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1、 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
2、)。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。(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
3、算公式如下：(1)l T 段的扭转位能。F 2 lT(8-110)U 1 =4GJp 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。U 2 =F 2l1 3(8-111)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)l 0 段的弯曲位能。l 0 M 2(x)dx 1 l0 2F (l3 l 2)x 2 F 2(l 3 l 2)2 l0 U 3=2 2 dx (8-112)0 2 EJ 2 EJ 0 l0 12EJ 其中，x 轴的原点在横向稳定杆的对称中心。(4)l 2 段的弯曲位能。U 4 l2
4、M 2(x)1=dx 0 2EJ 2 EJ l2 2 F 2 2 3(8-113)F (l3 x)dx (l 3 l 2)l3 0 6EJ F 作的功与横向稳定杆中总的变形位能相等，有 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中处由于布置上的原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下面推导在
5、作用下横向稳定杆端点的位移横向稳定杆尺寸示意图车轮位移与横向稳定杆位移图图横向稳定杆安装尺寸及位移图图为横向稳定杆半边的弯矩图在力的功与横向稳定杆中总的变形位能相等作用下横向稳定杆发生弹性变形 Ff c U1 U 2 U3 U 4 (8-114)2 得 fc 2 (Fl)2 lT F 2l13 F 2 (l3 l 2)2 l 0 F 2(l 3 l2)3 l33 (8-115)F 4GJp 6EJ 12EJ 6EJ 由于 l 2 一般很小，可忽略式中右边第四项，得 f c F l 2l T l13(l3 l 2)2 l0 (8-116)2GJ p 3EJ 6EJ 此外，还应该考虑橡胶支座(轴承
6、)和连接杆上橡胶垫所产生的位移为 F F F 1 1 F Cn C0 F(8-117)fd Cn C0 Cn C0 Cn C0 Cz 式中，C 为总的换算橡胶零件线刚度，Cz CnC0，C 为连接杆上橡胶垫的线刚度；C 0 z Cn C0 n 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，R F l c。l0 支座变形为 R Rl3 f0 (8-118)C0 C 0l 0 式中，C0 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 f 0 f0 lc F l c F 2 (8-119)l0 C0 l 0 C0 lc l 0 所以 2 F l0
7、C0 C0 (8-120)f0 l c l0 2 Cn C0 lc Cn C0 l 0 2 Cz 2 (8-121)Cn lc 2 C0 l 02 Cn C0 l0 lc 因此，横向稳定杆的总位移 fz 为 l 2 lT l13 (l3 2 l0 1 f z f c f d F l2)(8-122)2GJ p 3EJ 6EJ CZ 设车身在侧倾时受到横向稳定杆所产生的阻力矩 M s，侧倾角为，根据虚位移原理得 2F f z M s (8-123)而 n 2 fz 2 ft mc (8-124)B B 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所示另
8、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中处由于布置上的原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下面推导在作用下横向稳定杆端点的位移横向稳定杆尺寸示意图车轮位移与横向稳定杆位移图图横向稳定杆安装尺寸及位移图图为横向稳定杆半边的弯矩图在力的功与横向稳定杆中总的变形位能相等作用下横向稳定杆发生弹性变形 式中，B 为轮距；f t 为车轮位移；n、mc 定义见图 8.52。假定车轮作平动，则
9、 2 fz n B mc 2F fz 2 F f z FB mc (8-125)M s 2 fz n n 设 Cs 为横向稳定杆的角刚度，则 B mc 2 2 FB mc FB 2mc B2 mc Cs M s n n n (8-126)2 f z n 2 fz 2 3 (l3 l 2)2 l0 l lT 2l1 2 B mc GJ p 3EJ 3EJ Cz 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 M s M s 3 (8-127)Wp 0.2d 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 2 800N/mm。习 题
10、 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，Fn 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
11、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 m2=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 2 d。力 c 500N/mm，试按照静扭转强度选择钢丝直径 8-10 参照教材图 8.51，推导减振器阻尼系数公式：a 2m i 2。c
12、os2 a 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中处由于布置上的原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下面推导在作用下横向稳定杆端点的位移横向稳定杆尺寸示意图车轮位移与横向稳定杆位移图图横向稳定杆安装尺寸及位移图图为横向稳定杆半边的弯矩图在力的功与横向稳定杆中总的变形位能相等作用下横向稳定杆发生弹性变形