某乘用车独立悬架的稳定杆优化设计【字数：11020】
摘 要稳定杆是悬架结构的一个重要辅助零部件，主要作用是在汽车转向时提升汽车车身的侧倾刚度，增加汽车的操纵稳定性，提高乘员的乘坐舒适度与保障乘员的安全性。本文选取某企业某乘用车稳定杆参数为参考，以理论数据计算和CAE技术结合，通过理论计算得出该杆可承受的最大应力与形变量，再通过建模进行ANSYS有限元分析得出应力和位移云图相，与理论计算相对比。对稳定杆弯曲过渡区应力过大的问题进行结构改善，对稳定杆杆臂外径增粗探讨应力集中和刚度的探讨，对稳定杆进行加粗以增加刚度的设计，验证其结构在加粗后的应力与位移。结果说明，通过加粗弯曲处杆径，使这种问题得到了改善。本文的研究工作为稳定杆刚度的增加、应力集中问题改善以及结构形式的改良提供了一种思路。
. 目 录
摘 要 I
Abstract II
绪论 1
1.1引言 1
1.2独立悬架的稳定杆概述 1
1.3独立悬架系统稳定杆国内外研究现状 3
1.4本文主要研究内容 5
2稳定杆力学性能初步计算与分析 6
2.1稳定杆的材料选择 6
2.2稳定杆力学性能计算分析 7
2.2.1等效应力的计算方法 7
2.2.2 稳定杆弹性变形量的计算 11
2.2.3稳定杆侧倾刚度计算 12
2.3本章小结 13
3稳定杆研究设计 13
3.1稳定杆设计 13
3.1.1等强度梁理论 13
3.1.2稳定杆的设计建模 14
3.2 对模型进行有限元分析 16
3.4本章小结 18
4稳定杆优化处理 19
4.1 稳定杆优化设计 19
4.2 改善后稳定杆有限元分析 20
4.3本章小结 22
总结 24
参考文献 25
致谢 26
绪论
1.1引言
随着我国汽车工业的飞速发展，以及我国人民的收入水平和消费能力持续提高，汽车再也不是遥不可及的奢侈品，而变成了大多数人的日常生活和工作的必需品，使得国民生活更加方便。汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
车车悬架系统作为汽车关键部件之一，分为非独立悬架和独立悬架两种类型。悬架类型的差异使得悬架系统对整车性能影响是不一样的。实际应用独立悬架系统的汽车，其左右车轮是由各自的悬架与车架（车身） 弹性连接。汽车两侧车轮通过独立悬架连杆机构来控制，可以根据路况的变化而单独运动且互不影响，有助于改善汽车的行驶平顺性和安全性。
稳定杆是汽车悬架中的一种重要辅助弹性元件。汽车通过在悬架系统中增设稳定杆来提高侧 倾倾刚度，已经成为一种改善汽车平顺性的重要手段。随着驾驶者对汽车平顺性和操纵稳定性能 要求的不断提高，汽车独立悬架的稳定杆的优化设计和调教已成为汽车底盘总成设计的关键。
本课题研究主要研究独立悬架的稳定杆，通过对独立悬架系统的稳定杆优化设计，来提高稳定杆的舒适性及使用性能。通过模拟系统测试，来测试本设计的可行性与实用性。
1.2独立悬架的稳定杆概述
稳定杆是悬架系统的一种辅助弹性元件。稳定杆的形状基本上都是U型。在安装时会安置在车辆的横向，稳定杆在横向部分称为杆背，其在车辆纵向的部分称为稳定杆臂，对于不同的车辆对稳定杆的要求不一，稳定杆的分类也不同，以稳定杆的杆身结构分类可以分为空心稳定杆和实心稳定杆两种；若是按照稳定杆工作性质可以分为主动稳定杆和被动稳定杆。通常，稳定杆的杆背通过结合衬套固定在底盘，限制其位移，可以在竖直方向转动形成旋转副；稳定杆杆臂的末端一般通过连接杆与车桥铰接。稳定杆不仅改善车身的稳定性、平顺性，还有对车桥进行导向的作用。对于功能各异的汽车类型，对汽车底盘要求不一样，导致了汽车底盘结构的差异性，一般都比较复杂，使用对于稳定杆的使用设计也不尽相同，但基本都会保持U型结构。
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图1.1 稳定杆装配图解
汽车的前部悬架系统，特别是麦克弗森式独立悬架是绝大多数汽车的共同选择，它也是双横臂式悬架的一种发展。麦克弗森式独立悬架有着很多的优势，如它的结构紧凑，所占用的空间小，这样就可以给发动机舱更多的空间；在减振器与车身的连接点、下横臂与副车架的铰接点受力也比较小，同时，麦克弗森悬架的响应速度快，也方便安装维修等。此类悬架也有缺点，安装麦克弗森悬架导致车身的横向刚度下降。汽车在转向时的侧倾会偏大，操作稳定性也会有所降低。稳定杆在悬架系统中的作用就是提高悬架侧倾的刚度，以达到减小车辆侧倾的目的；稳定杆还可以分配麦克弗森独立悬架与多连杆悬架的侧倾刚度，有利与提升汽车的不足转向性。安装在前悬架的稳定杆扭转刚度较大的话，更有利于弥补汽车转向不足特性，以提高汽车曲线行驶的性能。
稳定杆对与独立悬架以及汽车本身的影响有以下几点：
1、对转向特性的影响。在汽车非直线行驶时，即汽车在转向或曲线行驶过程中，车身转向时会因离心力的作用而产生向转向外侧的位移趋势，引起转向内侧的悬架有向外侧延伸的趋势，相反，转向外侧的悬架会产生压缩的情况，当这样的形变达到一定数值时，稳定杆将会发生作用而产生与之相对的力矩，来抑制这样状况。稳定杆在转向外侧对悬架施加下压力，转向内侧的杆臂对悬架施加向上的支持力，这是一对大小相等方向相反的力，这对力使车身在转向时侧倾减少。
2、在汽车行驶到高低不平路面时，车轮因为受到地面的影响会引起弹簧形变而产生竖直方向的位移，此时稳定杆会弹簧影响变形而产生扭转力以提高左右车轮的侧倾刚度，改善汽车的行驶平顺性。
3、当在水平路面进行直线行驶时，悬架没有相对位移，这时候稳定杆是处于不工作状态。
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图1.2 稳定杆的工作原理
1.3独立悬架系统稳定杆国内外研究现状
独立悬架是现代汽车上的一个重要总成，通过它使得车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性地连接起来。独立悬架的第一要务是在车轮和车架（或车身）之间传递所有的力和力矩，降低由于路面不平或其他状态下车辆传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，减小来自地面、轮胎输入的噪音，有效地控制车轮的运动规律，以保证汽车具有较高的乘坐舒适性、通过平顺性以及操作稳定性。悬架主要由弹性元件、导向机构、减振器、缓冲块和稳定杆等组成。本课题研究对象即为稳定杆，以现有稳定杆为基础，再此之上进行优化设计与改善，以提高稳定杆的工作性能。
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摘 要 I
Abstract II
绪论 1
1.1引言 1
1.2独立悬架的稳定杆概述 1
1.3独立悬架系统稳定杆国内外研究现状 3
1.4本文主要研究内容 5
2稳定杆力学性能初步计算与分析 6
2.1稳定杆的材料选择 6
2.2稳定杆力学性能计算分析 7
2.2.1等效应力的计算方法 7
2.2.2 稳定杆弹性变形量的计算 11
2.2.3稳定杆侧倾刚度计算 12
2.3本章小结 13
3稳定杆研究设计 13
3.1稳定杆设计 13
3.1.1等强度梁理论 13
3.1.2稳定杆的设计建模 14
3.2 对模型进行有限元分析 16
3.4本章小结 18
4稳定杆优化处理 19
4.1 稳定杆优化设计 19
4.2 改善后稳定杆有限元分析 20
4.3本章小结 22
总结 24
参考文献 25
致谢 26
绪论
1.1引言
随着我国汽车工业的飞速发展，以及我国人民的收入水平和消费能力持续提高，汽车再也不是遥不可及的奢侈品，而变成了大多数人的日常生活和工作的必需品，使得国民生活更加方便。汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
车车悬架系统作为汽车关键部件之一，分为非独立悬架和独立悬架两种类型。悬架类型的差异使得悬架系统对整车性能影响是不一样的。实际应用独立悬架系统的汽车，其左右车轮是由各自的悬架与车架（车身） 弹性连接。汽车两侧车轮通过独立悬架连杆机构来控制，可以根据路况的变化而单独运动且互不影响，有助于改善汽车的行驶平顺性和安全性。
稳定杆是汽车悬架中的一种重要辅助弹性元件。汽车通过在悬架系统中增设稳定杆来提高侧 倾倾刚度，已经成为一种改善汽车平顺性的重要手段。随着驾驶者对汽车平顺性和操纵稳定性能 要求的不断提高，汽车独立悬架的稳定杆的优化设计和调教已成为汽车底盘总成设计的关键。
本课题研究主要研究独立悬架的稳定杆，通过对独立悬架系统的稳定杆优化设计，来提高稳定杆的舒适性及使用性能。通过模拟系统测试，来测试本设计的可行性与实用性。
1.2独立悬架的稳定杆概述
稳定杆是悬架系统的一种辅助弹性元件。稳定杆的形状基本上都是U型。在安装时会安置在车辆的横向，稳定杆在横向部分称为杆背，其在车辆纵向的部分称为稳定杆臂，对于不同的车辆对稳定杆的要求不一，稳定杆的分类也不同，以稳定杆的杆身结构分类可以分为空心稳定杆和实心稳定杆两种；若是按照稳定杆工作性质可以分为主动稳定杆和被动稳定杆。通常，稳定杆的杆背通过结合衬套固定在底盘，限制其位移，可以在竖直方向转动形成旋转副；稳定杆杆臂的末端一般通过连接杆与车桥铰接。稳定杆不仅改善车身的稳定性、平顺性，还有对车桥进行导向的作用。对于功能各异的汽车类型，对汽车底盘要求不一样，导致了汽车底盘结构的差异性，一般都比较复杂，使用对于稳定杆的使用设计也不尽相同，但基本都会保持U型结构。
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图1.1 稳定杆装配图解
汽车的前部悬架系统，特别是麦克弗森式独立悬架是绝大多数汽车的共同选择，它也是双横臂式悬架的一种发展。麦克弗森式独立悬架有着很多的优势，如它的结构紧凑，所占用的空间小，这样就可以给发动机舱更多的空间；在减振器与车身的连接点、下横臂与副车架的铰接点受力也比较小，同时，麦克弗森悬架的响应速度快，也方便安装维修等。此类悬架也有缺点，安装麦克弗森悬架导致车身的横向刚度下降。汽车在转向时的侧倾会偏大，操作稳定性也会有所降低。稳定杆在悬架系统中的作用就是提高悬架侧倾的刚度，以达到减小车辆侧倾的目的；稳定杆还可以分配麦克弗森独立悬架与多连杆悬架的侧倾刚度，有利与提升汽车的不足转向性。安装在前悬架的稳定杆扭转刚度较大的话，更有利于弥补汽车转向不足特性，以提高汽车曲线行驶的性能。
稳定杆对与独立悬架以及汽车本身的影响有以下几点：
1、对转向特性的影响。在汽车非直线行驶时，即汽车在转向或曲线行驶过程中，车身转向时会因离心力的作用而产生向转向外侧的位移趋势，引起转向内侧的悬架有向外侧延伸的趋势，相反，转向外侧的悬架会产生压缩的情况，当这样的形变达到一定数值时，稳定杆将会发生作用而产生与之相对的力矩，来抑制这样状况。稳定杆在转向外侧对悬架施加下压力，转向内侧的杆臂对悬架施加向上的支持力，这是一对大小相等方向相反的力，这对力使车身在转向时侧倾减少。
2、在汽车行驶到高低不平路面时，车轮因为受到地面的影响会引起弹簧形变而产生竖直方向的位移，此时稳定杆会弹簧影响变形而产生扭转力以提高左右车轮的侧倾刚度，改善汽车的行驶平顺性。
3、当在水平路面进行直线行驶时，悬架没有相对位移，这时候稳定杆是处于不工作状态。
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图1.2 稳定杆的工作原理
1.3独立悬架系统稳定杆国内外研究现状
独立悬架是现代汽车上的一个重要总成，通过它使得车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性地连接起来。独立悬架的第一要务是在车轮和车架（或车身）之间传递所有的力和力矩，降低由于路面不平或其他状态下车辆传给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，减小来自地面、轮胎输入的噪音，有效地控制车轮的运动规律，以保证汽车具有较高的乘坐舒适性、通过平顺性以及操作稳定性。悬架主要由弹性元件、导向机构、减振器、缓冲块和稳定杆等组成。本课题研究对象即为稳定杆，以现有稳定杆为基础，再此之上进行优化设计与改善，以提高稳定杆的工作性能。
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