同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径的设计方法技术

本发明专利技术涉及同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径的设计方法，属于驾驶室悬置技术领域。本发明专利技术可根据驾驶室悬置对稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值，同轴式稳定杆的结构和材料特性参数，及橡胶套的内圆半径ra、长度Lx和材料特性参数，对橡胶套的外圆半径rb进行解析设计。通过实例计算及ANSYS仿真验证可知，利用该方法可得到准确可靠的同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径rb的设计值，不仅可提高同轴式驾驶室悬置及稳定杆系统的设计水平和质量，而且可在不增加成本的情况下，仅通过橡胶套外圆半径rb的调整设计，达到稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求，提高车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性；同时，还可降低设计及试验费用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于驾驶室悬置
。本专利技术可根据驾驶室悬置对稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值，同轴式稳定杆的结构和材料特性参数，及橡胶套的内圆半径ra、长度Lx和材料特性参数，对橡胶套的外圆半径rb进行解析设计。通过实例计算及ANSYS仿真验证可知，利用该方法可得到准确可靠的同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径rb的设计值，不仅可提高同轴式驾驶室悬置及稳定杆系统的设计水平和质量，而且可在不增加成本的情况下，仅通过橡胶套外圆半径rb的调整设计，达到稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求，提高车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性；同时，还可降低设计及试验费用。【专利说明】
本专利技术涉及车辆驾驶室悬置，特别是同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径的设计 方法。
技术介绍
橡胶衬套的结构尺寸，影响驾驶室悬置系统的侧倾角刚度，并且影响车辆的行驶 平顺性和乘坐舒适性，其中，橡胶套的外圆半径rb对稳定杆系统的侧倾角刚度具有重要影 响。在实际驾驶室悬置系统设计中，为了满足侧倾角刚度的设计要求，需要在其他结构不变 的情况下，通过对橡胶衬套结构进行设计调整，从而满足驾驶室侧倾角刚度的设计要求。然 而，由于受橡胶衬套变形及刚度耦合等关键问题的制约，对于同轴式驾驶室稳定杆系统的 橡胶套外圆半径r b的设计，一直未能给出可靠的解析设计方法，只能将橡胶衬套对稳定杆 系统刚度的影响，在0. 75?0· S5区间内选择的一个折算系数，对同轴式稳定杆其他结构参 数进行近似设计，因此，很难达到同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值。目 前，国内外对于同轴式驾驶室稳定杆系统，大都是利用 ANSYS仿真软件，通过实体建模对给 定结构的同轴式稳定杆系统的特性进行仿真验证，尽管可得到比较可靠的仿真数值，然而， 该方法由于不能提供精确的解析计算式，不能满足解析设计，更不能满足同轴式驾驶室稳 定杆系统CAD软件开发的要求。随着车辆行业快速发展及车辆行驶速度的不断提高，对同 轴式驾驶室悬置及稳定杆系统设计提出了更高的要求，车辆制造厂家迫切需要同轴式驾驶 室稳定杆系统CAD软件。因此，必须建立一种精确、可靠的同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆 半径的设计方法，以满足驾驶室悬置及稳定杆系统调整设计的要求，在不增加产品成本费 用的情况下，提高产品设计水平和质量，提高车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性；同时，降低 设计及试验费用，加快产品开发速度。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种简便、 可靠的，其设计流程图如图1所示；同轴 式驾驶室稳定杆系统的结构示意图如图2所示；稳定杆橡胶衬套的结构示意图如图3所示。 为解决上述技术问题，本专利技术所提供的同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径的设 计方法，其特征在于采用以下设计步骤。 ⑴驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度Kws设计要求值的计算： 根据稳定杆的悬置距离L。，及驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值 对驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度Kws的设计要求值进行计算，即 【权利要求】1.，其具体设计步骤如下： (1) 驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度Kws设计要求值的计算： 根据稳定杆的悬置距离L。，及驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值对驾驶 室稳定杆系统的侧倾线刚度Kws的设计要求值进行计算，即(2) 计算同轴式稳定杆在悬置位置处的线刚度Kw: 根据扭管的长度Lw，内径d，外径D，弹性模量E和泊松比y，及摆臂长度I1，对同轴式 驾驶室稳定杆系统在驾驶室悬置安装位置处的线刚度Kw进行计算，即(3) 确定以外圆半径rb为参变量的稳定杆橡胶衬套的径向刚度表达式Kx (rb): 根据橡胶套的内圆半径ra，长度Lx，弹性模量Ex和泊松比yx，以外圆半径rb作为待设 计参变量，确定以外圆半径rb为参变量的橡胶衬套的径向刚度表达式Kx (rb)，即(4) 橡胶套外圆半径rb设计数学模型的建立及设计： 根据步骤（1)中所确定的Kws，步骤（2)中计算得到的Kw，及步骤（3)中所建立的橡胶衬 套的径向刚度表达式Kx (rb)，利用稳定杆系统侧倾线刚度与稳定杆线刚度及橡胶衬套径向 刚度之间的关系，建立同轴式驾驶室稳定杆系统的橡胶套外圆半径rb的设计数学模型，即 (Kws-Kw)Kx (rb) +KwsKw =O； 利用Matlab计算程序，求解上述关于rb的方程，便可得到同轴式驾驶室稳定杆系统的 橡胶套外圆半径rb的设计值； (5)同轴式驾驶室稳定杆系统的刚度验算及ANSYS仿真验证： 根据同轴式稳定杆的结构参数和材料特性参数，橡胶衬套的结构参数和材料特性参数 及设计所得到的驾驶室稳定杆系统的橡胶套外圆半径rb，通过施加一定载荷F及变形计算， 对稳定杆系统的侧倾角刚度进行验算；同时，利用ANSYS仿真软件，建立与实施例相同参数 的仿真模型，施加与计算验算中相同的载荷F，对所设计驾驶室稳定杆系统的变形、侧倾角 和侧倾角刚度进行仿真验证，从而对本专利技术所提供的同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径 的设计方法进行验证。【文档编号】G06F17/50GK104268360SQ201410568572【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日 【专利技术者】周长城, 于曰伟, 李胜 申请人:山东理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径的设计方法，其具体设计步骤如下：(1)驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度Kws设计要求值的计算：根据稳定杆的悬置距离Lc，及驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值对驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度Kws的设计要求值进行计算，即(2)计算同轴式稳定杆在悬置位置处的线刚度Kw：根据扭管的长度Lw，内径d，外径D，弹性模量E和泊松比μ，及摆臂长度l1，对同轴式驾驶室稳定杆系统在驾驶室悬置安装位置处的线刚度Kw进行计算，即Kw=πE(D4-d4)32(1+μ)l12Lw;]]>(3)确定以外圆半径rb为参变量的稳定杆橡胶衬套的径向刚度表达式Kx(rb)：根据橡胶套的内圆半径ra，长度Lx，弹性模量Ex和泊松比μx，以外圆半径rb作为待设计参变量，确定以外圆半径rb为参变量的橡胶衬套的径向刚度表达式Kx(rb)，即Kx(rb)=1u(rb)+y(rb);]]>其中，u(rb)=1+μx2πExLx(lnrbra-rb2-ra2ra2+rb2),]]>y(rb)=a1I(0,αrb)+a2K(0,αrb)+a3+1+μx5πExLx(lnrb+rb2ra2+rb2),]]>a1=(1+μx)[K(1,αra)ra(ra2+3rb2)-K(1,αrb)rb(3ra2+rb2)]5πExLxαrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)](ra2+rb2),]]>a2=(μx+1)[I(1,αra)ra(ra2+3rb2)-I(1,αrb)rb(3ra2+rb2)]5πExLxαrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)](ra2+rb2),]]>a3=-(1+μx)(b1-b2+b3)5πExLxαrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)](ra2+rb2);]]>b1=[I(1,αra)K(0,αra)+K(1,αra)I(0,αra)]ra(ra2+3rb2),]]>b2=[I(1,αrb)K(0,αra)+K(1,αrb)I(0,αra)]rb(rb2+3rb2),]]>b3=αrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)][ra2+(ra2+rb2)lnra],]]>α=215/Lx,]]>Bessel修正函数I(0,αrb)，K(0,αrb)，I(1,αrb)，K(1,αrb)，I(1,αra)，K(1,αra)，I(0,αra)，K(0,αra)；(4)橡胶套外圆半径rb设计数学模型的建立及设计：根据步骤(1)中所确定的Kws，步骤(2)中计算得到的Kw，及步骤(3)中所建立的橡胶衬套的径向刚度表达式Kx(rb)，利用稳定杆系统侧倾线刚度与稳定杆线刚度及橡胶衬套径向刚度之间的关系，建立同轴式驾驶室稳定杆系统的橡胶套外圆半径rb的设计数学模型，即(Kws‑Kw)Kx(rb)+KwsKw＝0；利用Matlab计算程序，求解上述关于rb的方程，便可得到同轴式驾驶室稳定杆系统的橡胶套外圆半径rb的设计值；(5)同轴式驾驶室稳定杆系统的刚度验算及ANSYS仿真验证：根据同轴式稳定杆的结构参数和材料特性参数，橡胶衬套的结构参数和材料特性参数及设计所得到的驾驶室稳定杆系统的橡胶套外圆半径rb，通过施加一定载荷F及变形计算，对稳定杆系统的侧倾角刚度进行验算；同时，利用ANSYS仿真软件，建立与实施例相同参数的仿真模型，施加与计算验算中相同的载荷F，对所设计驾驶室稳定杆系统的变形、侧倾角和侧倾角刚度进行仿真验证，从而对本专利技术所提供的同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径的设计方法进行验证。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，李胜，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37