转向。横向稳定杆带来的不利因素有：当汽车在 坑洼不平的路面行驶时，左右轮之间有垂向相对位移，由于横向稳定杆的作用，增加了车轮 处的垂向刚度，会影响汽车的行驶平顺性。
2
2
（4－63）
由于连接点处橡胶件的变形，稳定杆的侧倾角刚度会减小约 15％～30％。 当稳定杆两端受到大小相等、方向相反的垂向力 P 作用时(参见图 4－40)，其端点的垂 向位移 f 可用材料力学的办法求出，具体为
f =
P 3EI
L 3 2 l1 − a 3 + (a + b) 2 + al 2 (b + c) 2
dFw ⋅ df w = dFb ⋅ df b
（4－58）
而作用在稳定杆上的弯矩和转角分别为
dM b = dFb L
(4－59)
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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
f。
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
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，F 作的功与横向稳定杆中总的变形位能相等。
图8.55 横向稳定杆半边弯矩图
横向稳定杆变形位能的计算公式如下： (1) T l 段的扭转位能。
2T
1p
=4F l U GJ (8-110)
式中，p J 为横向稳定杆的截面极惯性矩；G 为材料剪切弹性模量；T l 为横向稳定杆直线段长度。
(2) 1l 段的弯曲位能。
23
12 =6F l U EJ
(8-111)
式中，J 为横向稳定杆的截面惯性矩；E 为材料弹性模量。
(3) 0l 段的弯曲位能。
00
2
22
2322
2
33200002()()1
=d d ()2212l l F l l x M x F U x x l l l EJ EJ
l EJ ⎡⎤⋅+==⋅+⋅⎢⎥⎣⎦
⎰⎰ (8-112) 其中，x 轴的原点在横向稳定杆的对称中心。
(4) 2l 段的弯曲位能。
[]2
2
22
2234332300()1 =d ()d ()226l l M x F U x F l x x l l l EJ EJ EJ
⎡⎤=⋅+=⋅+-⎣⎦⎰⎰ (8-113) F 作的功与横向稳定杆中总的变形位能相等，有
c
12342
Ff U U U U =+++ (8-114) 得
223222
33T 1c 320323p ()2{()[()]}46126Fl l F l F F f l l l l l l F GJ EJ EJ EJ
⋅=⋅++⋅+⋅+⋅+- (8-115)
由于2l 一般很小，可忽略式中右边第四项，得
223
320T 1c ()236p l l l l l l f F GJ EJ EJ ⎡⎤+⋅=⋅++⎢⎥
⎢⎥⎣⎦
(8-116) 此外，还应该考虑橡胶支座(轴承)和连接杆上橡胶垫所产生的位移为
n 0
d n n z 00n 011C C F F F f F F C C C C C C C ⎛⎫⎛⎫'+ ⎪ ⎪=+=⋅+
=⋅= ⎪ ⎪'''⎝⎭⎝⎭
(8-117) 式中，z C 为总的换算橡胶零件线刚度，n 0z n 0
C C C C C '='+，n C 为连接杆上橡胶垫的线刚度；0
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R 是橡胶支座上
的力，c 0
l R F l =。
支座变形为
30000
Rl R f C C l =
=
(8-118) 式中，0C 为橡胶支座的径向刚度。
相应的横向稳定杆的端点位移为
2
c c 002
000c 00l l F F f f l C l l C l ⎛⎫'==⋅=
⎪⎛⎫⎝⎭
⋅ ⎪
⎝⎭
(8-119)
所以
2
000c 0l F
C C l f ⎛⎫'==⋅ ⎪'⎝⎭
(8-120)
()
2
0n 02c n 00z 222n c 00
0n 0c l C C l C C l C C l C l l C C l ⎛⎫'⋅ ⎪
'⎝⎭=='⎛⎫+'+⋅ ⎪
⎝⎭
(8-121) 因此，横向稳定杆的总位移z f 为
223320T 1z c d p Z ()1236l l l l l l f f f F GJ EJ EJ C ⎡⎤
+⋅=+=⋅+++⎢⎥⎢⎥⎣
⎦ (8-122)
设车身在侧倾时受到横向稳定杆所产生的阻力矩s M ，侧倾角为ϕ，根据虚位移原理得
z s 2F f M ϕ∆=∆ (8-123)
而
z
t c
22n
f f m B B
ϕ==
(8-124) 式中，B 为轮距；t f 为车轮位移；n 、c m 定义见图8.52。
假定车轮作平动，则
z c
2f n B m ϕ∆∆=
c z z
s z c
222m F f F f M FB f n n B m ϕ∆∆===∆∆ (8-125)
设s C 为横向稳定杆的角刚度，则
2
2
22c c c
s s 223320z T 1c p z
2()222
33z m m m FB B FB M n n n C f n l l l f l l l B m GJ EJ EJ C ϕ⎛⎫⎛⎫⋅⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭====+⋅+++
(8-126)
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
s s 3
p 0.2M M W d τ==≤[]τ (8-127)
式中，d 为横向稳定杆直径；[]τ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[]τ＝800N/mm 2。
习 题
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，n F 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2
m '=0.92。
满载时弹簧固装点到地面距离c 为480mm ，许用应力[]σ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D 为160mm ，许用静扭转应力c []τ＝500N/mm 2
，试按照静扭转强度选择钢丝直径d 。
8-10 参照教材图8.51，推导减振器阻尼系数公式：2
a 22cos m i a
ψωδ=。