外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半徑的設計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半徑的設計方法，屬于駕駛室懸置【技術領域】。本發(fā)明可根據(jù)外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的結構和材料特性參數(shù)，利用穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側傾角剛度與扭管的等效線剛度及橡膠襯套的等效組合線剛度之間的關系，建立橡膠套外圓半徑的設計數(shù)學模型，并利用Matlab對其進行求解設計。通過設計實例及仿真驗證可知，該方法可得到準確可靠的橡膠套外圓半徑的設計值。利用該方法，可在不增加產品成本的前提下，僅通過橡膠襯套外圓半徑的調整設計，提高穩(wěn)定桿系統(tǒng)的設計水平、質量和性能，提高車輛行駛平順性和安全性；同時，還可降低設計及試驗費用，加快產品開發(fā)速度。
【專利說明】外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半徑的設計方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛駕駛室懸置，特別是外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半 徑的設計方法。

【背景技術】
[0002] 橡膠襯套由內圓套筒、橡膠套和外圓套筒組成，而橡膠套外圓半徑對駕駛室穩(wěn)定 桿系統(tǒng)的側傾角剛度具有重要影響。在實際駕駛室穩(wěn)定桿設計中，可在保持穩(wěn)定桿其他結 構參數(shù)不變的情況下，僅通過對橡膠套外圓半徑及其厚度的調整設計，調整駕駛室穩(wěn)定桿 系統(tǒng)的側傾角剛度，使其達到并滿足車輛側傾角剛度的設計要求值。然而，由于外偏置非同 軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)是一個由剛體、彈性體及柔性體三者組成的耦合體，并且扭管存有 彎曲和扭轉的耦合，其分析計算非常復雜，因此，對于外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套 外圓半徑的設計，國內、外一直未能給出可靠的解析設計方法。目前，國內外對于駕駛室穩(wěn) 定桿系統(tǒng)的設計，大都是利用ANSYS仿真軟件，通過實體建模對給定結構的駕駛室穩(wěn)定桿 系統(tǒng)的特性進行仿真驗證，盡管該方法可得到比較可靠的仿真數(shù)值，然而，由于仿真分析只 能對給定參數(shù)的穩(wěn)定桿特性進行仿真驗證，無法提供精確的解析設計式，不能實現(xiàn)解析設 計，更不能滿足駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)CAD軟件開發(fā)的要求。因此，必須建立一種精確、可靠的 外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半徑的設計方法，滿足駕駛室懸置及穩(wěn)定桿系統(tǒng) 側傾角剛度的實際調整設計要求，在不增加產品成本的前提下，提高產品設計水平、質量和 性能，提高車輛行駛平順性和安全性；同時，降低設計及試驗費用，加快產品開發(fā)速度。


【發(fā)明內容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種簡便、 可靠的外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半徑的設計方法，其設計流程圖如圖1所 示；外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的結構示意圖如圖2所示；穩(wěn)定桿橡膠襯套的結構 示意圖如圖3所示；穩(wěn)定桿系統(tǒng)變形及擺臂位移的幾何關系圖如圖4所示。
[0004] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓 半徑的設計方法，其特征在于采用以下設計步驟：
[0005] (1)駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側傾線剛度Kws設計要求值的計算：
[0006] 根據(jù)駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側傾角剛度設計要求值穩(wěn)定桿的懸置距離L。，對該 駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側傾線剛度Kws的設計要求值進行計算，即
[0007]

【權利要求】
1.外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半徑的設計方法，其具體設計步驟如下： (1) 駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側傾線剛度Kws設計要求值的計算： 根據(jù)駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側傾角剛度設計要求值穩(wěn)定桿的懸置距離L。，對該駕駛 室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側傾線剛度Kws的設計要求值進行計算，即
(2) 外偏置非同軸式駕駛室扭管的等效線剛度Kt的計算： 根據(jù)扭管長度Lw，內徑d，外徑D，外偏置量T，彈性模量E和泊松比μ，及擺臂長度I1, 對穩(wěn)定桿的扭管在駕駛室懸置安裝位置處的等效線剛度Kt進行計算，即
(3) 外偏置非同軸式穩(wěn)定桿橡膠襯套的等效組合線剛度表達式Kx(rb)的建立： ① 建立橡膠襯套徑向剛度表達式kx(rb) 根據(jù)橡膠套的內圓半徑ra，長度Lx，彈性模量Ex和泊松比μx，以橡膠套外圓半徑rb為 待設計參變量，建立穩(wěn)定桿橡膠襯套的徑向剛度表達式kx(rb)，即
Bessel修正函數(shù)I(0，arb)，K(0,arb)，I(1，arb)，K(l,arb)， I(1，αra)，Κ(1，αra)，I(〇,αra)，Κ(0,αra); ② 外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭轉橡膠襯套的載荷系數(shù)Hf的計算 根據(jù)扭管長度Lw，泊松比μ，外偏置量T，及擺臂長度I1，對扭轉橡膠襯套的載荷系數(shù) ~進行計算，即
③建立外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠襯套的等效組合線剛度表達式Kx (rb) 根據(jù)①步驟中所建立的橡膠襯套的徑向剛度表達式kx(rb)，及②步驟中計算得到的扭 轉橡膠襯套的載荷系數(shù)Hf，建立外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠襯套的等效組合線剛 度表達式K..(r
J,即 (4) 外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半徑rb設計數(shù)學模型的建立及其設計： 根據(jù)步驟（1)中計算得到的駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側傾線剛度的設計要求值Kws，步驟（2) 中計算得到的扭管的等效線剛度Kt，及步驟（3)中的③步驟所建立的穩(wěn)定桿橡膠襯套的等 效組合線剛度表達式Kx (rb)，建立外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半徑rb的設計 數(shù)學模型，即 KtKx (rb)-KwsKx (rb)-KwsKt =O； 利用Matlab程序，求解上述關于rb的方程，便可得到外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡 膠套外圓半徑rb的設計值； (5) 外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側傾角剛度的ANSYS仿真驗證： I利用ANSYS有限元仿真軟件，根據(jù)橡膠套外圓半徑rb的設計值及該外偏置非同軸式 駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的其他結構參數(shù)和材料特性參數(shù)，建立ANSYS仿真模型，劃分網(wǎng)格，并在 擺臂的懸置安裝位置處施加載荷F，對穩(wěn)定桿系統(tǒng)的變形進行ANSYS仿真，得到穩(wěn)定桿系統(tǒng) 在擺臂最外端的變形位移量fA ; II根據(jù)所設計的橡膠套的外圓半徑rb，橡膠襯套的其他結構及材料特性參數(shù)，利用步 驟（3)中的①步驟所建立的橡膠襯套的徑向剛度計算式kx(rb)，求得所設計橡膠襯套的徑 向剛度kx ; III根據(jù)ANSYS仿真所得到的擺臂最外端的變形位移量fA，擺臂長度I1，擺臂的懸置安 裝位置到最外端的距離ΛI1，穩(wěn)定桿的懸置距離L。，在擺臂的懸置安裝位置處所施加的載 荷F，及II步驟中計算得到的橡膠襯套的徑向剛度kx，利用穩(wěn)定桿系統(tǒng)變形及擺臂位移的 幾何關系，對所設計的外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側傾角剛度I的ANSYS仿真驗證 值，進行計算，即

將該非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側傾角剛度的ANSYS仿真驗證值；，與設計要求值 進行比較，從而對本發(fā)明所提供的外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠套外圓半徑的設 計方法的正確性及參數(shù)設計值的可靠性進行驗證。
【文檔編號】G06F17/50GK104318040SQ201410665064
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權日:2014年11月19日
【發(fā)明者】周長城, 于曰偉 申請人:山東理工大學