同轴式驾驶室稳定杆系统扭管壁厚的设计方法

摘要

本发明涉及同轴式驾驶室稳定杆系统扭管壁厚的设计方法，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设计要求值，稳定杆系统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，对同轴式稳定杆系统扭管壁厚进行解析设计。通过实例计算及仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的同轴式驾驶室稳定杆扭管壁厚的设计值，为驾驶室悬置及稳定杆系统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同轴式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乘坐舒适性；同时，还可降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

同轴式驾驶室稳定杆系统扭管壁厚的设计方法，其具体设计步骤如下：(1)驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度K_ws设计要求值的计算：根据稳定杆的悬置距离L_c，及驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值对驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度K_ws的设计要求值进行计算，即(2)驾驶室稳定杆橡胶衬套径向刚度K_x的解析计算：根据橡胶套的内圆半径r_a，外圆半径r_b，长度L_x，及弹性模量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}(\ln \frac{r_b}{r_a}-\frac{r_b^2-r_a^2}{r_a^2+r_b^2}),$$y\left(r_b\right)=a_{1}I(0,{\mathrm{\alpha r}}_b)+a_{2}K(0,{\mathrm{\alpha r}}_b)+a_3+\frac{1+{\mu }_x}{5\pi E_x{L}_x}(\ln r_b+\frac{r_b^2}{r_a^2+r_b^2}),$$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),$$b_3={\mathrm{\alpha r}}_a{r}_b[I(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)K(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)-K(1,{\mathrm{\alpha r}}_a)I(1,{\mathrm{\alpha r}}_b)][r_a^2+(r_a^2+r_b^2)\ln r_a],$$\alpha =2\sqrt{15}/L_x,$Bessel修正函数I(0,αr_b)，K(0,αr_b)，I(1,αr_b)，K(1,αr_b)，I(1,αr_a)，K(1,αr_a)，I(0,αr_a)，K(0,αr_a)；(3)对同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管壁厚h进行设计：根据摆臂长度l₁，扭管长度L_w，扭管的内径d，弹性模量E和泊松比μ，步骤(1)中计算所得到的K_ws，及步骤(2)中计算得到的K_x，对同轴式驾驶室稳定杆系统的扭管壁厚h进行设计：$h=\sqrt[4]{\frac{{2K}_{\mathrm{ws}}{K}_x(1+\mu )l_1^2{L}_w}{\mathrm{\pi E}(K_x-K_{\mathrm{ws}})}+{(d/2)}^4}-d/2;$(4)同轴式驾驶室稳定杆系统的侧倾角刚度验算及ANSYS仿真验证：根据同轴式稳定杆的结构和材料特性参数及设计所得到的驾驶室稳定杆系统的扭管壁厚h，橡胶衬套的结构和材料特性参数，对所设计稳定杆系统的侧倾角刚度进行验算，同时，利用ANSYS仿真软件，建立与实施例相同参数的仿真模型，通过施加一定载荷F，对所设计驾驶室稳定杆系统的侧倾角刚度进行仿真验证，从而对本发明所提供的同轴式驾驶室稳定杆系统扭管壁厚的设计方法进行验证。