内偏置非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内偏置非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内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的结构参数和材料特性参数，利用侧倾角刚度与稳定杆的等效线刚度和橡胶衬套的径向刚度，及等效组合线刚度之间的关系，建立橡胶套外圆半径设计数学模型，并利用Matlab对其进行求解设计。通过实例设计及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径的设计值，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，提高稳定杆系统设计水平、质量和性能，提高车辆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】

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外圆半 径的设计方法。
技术介绍
橡胶衬套是由内圆套筒、橡胶套和外圆套筒组成，而橡胶套外圆半径及厚度，对驾 驶室稳定杆系统的侧倾角刚度具有重要影响。在实际驾驶室设计中，经常采用在稳定杆结 构确定情况下，通过对橡胶套外圆半径及其厚度的调整设计，使驾驶室稳定杆系统达到侧 倾角刚度的设计要求。然而，由于内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统是一个由刚体、弹性体 及柔性体三者组成的耦合体，并且由于扭管的内偏置，致使扭管的弯曲变形和扭转变形之 间也存有耦合，其分析计算非常复杂，对于内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径 及其厚度的调整设计，国内、外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，满足驾驶室悬置及稳定杆 系统侧倾角刚度的实际调整设计要求，在不增加产品成本的前提下，提高产品设计水平、质 量和性能，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，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外圆 半径的设计方法，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 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：根据稳定杆的侧倾角刚度设计要求值悬置距离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)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;]]>(4)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(rb)建立：①建立橡胶衬套径向刚度的表达式kx(rb)：根据橡胶套的长度Lx，内圆半径ra，弹性模量Ex和泊松比μx，以橡胶套的外圆半径rb为待设计参变量，建立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)=(lnrbra-rb2-ra2ra2+rb2)1+μx2πExLx,]]>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,ara)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建立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(rb)：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(rb)，及步骤(3)中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数βF，以橡胶套外圆半径rb为参变量，建立稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(rb)，即KX=(rb)=kX(rb)TβFl1+(1+βF)T;]]>(5)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径rb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(4)中所建立的稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(rb)，建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径rb的设计数学模型，即KTKX(rb)‑KwsKX(rb)‑KTKws＝0；利用Matlab程序，求解上述关于rb的方程，便可得到非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径rb的设计值；(6)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，根据橡胶套外圆半径rb设计值及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，并在摆臂的悬置位置处施加载荷F，对稳定杆系统的变形进行ANSYS仿真，得到稳...

【技术特征摘要】
1.内偏置非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： 根据稳定杆的侧倾角刚度设计要求值，悬置距离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) 扭转橡胶衬套的载荷系数的计算： 根据扭管的长度Lw，泊松比y，内偏置量T，及摆臂长度，对扭转橡胶衬套的载荷系数 1^进行计算，即(4) 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(rb)建立： ①建立橡胶衬套径向刚度的表达式kx(rb): 根据橡胶套的长度Lx，内圆半径ra，弹性模量Ex和泊松比yx，以橡胶套的外圆半径rb 为待设计参变量，建立橡胶衬套的径向刚度表达式kx(rb)，即Bessel修正函数I(0,arb),K(0,arb),I(1，arb),K(l，arb),I(1，ara),K(l，ara)， 1(0,ara),K(0,ara)； ②建立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(rb): 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(rb)，及步骤（3)中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数，以橡胶套外圆半径rb为参 变量，建立稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(rb)，即(5) 内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径rb设计数学模型的建立及其求解设 计： 根据步骤（1...

【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