外偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径的设计方法
【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】。本发明可根据外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的结构和材料特性参数，利用稳定杆系统的侧倾角刚度与扭管的等效线刚度及橡胶衬套的等效组合线刚度之间的关系，建立橡胶套外圆半径的设计数学模型，并利用Matlab对其进行求解设计。通过设计实例及仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的橡胶套外圆半径的设计值。利用该方法，可在不增加产品成本的前提下，仅通过橡胶衬套外圆半径的调整设计，提高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橡胶套外圆半径的设计方法
【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橡胶套外圆半 径的设计方法。
【背景技术】
[0002] 橡胶衬套由内圆套筒、橡胶套和外圆套筒组成，而橡胶套外圆半径对驾驶室稳定 杆系统的侧倾角刚度具有重要影响。在实际驾驶室稳定杆设计中，可在保持稳定杆其他结 构参数不变的情况下，仅通过对橡胶套外圆半径及其厚度的调整设计，调整驾驶室稳定杆 系统的侧倾角刚度，使其达到并满足车辆侧倾角刚度的设计要求值。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、弹性体及柔性体三者组成的耦合体，并且扭管存有 弯曲和扭转的耦合，其分析计算非常复杂，因此，对于外偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套 外圆半径的设计，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 外偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套外圆半径的设计方法，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。
【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橡胶套外圆半径的设计方法，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：
[0005] (1)驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度Kws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
[0007]
【权利要求】
1.外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) 驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度Kws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) 外偏置非同轴式驾驶室扭管的等效线刚度Kt的计算： 根据扭管长度Lw，内径d，外径D，外偏置量T，弹性模量E和泊松比μ，及摆臂长度I1, 对稳定杆的扭管在驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度Kt进行计算，即
(3) 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(rb)的建立： ① 建立橡胶衬套径向刚度表达式kx(rb) 根据橡胶套的内圆半径ra，长度Lx，弹性模量Ex和泊松比μx，以橡胶套外圆半径rb为 待设计参变量，建立稳定杆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，αra)，Κ(1，αra)，I(〇,αra)，Κ(0,αra); ② 外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的扭转橡胶衬套的载荷系数Hf的计算 根据扭管长度Lw，泊松比μ，外偏置量T，及摆臂长度I1，对扭转橡胶衬套的载荷系数 ~进行计算，即
③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 (rb) 根据①步骤中所建立的橡胶衬套的径向刚度表达式kx(rb)，及②步骤中计算得到的扭 转橡胶衬套的载荷系数Hf，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K..(r
J,即 (4) 外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设计： 根据步骤（1)中计算得到的驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度的设计要求值Kws，步骤（2) 中计算得到的扭管的等效线刚度Kt，及步骤（3)中的③步骤所建立的稳定杆橡胶衬套的等 效组合线刚度表达式Kx (rb)，建立外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)-KwsKt =O； 利用Matlab程序，求解上述关于rb的方程，便可得到外偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡 胶套外圆半径rb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： I利用ANSYS有限元仿真软件，根据橡胶套外圆半径rb的设计值及该外偏置非同轴式 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 ; II根据所设计的橡胶套的外圆半径rb，橡胶衬套的其他结构及材料特性参数，利用步 骤（3)中的①步骤所建立的橡胶衬套的径向刚度计算式kx(rb)，求得所设计橡胶衬套的径 向刚度kx ; III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ΛI1，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II步骤中计算得到的橡胶衬套的径向刚度kx，利用稳定杆系统变形及摆臂位移的 几何关系，对所设计的外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度I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 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橡胶套外圆半径的设 计方法的正确性及参数设计值的可靠性进行验证。
【文档编号】G06F17/50GK104318040SQ201410665064
【公开日】2015年1月28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, 于曰伟 申请人:山东理工大学