外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内径的设计方法
【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内径的设计方法，属于驾驶室悬置【技术领域】。本发明可根据驾驶室侧倾角刚度的设计要求值，稳定杆系统的结构参数和材料特性参数，通过橡胶衬套的径向刚度、等效组合线刚度及扭转橡胶衬套的载荷系数，对外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内径进行解析设计。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外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内径设计值，为稳定杆系统设计提供了可靠的设计方法，并且为CAD软件开发奠定了可靠的技术基础。利用该方法，可提高驾驶室悬置及稳定杆系统的设计水平、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，加快产品开发速度。
【专利说明】外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内径的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆驾驶室悬置，特别是外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内径的 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内径及壁厚对稳定杆系统刚度及性能 具有重要影响，它不仅直接影响扭管的扭转变形，而且还对扭管的弯曲变形、扭转橡胶衬套 的载荷及变形有重要影响。在稳定杆系统的实际设计中，经常会在给定扭管外径情况下，对 扭管的内径及壁厚进行设计。然而，由于外偏置非同轴式驾驶室稳定杆是一个由刚体、弹性 体及柔性体三者组成的耦合体，而且受弯曲变形和扭转变形及载荷之间的相互耦合等关键 问题的制约，其分析计算过程非常复杂，因此，对于外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的扭 管内径的设计，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软件开发设计的要求。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内径的设计方法，满足驾驶室悬置及稳定杆系统设计的 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。
【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内径的设计方法，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内径 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的设计要求值的计算：
[0006] 根据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
[0007]
【权利要求】
1.外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内径的设计方法，其具体设计步骤如下： (1) 驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度Kws的设计要求值的计算： 根据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) 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nF的计算： 根据扭管长度Lw，泊松比y，外偏置量T，及摆臂长度I1，对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1进行计算，即
(3) 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Kx的计算： 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
② 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Kx的计算 根据①步骤中计算所得到的橡胶衬套的径向刚度kx，及步骤（2)中计算得到的扭转橡 胶衬套的载荷系数nF，对稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度Kx进行计算，即
(4) 外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管内径d的设计： 根据扭管长度Lw，外径D，弹性模型E和泊松比y，外偏置量T，及摆臂长度I1，步骤（1) 中计算所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 扭转橡胶衬套的载荷系数nF，及步骤（3)中计算得到的稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚 度&，建立外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管内径d的设计数学模型，并对其进行设 计，即
同时，可得扭管壁厚h的设计值，即h = (D-d)/2 ; (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，根据外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管内径d的 设计值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所施加的载荷F，及 步骤（3)中的①步骤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，对外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的侧倾角刚度的ANSYS仿真验算值，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 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内径的设计方 法及参数设计值进行验证。
【文档编号】G06F17/50GK104361175SQ201410665450
【公开日】2015年2月18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