CN113879065B - 一种稳定杆吊臂及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稳定杆吊臂及车辆，其中，稳定杆吊臂包括：吊臂主体，包括第一主体、第二主体以及第三主体，第一主体在第一方向上与第二主体及第三主体均呈角度设置；圆环连接件，连接于第二主体的一端；U形连接件，连接于第三主体的一端；其中，圆环连接件与U形连接件沿第二方向具有偏置距，第二方向垂直于第一方向。本发明中第二主体及第三主体分别与第一主体呈角度设置，使吊臂主体形成一偏置结构，且圆环连接件与U形连接件沿第二方向具有偏置距，当稳定杆吊臂连接于横向稳定杆与车架之间时，稳定杆吊臂与转向纵拉杆之间形成较大的转向空间，从而当车辆处于最大转角时，转向纵拉杆与稳定杆吊臂之间不产生干涉，使车辆能够稳定转向。
Description
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种稳定杆吊臂及车辆。
背景技术
汽车前悬架系统的作用是最大限度地增加轮胎与路面之间的摩擦力，能够提供良好的转向操纵性和稳定性，以及确保乘客的舒适度。它能够吸收垂直加速车轮的能量，使车轮顺着路面上下颠簸的同时车架和车身不受干扰。
前悬架系统通常由钢板弹簧、共用连接轴、减震器、缓冲橡胶、稳定杆以及稳定杆吊臂组成。其中减震器和稳定杆安装在前轴和底盘架之间，稳定杆通过稳定杆吊臂固定于车架上。此外，稳定杆一般需要与减震器配合使用，以便为行驶中的汽车提供附加稳定性。稳定杆是一个横跨整个车轴的金属杆，将悬架的两侧有效地连接在一起。当一个车轮上的悬架上下移动时，稳定杆会将移动传递给其他车轮。这样可以使行驶更平稳，并减少了车辆的倾斜度，尤其是它能抵消转弯时悬架上的汽车的侧翻趋势。当汽车转弯或者当车辆发生侧倾时，稳定杆能够控制前轴左右两侧以减少车辆的倾斜度，使行驶区域平稳。
而当稳定杆吊臂连接于横向稳定杆及车架之间时，其位于转向纵拉杆和钢板弹簧或者下推力杆之间。当车辆处于最大转角时，转向纵拉杆与轮胎处于临界干涉状态，转向纵拉杆与稳定杆吊臂之间容易产生干涉，从而影响车辆的转向。
发明内容
基于此，有必要针对车辆转向时，转向纵拉杆与稳定杆吊臂之间易产生干涉的问题，提供一种稳定杆吊臂及车辆，在受力稳定的前提下，不影响车辆转向。
第一方面，本发明提供一种稳定杆吊臂，包括：
吊臂主体，包括第一主体及沿第一方向分别连接于所述第一主体两端的第二主体与第三主体，所述第一主体在所述第一方向上与所述第二主体及所述第三主体均呈角度设置；
圆环连接件，连接于所述第二主体沿所述第一方向背离所述第一主体的一端；
U形连接件，连接于所述第三主体沿所述第一方向背离所述第一主体的一端；
其中，所述圆环连接件与所述U形连接件沿第二方向具有偏置距，所述第二方向垂直于所述第一方向。
在其中一个实施例中，所述第一主体与所述第二主体及所述第三主体的连接处均通过第一圆角过渡连接，所述第一圆角的半径范围为150mm-200mm。
在其中一个实施例中，所述第二主体包括沿所述第二方向位于其相对两侧的第一连接面及第二连接面，所述第二主体相对于所述圆环连接件沿所述第二方向朝向所述第一连接面的一侧偏置，偏置距离为所述U形连接件在所述第二方向上厚度的40％-60％。
在其中一个实施例中，所述第一连接面与所述圆环连接件靠近所述第一连接面一侧的端面之间的距离为3mm-5mm。
在其中一个实施例中，所述第二连接面与所述圆环连接件通过第二圆角过渡连接，所述第二圆角的半径范围为15mm-30mm。
在其中一个实施例中，所述U形连接件包括第一连接筋及第二连接筋，所述第一连接筋与所述第三主体相连且沿所述第一方向延伸设置，所述第二连接筋沿所述第一方向与所述第一连接筋形成第一夹角，所述第一夹角为45°-55°。
在其中一个实施例中，所述第二连接筋与所述第一连接筋之间形成第二夹角，所述第二夹角为95°-105°。
在其中一个实施例中，所述第二连接筋与所述第一连接筋通过第三圆角过渡连接，所述第三圆角的半径范围为20mm-30mm。
在其中一个实施例中，所述U形连接件包括第一连接件与第二连接件，所述第一连接件与所述第一连接筋相连，且位于所述第一连接筋背离所述第三主体的一端，所述第二连接件与所述第二连接筋相连，且位于所述第二连接筋背离所述第三主体的一端；
其中，所述第一连接件及所述第二连接件用于与车架相连。
在其中一个实施例中，所述第一主体、所述第二主体以及所述第三主体在第三方向上的宽度相等，所述宽度范围为所述圆环连接件直径的80％-90％；
其中，所述第三方向分别垂直于所述第一方向及所述第二方向。
在其中一个实施例中，所述吊臂主体、所述圆环连接件以及所述U形连接件为一体成型结构。
第二方面，本发明还提供一种车辆，包括如上所述的稳定杆吊臂。
上述的稳定杆吊臂及车辆，第二主体及第三主体分别与第一主体之间呈角度设置，使得吊臂主体形成一偏置结构，此外，圆环连接件与U形连接件沿第二方向具有偏置距，由此，当稳定杆吊臂连接于横向稳定杆与车架之间时，稳定杆吊臂与转向纵拉杆之间形成较大的转向空间，从而当车辆处于最大转角时，转向纵拉杆与稳定杆吊臂之间不产生干涉，使车辆能够稳定转向。
附图说明
图1为现有技术中稳定杆吊臂的结构示意图；
图2为图1所示的稳定杆吊臂的结构示意图；
图3为图1所示的稳定杆吊臂在车架中的安装示意图；
图4为图3中A处的局部放大图；
图5为本申请一实施例中稳定杆吊臂的整体结构示意图；
图6为图5所示的稳定杆吊臂的平面结构示意图；
图7为图5所示的稳定杆吊臂的平面结构示意图；
图8为图5所示的稳定杆吊臂在车架中的安装示意图；
图9为图8中B处的局部放大图；
图10为图5所示的稳定杆吊臂的受力分析示意图；
图11为图5所示的稳定杆吊臂的受力分析示意图；
图中，100-稳定杆吊臂、200-转向纵拉杆、300-轮胎、400-车架、500-横向稳定杆、101-上圆环连接头、102-钢板、103-下U形连接头、10-吊臂主体、20-圆环连接件、30-U形连接件、11-第一主体、12-第二主体、13-第三主体、111-第一圆角、121-第一连接面、122-第二连接面、123-第二圆角、131-第一连接筋、132-第二连接筋、133-第一连接件、134-第二连接件、1321-第一夹角、1322-第二夹角、1323-第三圆角；
此外，a-第一方向、b-第二方向、c-第三方向。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
图1及图2示出了现有技术中稳定杆吊臂的结构示意图，图3及图4示出了现有技术中稳定杆吊臂在车架中的安装示意图。
如图1、图2、图3以及图4所示，现有技术中的稳定杆吊臂通常由上圆环连接头101、钢板102以及下U形连接头103组成，并通过角焊缝焊接形成一个整体结构。此结构连接车架400及横向稳定杆500后，转向纵拉杆200介于稳定杆吊臂与轮胎300之间。由于该稳定杆吊臂为竖直结构，当车辆转向时，转向纵拉杆200与稳定杆吊臂之间的转向空间较小，因此导致车辆转向角度较小。此外，当车辆处于最大转角时，还容易导致转向纵拉杆200与稳定杆吊臂之间产生干涉，影响车辆转向。
基于此，有必要提供一种具有偏置结构的稳定杆吊臂100，使得转向纵拉杆200与稳定杆吊臂100之间的转向空间增大，且能够避免转向纵拉杆200与稳定杆吊臂100相互干涉。
再次参看图1，U形连接头103的单侧受力分别为F1及F2，F0为圆环连接头101上的受力。对于现有技术中的稳定杆吊臂而言，F1+F2＝F0，并且F1＝F2。
发明人发现，若需要增大转向纵拉杆200与稳定杆吊臂之间的转向空间，需将U形连接头103与圆环连接头101偏置。若U形连接头103与折点处的距离为d，则在此情况下，F1与F2并不相等。为实现这一目的，确定折点位置以及U形连接头103与圆环连接头101之间的偏置距离则为本发明的关键点。
图5示出了本发明一实施例中的稳定杆吊臂的整体结构示意图，图6示出了本发明一实施例中的稳定杆吊臂的平面结构示意图，图7示出了本发明一实施例中的稳定杆吊臂的平面结构示意图。为便于描述，附图仅示出了与本发明实施例相关的结构。
参阅图5、图6以及图7，本发明一实施例提供了一种稳定杆吊臂100，包括吊臂主体10及分别连接于吊臂主体10两端的圆环连接件20及U形连接件30。其中，吊臂主体10包括第一主体11及沿第一方向a分别连接于第一主体11两端的第二主体12与第三主体13，第一主体11在第一方向a上与第二主体12及第三主体13均呈角度设置。圆环连接件20连接于第二主体12沿第一方向a背离第一主体11的一端。U形连接件30连接于第三主体13沿第一方向a背离第一主体11的一端。此外，圆环连接件20与U形连接件30沿第二方向b具有偏置距，第二方向b垂直于第一方向a。
具体到本实施例中，第一方向a即为吊臂主体10的纵长延伸方向，而第二方向b即为垂直于第一方向a的吊臂主体10的厚度方向。
图8及图9示出了本发明一实施例中的稳定杆吊臂在车架中的安装示意图。
如图8及图9所示，具体地，吊臂主体10由第一主体11、第二主体12以及第三主体13共同组成一“Z”字形结构，且使得U形连接件30沿第二方向b朝向圆环连接件20的一侧偏置。由此，稳定杆吊臂100与转向纵拉杆200之间能够形成更大的转向空间，使得车辆处于最大转角时，转向纵拉杆200与稳定杆吊臂100之间不产生干涉。并且，使得转向纵拉杆200与轮胎300之间的转向角度更大，从而提高车辆的转向效率。
请再次参看图6，在一些实施例中，第一主体11与第二主体12及第三主体13的连接处均通过第一圆角111过渡连接，第一圆角111的半径范围为150mm-200mm。具体到本实施例中，根据稳定杆吊臂100与转向纵拉杆200拐点的间隙要求和应力梯度的变化，能够得到第一主体11与第二主体12及第三主体13之间折点的位置。为了使受力更加均匀，将第一主体11与第二主体12及第三主体13之间的连接处设置为第一圆角111，且第一圆角111的半径范围为150mm-200mm。
进一步地，第二主体12包括沿第二方向b位于其相对两侧的第一连接面121及第二连接面122，第二主体12相对于圆环连接件20沿第二方向b朝向第一连接面121的一侧偏置，偏置距离为U形连接件30在第二方向b上厚度的40％-60％。具体地，第二主体12相对于圆环连接件20的偏置距离可根据材料强度等级确定，优选范围为U形连接件30在第二方向b上厚度的40％-60％。在此范围内，第二主体12与圆环连接件20形成的整体受力更加均匀。
更进一步地，第一连接面121与圆环连接件20靠近第一连接面121一侧的端面之间的距离为3mm-5mm。第二连接面122与圆环连接件20通过第二圆角123过渡连接，第二圆角123的半径范围为15mm-30mm。
在一些实施例中，U形连接件30包括第一连接筋131及第二连接筋132，第一连接筋131与第三主体13相连且沿第一方向a延伸设置。第二连接筋132沿第一方向a与第一连接筋131形成第一夹角1321，第一夹角1321为45°-55°。此外，第二连接筋132与第一连接筋131之间形成第二夹角1322，第二夹角1322为95°-105°。第二连接筋132与第一连接筋131通过第三圆角1323过渡连接，第三圆角1323的半径范围为20mm-30mm。
图10及图11示出了本发明一实施例中的稳定杆吊臂的受力分析示意图。
请参看图10及图11，由于第一连接筋131及第二连接筋132处分别受到外部载荷F1、F2，且F1、F2在此处产生额外弯矩，导致应力集中。其中，第一连接筋131与第二连接筋132在第二方向b上的距离为d，d越大则弯矩越大。而普通的理论计算在解决此问题时存在较大难度，因此，本发明在前期采用拓扑优化工具确定吊臂主体10的结构框架，中期采用hyperstudy软件对吊臂主体10的截面形状(厚度、宽度)和折点的尺寸进行优化，后期采用optistruct软件进行局部形状如圆角特征的优化降低应力集中。经过上述设计分析方法的计算，将第三圆角1323处的应力由1359MPa降至452.7MPa的安全应力区域，并且得到第一夹角1321、第二夹角1322以及第三圆角1323的半径范围。
请再次参看图6，在一些实施例中，U形连接件包括第一连接件133与第二连接件134，第一连接件133与第一连接筋131相连，且位于第一连接筋131背离第三主体13的一端。第二连接件134与第二连接筋132相连，且位于第二连接筋132背离第三主体13的一端。其中，第一连接件133及第二连接件134用于与车架400相连。
如图9所示，将横向稳定杆500置于第一连接件133与第二连接件134之间，并通过螺栓进行固定连接。具体到本实施例中，第一连接件133与第一连接筋131、第二连接件134与第二连接筋132均为一体成型，从而能够提高稳定杆吊臂100的整体受力强度。
请再次参看图7，在一些实施例中，第一主体11、第二主体12以及第三主体13在第三方向c上的宽度相等，宽度范围为圆环连接件20直径的80％-90％。其中，第三方向c分别垂直于第一方向a及第二方向b。具体到本实施例中，第三方向c即为第一主体11、第二主体12以及第三主体13的宽度方向。由此，当车辆转向时，可确保稳定杆吊臂100能够稳定承受转向时产生的扭力，使车辆稳定转向。
为了使稳定杆吊臂100的整体结构更加稳固，吊臂主体10、圆环连接件20以及U形连接件30为一体成型结构。相比于现有技术中采用焊接的方法形成稳定杆吊臂100，本发明采用一体成型，使得结构更加简洁，装配效率高。
此外，本发明提供的稳定杆吊臂100采用高强度铝合金材料制成，其中，该高强度铝合金材料包括4.7％～5.8％的铜，0.2％～0.4％的镁，0.15％～0.35％的钛，0.3％～0.6％的锆，0.05％～0.15％的钒，0.005％～0.06％的硼，0.5％～0.7％的锰,以及不超过0.3％的铁和硅。上述化学成分高度关注了细化晶粒的重要性，使得材料组织致密化。由此，上述材料经过挤压铸造后，抗拉强度在500MPa～550MPa的范围内，屈服强度不小于350MPa，延伸率不低于5％，且能够实现降重30％～40％。
基于与上述稳定杆吊臂100相同的构思，本发明还提供一种车辆，包括如上所述的稳定杆吊臂100。
本发明使用时，首先将圆环连接件20与车架纵梁吊臂支架固定连接，将横向稳定杆500置于第一连接件133与第二连接件134之间，并通过螺栓进行固定连接，使得稳定杆吊臂100朝向车架400内侧偏置。由此，稳定杆吊臂100与转向纵拉杆200之间的转向空间更大，从而能够有效避免车辆处于最大转角时，稳定杆吊臂100与转向纵拉杆200相互干涉，使车辆能够稳定转向。
上述实施例中的稳定杆吊臂100及车辆，至少具有以下优点：
1)吊臂主体10、圆环连接件20以及U形连接件30之间均采用一体成型方式，减少了稳定杆吊臂100整体结构中的零件个数，减少装配时间，避免焊接过程中出现问题；
2)第一主体11、第二主体12以及第三主体13共同形成“Z”字结构，且使得圆环连接件20与U形连接件30形成一定的偏置距，当稳定杆吊臂100连接于车架400及横向稳定杆500之间时，能够增大稳定杆吊臂100与转向纵拉杆200之间的转向空间，避免车辆转向时，稳定杆吊臂100与转向纵拉杆200之间相互干涉；
3)第三圆角1323的半径范围设置为20mm-30mm，能够使得第三圆角1323处的应力由1359MPa降至452.7MPa的安全应力区域，确保稳定杆吊臂100在使用过程中具有稳定的受力能力。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种稳定杆吊臂，连接于车架及横向稳定杆之间，其特征在于，包括：
吊臂主体，包括第一主体及沿第一方向分别连接于所述第一主体两端的第二主体与第三主体，所述第一主体在所述第一方向上与所述第二主体及所述第三主体均呈角度设置；
圆环连接件，连接于所述第二主体沿所述第一方向背离所述第一主体的一端；
U形连接件，连接于所述第三主体沿所述第一方向背离所述第一主体的一端；
其中，所述圆环连接件与所述U形连接件沿第二方向具有偏置距，所述第二方向垂直于所述第一方向；
所述U形连接件包括第一连接筋及第二连接筋，所述第一连接筋与所述第三主体相连且沿所述第一方向延伸设置，所述第二连接筋沿所述第一方向与所述第一连接筋形成第一夹角，所述第一夹角为45°-55°。
2.根据权利要求1所述的稳定杆吊臂，其特征在于，所述第一主体与所述第二主体及所述第三主体的连接处均通过第一圆角过渡连接，所述第一圆角的半径范围为150mm-200mm。
3.根据权利要求1所述的稳定杆吊臂，其特征在于，所述第二主体包括沿所述第二方向位于其相对两侧的第一连接面及第二连接面，所述第二主体相对于所述圆环连接件沿所述第二方向朝向所述第一连接面的一侧偏置，偏置距离为所述U形连接件在所述第二方向上厚度的40%-60%。
4.根据权利要求3所述的稳定杆吊臂，其特征在于，所述第一连接面与所述圆环连接件靠近所述第一连接面一侧的端面之间的距离为3mm-5mm。
5.根据权利要求3所述的稳定杆吊臂，其特征在于，所述第二连接面与所述圆环连接件通过第二圆角过渡连接，所述第二圆角的半径范围为15mm-30mm。
6.根据权利要求1所述的稳定杆吊臂，其特征在于，所述第二连接筋与所述第一连接筋之间形成第二夹角，所述第二夹角为95°-105°。
7.根据权利要求1所述的稳定杆吊臂，其特征在于，所述第二连接筋与所述第一连接筋通过第三圆角过渡连接，所述第三圆角的半径范围为20mm-30mm。
8.根据权利要求1所述的稳定杆吊臂，其特征在于，所述U形连接件包括第一连接件与第二连接件，所述第一连接件与所述第一连接筋相连，且位于所述第一连接筋背离所述第三主体的一端，所述第二连接件与所述第二连接筋相连，且位于所述第二连接筋背离所述第三主体的一端；
其中，所述第一连接件及所述第二连接件用于与车架相连。
9.根据权利要求1所述的稳定杆吊臂，其特征在于，所述第一主体、所述第二主体以及所述第三主体在第三方向上的宽度相等，所述宽度范围为所述圆环连接件直径的80%-90%；
其中，所述第三方向分别垂直于所述第一方向及所述第二方向。
10.根据权利要求1所述的稳定杆吊臂，其特征在于，所述吊臂主体、所述圆环连接件以及所述U形连接件为一体成型结构。
11.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一项所述的稳定杆吊臂。
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