同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法技术方案

本发明专利技术所述同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法，包括(1)驾驶室稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw的计算；(2)驾驶室稳定杆橡胶衬套径向刚度Kx的解析计算；(3)同轴式驾驶室稳定杆系统的等效线刚度Kws的计算；(4)同轴式驾驶室稳定杆系统及摆臂的变形位移量的计算；(5)同轴式驾驶室稳定杆系统变形的ANSYS仿真验证。本发明专利技术可根据同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管的结构和材料特性参数，及橡胶衬套的结构和材料特性参数，对给定载荷情况下的稳定杆系统在驾驶室悬置位置处的垂向变形位移量进行解析计算。通过实例计算及ANSYS仿真验证可知，利用该方法可得到同轴式驾驶室稳定杆系统的变形位移精确计算值，为驾驶室稳定杆系统的设计CAD软件开发奠定了技术基础。

【技术实现步骤摘要】
同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法
本专利技术涉及车辆驾驶室悬置，特别是同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法。
技术介绍
全浮式驾驶室悬置必须设置稳定杆系统，其中，稳定杆系统主要包括摆臂、橡胶衬套和扭管，目前对于同轴式驾驶室稳定杆系统设计，一直未能给出可靠的解析设计方法。尽管很多专家已对同轴式稳定杆系统变形进行了研究，但是由于受橡胶衬套变形解析计算及刚度耦合等关键问题的制约，一般只能将橡胶衬套对稳定杆系统刚度的影响，用一个折算系数，对同轴式驾驶室稳定杆系统变形及位移量进行近似估算，因此，难以得到准确可靠的变形位移量计算值。目前，国内外对于同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的校核，大都是利用ANSYS仿真软件，通过实体建模对驾驶室稳定杆系统的变形、位移及刚度等特性参数仿真分析和验证，该方法尽管可得到比较可靠的仿真数值，然而，由于不能提供精确的解析计算式，所以不能满足同轴式驾驶室稳定杆系统CAD软件开发的要求，只能用于对已设计同轴式驾驶室稳定杆系统进行仿真验证。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系统变形的计算方法，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、可靠的同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法，包括下述计算步骤：(1)驾驶室稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw的计算；(2)驾驶室稳定杆橡胶衬套径向刚度Kx的解析计算；(3)同轴式驾驶室稳定杆系统的等效线刚度Kws的计算；(4)同轴式驾驶室稳定杆系统及摆臂的变形位移量的计算；(5)同轴式驾驶室稳定杆系统变形的ANSYS仿真验证。其中(1)驾驶室稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw的计算：根据扭管的长度Lw，内径d，外径D，及内、外径之比kd＝d/D，弹性模量E和泊松比μ，及摆臂长度l1，对稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw进行计算，即(2)驾驶室稳定杆橡胶衬套径向刚度Kx的解析计算：根据橡胶套的内圆半径ra，外圆半径rb，长度Lx，弹性模量Ex和泊松比μx，对驾驶室稳定杆橡胶衬套的径向刚度Kx进行计算，即其中，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)；(3)同轴式驾驶室稳定杆系统的等效线刚度Kws的计算：根据扭管的外径D，步骤(1)中计算得到的Gw，步骤(2)中计算得到的Kx，对同轴式稳定杆系统在驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度Kws进行计算，即(4)同轴式驾驶室稳定杆系统及摆臂的变形位移量的计算：I在摆臂的悬置位置处施加某一载荷F，且在不考虑驾驶室悬置弹簧刚度的情况下，利用步骤(3)中的计算所得到的Kws，对稳定杆系统在悬置位置处的变形fwsC进行计算，即II根据计算得到的fwsC，稳定杆的摆臂长度l1，及摆臂悬置位置处到最外端的距离Δl1，利用稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系，对摆臂最外端处的变形位移量fA进行计算，即(5)同轴式驾驶室稳定杆系统变形的ANSYS仿真验证：利用ANSYS有限元仿真软件，根据稳定杆系统的结构及材料特性参数，建立仿真模型，划分网格，并在摆臂的悬置位置处施加与步骤(4)相同的载荷F，对稳定杆系统的变形进行ANSYS仿真，得到稳定杆系统摆臂最外端处的最大变形位移量的仿真验证值fA；将仿真所得到的摆臂最外端的最大变形位移量的ANSYS仿真验证值fA，与步骤(4)中计算得到的摆臂在最外端处的变形位移量的解析计算值fA，进行比较，从而对本专利技术所提供的同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法的正确性进行验证。技术效果目前国内、外对于同轴式驾驶室稳定杆系统变形位移量的计算，大都是利用仿真软件，通过建模仿真对驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度进行分析计算，但是该方法不能提供解析计算式，因此，不能满足同轴式驾驶室稳定杆系统CAD软件开发的要求。尽管也有专家将橡胶衬套变形对系统的影响用0.75～0.85范围内的某一折算系数，对驾驶室稳定杆系统的变形位移量进行近似估算，因此，难以得到准确的变形位移量计算值，不能满足驾驶室稳定杆系统精确设计的要求。本专利技术可根据驾驶室稳定杆及橡胶衬套的结构参数和材料特性参数，利用稳定杆在驾驶室悬置位置处的变形系数GW及橡胶衬套径向刚度Kx的解析计算式，对给定载荷情况下的同轴式稳定杆系统在驾驶室悬置位置处的垂向变形位移量进行解析计算。通过实例计算及ANSYS仿真验证可知，该方法可对同轴式驾驶室稳定杆系统的变形位移进行精确计算，为同轴式驾驶室悬置及稳定杆系统的设计，提供了可靠的变形位移计算方法，并且为同轴式驾驶室稳定杆系统CAD软件开发奠定了技术基础。附图说明图1是同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算流程图；图2是同轴式稳定杆系统的结构示意图；图3是橡胶衬套的结构示意图；图4是稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系图；图5是实施例一的同轴式驾驶室稳定杆系统的变形仿真云图；图6是实施例二的同轴式驾驶室稳定杆系统的变形仿真云图。具体实施方案下面通过参照附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例一：某同轴式驾驶室稳定杆系统的结构左右对称，如图2所示，包含：摆臂1，悬置橡胶衬套2，扭转橡胶衬套3，扭管4；其中，扭管4、扭转橡胶衬套3同轴；左右两个摆臂1之间的距离Lc＝1550mm，即稳定杆的悬置距离；悬置橡胶衬套2与扭转橡胶衬套3之间的距离l1＝380mm，即摆臂长度；摆臂的悬置位置C到最外端A的距离为Δl1＝47.5mm；扭管4的长度Lw＝1500mm，内径d＝35mm，外径D＝50mm，弹性模量E＝200GPa，泊松比μ＝0.3；左右四个橡胶衬套的结构和材料特性完全相同，如图3所示，包括：内圆套筒5，橡胶套6，外圆套筒7，其中，内圆套筒5的内圆直径dx＝35mm，壁厚δ＝2mm；橡胶套6的长度Lx＝25mm，内圆半径ra＝19.5mm，外圆半径rb＝34.5mm，弹性模量Ex＝7.84MPa，泊松比μx＝0.47。根据上述实例所给定的稳定杆及橡胶衬套的结构和材料特性参数，在载荷F＝5000N情况下，对该同轴式驾驶室稳定杆系统的变形进行计算，用于与ANSYS仿真值进行对比验证。本专利技术实例所提供的同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法，其计算流程如图1所示，具体步骤如下：(1)驾驶室稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw的计算：根据扭管的长度LW＝750mm，内径d＝35mm，外径D＝50mm，及内、外径之比kd＝d/D＝0.7，弹性模量E＝200GPa和泊松比μ＝0.3，及摆臂长度l1＝380mm；对该稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw进行计算，即(2)驾驶室稳定杆橡胶衬套的径向刚度Kx的解析计算：根据橡胶套的内圆半径ra＝19.5mm，外圆半径rb＝34.5mm，长度Lx＝25mm，弹性模量Ex＝7.84MPa和泊松比μx＝0.47，对该驾驶室稳定杆橡胶衬套的径向刚度Kx进行计算，即其中，Bessel修正函数I(0,αrb)＝5.4217本文档来自技高网...

【技术保护点】
同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)驾驶室稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw的计算；(2)驾驶室稳定杆橡胶衬套径向刚度Kx的解析计算；(3)同轴式驾驶室稳定杆系统的等效线刚度Kws的计算；(4)同轴式驾驶室稳定杆系统及摆臂的变形位移量的计算；(5)同轴式驾驶室稳定杆系统变形的ANSYS仿真验证。

【技术特征摘要】
1.同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)驾驶室稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw的计算；(2)驾驶室稳定杆橡胶衬套径向刚度Kx的解析计算；(3)同轴式驾驶室稳定杆系统的等效线刚度Kws的计算；(4)同轴式驾驶室稳定杆系统及摆臂的变形位移量的计算；(5)同轴式驾驶室稳定杆系统变形的ANSYS仿真验证。2.根据权利要求1所述的同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法，其特征在于，所述(1)驾驶室稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw的计算：根据扭管的长度Lw，内径d，外径D，及内、外径之比kd＝d/D，弹性模量E和泊松比μ，及摆臂长度l1，对稳定杆在悬置位置处的变形系数Gw进行计算，即3.根据权利要求1所述的同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法，其特征在于，所述(2)驾驶室稳定杆橡胶衬套径向刚度Kx的解析计算：根据橡胶套的内圆半径ra，外圆半径rb，长度Lx，弹性模量Ex和泊松比μx，对驾驶室稳定杆橡胶衬套的径向刚度Kx进行计算，即其中，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)；此处Bessel修正函数是在求解橡胶衬套变形方程时得到的一个解，由衬套变形进一步得到衬套径向刚度。4.根据权利要求1所述的同轴式驾驶室稳定杆系统变形的计算方法，其特征在于，所述(3)同轴式驾驶室稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李栋，李胜，曹旭光，胡金蕊，黄德惠，张凯，向建东，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22