內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑的設計方法
2023-05-12 06:10:31
內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑的設計方法
【專利摘要】本發明涉及內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑的設計方法，屬於駕駛室懸置【技術領域】。本發明可根據內偏置非同軸式駕駛室穩定杆系統的結構參數和材料特性參數，利用側傾角剛度與穩定杆的等效線剛度和橡膠襯套的徑向剛度，及等效組合線剛度之間的關係，建立橡膠套外圓半徑設計數學模型，並利用Matlab對其進行求解設計。通過實例設計及ANSYS仿真驗證可知，該方法可得到準確可靠的內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑的設計值，為駕駛室穩定杆系統提供了可靠的設計方法。利用該方法可在不增加產品成本的前提下，提高穩定杆系統設計水平、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。
【專利說明】內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑的設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及車輛駕駛室懸置，特別是內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半 徑的設計方法。
【背景技術】
[0002] 橡膠襯套是由內圓套筒、橡膠套和外圓套筒組成，而橡膠套外圓半徑及厚度，對駕 駛室穩定杆系統的側傾角剛度具有重要影響。在實際駕駛室設計中，經常採用在穩定杆結 構確定情況下，通過對橡膠套外圓半徑及其厚度的調整設計，使駕駛室穩定杆系統達到側 傾角剛度的設計要求。然而，由於內偏置非同軸式駕駛室穩定杆系統是一個由剛體、彈性體 及柔性體三者組成的耦合體，並且由於扭管的內偏置，致使扭管的彎曲變形和扭轉變形之 間也存有耦合，其分析計算非常複雜，對於內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑 及其厚度的調整設計，國內、外一直未能給出可靠的解析設計方法。目前，國內外對於駕駛 室穩定杆系統的設計，大都是利用ANSYS仿真軟體，通過實體建模對給定結構的駕駛室穩 定杆系統的特性進行仿真驗證，儘管該方法可得到比較可靠的仿真數值，然而，由於仿真分 析只能對給定參數的穩定杆特性進行仿真驗證，無法提供精確的解析設計式，不能實現解 析設計，更不能滿足駕駛室穩定杆系統CAD軟體開發的要求。因此，必須建立一種精確、可 靠的內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑的設計方法，滿足駕駛室懸置及穩定杆 系統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，加快產品開發速度。
【發明內容】
[0003] 針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種簡便、 可靠的內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑的設計方法，其設計流程圖如圖1所 示；內偏置非同軸式駕駛室穩定杆系統的結構示意圖，如圖2所示；穩定杆橡膠襯套的結構 示意圖如圖3所示，穩定杆系統變形及擺臂位移的幾何關係，如圖4所示。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明所提供的內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓 半徑的設計方法，其特徵在於採用以下設計步驟：
[0005] (1)駕駛室穩定杆系統側傾線剛度Kws設計要求值的計算：
[0006] 根據穩定杆的側傾角剛度設計要求值，懸置距離L。，對該駕駛室穩定杆系統的 側傾線剛度Kws的設計要求值進行計算，即
[0007]
【權利要求】
1.內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑的設計方法，其具體設計步驟如下： (1) 駕駛室穩定杆系統側傾線剛度Kws設計要求值的計算： 根據穩定杆的側傾角剛度設計要求值，懸置距離L。，對該駕駛室穩定杆系統的側傾 線剛度Kws的設計要求值進行計算，即
(2) 內偏置非同軸式穩定杆的等效線剛度&的計算： 根據扭管的長度Lw，內偏置量T，內徑d，外徑D，彈性模量E和泊松比y，及擺臂長度 1:，對穩定杆在駕駛室懸置安裝位置處的等效線剛度KT進行計算，即
(3) 扭轉橡膠襯套的載荷係數的計算： 根據扭管的長度Lw，泊松比y，內偏置量T，及擺臂長度，對扭轉橡膠襯套的載荷係數 1^進行計算，即
(4) 內偏置非同軸式穩定杆橡膠襯套的等效組合線剛度表達SKx(rb)建立： ①建立橡膠襯套徑向剛度的表達式kx(rb): 根據橡膠套的長度Lx，內圓半徑ra，彈性模量Ex和泊松比yx，以橡膠套的外圓半徑rb 為待設計參變量，建立橡膠襯套的徑向剛度表達式kx(rb)，即
Bessel修正函數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建立內偏置非同軸式穩定杆橡膠襯套的等效組合線剛度表達式Kx(rb): 根據擺臂長度li，扭管的內偏置量T，①步驟中所建立的橡膠襯套的徑向剛度表達式kx(rb)，及步驟（3)中計算得到的扭轉橡膠襯套的載荷係數，以橡膠套外圓半徑rb為參 變量，建立穩定杆橡膠襯套的等效組合線剛度表達式Kx(rb)，即
(5) 內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑rb設計數學模型的建立及其求解設 計： 根據步驟（1)中計算得到的駕駛室穩定杆系統的側傾線剛度的設計要求值Kws，步驟 (2)中計算得到的穩定杆的等效線剛度KT，及步驟（4)中所建立的穩定杆橡膠襯套的等效 組合線剛度表達式Kx(rb)，建立內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑rb的設計數 學模型，即 KTKx(rb)-KwsKx(rb)-KTKws = 〇 ； 利用Matlab程序，求解上述關於rb的方程，便可得到非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外 圓半徑rb的設計值； (6) 內偏置非同軸式駕駛室穩定杆系統側傾角剛度的ANSYS仿真驗證： I利用ANSYS有限元仿真軟體，根據橡膠套外圓半徑rb設計值及駕駛室穩定杆系統的 其他結構參數和材料特性參數，建立ANSYS仿真模型，劃分網格，並在擺臂的懸置位置處施 加載荷F，對穩定杆系統的變形進行ANSYS仿真，得到穩定杆系統在擺臂最外端的變形位移 量; II根橡膠套的外半徑設計值rb及其他結構參數和材料特性參數，利用步驟（4)中的① 步驟中的徑向剛度計算式，計算得到所設計橡膠襯套的徑向剛度kx ; III根據ANSYS仿真所得到的擺臂最外端的變形位移量fA，擺臂長度^，擺臂的懸置 位置到最外端的距離A，穩定杆的懸置距離L。，在擺臂的懸置位置處所施加的載荷F，及 II步驟中計算得到的橡膠襯套徑向剛度kx，利用穩定杆系統變形及擺臂位移的幾何關係， 對所設計的內偏置非同軸式駕駛室穩定杆系統側傾角剛度&的ANSYS仿真驗證值，進行計 算，即
將該駕駛室穩定杆系統側傾剛度的ANSYS仿真驗證值 < 與設計要求值^^進行比較， 從而對本發明所提供的內偏置非同軸式駕駛室穩定杆橡膠套外圓半徑的設計方法及參設 計值進行驗證。
【文檔編號】G06F17/50GK104408235SQ201410612108
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】周長城, 於曰偉 申請人:山東理工大學