同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销轴直径的设计方法
【专利摘要】本发明涉及同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销轴直径的设计方法，属于驾驶室悬置【技术领域】。本发明可根据侧倾角刚度的设计要求值，稳定杆的结构、橡胶套的长度Lx及材料特性参数，对同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销轴直径dx进行解析设计。通过实例计算及仿真验证可知，利用该方法可得到准确可靠的同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销轴直径dx设计值，为驾驶室稳定杆系统设计及CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法不仅可提高同轴式驾驶室稳定杆系统的设计水平，而且可在不增加成本的情况下，仅通过橡胶衬套销轴直径dx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】同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销轴直径的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆驾驶室悬置，特别是同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销轴直径的设 计方法。
【背景技术】
[0002] 稳定杆橡胶衬套销轴直径的设计，对橡胶套的内、外圆半径及厚度有影响，因此， 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，需要在不改变其他结构参数的情况下，仅通过对橡胶衬套销轴直径及 橡胶衬套结构参数的调整设计，达到满足驾驶室稳定杆系统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 衬套销轴直径及橡胶衬套结构参数的设计，一直未能给出可靠的解析设计方法，大都只是 将橡胶衬套对稳定杆系统刚度的影响，在〇.75?0. 85区间内选择的一个折算系数，对稳定 杆系统的其他结构参数进行近似设计，因此，很难达到驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的设 计要求。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参数进行仿真验证，尽管可得到比较可靠 的特性参数仿真数值，然而该方法由于不能提供精确的解析计算式，因此，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衬套销轴直径的设计方法，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，仅通过橡胶衬套结构及销轴直径的调整设 计，提高驾驶室悬置及稳定杆系统的设计水平和质量，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。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、 可靠的同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销轴直径的设计方法，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 /Jn〇
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销轴直径的 设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：
[0005] (1)驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度Kws设计要求值的计算：
[0006] 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夂_， 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
[0007]
【权利要求】
1.同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销轴直径的设计方法，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μ，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) 确定以销轴直径4为参变量的橡胶衬套径向刚度表达式Kx (dx): 根据橡胶套的厚度hx，长度Lx，弹性模量Ex和泊松比μx，以销轴直径dx为待设计参变 量，则橡胶套的内圆半径匕可表示为ra =dx/2+δ，外圆半径rb可表示为rb =dx/2+δ+hx, 因此，以销轴直径dx为参变量的橡胶衬套径向刚度表达式Kx (dx)，可表示为：
Bessel修正函数I(0，arb)，K(0,arb)，I(1，arb)，K(l,arb)， I(1，αra)，Κ(1，αra)，I(〇,αra)，Κ(0,αra); (4) 橡胶衬套销轴直径4设计数学模型的建立及其设计： 根据步骤⑴中所确定的Kws，步骤⑵中计算得到的Kw，及步骤⑶中所确定的以销 轴直径dx为参变量的橡胶衬套径向刚度表达式Kx (dx)，利用稳定杆系统刚度Kws与稳定杆线 刚度Kw及橡胶衬套径向刚度Kx(dx)之间关系，建立同轴式驾驶室稳定杆系统的橡胶衬套销 轴直径dx设计数学模型，即 (Kws-Kw)Kx(Cl x)+KwsKw = O; 利用Matlab计算程序，求解上述关于dx的方程，便可得到同轴式驾驶室稳定杆系统的 橡胶衬套销轴直径dx的设计值； (5)同轴式驾驶室稳定杆系统刚度的验算及ANSYS仿真验证： 根据同轴式稳定杆的结构参数及所设计得到的驾驶室稳定杆系统的橡胶衬套销轴直 径dx，材料特性参数，橡胶衬套的结构参数和材料特性参数，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，从而对本发明所提供的同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套销 轴直径的设计方法进行验证。
【文档编号】G06F17/50GK104318018SQ201410573109
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】周长城, 宋群, 程正午, 曹海琳, 高炳凯, 毛少坊 申请人:山东理工大学