[发明专利]内偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内偏置量的设计方法

摘要

本发明涉及内偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内偏置量的设计方法，属于驾驶室悬置技术领域。本发明可根据驾驶室对稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求，稳定杆系统的结构参数和材料特性参数，建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管内偏置量的设计数学模型，并利用Matlab程序对扭管内偏置量进行求解设计。通过设计实例及仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的扭管内偏置量设计值，为驾驶室悬置及稳定杆系统的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，不仅可提高驾驶室悬置及稳定杆系统的设计水平和质量，提高车辆的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。

主权项

内偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内偏置量的设计方法，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：根据驾驶室稳定杆系统的侧倾角刚度设计要求值悬置距离Lc，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)稳定杆橡胶衬套的径向刚度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(rb)+y(rb);]]>其中，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)；(3)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆扭管的内偏置量T的设计数学模型的建立及其设计：①确定扭转橡胶衬套的载荷系数表达式βF(T)根据扭管的长度LW，泊松比μ，及摆臂长度l1，以内偏置量T为待设计参数，确定扭转橡胶衬套的载荷系数表达式βF(T)，即βF(T)=24(1+μ)(l1-T)TLW2;]]>②确定内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)根据摆臂长度l1，步骤(2)中计算所得到的橡胶衬套的径向刚度kx，及①步骤中所确定的扭转橡胶衬套的载荷系数表达式βF(T)，以扭管的内偏置量T为待设计参变量，确定稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式Kx(T)，即KX(T)=kxTl1βF(T)+T[1+βF(T)];]]>③确定内偏置非同轴式稳定杆的等效线刚度表达式Kw(T)根据扭管的长度Lw，内径d，外径D，弹性模量E和泊松比μ，摆臂长度l1，以扭管的内偏置量T为待设计参变量，确定稳定杆在驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度Kw(T)表达式，即KW(T)=πE(D4-d4)32(1+μ)(l1-T)2LW;]]>④建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内偏置量T的设计数学模型并对其求解设计根据步骤(1)中计算得到的稳定杆系统侧倾线刚度设计要求值Kws，②步骤中所确定的橡胶衬套的等效组合线刚度的表达式Kx(T)，及③步骤中所确定的稳定杆的等效线刚度的表达式Kw(T)，建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内偏置量T设计数学模型，即KwsKw(T)+KwsKX(T)‑Kw(T)KX(T)＝0；利用Matlab程序，求解该④步骤中关于T的方程，便可得到内偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内偏置量T的设计值；(4)内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，根据扭管内偏置量T的设计值，及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，并在摆臂悬置位置处施加载荷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l1，摆臂的悬置位置到最外端的距离Δl1，稳定杆的悬置距离Lc，在摆臂悬置位置处施加的载荷F，及步骤(2)中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，对内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fC=l1fAl1+Δl1;]]>fws=fC+Fkx;]]>将该非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾刚度的ANSYS仿真验证值与设计要求值进行比较，从而对所提供的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆的扭管内偏置量的设计方法及参数设计值进行验证。