內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度的設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度的設(shè)計方法，屬于駕駛室懸置【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明可根據(jù)穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側(cè)傾角剛度的設(shè)計要求，穩(wěn)定桿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料特性參數(shù)，通過扭管長度設(shè)計數(shù)學(xué)模型及Matlab程序，對內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度進行求解設(shè)計。通過設(shè)計實例及仿真驗證可知，該方法可得到準(zhǔn)確可靠的內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度設(shè)計值，為駕駛室懸置及穩(wěn)定桿系統(tǒng)的設(shè)計提供了可靠的設(shè)計方法，并且為CAD軟件開發(fā)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。利用該方法，不僅可提高駕駛室懸置及穩(wěn)定桿系統(tǒng)的設(shè)計水平和質(zhì)量，提高車輛的行駛平順性和安全性；同時，還可降低設(shè)計及試驗費用，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。
【專利說明】內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度的設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛駕駛室懸置，特別是內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長 度的設(shè)計方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 扭管長度不僅影響扭管的扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形、扭轉(zhuǎn)橡膠襯套的載荷及變形，而 且對內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的性能具有重要影響。盡管內(nèi)偏置非同軸式駕駛室 穩(wěn)定桿系統(tǒng)是由擺臂、扭管和橡膠襯套所組成的，但卻是一個由剛體、彈性體及柔性體三者 組成的耦合體，其分析計算非常復(fù)雜。由于受橡膠襯套變形解析計算、扭管的扭轉(zhuǎn)變形和 彎曲變形的相互耦合，及扭轉(zhuǎn)橡膠襯套載荷增加量等關(guān)鍵問題的制約，對于內(nèi)偏置非同軸 式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度設(shè)計，一直未能給出可靠的解析設(shè)計方法。目前，國內(nèi)外對 于駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的設(shè)計，大都是利用ANSYS仿真軟件，通過實體建模對給定結(jié)構(gòu)的駕 駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的特性進行仿真驗證，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)定桿進行驗證，無法提供精確的解析設(shè)計式，不能實現(xiàn) 解析設(shè)計，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)快速發(fā)展及 車輛行駛速度的不斷提高，對駕駛室懸置及穩(wěn)定桿系統(tǒng)設(shè)計提出了更高的要求。因此，必須 建立一種精確、可靠的內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度的設(shè)計方法，滿足駕 駛室懸置及穩(wěn)定桿系統(tǒng)設(shè)計的要求，提高產(chǎn)品設(shè)計水平和質(zhì)量，提高車輛行駛平順性和安 全性；同時，降低設(shè)計及試驗費用，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、 可靠的內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度的設(shè)計方法，其設(shè)計流程圖如圖1所 示；內(nèi)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；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)明所提供的內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管 長度的設(shè)計方法，其特征在于采用以下設(shè)計步驟：
[0005] (1)駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾線剛度Kws設(shè)計要求值的計算：
[0006] 根據(jù)駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側(cè)傾角剛度設(shè)計要求值，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)計要求值進行計算，即
[0007]

【權(quán)利要求】
1.內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度的設(shè)計方法，其具體設(shè)計步驟如下： (1) 駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾線剛度Kws設(shè)計要求值的計算： 根據(jù)駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的側(cè)傾角剛度設(shè)計要求值，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)計要求值進行計算，即
(2) 穩(wěn)定桿橡膠襯套的徑向剛度kx的計算： 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，對橡膠襯套 的徑向剛度匕進行計算，即
Bessel 修正函數(shù) I (0，a rb)，K(0, a rb)，I (1，a rb)，K(l, a rb)， I (1, a ra), K(l, a ra), I (0, a ra), K(0, a ra)； (3) 內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿扭管長度Lw設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立及求解設(shè)計： ① 確定扭轉(zhuǎn)橡膠襯套的載荷系數(shù)表達式Pf(Lw) 根據(jù)扭管的內(nèi)偏置量T,材料泊松比ii，擺臂長度h，以扭管長度Lw為待設(shè)計參變量， 確定扭轉(zhuǎn)橡膠襯套的載荷系數(shù)表達式0 F(LW)，即
② 確定內(nèi)偏置非同軸式穩(wěn)定桿橡膠襯套的等效組合線剛度的表達式KX(LW) 根據(jù)擺臂長度li，扭管的內(nèi)偏置量T，步驟（2)中計算所得到的橡膠襯套的徑向剛度kx， 及①步驟中所確定的扭轉(zhuǎn)橡膠襯套的載荷系數(shù)表達式0 F(LW)，以扭管長度Lw為待設(shè)計參 變量，確定穩(wěn)定桿橡膠襯套的等效組合線剛度的表達式KX(LW)，即
③ 確定內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的等效線剛度KW(LW)的表達式 根據(jù)扭管的內(nèi)徑d，外徑D，內(nèi)偏置量T，彈性模量E和泊松比y，及擺臂長度，以扭管 長度Lw為待設(shè)計參變量，確定穩(wěn)定桿在駕駛室懸置安裝位置處的等效線剛度Kw (Lw)的表達 式，即
④ 建立內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿的扭管長度Lw設(shè)計數(shù)學(xué)模型并對其求解設(shè)計： 根據(jù)步驟（1)中計算得到的穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾線剛度設(shè)計要求值Kws，②步驟中所確定的 橡膠襯套的等效組合線剛度表達式KX(LW)，③步驟中所確定的穩(wěn)定桿的等效線剛度表達式 KW(LW)，建立非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿扭管長度Lw設(shè)計數(shù)學(xué)模型，即
利用Matlab程序，求解上述關(guān)于Lw的方程，便可得到非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿扭管長度 Lw的設(shè)計值； (4)內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾角剛度的ANSYS仿真驗證： 利用ANSYS有限元仿真軟件，根據(jù)步驟（3)中設(shè)計所得到的扭管長度Lw及穩(wěn)定桿系統(tǒng) 的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料特性參數(shù)，建立ANSYS仿真模型，劃分網(wǎng)格，并在擺臂的懸置位置處 施加載荷F，對穩(wěn)定桿系統(tǒng)的變形進行ANSYS仿真，得到穩(wěn)定桿系統(tǒng)在擺臂最外端的變形位 移量; 根據(jù)ANSYS仿真所得到的擺臂最外端的最大變形位移量fA，擺臂長度^，擺臂的懸置 位置到最外端的距離A ，穩(wěn)定桿的懸置距離L。，在擺臂的懸置位置處所施加的載荷F，及 步驟（2)中計算得到的橡膠襯套徑向剛度kx，利用穩(wěn)定桿系統(tǒng)變形及擺臂位移的幾何關(guān)系， 對所設(shè)計的內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾角剛度&的ANSYS仿真驗證值，進行計 算，即
將該非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)側(cè)傾剛度的ANSYS的仿真驗證值夂,，與設(shè)計要求值 &進行比較，從而對本發(fā)明所提供的內(nèi)偏置非同軸式駕駛室穩(wěn)定桿系統(tǒng)的扭管長度的設(shè) 計方法及參數(shù)設(shè)計值進行驗證。
【文檔編號】G06F17/50GK104281758SQ201410609289
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】周長城, 宋群, 毛少坊, 袁光明, 高炳凱, 孟婕 申請人:山東理工大學(xué)