汽车稳定杆

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,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。,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。,6,h,h,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,。,7,h,h,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。,8,h,f,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,5,10,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,K,。,K,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,不超过规定的值。一些文献中推荐：当侧向加速度,V,2,/R=0.4g,时轿车的侧倾角,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,C,h,。,C,h,是确定横向稳定杆钢丝直径的一个重要输入。,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,C,h,的输入后可以通过能量关系,W,Pf/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,。,其中,U,弯,U,扭,13,稳定杆的设计,因此：,其中：,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：,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。,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：,当角刚度给定时，可求出所需要的稳定杆的直径,d,16,a,b,c,f,d,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。,max,=,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,max,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。,max,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：,=1.2s,1,、,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.,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,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。,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,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。,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。,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。,27,谢谢大家！,28,