外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管外偏置量的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管外偏置量的設(shè)計(jì)方法，屬于駕駛室懸置【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明根據(jù)外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿及橡膠襯套的結(jié)構(gòu)和材料特性參數(shù)，以扭管外偏置為參變量，通過穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾線剛度，與橡膠襯套的等效組合線剛度及扭管的等效線剛度之間的關(guān)系，建立了扭管外偏置量的設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，并利用Matlab程序?qū)ζ溥M(jìn)行求解設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)實(shí)例及ANSYS仿真驗(yàn)證可知，該方法可得到準(zhǔn)確可靠的扭管外偏置量設(shè)計(jì)值。利用該方法，可在不增加產(chǎn)品成本的前提下，僅通過扭管外偏置量的設(shè)計(jì)，提高穩(wěn)定桿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，滿足穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾角剛度的設(shè)計(jì)要求，提高車輛行駛平順性和安全性；同時，還可降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用。
【專利說明】外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管外偏置量的設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛駕駛室息置，特別是外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管外偏置 量的設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管軸也與扭轉(zhuǎn)橡膠襯套的軸也不同軸，其 中，扭管相對于扭轉(zhuǎn)橡膠襯套向外有一偏置量。當(dāng)穩(wěn)定桿工作時，外偏置的扭管不僅受到扭 轉(zhuǎn)變形，同時還受到彎曲變形，因此，外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管外偏置量， 對側(cè)傾角剛度具有重要影響。在穩(wěn)定桿系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)中，可在保持其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的條 件下，通過對扭管外偏置量的設(shè)計(jì)，使得側(cè)傾角剛度滿足駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。然 而，由于外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)，是一個由剛體、彈性體及柔性體H者組成的禪 合體，且橡膠襯套的剛度計(jì)算非常復(fù)雜，此外，外偏置的扭管還存有彎曲和扭轉(zhuǎn)及載荷的相 互禪合，因此，對于外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管外偏置量的設(shè)計(jì)，一直未能給出可 靠的解析設(shè)計(jì)方法。目前，國內(nèi)外對于駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，大都是利用ANSYS仿真軟 件，通過實(shí)體建模對給定結(jié)構(gòu)的駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的特性進(jìn)行仿真驗(yàn)證，盡管該方法可得 到比較可靠的仿真數(shù)值，然而，由于ANSYS仿真分析只能對給定參數(shù)的穩(wěn)定桿進(jìn)行驗(yàn)證，不 能提供精確的解析設(shè)計(jì)式，不能實(shí)現(xiàn)解析設(shè)計(jì)，更不能滿足駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)CAD軟件開 發(fā)的要求。隨著車輛行業(yè)的快速發(fā)展及車輛行駛速度的不斷提高，對駕駛室息置及穩(wěn)定桿 系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。因此，必須建立一種精確、可靠的外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定 桿的扭管外偏置量的設(shè)計(jì)方法，滿足駕駛室息置及穩(wěn)定桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì) 水平、質(zhì)量和性能，提高車輛的行駛平順性和安全性；同時，降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品 開發(fā)速度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡便、 可靠的外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管外偏置量的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)流程圖如圖1所 示；外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示；穩(wěn)定桿橡膠襯套的結(jié)構(gòu) 示意圖如圖3所示；穩(wěn)定桿系統(tǒng)變形及擺臂位移的幾何關(guān)系圖如圖4所示。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管外偏 置量的設(shè)計(jì)方法，其特征在于采用W下設(shè)計(jì)步驟：
[000引 （1)駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側(cè)傾線剛度設(shè)計(jì)要求值的計(jì)算：
[0006] 根駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側(cè)傾角剛度設(shè)計(jì)要求值吃，?穩(wěn)定桿的息置距離L。，對駕駛 室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側(cè)傾線剛度的設(shè)計(jì)要求值進(jìn)行計(jì)算，即
[0007] 360K. 瓦Li
[0008] (2)建立外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠襯套的等效組合線剛度表達(dá)式 Kx訊：
[0009] ①橡膠襯套徑向剛度kx的計(jì)算
[0010] 根據(jù)橡膠套的內(nèi)圓半徑r。，外圓半徑IV長度L,，彈性模量E,和泊松比y ,，對駕駛 室穩(wěn)定桿橡膠襯套的徑向剛度k,進(jìn)行計(jì)算，即

【權(quán)利要求】
1.外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管外偏置量的設(shè)計(jì)方法，其具體設(shè)計(jì)步驟如下： (1) 駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側(cè)傾線剛度Kws設(shè)計(jì)要求值的計(jì)算： 根駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側(cè)傾角剛度設(shè)計(jì)要求值，穩(wěn)定桿的懸置距離L。，對駕駛室穩(wěn) 定桿系統(tǒng)的側(cè)傾線剛度Kws的設(shè)計(jì)要求值進(jìn)行計(jì)算，即
(2) 建立外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿橡膠襯套的等效組合線剛度表達(dá)式Kx(T): ① 橡膠襯套徑向剛度kx的計(jì)算 根據(jù)橡膠套的內(nèi)圓半徑ra，外圓半徑rb，長度Lx，彈性模量E x和泊松比y x，對駕駛室穩(wěn) 定桿橡膠襯套的徑向剛度kx進(jìn)行計(jì)算，即
Bessel 修正函數(shù) 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 外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭轉(zhuǎn)橡膠襯套的載荷系數(shù)表達(dá)式nF(T)的確定 根據(jù)扭管長度Lw，泊松比y，及擺臂長度I1，以扭管的外偏置量T為待設(shè)計(jì)參變量，確 定扭轉(zhuǎn)橡膠襯套的載荷系數(shù)表達(dá)式nF(T)，即
③ 建立外偏置非同軸式穩(wěn)定桿橡膠襯套的等效組合線剛度表達(dá)SKx(T) 根據(jù)①步驟中計(jì)算所得到的橡膠襯套的徑向剛度kx，及②步驟中所建立的扭轉(zhuǎn)橡膠襯 套的載荷系數(shù)nF(T)表達(dá)式，以扭管的外偏置量T為待設(shè)計(jì)參變量，確定外偏置非同軸式 穩(wěn)定桿橡膠襯套的等效組合線剛度表達(dá)式Kx(T)，即
(3) 建立外偏置非同軸式駕駛室扭管的等效線剛度表達(dá)式Kt(T): 根據(jù)扭管長度Lw，內(nèi)徑d，外徑D，彈性模量E和泊松比y，外偏置量T，及擺臂長度I1, 以扭管的外偏置量T為待設(shè)計(jì)參變量，建立外偏置非同軸式穩(wěn)定桿的扭管在駕駛室懸置安 裝位置處的等效線剛度表達(dá)式Kt (T)，即
(4) 建立外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿扭管外偏置量T的設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型并對其進(jìn)行設(shè) 計(jì)： 根據(jù)步驟（1)中計(jì)算得到的穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾線剛度設(shè)計(jì)要求值Kws，步驟（2)中所確定 的橡膠襯套的等效組合線剛度的表達(dá)式Kx(T),及步驟（3)中所確定的扭管的等效線剛度的 表達(dá)式Kt(T)，建立外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿扭管外偏置量T的設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，即 Kws [Kt (T) +Kx (T) ] -Kt (T) Kx (T) = O ； 利用Matlab程序，求解上述關(guān)于T的方程，便可得到扭管外偏置量T的設(shè)計(jì)值； (5) 外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾角剛度的ANSYS仿真驗(yàn)證： 利用ANSYS有限元仿真軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)得到的外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的外偏置 量T及其他結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料特性參數(shù)，建立相應(yīng)的ANSYS仿真模型，劃分網(wǎng)格，并在擺臂的 懸置安裝位置處施加載荷F，對穩(wěn)定桿系統(tǒng)的變形進(jìn)行ANSYS仿真，得到穩(wěn)定桿系統(tǒng)在擺臂 最外端處的變形位移量fA ; 根據(jù)ANSYS仿真所得到的擺臂最外端的變形位移量fA，擺臂長度I1，擺臂的懸置安裝位 置到最外端的距離A I1，穩(wěn)定桿的懸置距離L。，在擺臂的懸置安裝位置處施加的載荷F，及 步驟（2)中的①步驟中計(jì)算得到的橡膠襯套徑向剛度匕，利用穩(wěn)定桿系統(tǒng)變形及擺臂位移 的幾何關(guān)系，對外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾角剛度；的ANSYS仿真驗(yàn)證值，進(jìn) 行計(jì)算，即
將該非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾角剛度的ANSYS仿真驗(yàn)證值&與設(shè)計(jì)要求值 夂^進(jìn)行比較，從而對本發(fā)明所提供的外偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管外偏置量的設(shè) 計(jì)方法及參數(shù)設(shè)計(jì)值進(jìn)行驗(yàn)證。
【文檔編號】G06F17/50GK104331575SQ201410665424
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】周長城, 周超 申請人:山東理工大學(xué)