横向稳定杆设计计算

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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汽车设计
dϕ b = 2df b / L
（4－60）
式中 L ——横向稳定杆的角刚度 Cϕb 为
图 4－39 横向稳定杆的安装示意图 在有些悬架中， 横向稳定杆还兼起部分导向杆系的作用， 其余情况下则在设计时应当注 意避免与悬架的导向杆系发生运动干涉。 为了缓冲隔振和降低噪声， 横向稳定杆与车轮及车 架的连接处均有橡胶支承。 当横向稳定杆用于整体桥非独立悬架时，其侧倾角刚度与车轮处的等效侧倾角刚度相 等。当用于独立悬架时(参见图 4－39)，横向稳定杆的侧倾角刚度 Cϕb 与车轮处的等效侧倾 角刚度 Cϕw 之间的换算关系可如下求出：设汽车左右车轮接地点处分别作用大小相等，方向 相反的垂向力微量 dFw ，在该二力作用下左右车轮处的垂向位移为 df w ，相应的稳定杆端部 受到的垂向力和位移分别为 dFb 和 df b ，由于此时要考察的是稳定杆在车轮处的等效侧倾角 刚度，因而不考虑悬架中弹簧的作用力，则必然有 dFw 与 dFb 所做的功相等，即
d =4
128 Cϕb 3 L 2 (b + c ) ⋅ 2 l1 − a 3 + (a + b) 2 + 4l 2 3π L E 2
（4－46）
一般情况下，如图 4－40 所示的稳定杆的最大应力发生在截面 B 的内侧(其原理与螺旋 弹簧内侧扭转应力大于外侧类似)，其大小与月处的圆角半径只有关，因为 R 决定了此处的 曲度系数。对于稳定杆，最大扭转应力不应超过 700MPa，亦即
1 P 2 3EIL2 ⋅ L = L 2 f 2 2 l13 − a 3 + (a + b) 2 + 4l2 (b + c ) 2
（4－65）
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汽车设计
图 4－40 横向稳定杆计算用简图 当角刚度给定时，可求得所需要的稳定杆直径 d 为
汽车设计
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。
Cϕb =
dM b 1 dFb 2 = ⋅ L 2 df b dϕ b
（4－61）
同理可得在车轮的等效角刚度 Cϕw 为
Cϕw =
Fra Baidu bibliotek
1 dFw 2 ⋅ B 2 df w
（4－62）
式中 B ——轮距。 将式（4－62）和式（4－58）代入式（4－61）得到
Cϕb
fw L = Cϕw f ⋅ b B
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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
τ =
'
16 Pl 2 K ' ≤ [τ ] ＝700Mpa πd 3
（4－47）
式中 K ——曲度系数， K ' =
4C − 1 0.615 + ； 4C − 4 C
C ——弹簧指数， C = (2 R + d ) / d 。
由式(4－46)和 K 及 C 的表达式，可求出需要的最小圆角半径 R。通常为了减小扭转应 力，推荐 R 的取值不小于 1.25d。 其他位置的应力一般都小于 B 截面内侧的扭转应力。如果图 4－40 中支承点 C 的位置 很靠近中心， 则 C 截面处同时受到弯矩和扭矩的作用， 可能产生较大的主应力， 当图中(a+b) 的值接近或超过 2 l 2 时，则应校核该处的主应力。 B 截面在弯矩 Pl 2 的作用下产生的弯曲应力为 σ = Pl1 /(32πd 3 ) ，在极限位置亦即最大 载荷作用下，这一弯曲应力应小于等于 1250MPa。
（4－64）
5 式中 E ——材料的弹性模量， E ＝ 2.06 × 10 Mpa；
I ——稳定杆的截面惯性矩， I = d ——稳定杆的直径，mm； P ——端点作用力，N； f ——端点位移，mm。
πd 4 ， mm 4 ； 64
其余各量意义见图 4－40。由式（4－64）可得到稳定杆的角刚度
Cϕb =
'
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汽车设计
横向稳定杆所采用的材料和加工工艺与前面介绍过的扭杆相同， 所不同的只是扭杆要做 预扭处理，而稳定杆由于工作时要承受正反两个方向的扭矩，不做预扭处理。对于既是稳定 杆、又要兼起导向机构的情况，应选用级别较高的材料。