外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管外偏置量的设计方法
【专利摘要】本发明涉及外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管外偏置量的设计方法，属于驾驶室悬置【技术领域】。本发明根据外偏置非同轴式驾驶室稳定杆及橡胶衬套的结构和材料特性参数，以扭管外偏置为参变量，通过稳定杆系统侧倾线刚度，与橡胶衬套的等效组合线刚度及扭管的等效线刚度之间的关系，建立了扭管外偏置量的设计数学模型，并利用Matlab程序对其进行求解设计。通过设计实例及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的扭管外偏置量设计值。利用该方法，可在不增加产品成本的前提下，仅通过扭管外偏置量的设计，提高稳定杆系统的设计水平，满足稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求，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。
【专利说明】外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管外偏置量的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆驾驶室息置，特别是外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管外偏置 量的设计方法。
【背景技术】
[0002] 外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管轴也与扭转橡胶衬套的轴也不同轴，其 中，扭管相对于扭转橡胶衬套向外有一偏置量。当稳定杆工作时，外偏置的扭管不仅受到扭 转变形，同时还受到弯曲变形，因此，外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管外偏置量， 对侧倾角刚度具有重要影响。在稳定杆系统实际设计中，可在保持其他结构参数不变的条 件下，通过对扭管外偏置量的设计，使得侧倾角刚度满足驾驶室稳定杆系统设计的要求。然 而，由于外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H者组成的禪 合体，且橡胶衬套的刚度计算非常复杂，此外，外偏置的扭管还存有弯曲和扭转及载荷的相 互禪合，因此，对于外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管外偏置量的设计，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进行验证，不 能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。随着车辆行业的快速发展及车辆行驶速度的不断提高，对驾驶室息置及稳定杆 系统设计提出了更高的要求。因此，必须建立一种精确、可靠的外偏置非同轴式驾驶室稳定 杆的扭管外偏置量的设计方法，满足驾驶室息置及稳定杆系统设计的要求，提高产品设计 水平、质量和性能，提高车辆的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。
【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、 可靠的外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管外偏置量的设计方法，其设计流程图如图1所 示；外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。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管外偏 置量的设计方法，其特征在于采用W下设计步骤：
[000引 （1)驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度设计要求值的计算：
[0006] 根驾驶室稳定杆系统的侧倾角刚度设计要求值吃，?稳定杆的息置距离L。，对驾驶 室稳定杆系统的侧倾线刚度的设计要求值进行计算，即
[0007] 360K. 瓦Li
[0008] (2)建立外偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx讯：
[0009] ①橡胶衬套径向刚度kx的计算
[0010] 根据橡胶套的内圆半径r。，外圆半径IV长度L,，弹性模量E,和泊松比y ,，对驾驶 室稳定杆橡胶衬套的径向刚度k,进行计算，即
【权利要求】
1.外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管外偏置量的设计方法，其具体设计步骤如下： (1) 驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度Kws设计要求值的计算： 根驾驶室稳定杆系统的侧倾角刚度设计要求值，稳定杆的悬置距离L。，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) 建立外偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(T): ① 橡胶衬套径向刚度kx的计算 根据橡胶套的内圆半径ra，外圆半径rb，长度Lx，弹性模量E x和泊松比y x，对驾驶室稳 定杆橡胶衬套的径向刚度kx进行计算，即
Bessel 修正函数 I (0，a rb)，K(0, a rb)，I (1，a rb)，K(l, a rb)， I (I, a ra), K(l, a ra), I (0, a ra), K(0, a ra)； ② 外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭转橡胶衬套的载荷系数表达式nF(T)的确定 根据扭管长度Lw，泊松比y，及摆臂长度I1，以扭管的外偏置量T为待设计参变量，确 定扭转橡胶衬套的载荷系数表达式nF(T)，即
③ 建立外偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达SKx(T) 根据①步骤中计算所得到的橡胶衬套的径向刚度kx，及②步骤中所建立的扭转橡胶衬 套的载荷系数nF(T)表达式，以扭管的外偏置量T为待设计参变量，确定外偏置非同轴式 稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(T)，即
(3) 建立外偏置非同轴式驾驶室扭管的等效线刚度表达式Kt(T): 根据扭管长度Lw，内径d，外径D，弹性模量E和泊松比y，外偏置量T，及摆臂长度I1, 以扭管的外偏置量T为待设计参变量，建立外偏置非同轴式稳定杆的扭管在驾驶室悬置安 装位置处的等效线刚度表达式Kt (T)，即
(4) 建立外偏置非同轴式驾驶室稳定杆扭管外偏置量T的设计数学模型并对其进行设 计： 根据步骤（1)中计算得到的稳定杆系统侧倾线刚度设计要求值Kws，步骤（2)中所确定 的橡胶衬套的等效组合线刚度的表达式Kx(T),及步骤（3)中所确定的扭管的等效线刚度的 表达式Kt(T)，建立外偏置非同轴式驾驶室稳定杆扭管外偏置量T的设计数学模型，即 Kws [Kt (T) +Kx (T) ] -Kt (T) Kx (T) = O ； 利用Matlab程序，求解上述关于T的方程，便可得到扭管外偏置量T的设计值； (5) 外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： 利用ANSYS有限元仿真软件，根据设计得到的外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的外偏置 量T及其他结构参数和材料特性参数，建立相应的ANSYS仿真模型，划分网格，并在摆臂的 悬置安装位置处施加载荷F，对稳定杆系统的变形进行ANSYS仿真，得到稳定杆系统在摆臂 最外端处的变形位移量fA ; 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I1，摆臂的悬置安装位 置到最外端的距离A I1，稳定杆的悬置距离L。，在摆臂的悬置安装位置处施加的载荷F，及 步骤（2)中的①步骤中计算得到的橡胶衬套径向刚度匕，利用稳定杆系统变形及摆臂位移 的几何关系，对外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仿真验证值&与设计要求值 夂^进行比较，从而对本发明所提供的外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管外偏置量的设 计方法及参数设计值进行验证。
【文档编号】G06F17/50GK104331575SQ201410665424
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】周长城, 周超 申请人:山东理工大学