本发明专利技术涉及内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计方法，属于驾驶室悬置技术领域。本发明专利技术根据稳定杆系统的侧倾角刚度要求值，与稳定杆的等效线刚度和橡胶衬套的载荷系数、径向刚度、等效组合线刚度之间及橡胶套长度之间的关系，建立了内偏置非同轴式稳定杆橡胶套长度设计数学模型，并利用Matlab对其进行求解设计，可得到准确可靠的橡胶套长度设计值，为驾驶室稳定杆系统提供了可靠的设计方法。利用该方法，可在不增加产品成本的前提下，仅通过橡胶衬套长度的调整设计，提高稳定杆系统的设计水平、质量和性能，满足驾驶室悬置对稳定杆侧倾角刚度的设计要求，提高车辆的行驶平顺性和安全性；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
。本专利技术根据稳定杆系统的侧倾角刚度要求值，与稳定杆的等效线刚度和橡胶衬套的载荷系数、径向刚度、等效组合线刚度之间及橡胶套长度之间的关系，建立了内偏置非同轴式稳定杆橡胶套长度设计数学模型，并利用Matlab对其进行求解设计，可得到准确可靠的橡胶套长度设计值，为驾驶室稳定杆系统提供了可靠的设计方法。利用该方法，可在不增加产品成本的前提下，仅通过橡胶衬套长度的调整设计，提高稳定杆系统的设计水平、质量和性能，满足驾驶室悬置对稳定杆侧倾角刚度的设计要求，提高车辆的行驶平顺性和安全性；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，特别是内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的 设计方法。
技术介绍
内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统是由摆臂、扭管和橡胶衬套所组成的，但却是 一个由刚体、弹性体及柔性体三者组成的耦合体，其分析计算非常复杂。其中，橡胶衬套由 内圆套筒、橡胶套和外圆套筒组成，而橡胶套的长度对驾驶室稳定杆系统的侧倾角刚度具 有重要影响。在驾驶室实际设计中，经常采用在稳定杆结构确定情况下，通过对橡胶套长度 的设计或调整，使驾驶室稳定杆系统达到侧倾角刚度的设计要求。然而，由于受橡胶衬套变 形解析计算、扭管的扭转变形和弯曲变形的相互耦合，及扭转橡胶衬套载荷增加量等关键 问题的制约，对于内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的调整设计，一直未能给出可 靠的解析设计方法。目前，国内外对于驾驶室稳定杆系统的设计，大都是利用ANSYS仿真 软件，通过实体建模对给定结构的驾驶室稳定杆系统的特性进行仿真验证，尽管该方法可 得到比较可靠的仿真数值，然而，由于ANSYS仿真分析只能对给定参数的稳定杆特性进行 仿真验证，无法提供精确的解析设计式，不能实现解析设计，更不能满足驾驶室稳定杆系统 CAD软件开发的要求。因此，必须建立一种精确、可靠的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶 套长度的设计方法，满足驾驶室悬置及稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求，提高产品设计 水平和质量，提高车辆行驶平顺性和安全性；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； 内偏置非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；稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系图如图4所示。 为解决上述技术问题，本专利技术所提供的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度 的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤： (1)驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度Kws设计要求值的计算： 根据稳定杆的侧倾角刚度设计要求值悬置安装距离L。，对该驾驶室稳定杆系 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： 根据稳定杆的侧倾角刚度设计要求值；，悬置安装距离L。，对该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) 内偏置非同轴式稳定杆的等效线刚度&的计算： 根据扭管的长度Lw，内偏置量T，内径d，外径D，弹性模量E和泊松比y，及摆臂长度 1:，对稳定杆在驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度KT进行计算，即(3) 内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达SKX(LX)建立： ① 建立橡胶衬套径向刚度表达式kx(Lx) 根据橡胶套的内圆半径ra，外圆半径rb，弹性模量Ex和泊松比y x，以橡胶套长度Lx为 待设计参变量，建立稳定杆橡胶衬套的径向刚度表达式kx(Lx)，即Bessel 修正函数 I (0，a rb)，K(0, a rb)，I (1，a rb)，K(l, a rb)， I (1, a ra), K(l, a ra), I (0, a ra), K(0, a ra)； ② 扭转橡胶衬套的载荷系数0 F的计算： 根据扭管的长度Lw，泊松比i!，内偏置量T，及摆臂长度li，对扭转橡胶衬套的载荷系数 1^进行计算，即③内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式KX(LX)的建立： 根据摆臂长度li，扭管的内偏置量T，①步骤中所建立的橡胶衬套的径向刚度表达式 kx(Lx)，及②步骤中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数0 F，建立稳定杆橡胶衬套的等效 组合线刚度表达式KX(LX)，即(4) 内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度Lx设计数学模型的建立及其求解设计： 根据步骤（1)中计算得到的驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度的设计要求值Kws，步骤 (2)中计算得到的稳定杆的等效线刚度KT，及步骤（3)中所建立的稳定杆橡胶衬套的等效 组合线刚度表达式KX(LX)，建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度Lx的设计数学模 型，即利用Matlab程序，求解上述关于Lx的方程，便可得到内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡 胶套长度Lx的设计量； (5) 内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的ANSYS仿真验证： I利用ANSYS有限元仿真软件，根据橡胶套长度Lx设计值及该驾驶室稳定杆系统的其 他结构参数和材料特性参数，建立ANSYS仿真模型，划分网格，并在摆臂悬置位置施加载荷 F，对稳定杆系统的变形进行ANSYS仿真，得到稳定杆系统在摆臂最外端的变形位移量fA ; II根据橡胶套长度1^设计值及其他结构参数和材料特性参数，利用步骤（3)的①步 骤中的径向刚度计算式，计算求得所设计橡胶衬套的径向刚度kx ; III根据ANSYS仿真所得到的摆臂最外端的变形位移量fA，摆臂长度^，摆臂的悬置位 置到最外端的距离△ Ml定杆悬置距离L。，在摆臂的悬置位置处所施加的载荷F，及II步 骤中计算得到的橡胶衬套径向刚度kx，利用稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系，对所 设计的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度&的ANSYS仿真验证值，进行计算， 即将该非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的ANSYS的仿真验证值与设计要求值 I,进行比较，从而对本专利技术所提供的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计方 法及参数设计值进行验证。【文档编号】G06F17/50GK104281759SQ201410609290【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日 【专利技术者】周长城, 于曰伟 申请人:山东理工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计方法，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：根据稳定杆的侧倾角刚度设计要求值悬置安装距离Lc，对该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)内偏置非同轴式稳定杆的等效线刚度KT的计算：根据扭管的长度Lw，内偏置量T，内径d，外径D，弹性模量E和泊松比μ，及摆臂长度l1，对稳定杆在驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度KT进行计算，即KT=πE(D4-d4)32(1+μ)(l1-T)2LW;]]>(3)内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(Lx)建立：①建立橡胶衬套径向刚度表达式kx(Lx)根据橡胶套的内圆半径ra，外圆半径rb，弹性模量Ex和泊松比μx，以橡胶套长度Lx为待设计参变量，建立稳定杆橡胶衬套的径向刚度表达式kx(Lx)，即kx(Lx)=1u(Lx)+y(Lx);]]>其中，u(Lx)=(lnrbra-rb2-ra2ra2+rb2)1+μx2πExLx,]]>y(Lx)=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+3ra2),]]>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)；②扭转橡胶衬套的载荷系数βF的计算：根据扭管的长度LW，泊松比μ，内偏置量T，及摆臂长度l1，对扭转橡胶衬套的载荷系数βF进行计算，即βF=24(1+μ)(l1-T)TLW2;]]>③内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(Lx)的建立：根据摆臂长度l1，扭管的内偏置量T，①步骤中所建立的橡胶衬套的径向刚度表达式kx(Lx)，及②步骤中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数βF，建立稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(Lx)，即KX(Lx)=kX(Lx)TβFl1+(1+βF)T;]]>(4)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度Lx设计数学模型的建立及其求解设计：根据步骤(1)中计算得到的驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度的设计要求值Kws，步骤(2)中计算得到的稳定杆的等效线刚度KT，及步骤(3)中所建立的稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(Lx)，建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度Lx的设计数学模型，即KTKX(Lx)‑KwsKX(Lx)‑KwsKT＝0；利用Matlab程序，求解上述关于Lx的方程，便可得到内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度Lx的设计量；(5)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的ANSYS仿真验证：I 利用ANSYS有限元仿真软件，根据橡胶套长度Lx设计值及该驾驶室稳定杆系统的其他结构参数和材料特性参数，建立ANSYS仿真模型，划分网格，并在摆臂悬置位置施加载荷F，对稳定杆系统的变形进行ANSYS仿真，得到稳定杆系统在摆臂最外端的变形位移量fA...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，于曰伟，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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