稳定杆设计计算(2020年整理).pdf
汽车横向稳定杆的参数化分析及优化
汽车横向稳定杆的参数化分析及优化石柏军;刘德辉;李真炎【摘要】对汽车横向稳定杆的几何尺寸进行参数化处理,采用莫尔积分法推导横向稳定杆的侧倾角刚度计算公式并初步校核强度,通过有限元仿真分析验证该方法的可行性;针对某SUV,以侧倾角刚度为优化目标,采用比例系数优化法对该车的横向稳定杆进行优化设计;然后在ADAMS/Car中建立整车动力学仿真模型,以转向盘角阶跃实验验证优化的效果,最后进行整车实验验证.仿真和实验结果表明,侧倾角刚度较大的横向稳定杆更有助于提高汽车的侧倾稳定性,这进一步验证了文中优化设计的可行性.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(044)006【总页数】8页(P98-104,112)【关键词】车辆工程;横向稳定杆;优化设计;参数化;侧倾角刚度;侧倾稳定性【作者】石柏军;刘德辉;李真炎【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】U270.2当汽车发生侧倾时，两侧悬架之间的相对反向跳动使横向稳定杆受到扭矩的作用，但因受其杆身的扭转刚度的影响，弹性的稳定杆所产生的扭转的内力矩妨碍了悬架弹簧的变形，从而减少了车身的侧倾.国内现有的横向稳定杆参数化设计方法能利用CAD参数化建模功能实现三维模型的自动生成，提高了横向稳定杆的开发效率[1].国外学者曾提出一种主动横向稳定杆，它能根据不同路面情况调节适合的稳定杆刚度，使车辆能兼顾行驶舒适性和操纵稳定性[2].文中通过对横向稳定杆的参数化分析，采用比例系数法对其进行优化，最后在软件仿真和实车实验中证明优化后的横向稳定杆能使整车具有更好的侧倾稳定性.1.1 几何尺寸参数化横向稳定杆是悬架系统的附属部件，其结构形状会根据车辆的不同而变化，从而呈现外观和形状的多样化.尽管每辆汽车的横向稳定杆的大小和形状都不一样，但其外形大体上呈“U”型结构.为了研究方便，可把横向稳定杆的形状作一定的简化处理：忽略横向稳定杆截面形状的变化，把其看作截面为等圆的杆；此外，忽略各种不规则的圆弧过渡，忽略稳定杆与车身相连接的橡胶衬套的变形，认为横向稳定杆整体在同一平面内[3].由于车身的侧倾角度通常很小(在0°～5°范围内)，因此把稳定杆端部的变形看作小变形.综合上述各种假设，可以用几个简单的参数描述横向稳定杆的几何尺寸，从而实现对横向稳定杆的参数化分析.简化后的横向稳定杆模型如图1所示.图1中，C、D点为横向稳定杆与车身或者车架的铰接点，B、H点为稳定杆杆身末端点，A、J点为横向稳定杆杆臂端点.L1为横向稳定杆杆身长度，L2为横向稳定杆与车身或者车架铰接点之间的距离，L为横向稳定杆杆臂长度，θ为横向稳定杆的杆身与杆臂之间的夹角，假定稳定杆的直径为d，通过以上5个参数描述即可确定稳定杆的几何形状，同时可把其几何尺寸进行参数化处理.1.2 侧倾角刚度计算对横向稳定杆进行参数化处理后，便可根据这些参数计算横向稳定杆的侧倾角刚度.横向稳定杆所受载荷为反对称性载荷，据此可知横向稳定杆对称中心的扭转角度为0°，其竖直方向的位移也为0[4].C、D点由于橡胶套筒的约束允许横向稳定杆在这两个位置只能绕着轴线转动和沿着轴线运动.为了计算横向稳定杆的侧倾角刚度，需要先计算A、J点在反对称力F作用下的位移.下面采用莫尔积分法[5- 6]计算横向稳定杆在反对称力F作用下A点的位移.由于横向稳定杆的几何形状呈对称性，受力呈反对称性，因此取其一半进行受力分析即可.假定横向稳定杆的对称点为O点，将该点看作固定端点，根据莫尔积分法原理，分别对稳定杆端点A在力F和单位力作用下进行受力分析.莫尔积分法受力分析如图2所示.横向稳定杆的端点在力F作用下时，AB段受到弯矩作用而变形，BC段受到弯矩、扭矩组合作用变形，CO段也受到弯矩、扭矩组合作用变形.根据受力分析对图2中的AB段分别列出其距端点A的弯矩变量，对BC段也分别列出其距对称中心点O的弯矩与扭矩变量，见表1.根据受力分析，忽略橡胶衬套的变形，忽略CO段在弯矩作用下的微小角位移对BC段造成的位移的影响，设A点的位移为ΔA，E为材料弹性模量，Iz为横向稳定杆截面主惯性矩，G为材料切变模量，Ip为横向稳定杆截面极惯性矩，υ为材料的泊松比，由莫尔积分法可得根据材料力学有G=E/[2(1+υ)]，Ip=2Iz，对式(1)进行积分可得A点相对于横向稳定杆杆身的角位移φ为φA点相对于横向稳定杆杆身的恢复力偶距M为M=F(L1-2Lcos θ)设Kφ为横向稳定杆的侧倾角刚度，联立式(1)-(4)并考虑横向稳定杆工作时为微变形，可得横向稳定杆的侧倾角刚度为Kφ由式(5)可以看到，只要知道横向稳定杆的几何尺寸参数并确定材料特性，便可计算出其侧倾角刚度.在侧倾角刚度作为汽车选用横向稳定杆的重要考虑因素下，此公式为横向稳定杆的初步选择提供了重要的参考依据.1.3 强度校核根据侧倾角刚度初步选好横向稳定杆后，需要对其强度进行校核，以检验其是否达到使用的要求.如果横向稳定杆的强度达不到要求，那么汽车在严峻的行驶工况下极易造成横向稳定杆的破裂损坏，从而可能导致交通事故的发生[7].要对横向稳定杆进行强度校核，需要确定横向稳定杆工作时受到相当应力最大的截面.当其应力超过横向稳定杆的承受范围时，横向稳定杆通常从这些危险截面开始破裂直至损坏，从而使横向稳定杆丧失工作能力.由式(2)和图1可求出横向稳定杆所受的支撑反力，然后画出横向稳定杆的弯矩和扭矩图，如图3所示.由横向稳定杆的弯矩和扭矩图可以看到，横向稳定杆的潜在可能危险截面为B、C、D、H点所在截面.考虑B、H和C、D变形的一致性，文中只分析B、C点所在截面的情况.对B点偏向横向稳定杆杆臂一侧的情况进行分析，得B点所在危险截面的最大应力为C点所在截面的最大正应力和最大扭转切应力为依据材料力学中第四强度理论，可得到B、C点的相当应力和为对式(9)、(10)的大小进行比较，确定两者中最大值的条件，设横向稳定杆工作时最大等效应力为，即有把式(5)代入式(2)，可得若得到汽车悬架弹簧的最大行程或横向稳定杆工作时横向稳定杆杆臂的最大位移以及横向稳定杆材料的设计许用应力，即可根据式(9)-(12)对横向稳定杆工作时的强度进行初步校核，以判断横向稳定杆的设计是否合理.1.4 有限元仿真下面将对横向稳定杆进行有限元仿真分析，以验证横向稳定杆的侧倾角刚度的计算和危险截面判断的正确性.有限元仿真分析中的横向稳定杆的几何尺寸采用某SUV现有的横向稳定杆(文中将其称为B型横向稳定杆)的几何尺寸.为了仿真分析的简便性，对该杆进行适当的简化处理，将横向稳定杆看作等截面圆，有限元仿真模型中加入杆身与杆臂之间半径为R的倒圆角，以使仿真模型和实物模型更加接近.仿真模型中的横向稳定杆的具体几何参数如下：L为278 mm，L1为760 mm，L2为640 mm，θ为127.7°，d为30 mm，R为40 mm.根据横向稳定杆的具体几何参数，在Catia软件建立横向稳定杆的空间几何模型，如图4所示.然后把三维模型导入Hypermesh中进行网格划分.网格采用三维十节点四面体结构solid92单元，该单元能模拟不规则网格且具备计算大变形和大应变的能力[8]，适合模拟横向稳定杆大变形大应变的实际情况.模型共划分为15 380个单元、132 059个节点.网格划分好后，便可以创建接触对，即橡胶衬套和横向稳定杆之间的接触，这里为面-面接触，并且为线性接触，同时忽略接触间的摩擦[9].在有限元仿真分析中，横向稳定杆的材料选用50CrVA，弹性模量E为210 GPa，泊松比υ为0.3，密度为7.85 g/cm3.把套筒当作刚体，对套筒外表面施加沿各个方向的固定位移约束，对稳定杆端部截面圆中心施加方向相反、大小为2 500 N的集中载荷，方向垂直于横向稳定杆整体所在的平面.利用Radioss对横向稳定杆进行有限元计算，所得有限元仿真分析结果如图5所示.由仿真结果可知:横向稳定杆的最大位移发生在杆臂的末端，最大变形位移为9.674 mm；最大应力发生在横向稳定杆与套筒的连接面上，最大vonMises应力为308.0 MPa.根据横向稳定杆的具体几何参数，利用前面所述的分析方法计算该杆的理论最大变形位移和最大应力，并和仿真分析结果进行对比，结果如表2所示.由表2可知，横向稳定杆的理论计算与仿真分析误差在5%以内，考虑到模型的简化和网格密度等的影响，在小误差范围内，仿真结果和理论计算结果吻合得较好，仿真分析中所体现出来的最大位移点和最大应力点也与理论计算的情况相吻合，证明此参数化分析方法是有效的.根据几何尺寸参数化后的横向稳定杆可知，要使横向稳定杆能在已确定结构的汽车上正确安装，Lsin θ、L1-2Lcos θ的值应为确定的常数.根据这个原则对该SUV的横向稳定杆进行优化设计[10- 11].根据图1和1.4节中B型横向稳定杆的几何参数进行计算，可知要使横向稳定杆能在SUV车型上正确安装，应满足Lsin θ=0.22L1-2Lcos θ=1.1文中假定横向稳定杆的直径d为30 mm，在保持其直径和安装条件不变的情况下，通过优化其他参数来提高横向稳定杆的侧倾角刚度.把式(13)、(14)都表示成θ的函数，并假定L2与L1的比值为N，将这些关系式代入式(5)，通过简单的计算并化简可得到Kφ=121 238.576 5sin3θ/{0.085 2+Psin3θ[0.755+P2Q31.32PQ2cot θ+0.580 8Qcot2θ]}式(15)中的横向稳定杆的侧倾角刚度是关于θ和N的函数关系式，根据实际情况，易知N的取值范围在0和1之间.汽车的车身宽度一般在1.5 m以内，以1.5 m为横向稳定杆杆身长度L1的最大值，横向稳定杆与车身的两个铰接点之间的最小距离L2为0 m，根据这些极限范围很容易得到θ的取值在30°～160°之间.以θ为横坐标，Kφ为纵坐标，根据式(15)，N分别取0～1之间且间隔为0.1的11个数，在Matlab中分别作出这些关系曲线，如图6所示.由图6可知，在N非常小的情况下(N=0.0或0.1),横向稳定杆的侧倾角刚度随着夹角θ的增加而增加，此时横向稳定杆的杆身与车身的两个铰接点之间的距离非常小.虽然这时增大夹角能增加横向稳定杆的侧倾角刚度，但增大的程度有限，且容易造成材料的耗费.当N增大时，横向稳定杆的侧倾角刚度随着横向稳定杆杆身与杆臂的夹角的增加呈先增加后减少的趋势，横向稳定杆的侧倾角刚度的最大值出现在2～2.5 rad之间，且随着N值的增大横向稳定杆的侧倾角刚度的最大值会稍微增大，最大值出现在更加接近2.5 rad夹角的时候.此比例系数优化法为进行不同车型横向稳定杆的优化设计提供了指导.对于该SUV在设计横向稳定杆时，在满足安装条件的前提下，可以尽量选择更大的比例系数N，且使横向稳定杆杆身与杆臂的夹角在2～2.5 rad之间，这样就可以用较少的材料获得较大的侧倾角刚度值.在对横向稳定杆进行优化设计时，需要考虑其能否满足使用的强度条件.将上述优化设计过程的约束参数代入式(10)，可得由式(16)可以看到，在已确定结构的汽车上，当横向稳定杆所受到的载荷确定时，横向稳定杆所受到的最大应力只与横向稳定杆杆身与车身的铰接点之间的距离L2有关.因此，从横向稳定杆的结构和寿命上考虑，当所选择的L2值与横向稳定杆的两个端点之间的水平距离越接近时，横向稳定杆所受到的最大应力就越小.在此原则指导下进行优化设计时，除了要考虑上述优化设计的规律外，还应使L2的值尽量接近横向稳定杆杆臂两端点之间的水平距离，以减少横向稳定杆工作时所受到的最大应力值，从而增加横向稳定杆的使用寿命.3.1 ADAMS/Car工况仿真由于该SUV车型的B型横向稳定杆的几何参数已达到较优化，为了进行对比，将引入图6中N=0.4、θ=2 rad时的横向稳定杆(A型横向稳定杆)进行建模，以在ADMAS/Car软件中进行仿真实验[12]，其参数如下：L为242 m，L1为898.5 mm，L2为359.4 mm，θ为114.6°，d为30 mm，R为40 mm.本次进行的仿真分析实验主要是转向盘角阶跃实验[13- 14]，这个实验能反映车辆自身的侧倾稳定性能，从而判断不同横向稳定杆的抗侧倾效果的优劣.仿真车辆分别配备了上述的A型与B型横向稳定杆，以下简称A型车辆和B型车辆.转向盘角阶跃实验流程如下：根据该SUV的整车参数，通过计算并取整可得到实验车辆的车速为100 km/h，根据国标要求，为了使实验车辆稳态后的侧向加速度达到0.5 g左右，应该在0.3 s内使实验车辆的方向盘转过45°[15].仿真结束后所得横摆角速度响应曲线、横向加速度响应曲线和侧倾角随横向加速度变化的关系如图7所示.从图7(a)可知，在仿真实验过程中B型车辆比A型车辆进入稳态响应的时间稍提前一点.由图7(b)可知，A型车辆的稳态横向加速度超过了0.5g，而B型车辆的稳态横向加速度只有0.48g，因此B型车辆具有更高的侧倾稳定性.由图7(c)可知，车辆的侧倾角与横向加速度大致呈线性增长关系，这与理论计算相符合，由于A型车辆横向稳定杆的侧倾角刚度比B型车辆的要小，因此随着横向加速度的增大，A型车辆的侧倾角度要比B型车辆的大，且两车之间的侧倾角差值增大.3.2 整车实验实验车辆和场地由某公司提供，实验所选用的B型横向稳定杆为该车辆原有的横向稳定杆，实验选用的A型横向稳定杆根据3.1节中A型横向稳定杆的参数设计加工而成.实验前应对实验车辆的功能和使用状况进行检查，以保证车辆各方面功能良好，实验道路应满足转向盘角阶跃实验中国家规定的标准.实验过程中的数据采集系统采用实验室自主开发的集数据采集与显示功能一体化的数据采集处理系统(简称为AccRoll系统)，该系统能利用陀螺仪采集得到车辆的横摆角速度、横向加速度和侧倾角等数据[16- 17].装有横向稳定杆的实验车辆如图8所示.3.2.1 A型横向稳定杆对A型车辆进行方向盘角阶跃实验，所得的侧倾角、横向加速度响应曲线和侧倾角随横向加速度变化的关系如图9所示.对比图7(b)和图9(b)、图7(c)和图9(c)可知，在仿真实验中，稳态响应后，A型车辆的横向加速度和侧倾角分别为0.51g和1.78°，而实验结果的平均值分别为0.52 g和1.61°，误差分别为2.0%和-9.6%，考虑到简化和其他原因带来的误差，在一定的误差允许范围内，实验和仿真结果吻合得较好.3.2.2 B型横向稳定杆对B型横向稳定杆车辆进行方向盘角阶跃实验，所得的侧倾角、横向加速度响应曲线和侧倾角随横向加速度变化的关系如图10所示.对比图7(b)和图10(b)、图7(c)和图10(c)可知，在仿真实验中，稳态响应后，B型车辆的横向加速度和侧倾角分别为0.48 g和1.49°，而实验结果的平均值分别为0.47 g和1.42°，误差分别为2.1%和-4.7%，仿真和实验结果吻合较好.从仿真与整车实验结果的对比可知，在较小的误差范围内，实验和仿真结果整体上吻合得较好，这说明通过仿真对实验进行预测是可行和准确的.通过以上对比可知，B型横向稳定杆的侧倾稳定性更优.文中提出了一种针对横向稳定杆的参数化分析方法，该方法能简单、有效地推算出其侧倾角刚度，并进行强度校核.对于某SUV车型的横向稳定杆，通过对其受载荷时最大位移和最大应力的理论计算与有限元计算之间的对比，发现计算结果的误差均在可以接受的范围内，因此证明此分析方法是可行的.在此基础上，以侧倾角刚度为优化目标，采用比例系数优化法对横向稳定杆进行了优化.最后，通过在Adams/Car里的整车仿真和道路实车实验的对比，在转向盘角阶跃实验下，验证了优化后的横向稳定杆具有更好的侧倾稳定性.。
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。
横向稳定杆的参数计算与设计
横向稳定杆的参数计算与设计
廉保绪;丁能根
【期刊名称】《河南科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2000(021)003
【摘要】横向稳定杆是汽车悬架中的重要零件.它不仅可以防止车身在转向等情况下发生过大的侧倾,还直接影响到汽车的操纵稳定性.本文推导了横向稳定杆侧倾角刚度计算公式,并在此基础上分析了其主要影响因素.还提出了横向稳定杆的若干设计要点,并介绍了根据横向稳定杆的应力有限元分析结果确定其弯曲处曲率半径的方法.
【总页数】4页(P59-62)
【作者】廉保绪;丁能根
【作者单位】安徽安凯汽车股份有限公司,安徽,合肥230051;北京航空航天大学,汽车工程系,北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】U463.326
【相关文献】
1.汽车横向稳定杆设计计算的最新进展 [J], 王海宝
2.汽车悬架横向稳定杆的参数化设计 [J], 王靖岳;殴阳纯;梁洪明
3.汽车悬架横向稳定杆的参数化设计 [J], 王靖岳;殴阳纯;梁洪明;
4.基于CATIA的汽车横向稳定杆的参数化设计 [J], 李群;何耀华
5.基于CATIA的汽车横向稳定杆的参数化设计 [J], 李群;何耀华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
汽车横向稳定杆设计计算的最新进展
从车头方 向看去就如 同把车子架在一பைடு நூலகம்纵 向从车头穿过车尾
的轴，然后做旋转，当然这种旋转是小幅度的 。
稳定杆只有在起作用时才会使行路性变硬 ，不像硬的弹
簧 会 全 面 的 使 行 路 性 变 硬 。如 果 要 完 全 靠 弹 簧 来 减 少 车 身 的
侧倾那可能需要非常硬的弹簧，更要用阻尼系数很高的 壁 重
汽 车 实 用 技术 测 试 试 验
ＡＵ ＴＯ Ｍ ＯＢＩ Ｌ Ｅ ＡＰ Ｐ ＬＩ ＥＤ Ｔ Ｅ Ｃ｝ ｌ ＮＯ Ｌ ＯＧ Ｙ
２ ０ １ ７ 年 第ｌ ２ 期
２Ｏ１ ７ Ｎ ０． １ ２
ｉ ０ ． １ ６ ６ ３ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ６ ７ １ — ７ ９ ８ ８ ． ２ ０ １ ７ ． １ ２ ． ０ ６ ５
作者简介 ： 王 海宝 ，工程师 ，就职 于安徽 江淮汽车集团股份有 限公
司。
１ ９ ５
汽车实用技术
２ ０ １ ７年第 ｌ ２期
１横 向稳定杆 的设计
国 内外很多学者在分析横 向稳定杆对汽车操纵动力学性
能的影响时 ， 都 涉 及 到横 向稳 定杆 “ 侧 倾 角 刚 度 ”这 一 概念 ，
和弯外轮的悬挂拉伸和压缩 ，造成防倾杆 的杆伸扭转 ，利用 杆身被扭转产生的反弹力来抑制车身侧倾 。这里所说 的 『 侧
倾 ｊ和 所 说车 身 的 『 滚动Ｊ （ Ｒ ｏ ｌ １ ）是 一 样 的 ；所 谓 『 滚 动Ｊ
扭杆弹簧 ，形状呈 “ ｕ ”形 ，横置在汽 车的前端和后端 。杆身
的中部 ，用套筒与车架铰接 ，杆 的两 端分别固定在左右悬挂
减小稳定杆夹 角 （ ＜ ）相 比，增大稳定杆夹 角 ８ （ ＞ ）能更有效地提 高稳 定杆 的侧 倾角刚度 。
压杆稳定性计算PPT课件
解：查表知A=42cm2,imin=2.31cm,μ=1,则柔度
l
i
1 3000 23.1
129.9
p
123
大柔度杆
由欧拉公式
lj
2E 2
2 200 103 129.92
117MPa
Plj lj A 117 4200 491.3kN P 500kN
所以，此杆不能安全承受500KN压力，而将发生失稳破坏。 为加大杆的承载能力，改变支承方式为两端固定（或加中间支承
称弹塑性稳定。临界应力由经验公式计算。
lj a b2; Plj lj A (a b2 ) A;
式中：λ—压杆的长细比；a、b—与材料有关的常数,可查表确定。 A3钢：a＝235,b＝0.00668；
16锰钢：a＝343,b＝0.0142
。临界应力总图—临界应力lj 与柔度的函数关系曲线。
sin
59.6
4 5
47.7kN ;
实际工程中应再考虑安全系数，取[P]=Pmax/n。
第十二页，共19页。
返回 下一张 上一张 小结
• 第四节 压杆的稳定计算
一、 稳定条件
P A
[ lj ]
lj
nw
— 极限应力法
P A
[ w ]
— 折减系数法
P
Plj nw
[Pw ] — 许可荷载法
•解：查表得20a号工字钢:
Iz=2370cm4,Iy=158cm4,
•临界压力按公式
2 EI
plj l 2 计算
Plj
2EI
l2
2 200 106 158108
32
346kN
•由此可知，若轴向压力达到346KN时，此压杆便会丧失
横向稳定杆性能计算及其影响因素分析
截面在 Ｅ、Ｅ′处和 Ｂ、Ｃ 处， 因此先计算这几处的应
力。
３．１ 支撑点截面危险点的相当应力计算
按图 ２ 所示受力情况对稳定杆进行应力分析。
ＢＣ 段 各 截 面 的 最 大 正 应 力 σｍａｘ 发 生 在 Ｅ 点 和 Ｅ′ 点截面处， 其值为：
σｍａｘ＝
Ｆｂ
ｈ－ Ｆｂａ ｃｏｓ πｄ３ ／３２
γ
很显然， 在稳定杆端部 Ｂ、Ｃ 处垂直于稳定杆臂
（ ＡＢ、ＤＣ） 轴线的截面也为危险截面。考虑到稳定杆
结构和受力的对称性， 只计算 Ｂ 点应力， 按第四强
Ｂ
度理论得到 Ｂ 点截面危险点的相当应力 σｒ４ 为：
Ｂ
σｒ
４
＝
Ｆｂ ａ πｄ３ ／３２
（ １０）
３．３ 强度校核计算
Ｅ
Ｂ
取 σｒ４ 和 σｒ４ 中的较大者作为最终校核的相当
４ 影响 σｒ４、ＫΦ的主要因素分析
设计横向稳定杆的总的指导原则是： 在保证稳
定杆强度的前提下， 用最少的材料设计出最大 ＫΦ 的稳定杆。考虑到各种钢材的切变模量相差很小， 故
可忽略 Ｇ 对σｒ４、ＫΦ 的实际影响。分析时假定轮距 Ｂ 和分配在悬架上的簧载质量和非簧载质量、弹簧等
效在车轮处的线刚度 ｋＳ 以及车轮从满载 位 置 上 跳 到极限位置的垂直位移量Δｍａｘ已经确定， 因此本文 不考虑他们的影响。
对于横向稳定杆， 首先， 与操纵稳定性直接相 关的设计指标是它在车轮处的等效侧倾角刚度， 而 不是其本身的侧倾角刚度； 其次， 稳定杆的设计必 须满足强度要求； 第三， 应尽量减轻稳定杆的质量。 文献［ ２］ 推导了横向稳定杆本身侧倾角刚度的计算 公式， 但是没有涉及到稳定杆在车轮处的等效侧倾 角刚度的计算； 文献［ ３］ 举例计算了非独立悬架横 向稳定杆的强度校核及其在车轮处的等效侧倾角 刚度， 没有涉及独立悬架横向稳定杆的侧倾角刚 度； 文献［ ４］ 在考虑稳定杆弯曲圆角的前提下， 用卡 氏定理举例推导了规则和非规则结构稳定杆在车 轮处的等效侧倾角刚度的计算公式， 但是没有分析 稳定杆应力。
立杆稳定性计算.pptx
SWk——风荷载标准值产生的内力； f——钢材强度设计值； fk——钢材强度的标准值； W——杆件的截面模量； φ——轴心压杆的稳定系数； A——杆件的截面面积； 0.9，1.2，1.4，0.85——分别为结构重要性系数，恒荷载分项系数，活荷载分项系数， 荷载效应组合系数；
—— 钢管立杆受压强度计算值 (N/mm2)；经计算得到 = 117.69 [f] —— 钢管立杆抗压强度设计值，[f] = 205.00N/mm2；
4
一寸光阴不可轻
考虑风荷载时，立杆的稳定性计算 < [f],满足要求! 影响脚手架稳定性的各种因素： 1步距：其它条件不变，根据实验值和计算值，步距从1.2米增加到1.8米，临界荷载将 下 降26.1%。 2连墙点间距：其它条件不变，当竖向间距由3.6米增加到7.2米，临界荷载将下降 33.88%，但 在经常使用的连墙点水平间距范围内（8米），调整水平间距时，影响不大。因此 要注意步 距的设置。 3扣件紧固扭矩：扣件紧固扭矩为30N.m比扣件紧固扭矩50N.m的临界荷载低20%左右。 紧固 扭矩50N.m与扣件紧固扭矩50N.m相比影响不大。 4横向支撑及纵向支撑：设置横向支撑临界荷载将提高15%以上，：设置纵向支撑临界荷 载将 提高12.49%。 5 立杆横距：当由1.2米增加到1.5米时，临界荷载将下降11.35%。 （六）、最大搭设高度的计算:
经计算得到，不考虑风荷载时，脚手架搭设高度限值 [H] = 50.000米。 考虑风荷载时,采用单立管的敞开式、全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下 式计算：
其中 NG2K —— 构配件自重标准值产生的轴向力，NG2K = 1.740kN；
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
（范文素材和资料部分来自网络，供参考。
可复制、编制，期待你的好评与关注）
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。
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。
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
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)
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。