号数ばね論文集56号（2011年）
ページ数pp.13-18
種類論文
論文名スタビライザの肩部形状最適化による耐久性向上
TitleImproving Durability of Stabilizer Bar by Optimizing Shoulder Shape
著者酒井忠司1) 西沢真一1)
AuthorTadashi SAKAI 1) Shinichi NISHIZAWA 1)
抄録自動車サスペンション用スタビライザは通常,車体部品との干渉回避の観点からその製品形状が決められる.また,その材料径は目標となる車体のロール剛性を満たすように決定される.従って設計者にとっては,発生する応力を調整する自由度がほとんどないのが現状である.耐久性を向上させるためには,例えば高応力材を使用するなどの材料的なアプローチや,ショットピーニングを効率的に行う製造的アプローチなど,これまでにいくつかの方法がとられてきた.また,応力は通常曲げ部で高くなる傾向があるが,曲げ部の半径を大きくすることで応力を低下させることができることもわかっている.しかし,この手法は他部品との干渉が問題になる場合や,クランプ位置の変更が難しい場合には適用できない. 本研究では,前述した手法とは異なり,曲げ形状を微調整して曲げ部の応力分布を低減させる手法を提案する.曲げ部の形状を通常の円弧（一定半径）形状から非円弧（本研究ではベジエ曲線を使用）形状へ適切に調整することで,応力低減率が8.8%に達するものも現れた.これは耐久性が約1.7〜1.8倍に伸びることに相当する.このようなことが実現できたのは,曲げ部の中で高い応力箇所の曲率を局部的に小さくし,逆に低い応力箇所の曲率を大きくすることによって,曲げ部内での応力分布が平坦化されたためである. 本論文では,応力低減率がスタビライザの形状に依存し,さらに円弧曲げ形状でのオリジナル応力分布にも依存することを示す.また,曲げ部の半径を徐変させるだけでなく,一つの曲げ部を,複数の異なる半径をもつ円弧の組み合わせで表現することでも応力低減が可能であることを実証する.
AbstractThe shape of a stabilizer bar for automobile suspension systems is usually designed from the standpoint of avoiding physical interference with other components. Also, the diameter of the bar is usually pre-selected and fixed to achieve a desired vehicle anti-roll stiffness. Therefore, engineers/designers have little design flexibility to adjust the resultant stress that a given bar will experience in use. In order to improve the durability of stabilizer bars, there are conventional approaches such as a material approach (for example using high strength materials) or a manufacturing approach (for example using efficient shot peening process). It is also known that increasing the radius of bend portions will reduce stress since high stress usually occurs at bends, but this approach is not always possible when interference to other components becomes an issue or when the clamping position of the bar is difficult to change. Unlike conventional methods mentioned above, this paper provides a method to reduce the stress at a bend by slightly modifying the bend shape. By properly adjusting the bend shape from an arc (constant radius) to a non-constant radius curve (Bezier curves are used in this study), stress reduction could be as much as 8.8％, thereby extending the fatigue life of the bar approximately 1.7−1.8 times. This is accomplished by decreasing curvature in high stress areas and increasing curvature in low stress areas, resulting in flat stress distributions. This paper shows that the stress reduction depends on the bar shape and the stress distribution of the original bend shape. It is also shown that a stress reduction can be achieved by creating the bend, not only with continuously changing radius, but also with a series of arcs with different radius.
著者の所属1)NHKインターナショナル株式会社
Belonging1)NHK International Corporation
Key WordsStabilizer bar, Optimal shoulder shape, Stress reduction, Durability