横向稳定杆的参数计算与设计报告
螺旋弹簧横向稳定杆减振器设计指南
减振器储油缸直径 Dc = (1.35 ~ 1.57)D ，工作缸与储油缸壁厚一般取 1.5～2.0 mm 。
选择减振器尺寸时主要考虑一下两点：在工作速度范围内油液压力适当，能够得到稳定的阻力值，
8
容易保证油封的可靠性；减振器具有足够的散热面积，防止因温度过高引起阻力衰减或减振器早期失效。 作缸径的确定：
可根据减振器最大拉伸阻力和最大允许压力近似求出工作缸径。
( ) D = 4Fmax (mm) πp 1 − λ2 式中： D －作缸径， mm ； p －工作缸允许最大压力，一般为 3～4 N / mm2 ； F max －减振器最大拉伸阻力， N ; λ －减振器杆直径与工作缸之比，双筒减振器为 0.4～0.5，单筒减振器为 0.3～0.35。
Cϕb
=
1 2
⋅
P f
L2
=
3 EIL2
(6)
l l 2⎢⎣⎡
3 − a3 + L (a + b)2 + 4
1
2
2 2
(b
+
c
)⎥⎦⎤
当角钢度给定时，可求得所需要的稳定杆直径 d 为
l l d
=
4
128 3π
⋅
Cϕb L2 E
⎡ ⎢⎣
3 − a3 + 1 (a + b)2 + 4
1
2
2 2
(b
+
c
)⎥⎦⎤
（7） 按弹簧指数 C = Dm / d 及 K ' 的表达式（见式 24 下的说明求得 K ' ，运用式（24）求出载荷 P1 ，
基于CATIA的汽车横向稳定杆的参数化设计
FOCUS 技术聚焦
设计·创新
基于 CATIA 的汽车横向 稳定杆的参数化设计
李群 何耀华 （武汉理工大学汽车工程学院）
摘要：参数化设计在产品的优化设计中发挥着重要作用。为完成汽车横向稳定杆的参数化设计，文章推导出横向 稳定杆尺寸参数的约束公式，并在此基础上建立基于 CATIA 的稳定杆参数化模型，将模型与 Excel 表格相关联， 实现参数驱动横向稳定杆的自动重构，完成横向稳定杆的参数化设计。运用 Abaqus 软件建立横向稳定杆有限元 模型，校核结果验证了稳定杆参数化设计的正确性。 关键词：汽车；横向稳定杆；CATIA；参数化设计
1
((N·m) ((N·m) ms/kg 倾 轴 线 度 ay/ (° )
/(°)) /(°))
的 距 离 (m/s2)
角 θ/ 线 弯 点 位 向 跨 向 跨 置到对 装 位 同 侧 拐 E/Pa 模 量 应 力
rad 曲 半 移 度 度 称面距 置 到 点距离
G/Pa [τ]/Pa
径 线刚 d/m 度 K/
模型 Join 到一起；
加大小为 1 084.4 N，方向相反的 z 向载荷。对横向
5）转换到 Part Design 模块生成杆的实体模型， 稳定杆做静力学分析，得到横向稳定杆应力云图，如
即稳定杆的参数化基础模型，如图 4 所示。
图 6 所示。可以看出最大应力集中在拐角处编号为
11 130 的节点上，最大值 544.4 MPa，该材料的扭转
Parametric Design of Automotive Stabilizer Bar Based on CATIA
Abstract: Parametric design plays an important role in product optimized design. In order to complete the parametric design of stabilizer bar, the constraint formula of stabilizer bar parameters is derived, and parametric model of stabilizer bar is established based on CATIA, which is associated with the Excel table, the automatic reconstruction of stabilizer bar by parameter—driven is achieved, the parametric design of stabilizer bar is completed. Based on Abaqus software, the finite element model of stabilizer bar is established, the checking results verified the correctness of parametric design of stabilizer bar. Key words: Automobile; Stabilizer bar; CATIA; Parametric design
巴哈赛车横向稳定杆的设计与性能验证
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第08期·5·文章编号：2095－6835（2020）08－0005－03巴哈赛车横向稳定杆的设计与性能验证侯小舸，杨云珍，王琦（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070）摘要：设计了一套匹配巴哈赛车底盘特性的横向稳定杆，通过提高悬架系统的侧倾角刚度提高整车的抗侧倾能力，从而增强赛车的横向稳定性。
建立横向稳定杆的数学模型；分析稳定杆的各参数对横向稳定杆所能提供的侧倾角刚度的影响；对悬架系统进行仿真分析，得出横向稳定杆的特性曲线；并进行实车的稳态回转试验与跑动测试，进一步验证了横向稳定杆的抗侧倾性能。
关键词：横向稳定杆；巴哈赛车；悬架；侧倾角刚度中图分类号：U463.33文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.08.003大学生巴哈赛车是一种发动机中置、后驱的小型全地形车，具有独特的防滚架结构和与之相匹配的斜置单纵臂后悬架系统，独特的悬架布置导致其在高速入弯时，会产生较大的侧倾和横向振动，导致轮胎侧偏严重，影响赛车的操控稳定性及平顺性[1]。
因此设计出一款匹配巴哈赛车底盘布置的横向稳定系统，建立出横向稳定杆的理论模型；并对悬架系统进行运动仿真分析；最后通过实车跑动测试，更为真实地验证了横向稳定杆的性能。
1建立横向稳定杆的数学模型1.1横向稳定杆的布置横向稳定杆的布置如图1所示。
图1横向稳定杆的布置示意图当整车发生侧倾时，一侧轮胎相对于车架有一段垂向位移量∆1，车轮处的跳动量传递到稳定杆臂末端的跳动量为∆2，设∆2与∆1的比值为横向稳定杆的传动比ε，两轮间距为D 。
稳定杆的抗侧倾性能的评价指标并不是稳定杆自身的侧倾角刚度，而是稳定杆传递到车轮处的等效侧倾角刚度。
1.2横向稳定杆侧倾刚度的计算设稳定杆长度为n ，稳定杆臂的长度为a ，稳定杆直径为d ，稳定杆与稳定杆臂的夹角为θ，稳定杆臂末端端点的距离为L ，稳定杆与稳定杆臂通过螺栓连接，稳定杆上有两处橡胶衬套用以固定稳定杆。
稳定杆设计参数
大SUV项目设计参数
1.前横向稳定杆：
材料：60Si2MnA 杆直径：26mm 表面处理：喷塑（黑色）2.后横向稳定杆：
材料：60Si2MnA 杆直径：14mm 表面处理：喷塑（黑色）3.纵向拉杆组件：表面处理:喷塑（黑色）
3.1纵向拉杆组件接头：材料：4钢板Q235，
3.2纵向拉杆：杆直径18mm，材料：60Si2MnA
3.3衬套组件：材料：天然橡胶、20#无缝钢管
4.前、后稳定杆连接杆：
4.1连接杆中杆：材料20#圆钢，杆直径：10mm
4.2连接杆球销外壳：材料：20#圆钢
4.3连接杆防尘罩：材料：>CR<
4.4连接杆球销：材料：40Cr
5.前稳定杆支架：材料：3钢板Q235
6.前稳定杆衬套:天然橡胶
7.后稳定杆支架：材料：2钢板Q235
8.后稳定杆衬套：天然橡胶
9.调节连杆：属于外购件。
横向稳定杆刚度计算
稳定杆刚度和应力计算公式1、横向稳定杆刚度计算：图示为圆形实心断面，直径为 d，作用在两端点 A，A′处的载荷 P 大小相等方向相反，载荷作用点处变形为f( 不考虑横向稳定杆的橡胶衬套变形)刚度K为：1f l 03l 22 lEI R[l 02K =p=2 3 EI 2 GI t2R21sin22(2l 0 R( 1cos) 2(12sin2)l 0 R sin2R21)]t[l 0(sin2)GI22R 2 (232sin41sin 2 ) ]（mm/N）；式中 l 0l 12l 22R(l 12l 22l1)， (mm)；l2φ arctan l2，rad；l1d 4，mm4 l ——圆截面惯性矩，I=64I t——圆截面极惯性矩， I t =d 3 32，mm32G——剪切弹性模数， G=75460，N/mm模向稳定杆倾角刚度 K R为：Kl K R220（N.mm/rad）2、横向稳定杆应力计算：车身侧倾角为时，稳定杆两端部载荷P 为：PK l R 0( N )最大弯曲应力在 BC ，B ′C ′段的 θ=处，arctan Rl 02P l 02 R 2 (N/mm 2)Zt式中： Zt ——扭转断面系数： Zt= d 3, (单位 : mm 3 )16最大剪应力 在处的 C, C' 点处P 2 R 2 2R(l 0l 2 Rl 1 ) 单位2.l 0l 12 (: N / mm )Z tl 22最大主应力max 发生在 BC、B ′C ′段，可近似用下式计算：maxP( R2 l 02R 2)（N/mm 2）Z t（范文素材和资料部分来自网络，供参考。
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横向稳定杆刚度计算
稳定杆刚度和应力计算公式
1、横向稳定杆刚度计算：大小相等A′处的载荷Pd，作用在两端点A，图示为圆形实心断面，直径为) 方向相反，载荷作用点处变形为f(不考虑横向稳定杆的橡胶衬套变形刚度K为：?1f232llll???2
sinR(??sin2?l)?[1R=2=002K p
02GI2EI3EI2t2l????2??sin?sin22[)]??(()1R1R0
22GI22t?????223]2?21lR(?cossin))?R?(sin1024 mm/N）；（)l?l?l?R(121，(mm)式中；201l2l2?arctanφrad；，
22l?l?l22
l14?d?l4
mm，——圆截面惯性矩，I=64
3?d?3，II=mm ——圆截面极惯性矩，32tt
G=G2N/mm75460，——剪切弹性模数，
模向稳定杆倾角刚度K为：R2Kl K （N.mm/rad）0?R
22、横向稳定杆应力计算：
车身侧倾角为时，稳定杆两端部载荷P为：?1 / 2
?K)P?(N R l0???处，′段的θ=在最大弯曲应力BC，B′C?R?arctan?l0P222?Rl??2(N/mm) 0Zt3?d ——扭转断面系数：Zt=式中：Zt3):mm(,单位
16)Rlll?2R(P222???120)/mm(单位:.,在?0处的CC'点处N?l?R?最大剪应力0Z22l?l t21′段，可近似用下式计算：B′C、最大主应力?BC发生在max P2（N/mm）22?)2R(??l?R0max Z t
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横向稳定杆设计课程设计
横向稳定杆设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握横向稳定杆的基本结构及其在汽车中的作用；2. 学生能够运用物理知识，分析并计算横向稳定杆对汽车稳定性的影响；3. 学生能够了解并描述不同设计参数对横向稳定杆性能的影响。
技能目标：1. 学生能够运用CAD软件进行简单的横向稳定杆设计；2. 学生能够通过实验方法，验证横向稳定杆设计的效果；3. 学生能够运用数据分析方法，评价不同设计方案的优劣。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对汽车工程技术的兴趣，增强对工程设计的热情；2. 学生能够通过团队协作，培养沟通、协作能力和集体荣誉感；3. 学生能够认识到工程设计在实际生活中的应用，提高对科技创新的认识。
课程性质分析：本课程为汽车工程领域的一门实践性课程，旨在让学生了解横向稳定杆在汽车稳定性中的作用，培养学生的工程设计能力和实际操作技能。
学生特点分析：学生处于高中阶段，已具备一定的物理知识和实验技能，对汽车工程技术有一定的好奇心，但可能缺乏实际操作经验。
教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 采用项目式教学，培养学生的团队合作精神和创新能力；3. 注重过程评价，关注学生在课程中的学习表现和成果。
二、教学内容1. 基本概念与原理：- 横向稳定杆的定义及其在汽车中的作用；- 汽车稳定性原理及横向稳定杆的工作机理；- 教材第二章第一、二节内容。
2. 横向稳定杆设计参数：- 横向稳定杆的结构参数及其对性能的影响；- 材料选择对横向稳定杆性能的影响；- 教材第二章第三节内容。
3. 设计与仿真：- CAD软件在横向稳定杆设计中的应用；- 横向稳定杆设计的基本步骤和注意事项；- 教材第三章第一、二节内容。
4. 实验与验证：- 横向稳定杆性能测试实验方法；- 实验数据采集与处理；- 教材第三章第三节内容。
5. 数据分析与评价：- 横向稳定杆设计方案的评估方法；- 数据分析在横向稳定杆设计中的应用；- 教材第四章第一、二节内容。
稳定杆设计计算.pptx
f0
cl l
0
F
l
c2
C0 0 l
F
C0
ll0c2
(8-119)
C0
F f 0
C0
lcl0 2
Cz
Cn C0
l0 lc
2
CnC
0 l
2 0
Cn C0
l0
2
lc
Cnl
2 c
C
0l02
(8-120) (8-121)
因此，横向稳定杆的总位移 fz 为
学海无 涯
fz f c f
8-10 参照教材图 8.51，推导减振器阻尼系数公式：a
2mi2 。
cos2 a
(1) lT 段的扭转位能。
U = F2lT 1 4GJp
(8-110)
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。
U2
= F 2l13 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) l0 段的弯曲位能。
U3=
l0 2
M
2
(x)dx
1
0 2EJ
2Edx2
0
l0
其中，x 轴的原点在横向稳定杆的对称中心。
F2
(l3
l2
) 2
l
12EJ
0
(8-111) (8-112)
学海无 涯
(4) l2 段的弯曲位能。
U4=
l2 M 2 (x)
1
dx
0 2EJ
2EJ
F l2
0
(l3
学 海 无涯
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稳定杆安装位置到对称面距离 c/mm 稳定杆安装位置到拐点距离 b/mm 未注中心线弯曲半径 /mm
由图 1 中稳定杆各参数间的几何关系和表 2 的相关数据，可确定稳定杆端点到拐点距离
H L= c b m 2 ；夹角 =PI-arcsin(m/L) 2
横向稳定杆的材料多选用 50CrVA，其相关应力参数如表 3 所示 表 3 材料参数 弹性模量 E/GPa 剪切弹性模量 G/GPa 许用扭转应力 [ ]/MPa 泊松比μ 206 79 740 0.29
稳定杆端点受力 F=2K 1 。 至此，确定横向稳定杆的 H、L、 、b、c、m，完成稳定杆的几何尺寸设计计算工作。
横向稳定杆的参数计算与设计报告
1、初选整车参数如表 1 所示： 表1 簧载质量 ms/kg 簧载质心到侧倾轴线的距离 hs/mm 侧向加速度 ay/N/㎡ 轮距 B/m 前悬架侧倾角刚度 Kf/ N/m 后悬架侧倾角刚度 Kr/ N/m 所用整车参数 687.5 450 4.9 1.25 13643.35 9095.57
=
B 2
（式 2）
利用横向稳定杆与悬架系统的几何关系，可得横向稳定杆端点的位移量
1 =
（ 为比例因子，取值为 0.பைடு நூலகம்） 3、简化横向稳定杆结构为一个等臂梯形，如图 1 所示
（式 3）
图1
横向稳定杆简化结构
表2 稳定杆横向跨度 H/mm 稳定杆纵向跨度 m/mm
所需横向稳定杆参数 1049.1 213.6 315.5 51.6 30
F 1 U 1 2U 2 U 3 2
F m2 2(c b) 2F 2 L3 =
4G Jp
F2 H c 2c 6 E J 12 E J 2
2
（式 4）
设车身在侧倾时受到横向稳定杆所产生的阻力距为 T，侧倾角为 ，有
d=
c) 2 2c 2
B 3E 0.8 2
2
稳定杆线刚度 K=
3E J
2 3 H H H 2 2 L b c c 4m 2 b c 2 2 2 3
2
设在车身侧倾时，在横向稳定杆的一个端点作用一个力 F，在其另外一个端点作用有一个大 小相等、方向相反的力。在力 F 作用下要发生弹性变形，F 作的功与横向稳定杆中总的变形 位能相等。横向稳定杆半边的变形位能包括： M 2 M 3 段的扭转位能 U 1 ； M 3 M 4 段的弯曲 位能 U 2 ； AB 段的弯曲位能 U 3 。 根据位能相等原理有，F 所做的功与横向稳定杆中总的变形位能相等。
2、考查整车在受侧向加速度 a y =0.5g 时，车辆侧倾角 的大小。
=
K , f
m s hs ay K , r m s g hs
（式 1）
带入表 1 中相关数据，得到侧倾角 ≈3.4°，与 7.00°/g×0.5g=3.5°的标准相近。 以装备麦弗逊前悬架的整车为例，利用等效弹簧原理，可确定螺旋弹簧变形量：
2 F 1 T
由于横向稳定杆主要承受扭矩作用，故应校核扭转剪应力：
（式 5）
T d T d 16 T 4 Jp 2 d 2 d3 32
式 2~ 式
（式 6）
联 立
6 ， 可 求 得 横 向 稳 定 杆 的 最 小 直 径
H 2 3 6b c (1 ) m 4 L (