CN1842423A - 车辆用高应力稳定器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了弯曲部分的疲劳寿命长、耐久性能优良的车辆用高应力稳定器。在车辆用高应力稳定器(10)中，一般情况下，弯曲部分(16)是负荷的应力最大、最容易折损的部位，弯曲部分(16)的形状是在弯曲半径记为R、弯曲加工前的原材料直径记为d、弯曲部分(16)的截面的短径记为d1、弯曲部分(16)的截面的长径记为d2、弯曲部分(16)的截面扁平率Φ记为Φ＝(d2－d1)/d2×100的时候，在0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系成立的条件下成形的。由此，弯曲部分(16)在承受负荷时可以抑制发生在弯曲部分(16)的剪切应力的应力集中，防止因该弯曲部分(16)的应力集中而引起的车辆用高应力稳定器(10)的折损。

Description

车辆用高应力稳定器
技术领域
本发明涉及一种在汽车等车辆转弯时，为了减少车身的晃动，改善乘坐的舒适感，提高车身的稳定性，而在车辆用高应力下可使用的实心的高应力稳定器。
背景技术
一般汽车等车辆为了减少转弯时产生的车身的晃动，备有由弹簧钢钢材等在热弯曲加工成形的稳定器(例如，参照专利文献1)。
这种稳定器安装到车辆上时，为了避免与车身的下部构造及悬挂装置发生干扰，在稳定器长度方向的中间部分形成了多处弯曲的复杂形状，但一般情况下，这类稳定器在安装在车辆的状态下是由沿着车辆宽度方向的扭转部分和该扭转部分两端各自朝车辆前后方向伸出的支架部分组成。此外，这些扭转部分和各支架部分之间的连接部分被设置成圆弧状的弯曲部分。
此处，该扭转部分通过橡皮衬套、轴承架等连接到车身。另外，与支架部分的顶端通过螺栓等连接部件连接。支架部分通过该连接部件，分别被连接在悬架***定位臂等的车轴的部件上。并且，根据车辆转弯时对各支架部分顶端分别给予相互逆向的上下方向的负荷，与各支架部分相互逆向地弯曲的同时，该稳定器通过力矩转动扭转部分。由此，稳定器对车轴的部件起弹性反作用力，形成了抑制车身左右摇晃的结构。
为此，这种稳定器因反复承受着高负荷，所以稳定器的疲劳寿命等耐久性能难以满足要求。特别是稳定器上所负载的最大应力容易产生在弯曲部分。在该弯曲部分中一般根据热弯曲加工时与金属模具的接触，产生被称为“工具痕”的平滑部分，使弯曲部分的截面扁平成大致D字形。因此，实际安装在车辆中使用的稳定器中，应力集中在弯曲部分的工具痕上，因该应力集中而使其折损的事例很多。为了提高稳定器的耐久性能，确保增加该弯曲部分的疲劳寿命是十分重要的。
特别是随着SUV(运动型多功能车)等车身高的车型的增加，要求进一步提高稳定器的转动刚性。另外，为了确保缓冲区，还要求将支架部分设计得短一些。因此，负荷在弯曲部分的应力有增加的倾向，所以对于在这样的高应力下使用的稳定器，要求更加优良的耐久性能。
专利文献1：特开平7-215038号公报
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种弯曲部分的疲劳寿命长并且拥有优良的耐久性能的车辆用高应力稳定器。
为解决上述问题，根据本发明的车辆用高应力稳定器由实心圆杆钢材弯曲加工成形而成，其中将上述钢材的原材料直径记为d、上述弯曲部分的弯曲半径记为R、上述弯曲部分的截面短径记为d1、上述弯曲部分的截面长径记为d2、上述弯曲部分的截面扁平率Φ记为Φ＝(d2-d1)/d2×100时，该弯曲部分是在0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系成立的条件下成形的。
在根据本发明的车辆用高应力稳定器中，对于承受最大应力、最容易折损的弯曲部分的弯曲半径R、截面的扁平率Φ和弯曲加工前的原材料直径d都被设定在规定的范围内。这里的原材料直径d及弯曲部分的弯曲半径R为根据每个车型个别设定的值。也就是说，车辆用高应力稳定器为根据预先设定的原材料直径d与弯曲部分的弯曲半径R的值，将弯曲部分的截面的扁平率Φ设定在规定范围内。由此，利用上述方法制备的稳定器在承受负荷时，可以抑制发生在弯曲部分的剪切应力的应力集中，防止因弯曲部分的应力集中而引起的车辆用稳定器的折损。
另外，本发明的车辆用高应力稳定器可以使用在500MPa以上的应力下。
如上所述，根据本发明的车辆用高应力稳定器，可以增加弯曲部分的疲劳寿命并提高耐久性能。
附图说明
图1是有关本发明实施例的车辆用高应力稳定器的正面图。
图2是有关本发明实施例的车辆用高应力稳定器的侧面图。
图3是有关本发明实施例的车辆用高应力稳定器的弯曲部分的结构斜视图。
图4是图3沿A-A线的截面图。
图5是有关本发明实施例的车辆用高应力稳定器弯曲部分的结构的平面图。
图6是有关本发明的实施例的车辆用高应力稳定器的适用于疲劳试验的试验片的斜视图。
图7是负荷应力在550MPa时，扁平率Φ与断裂重复次数关系的图表。
图8是负荷应力在550MPa时，扁平率Φ×原材料直径d/弯曲半径R与断裂重复次数关系的图表。
图9是负荷应力在800MPa时，扁平率Φ与断裂重复次数关系的图表。
图10是负荷应力在800MPa时，扁平率Φ×原材料直径d/弯曲半径R与断裂重复次数关系的图表。
具体实施方式
图1显示了有关本发明实施例的车辆用高应力稳定器10(以下称稳定器10)的正面图。另外，图2显示了稳定器10的侧面图。
在500MPa以上的高应力下使用的稳定器10是实心圆杆钢材通过热弯曲加工，并进行即刻淬火回火处理而成形的。该稳定器10安装到车辆上时，为了避免与车身的下部构造及悬挂装置发生干扰，在长度方向的中间部分形成了多处弯曲的复杂形状，安装在车辆的稳定器由车辆沿着宽度方向(WC箭头方向)的扭转部分12和从该扭转部分12的两端分别向车辆前后方向(FR箭头方向)伸出的支架部分14组成。并且在扭转部分12的长度方向的中间部分设置有两处弯曲成曲柄状的弯曲部分18，各支架部分14的长度方向上的中间部分设置有分别弯曲成圆弧状的弯曲部分20。进而，这些扭转部分12和各支架部分14之间的连接部分，分别形成为圆弧状并设置有弯曲部分16。
在该弯曲部分16的外周，如图3及图4所示，由于与热弯曲加工时的金属模具接触，产生被称为工具痕22的平滑部分，使弯曲部分16的截面扁平成大致D字形。另外，虽然没有图示，但在弯曲部分18和20也会产生与弯曲部分16同样的工具痕。为了说明简单，以下对弯曲部分16进行说明。
在稳定器10中，弯曲部分16的形状由将上述实心圆柄钢材的原材料直径记为d、弯曲部分16的弯曲半径记为R、弯曲部分16的截面的短径记为d1、弯曲部分16的截面的长径记为d2、弯曲部分16的截面的扁平率Φ记为Φ＝(d2-d1)/d2×100(％)时，0＜Φ≤4，且(Φ×d/R)≤2的关系成立的情况下成形。
再有，弯曲部分16的弯曲半径R表示的是如图5所示沿着弯曲部分16的中心线SP的弯曲半径。另外，实心圆杆钢材的原材料直径d及弯曲部分的弯曲半径R为根据每种车型个别设定的值。
下面就疲劳试验进行说明。
图6显示了适用于与本发明实施例的稳定器10的疲劳试验的试验片50的斜视图。
试验片50为将具有JIS弹簧钢钢材SUP9规定原材料直径的圆杆热弯曲加工成大致 字形，即刻实施淬火回火的处理，并将扭转部分52的长度设定为800mm，两侧的支架部分54的长度设定为400mm。此时使试验片50的弯曲部分56的形状(弯曲半径R、截面扁平率Φ等)发生各种改变，准备了如表1所示的序号为A1至A8及B1至B8共计16个试验片50。另外，在试验片50的弯曲部分56也与稳定器10的弯曲部分16一样，伴随着热弯曲加工产生了工具痕。
[表1]
序号 原材料直径D(mm) 弯曲半径R(mm) d/R 短径d1(mm) 长径d2(mm) 扁平率Φ(％) Φ×d/R 备注
A1     23     65     0.35     22.8     23.0     0.87     0.31 本发明
A2     23     45     0.51     22.6     23.0     1.74     0.89
A3     26     65     0.40     25.7     26.0     1.15     0.46
A4     26     45     0.58     25.5     26.0     1.92     1.11
A5     23     65     0.35     22.8     23.0     0.87     0.31
A6     23     45     0.51     22.6     23.0     1.74     0.89
A7     26     65     0.40     25.7     26.0     1.15     0.48
A8     26     45     0.58     25.5     26.0     1.92     1.11
B1     23     65     0.35     21.8     23.0     5.22     1.85 比较例
B2     23     45     0.51     21.8     23.0     6.09     3.11
B3     26     65     0.40     24.5     26.0     5.77     2.31
B4     26     45     0.58     24.3     26.0     6.54     3.78
B5     23     65     0.35     21.8     23.0     5.22     1.85
B6     23     45     0.51     21.6     23.0     6.09     3.11
B7     26     65     0.40     24.5     26.0     5.77     2.31
B8     26     45     0.58     24.3     26.0     6.54     3.78
如表1所示，序号为A1至A8的试验片50是弯曲部分56的形状满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系时成形的(本发明)。即序号为A1至A8的试验片50的弯曲部分56与稳定器10中弯曲部分16是同等的。另一方面，序号为B1至B8的试验片50是弯曲部分56的形状不满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系时成形的(比较例)。
疲劳试验的方法是：支撑试验片50的扭转部分52的两处，水平固定一边的支架部分54，将另一边的支架部分54通过旋转定位销连接到反复试验装置上，对另一边的支架部分54在垂直方向上重复施加负荷，测量另一边的支架部分54和扭转部分52之间的弯曲部分56的断裂次数。另外，施加在试验片50的支架部分54上的负荷应力设定为550MPa和800MPa两种，序号为A1至A4及B1至B4的试验片50在550MPa应力下进行试验，序号为A5至A8及B5至B8的试验片50在800MPa应力下进行试验。上述另一边的支架部分54的弯曲角度设定在90度至100度之间。
表2示出负荷应力为550MPa时的疲劳试验测定结果。
[表2]
序号 扁平率Φ(％) Φ×d/R 断裂重复次数(万次) 备注
A1     0.87     0.31     33.8 本发明
A2     1.74     0.89     30.5
A3     1.15     0.46     31.5
A4     1.92     1.11     29.5
B1     5.22     1.85     13.5 比较例
B2     6.09     3.11     15.2
B3     5.77     2.31     14.6
B4     6.54     3.78     13.7
图7用图表示出了表2中扁平率Φ与断裂重复次数关系，图8用图表示出了表2中(Φ×d/R)与断裂重复次数关系。在图7及图8中，●记号表示弯曲部分56的形状满足了0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的试验片50(序号为A1至A4的试验片50)的测定结果，Δ记号表示弯曲部分56的形状不满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的试验片50(序号为B1至B4的试验片50)的测定结果。由表2、图7、图8可知，负荷应力为550MPa时，弯曲部分56的形状同时满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的试验片50(序号为A1至A4的试验片50)的断裂重复次数为29.5万次以上。另一方面，弯曲部分56的形状不满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的试验片50(序号为B1至B4的试验片50)的断裂重复次数为15.2万次以下。
由此结果可知，负荷应力为550MPa时，若弯曲部分56的形状同时满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的条件下成形，就能大幅度地增加弯曲部分56的断裂重复次数(疲劳寿命)。
下面，表3示出负荷应力为800MPa时的疲劳试验测定结果。
[表3]
序号 扁平率Φ(％) Φ×d/R 断裂重复次数(万次) 备注
A5     0.87     0.31     3.2 本发明
A6     1.74     0.89     3.7
A6     1.15     0.46     4.5
A8     1.92     1.11     4.0
B5     5.22     1.85     2.1 比较例
B6     6.09     3.11     1.5
B7     5.77     2.31     1.3
B8     6.54     3.78     1.2
图9用图表示出了表3中扁平率Φ与断裂重复次数的关系，图10用图表示出了表3中(Φ×d/R)与断裂重复次数的关系。图9及图10中，●记号表示弯曲部分56的形状满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的试验片50(序号为A5至A8的试验片50)的测定结果，Δ记号表示弯曲部分56的形状不满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的试验片50(序号为B5至B8的试验片50)的测定结果。由表3、图9、图10可知，负荷应力为800MPa时，弯曲部分56的形状同时满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的试验片50(序号为A5至A8的试验片50)的断裂重复次数为3.2万次以上。另一方面，弯曲部分56的形状不满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的试验片50(序号为B5至B8的试验片50)的断裂重复次数为2.1万次以下。
由此结果可知，即使负荷应力为800MPa，若弯曲部分56的形状同时满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系的条件下成形，也能大幅度地增加弯曲部分56的断裂重复次数(疲劳寿命)。
由以上的结果可知，对于通过热弯曲加工进行热处理的，在500MPa以上应力下使用的实心的稳定器10来说，弯曲部分16的扁平率Φ、弯曲加工前的原材料直径d与弯曲部分16的弯曲半径R的关系同时满足0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2时可得到具有优良耐久性能的稳定器10，本发明的有效性得到了确认。
由此，在本车辆用高应力稳定器10中，弯曲部分16的疲劳寿命可得到延长，提高稳定器的耐久性能。
另外，在上述实施例中只对车辆用高应力稳定器10中的弯曲部分16的形状与疲劳寿命的关系进行了说明，但车辆用高应力稳定器10中的弯曲部分18、20的形状也是在0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系成立的情况下成形的。

Claims (2)

1、一种通过对实心的圆柄钢材弯曲加工而成形的车辆用高应力稳定器，其特征在于，
在将上述实心的圆柄钢材的原材料直径记为d、弯曲部分的弯曲半径记为R、上述弯曲部分的截面的短径记为d1、上述弯曲部分的截面的长径记为d2、上述弯曲部分的截面扁平率Φ记为Φ＝(d2-d1)/d2×100时，上述弯曲部分是在0＜Φ≤4且(Φ×d/R)≤2关系成立的情况下成形的。
2、根据权利要求1所述的车辆用高应力稳定器，其特征在于，上述车辆用高应力稳定器使用在500MPa以上的应力下。
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