本发明专利技术涉及外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管长度的设计方法，属于驾驶室悬置技术领域。本发明专利技术以扭管长度为参变量，利用扭转橡胶衬套的载荷系数表达式、橡胶衬套的等效组合线刚度表达式及扭管的等效线刚度表达式，建立了稳定杆的扭管长度设计数学模型，并通过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长度设计值，为稳定杆系统设计及CAD软件开发提供了可靠的技术基础。利用该方法，可在不增加产品成本的前提下，仅通过扭管长度的调整设计，提高稳定杆系统的设计水平和质量，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。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于驾驶室悬置
。本专利技术以扭管长度为参变量，利用扭转橡胶衬套的载荷系数表达式、橡胶衬套的等效组合线刚度表达式及扭管的等效线刚度表达式，建立了稳定杆的扭管长度设计数学模型，并通过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长度设计值，为稳定杆系统设计及CAD软件开发提供了可靠的技术基础。利用该方法，可在不增加产品成本的前提下，仅通过扭管长度的调整设计，提高稳定杆系统的设计水平和质量，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】
本专利技术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长度的 设计方法。
技术介绍
稳定杆系统的扭管长度不仅影响扭管的扭转变形和弯曲变形、扭转橡胶衬套的载 荷及变形，而且对驾驶室稳定杆系统的刚度特性具有重要影响。在稳定杆系统实际设计中， 经常在保持其他结构参数不变的条件下，仅通过对扭管长度的设计，达到驾驶室稳定杆系 统侧倾角刚度的设计要求。然而，由于受橡胶衬套刚度的计算、外偏置扭管的弯曲与扭转及 载荷相互禪合等关键问题的制约，对于外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管长度的设 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，无法提供精确的解析设计式，不能满足解析设计及驾驶室稳定杆系统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 室稳定杆的扭管长度的设计方法，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。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种简便、 可靠的，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如图4所示。 为解决上述技术问题，本专利技术所提供的外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管长度 的设计方法，其特征在于采用W下设计步骤： [000引（1)驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度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，稳定杆的息置距离L。，对驾 驶室稳定杆系统侧倾线刚度的设计要求值进行计算，即 360A', K =-'L. 職孔鸟 (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的表达式 Kx(U): ①计算橡胶衬套的径向刚度kx 根据橡胶套的内圆半径r。，外圆半径rb，长度L,，弹性模量E,和泊松比y ,，对稳定 杆橡胶衬套的径向刚度ky进行计算，即 【权利要求】1.，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的表达SKx(Lw): ① 计算橡胶衬套的径向刚度kx 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 确定外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭转橡胶衬套载荷系数的表达式Hf(Lw): 根据扭管的外偏置量T,泊松比ii，及摆臂长度I1，以扭管长度Lw为待设计参变量，确 定稳定杆扭转橡胶衬套的载荷系数表达式Hf(Lw)，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(Lw): 根据①步骤中计算所得到的橡胶衬套的径向刚度kx，及②步骤中计算得到的扭转橡胶 衬套的载荷系数表达式Hf(Lw)，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(Lw),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(Lw): 根据扭管内径d，外径D，外偏置量T，弹性模型E和泊松比y，及摆臂长度I1，以扭管长 度Lw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(Lw),即(4) 外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统扭管长度Lw的设计数学模型的建立及其求解设 计： 根据步骤（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)中计算得到的橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(Lw),及步骤（3)中所建立的扭管在 驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度表达式Kt (Lw)，建立扭管长度Lw的设计数学模型，即 Kws -Kt (Lw) Kx (Lw) = O ； 利用Matlab程序，求解上述关于Lw的方程，便可求得外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的 扭管长度Lw的设计量； (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扭管长 度Lw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仿真所得到的稳定杆系统在摆臂最外端处的变形位移量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 处所施加的载荷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，从而对本专利技术所提供的 及参数设计值进行验证。【文档编号】G06F17/50GK104331576SQ201410665446【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 【专利技术者】周长城, 周超 申请人:山东理工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管长度的设计方法，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Lc，对驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度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的表达式Kx(Lw)：①计算橡胶衬套的径向刚度kx根据橡胶套的内圆半径ra，外圆半径rb，长度Lx，弹性模量Ex和泊松比μx，对稳定杆橡胶衬套的径向刚度kx进行计算，即kx=1u(ub)+y(rb);]]>其中，u(rb)=1+μx2πExLx(lnrbra-rb2-ra2ra2+rb2),]]>y(rb)=a1I(0,αrb)+a2K(0,αrb)+a3+1+μx5πExLx(lnrb+rb2ra2+rb2),]]>a1=(1+μx)[K(1,αra)ra(ra2+3rb2)-K(1,αrb)rb(3ra2+rb2)]5πExLxαrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I](1,αrb)](ra2+rb2),]]>a2=(μx+1)[I(1,αra)ra(ra2+3rb2)-I(1,αrb)rb(3ra2+rb2)]5πExLxαrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)](ra2+rb2),]]>a3=-(1+μx)(b1-b2+b3)5πExLxαrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)](ra2+rb2);]]>b1=[I(1,αra)K(0,αra)+K(1,αra)I(0,αra)]ra(ra2+3rb2),]]>b2=[I(1,αrb)K(0,αra)+K(1,αrb)I(0,αra)]rb(rb2+3ra2),]]>b3=αrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)][ra2+(ra2+rb2)lnra],]]>α=215/Lx,]]>Bessel修正函数I(0,αrb)，K(0,αrb)，I(1,αrb)，K(1,αrb)，I(1,αra)，K(1,αra)，I(0,αra)，K(0,αra)；②确定外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭转橡胶衬套载荷系数的表达式ηF(Lw)：根据扭管的外偏置量T，泊松比μ，及摆臂长度l1，以扭管长度LW为待设计参变量，确定稳定杆扭转橡胶衬套的载荷系数表达式ηF(Lw)，即ηF(Lw)=24(1+μ)l1TLw2;]]>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(Lw)：根据①步骤中计算所得到的橡胶衬套的径向刚度kx，及②步骤中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数表达式ηF(Lw)，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(Lw)，即Kx(Lw)=kx1+ηF(Lw);]]>(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(Lw)：根据扭管内径d，外径D，外偏置量T，弹性模型E和泊松比μ，及摆臂长度l1，以扭管长度Lw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(Lw)，即KT(Lw)=πE(D4-d4)32(1+μ)(l1+T)2Lw;]]>(4)外偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统扭管长度Lw的设计数学模型的建立及其求解设计：根据步骤(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)中计算得到的橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(Lw)，及步骤(3)中所建立的扭管在驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度表达式KT(Lw)，建立扭管长度Lw的设计数学模型，即Kws[KT(Lw)+KX(Lw)]‑KT(Lw)KX(Lw)＝0；利用Matlab程序，求解上述关于Lw的方程，便可求得外偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管长度Lw的设计量；(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扭管长度Lw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...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，周超，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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