内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的悬置间距的设计方法

摘要

本发明涉及内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的悬置间距的设计方法，属于驾驶室悬置技术领域。本发明可根据内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的结构和材料特性参数，利用侧倾角刚度，与稳定杆结构及悬置间距，橡胶衬套径向刚度及等效组合线刚度之间的关系，通过悬置间距设计数学模型，利用Matlab对其进行求解设计。通过实例设计及ANSYS仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的悬置间距设计值，为驾驶室稳定杆系统提供了可靠的设计方法。利用该方法可在不增加产品成本的前提下，仅通过悬置间距的调整设计，提高稳定杆系统设计水平和性能，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。

主权项

内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的悬置间距的设计方法，其具体设计步骤如下：(1)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆的等效线刚度K_T的计算：根据扭管的长度L_w，内径d，外径D，内偏置量T，弹性模量E和泊松比μ，及摆臂长度l₁，对稳定杆在驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度K_T进行计算，即$K_T=\frac{\mathrm{\pi E}(D^4-d^4)}{32(1+\mu ){(l_1-T)}^2{L}_W};$(2)橡胶衬套的等效组合线刚度K_x的计算：①橡胶衬套径向刚度k_x的计算根据橡胶套的内圆半径r_a，外圆半径r_b，长度L_x，弹性模量E_x和泊松比μ_x，对驾驶室稳定杆橡胶衬套的径向刚度k_x进行计算，即$k_x=\frac{1}{u\left(r_b\right)+y\left(r_b\right)};$其中，$u\left(r_b\right)=\frac{1+{\mu }_x}{2\pi E_x{L}_x}(1n\frac{r_b}{r_a}-\frac{r_b^2-r_a^2}{r_a^2+r_b^2}),$$y\left(r_b\right)=a_{1}I(0,{\mathrm{\alpha r}}_b)+a_{2}K(0,{\mathrm{\alpha r}}_b)+a_3+\frac{1+{\mu }_x}{5\pi E_x{L}_x}(1n{r}_b+\frac{r_b^2}{r_a^2+r_b^2}),$$a_1=\frac{(1+{\mu }_x)[K(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)r_a(r_a^2+{3r}_b^2)-K(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)r_b({3r}_a^2+r_b^2)]}{5\pi E_x{L}_x{\mathrm{\alpha r}}_a{r}_b[I(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)K(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)-K(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)I(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)](r_a^2+r_b^2)},$$a_2=\frac{({\mu }_x+1)[I(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)r_a(r_a^2+{3r}_b^2)-I(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)r_b({3r}_a^2+r_b^2)]}{5\pi E_x{L}_x{\mathrm{\alpha r}}_a{r}_b[I(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)K(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)-K(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)I(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)](r_a^2+r_b^2)},$$a_3=\frac{(1+{\mu }_x)(b_1-b_2+b_3)}{5\pi E_x{L}_x{\mathrm{\alpha r}}_a{r}_b[I(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)K(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)-K(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)I(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)](r_a^2+r_b^2)};$$b_1=[I(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)K(0,{\mathrm{\alpha r}}_a)+K(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)I(0,{\mathrm{\alpha r}}_a)]r_a(r_a^2+{3r}_b^2),$$b_2=[I(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)K(0,{\mathrm{\alpha r}}_a)+K(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)I(0,{\mathrm{\alpha r}}_a)]r_b(r_b^2+{3r}_a^2),$$b_3={\mathrm{\alpha r}}_a{r}_b[I(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)K(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)-K(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)I(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)][r_a^2+(r_a^2+r_b^2)1n{r}_a],$$\alpha =2\sqrt{15}/L_x,$Bessel修正函数I(0,αr_b)，K(0,αr_b)，I(1,αr_b)，K(1,αr_b)，I(1,αr_a)，K(1,αr_a)，I(0,αr_a)，K(0,αr_a)；②扭转橡胶衬套的载荷系数β_F的计算根据扭管的长度L_W，泊松比μ，内偏置量T，及摆臂长度l₁，对扭转橡胶衬套的载荷系数β_F进行计算，即${\beta }_F=\frac{24(1+\mu )(l_1-T)T}{L_W^2};$③内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度K_x的计算根据稳定杆的摆臂长度l₁，扭管的内偏置量T，①步骤中计算所得到的橡胶衬套的径向刚度k_x，及②步骤中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数β_F，对稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度K_x进行计算，即$K_X=\frac{k_{X}T}{{\beta }_F{l}_1+(1+{\beta }_F)T};$(3)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的悬置间距L_c的设计：根据驾驶室稳定杆系统的侧倾角刚度设计要求值利用步骤(1)中计算得到的稳定杆的等效线刚度K_T，步骤(2)中计算得到的橡胶衬套的等效组合线刚度K_x，建立偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的悬置间距L_c设计数学模型，并对L_c进行设计，即(4)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的ANSYS仿真验证：利用ANSYS有限元仿真软件，根据稳定杆系统的结构参数、材料特性参数及设计所得到的悬置间距L_c，建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的仿真模型，划分网格，在摆臂的悬置安装位置处施加载荷F，对稳定杆系统的变形进行ANSYS仿真，得到摆臂最外端的变形位移量f_A；根据ANSYS仿真所得到的摆臂最外端的变形位移量f_A，摆臂长度l₁，摆臂的悬置位置到最外端的距离Δl₁，稳定杆的悬置距离L_c，在摆臂的悬置位置处施加的载荷F，及步骤(2)中的①步骤中计算得到的橡胶衬套径向刚度k_x，利用稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系，对内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的ANSYS仿真验证值，进行计算，即$f_C=\frac{l_1{f}_A}{l_1+{\mathrm{\Delta l}}_1};$$f_{\mathrm{ws}}=f_C+F/k_x;$将仿真所得到的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的ANSYS仿真验证值与设计要求值进行比较，从而对本发明所提供的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的悬置间距的设计方法及参数设计值进行验证。