汽车横向稳定杆的作用

汽车横向稳定杆疲劳可靠性研究

合肥工业大学

硕士学位论文

汽车横向稳定杆疲劳可靠性研究

姓名：叶鹏

申请学位级别：硕士

专业：机械设计及理论

指导教师：黄康

20100401

汽车横向稳定杆疲劳可靠性研究

汽车横向稳定杆疲劳可靠性研究

摘要

汽车横向稳定杆是汽车独立悬架的重要安全部件，在汽车转弯或受到阻力时发挥作用，其性能的优劣直接影响整车的安全性、平稳性及舒适性。稳定杆是汽车部件中，典型的受疲劳作用力影响的部件，因此研究汽车横向稳定杆的疲劳特性，为设计具有最佳性能的汽车稳定杆提供数据支持，在汽车设计中具有重要的地位。而我国汽车横向稳定杆的疲劳可靠性设计处在类比设计和经验设计阶段，这种设计偏于保守，对整车性能和成本都非常不利。造成的结果是零部件疲劳设计缺乏科学依据，零件过于笨重或者是疲劳可靠性低。因此，对汽车零部件进行以概率论和统计学为基础的可靠性设计及分析对提高汽车产品的可靠性有着十分重要的意义。

本文以稳定杆为研究对象，分析了稳定杆的实际工况，将复杂的稳定杆模型简化，运用理论力学、疲劳断裂力学等方法，在分析稳定杆疲劳断裂危险截面的前提下，对稳定杆的强度、疲劳寿命进行估算；综合运用疲劳设计方法和可靠性方法，考虑到各种参数的随机性，对汽车稳定杆进行可靠性设计；并通过有

中国汽车稳定杆行业 市场调查研究报告 编制机构：北京中经视野信息咨询有限公司 中经视野 - 中国汽车稳定杆行业市场调查研究报告

核心内容提要

市场需求

本报告从以下几个角度对汽车稳定杆行业的市场需求进行分析研究：

1、用户消费规模及同比增速：通过对过去连续五年中国市场汽车稳定杆行业用户消费规模及同比增速的分析，判断汽车稳定杆行业的经济规模和成长性，并对未来五年的用户消费规模增长趋势做出预测，该部分内容呈现形式为“文字叙述+数据图表（柱状折线图）”。

2、产品结构：从多个角度（1-3个），对汽车稳定杆行业的产品和服务进行分类，并给出每一类细分产品和服务的用户消费规模和在行业中的占比，帮助客户在整体上把握汽车稳定杆行业的产品结构；该部分内容呈现形式为“文字叙述+数据图表（饼状图）”。

3、市场分布：从用户的地域分布和消费能力等因素，来分析汽车稳定杆行业的市场分布情况，并对消费规模较大的重点区域市场的消费情况进行分析，包括该区域的消费规模、消费特点、产品结构等；该部分内容呈现形式为“文字叙述+数据图表（表格、饼状图）”。

4、用户研究：主要研究用户的消费行为，包括用户关注的产品因素、购买频率、购买渠道、??

竞争格局

本报告主要以市场份额为指

特殊强化喷丸工艺在高应力弹簧和稳定杆上的应用

 特殊强化喷丸工艺在高应力弹簧和稳定杆上的应用 

上海中国弹簧制造有限公司  张  俊  

摘要 

    本文旨在根据喷丸强化的机理，在制造工艺过程中通过应用各种不同的喷丸方式以及组合方式，以最高效率达到最佳的残余应力数值和分布，从而达到高应力弹簧和稳定杆具有更高的抗疲劳性能及耐久可靠性。 

前言 

当前在弹簧和稳定杆的设计开发中，特别在汽车零部件弹簧产品制造工业中， 为了更好地体现节能减排而对弹簧产品实施更高要求的轻量化。 在弹簧和稳定杆轻量化设计中主要的手段是消除应力集中的等应力分布设计，充分发挥材料强度潜能；采用更多的、更高的强化工艺，以增强产品的抗疲劳能力；采用更好的表面保护技术来维护产品性能而不受外界的破坏和侵蚀等等。 

在众多的强化工艺中，喷丸强化工艺技术以其高效能、易实施性等特点而得到广泛的开发和应用。 本文根据当前在国际先进弹簧制造行业中在实施轻量化设计产品的制造工艺中，各种比较特殊喷丸强化工艺

第十章 压杆稳定

学时分配：共6学时

主要内容：两端铰支细长压杆的临界压力，杆端约束的影响，压杆的长度系数界应力欧拉公式的适用范围；临界应力总图、直线型经验公式法进行压杆稳定校核。

?，临

?cr?a?b?，使用安全系数

$10.1压杆稳定的概念

1．压杆稳定

若处于平衡的构件，当受到一微小的干扰力后，构件偏离原平衡位置，而干扰力解除以后，又能恢复到原平衡状态时，这种平衡称为稳P P

2．临界压力

当轴向压力大于一定数值时，杆件有一微小干扰力 弯曲，一侧加一微小干扰且有一变形。任一微小挠力去除后，杆件不能恢复到原直线平衡位置，则称原平衡位置是不稳定的，此压力的极限值为临界压力。

P P P 由稳定平衡过渡到不稳定平衡的压力 的临界值称为临界压力（或临界力），用

Pc?表示。

3．曲屈

受压杆在某一平衡位置受任意微小挠动，转变到其它平衡位置的过程叫屈曲或失稳。

$10.2细长压杆临界压力的欧拉公式

1．两端铰支压杆的临界力

选取如图所示坐标系xOy。距原点为x的任意截面的挠度为v。于是有

M??Pv

2．挠曲线近似微分方程：

将其代入弹性挠曲线近似微分方程，则得

?x lEIv''?M?x???Pv

k2?令 则有

PEI

v''?k2v'?0

压杆稳定

一、概念题

1．判断题：（以下结论对者画√，错者画×）

（1）直杆受压时的承载能力取决于它的强度是否足够。 （ ） （2）临界应力愈大，压杆愈容易失稳。 （ ） （3）压杆的柔度与压杆的材料无关。 （ ） （4）计算压杆临界力的公式是欧拉公式。 （ ） （5）压杆总是在?值大的纵向平面内失稳。 （6）两杆的材料、长度、截面积以及两端支撑均相同，它们的临界应力相同。 （7）细长压杆不易采用高强度钢来提高其稳定性。 （8）提高压杆稳定性的措施，实际上就是如何增大柔度的措施。 2．选择题：

（1）图示截面形状的压杆，设两端为铰链支承。失稳时（ ）

A、图（A）截面绕y轴转动； B、图（B）截面绕x轴转动； C、图（C）截面绕x轴转

第9章 压 杆 稳 定 习 题

(1) 如图9.12(a)和图9.12(b)所示的两细长杆均与基础刚性连接，但第一根杆(如图9.12(a)所示)的基础放在弹性地基上，第二根杆(如图9.12(b)所示)的基础放在刚性地基上。试问两?2EImin杆的临界力是否均为Fcr?？为什么？并由此判断压杆长度因数?是否可能大于2。

(2l)2

图9.12 习题(1)图

(2) 如图9.13所示各杆材料和截面均相同，试问杆能承受的压力哪根最大，哪根最小(如图9.13(f)所示的杆在中间支杆承处不能转动)？

图9.13 习题(2)图

(3) 压杆的A端固定，B端自由(如图9.14(a)所示)。为提高其稳定性，在中点增加铰支座C(如图9.14(b)所示)。试求加强后压杆的欧拉公式。

图9.14 习题(3)图

(4) 如图9.15所示正方形桁架，5根相同直径的圆截面杆，已知杆直径d=50mm，杆长a=1m，材料为Q235钢，弹性模量E=200GPa。试求桁架的临界力。若将荷载F方向反向，桁架的临界力又为何值？

FFa图9.15 习题(4)图

(5) 如图9.16所示两端固定的空心圆柱形压杆，材料为Q235钢，E=200GPa，?p=100，外径与内径

第9章 压 杆 稳 定 习 题

(1) 如图9.12(a)和图9.12(b)所示的两细长杆均与基础刚性连接，但第一根杆(如图9.12(a)所示)的基础放在弹性地基上，第二根杆(如图9.12(b)所示)的基础放在刚性地基上。试问两?2EImin杆的临界力是否均为Fcr?？为什么？并由此判断压杆长度因数?是否可能大于2。

(2l)2

图9.12 习题(1)图

(2) 如图9.13所示各杆材料和截面均相同，试问杆能承受的压力哪根最大，哪根最小(如图9.13(f)所示的杆在中间支杆承处不能转动)？

图9.13 习题(2)图

(3) 压杆的A端固定，B端自由(如图9.14(a)所示)。为提高其稳定性，在中点增加铰支座C(如图9.14(b)所示)。试求加强后压杆的欧拉公式。

图9.14 习题(3)图

(4) 如图9.15所示正方形桁架，5根相同直径的圆截面杆，已知杆直径d=50mm，杆长a=1m，材料为Q235钢，弹性模量E=200GPa。试求桁架的临界力。若将荷载F方向反向，桁架的临界力又为何值？

FFa图9.15 习题(4)图

(5) 如图9.16所示两端固定的空心圆柱形压杆，材料为Q235钢，E=200GPa，?p=100，外径与内径

第9章 压 杆 稳 定 习 题

(1) 如图9.12(a)和图9.12(b)所示的两细长杆均与基础刚性连接，但第一根杆(如图9.12(a)所示)的基础放在弹性地基上，第二根杆(如图9.12(b)所示)的基础放在刚性地基上。试问两?2EImin杆的临界力是否均为Fcr?？为什么？并由此判断压杆长度因数?是否可能大于2。

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图9.12 习题(1)图

(2) 如图9.13所示各杆材料和截面均相同，试问杆能承受的压力哪根最大，哪根最小(如图9.13(f)所示的杆在中间支杆承处不能转动)？

图9.13 习题(2)图

(3) 压杆的A端固定，B端自由(如图9.14(a)所示)。为提高其稳定性，在中点增加铰支座C(如图9.14(b)所示)。试求加强后压杆的欧拉公式。

图9.14 习题(3)图

(4) 如图9.15所示正方形桁架，5根相同直径的圆截面杆，已知杆直径d=50mm，杆长a=1m，材料为Q235钢，弹性模量E=200GPa。试求桁架的临界力。若将荷载F方向反向，桁架的临界力又为何值？

FFa图9.15 习题(4)图

(5) 如图9.16所示两端固定的空心圆柱形压杆，材料为Q235钢，E=200GPa，?p=100，外径与内径

《创新型力学实验》

压杆稳定临界载荷测定综合实验

一、实验目的

1. 2. 3. 4. 5. 6.

熟悉动态应变仪的使用方法； 掌握振动信号的测量方法；

测量受压细长杆件失稳时的临界力； 讨论不同杆端约束条件对临界力的影响；

将材料力学方法与振动法测量结果进行比较，讨论两种方法的优缺点； 计算临界力，验证欧拉公式，并分析产生误差的原因。

二、实验仪器设备

动态信号分析仪、压杆稳定综合实验装置、电阻应变片、电涡流传感器、力锤、力传感器读数器、电涡流读数器 矩形截面钢制细长杆件（弹性模量E=180GPa）

三、实验原理

细长杆作垂直轴线方向的振动时，其主要变形形式是弯曲变形，通常称为横向振动或弯曲振动，简称梁的振动。如果梁是直梁，而且具有对称面，振动中梁的轴线始终在对称面内。忽略剪切变形和截面绕中心轴转动的影响，即所谓的欧拉梁。它作横向振动时的偏微分方程为：

??2y?x,t???2y?x,t??EI?x??x2???A?x???t2?q?x,t? (4-6) ??EI(x)为弯曲刚度(E为纵向弹性模量，I(x)为截面惯性矩)，??x?为密度，

?2?x2A(x)为截面积，q(x,t)为分布干扰力，y(x,t)为挠度。若梁为均质、

第9章 压 杆 稳 定 习 题

(1) 如图9.12(a)和图9.12(b)所示的两细长杆均与基础刚性连接，但第一根杆(如图9.12(a)所示)的基础放在弹性地基上，第二根杆(如图9.12(b)所示)的基础放在刚性地基上。试问两?2EImin杆的临界力是否均为Fcr?？为什么？并由此判断压杆长度因数?是否可能大于2。

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图9.12 习题(1)图

(2) 如图9.13所示各杆材料和截面均相同，试问杆能承受的压力哪根最大，哪根最小(如图9.13(f)所示的杆在中间支杆承处不能转动)？

图9.13 习题(2)图

(3) 压杆的A端固定，B端自由(如图9.14(a)所示)。为提高其稳定性，在中点增加铰支座C(如图9.14(b)所示)。试求加强后压杆的欧拉公式。

图9.14 习题(3)图

(4) 如图9.15所示正方形桁架，5根相同直径的圆截面杆，已知杆直径d=50mm，杆长a=1m，材料为Q235钢，弹性模量E=200GPa。试求桁架的临界力。若将荷载F方向反向，桁架的临界力又为何值？

FFa图9.15 习题(4)图

(5) 如图9.16所示两端固定的空心圆柱形压杆，材料为Q235钢，E=200GPa，?p=100，外径与内径