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cf。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)Tl段的扭转位能。2T1p=4FlUGJ(8-110)式中，pJ为横向稳定杆的截面极惯性矩；G为材料剪切弹性模量；Tl为横向稳定杆直线段长度。(2)1l段的弯曲位能。2312=6FlUEJ(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=dd()2212llFllxMxFUxxlllEJEJlEJ(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。22222234332300()1=d()d()226llMxFUxFlxxlllEJEJEJ(8-113)F作的功与横向稳定杆中总的变形位能相等，有第8章悬架设计·229··229·c12342FfUUUU(8-114)得22322233T1c320323p()2{()[()]}46126FllFlFFfllllllFGJEJEJEJ(8-115)由于2l一般很小，可忽略式中右边第四项，得223320T1c()236pllllllfFGJEJEJ(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n0dnnz00n011CCFFFfFFCCCCCCC(8-117)式中，zC为总的换算橡胶零件线刚度，n0zn0CCCCC，nC为连接杆上橡胶垫的线刚度；0C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，c0lRFl。支座变形为30000RlRfCCl(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2cc002000c00llFFfflCllCl(8-119)所以2000c0lFCClf(8-120)20n02cn00z222nc000n0clCClCClCClCllCCl(8-121)因此，横向稳定杆的总位移zf为223320T1zcdpZ()1236llllllfffFGJEJEJC(8-122)设车身在侧倾时受到横向稳定杆所产生的阻力矩sM，侧倾角为，根据虚位移原理得zs2FfM(8-123)而ztc22nffmBB(8-124)汽车设计·230··230·式中，B为轮距；tf为车轮位移；n、cm定义见图8.52。假定车轮作平动，则zc2fnBmczzszc222mFfFfMFBfnnBm(8-125)设sC为横向稳定杆的角刚度，则2222cccss223320zT1cpz2()22233zmmmFBBFBMnnnCfnlllflllBmGJEJEJC(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ss3p0.2MMWd≤(8-127)式中，d为横向稳定杆直径；[]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[]＝800N/mm2。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，nF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2m=0.92。满载时弹簧固装点到地面距离c为480mm，许用应力[]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[]＝500N/mm2，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：2a22cosmia。