内偏置式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒壁厚的设计方法
【专利摘要】本发明涉及内偏置式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒壁厚的设计方法，属于驾驶室悬置【技术领域】。本发明可根据内偏置式驾驶室稳定杆系统的结构参数和材料特性参数，利用侧倾角刚度与稳定杆的等效线刚度、橡胶衬套的径向刚度和等效组合线刚度及内圆套筒壁厚之间的关系，建立内圆套筒壁厚的设计数学模型，并利用Matlab对其求解设计。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式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒壁厚的设计值，为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成本前提下，提高稳定杆系统的设计水平和性能，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，加快产品开发速度。
【专利说明】内偏置式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒壁厚的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆驾驶室悬置，特别是内偏置式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒壁 厚的设计方法。
【背景技术】
[0002] 橡胶衬套由内圆套筒、橡胶套和外圆套筒组成。在橡胶套外圆半径给定的情况下， 橡胶套的内圆半径及厚度与内圆套筒的壁厚有关。在驾驶室稳定杆系统实际设计中，可在 稳定杆结构不变的情况下，仅通过对内圆套筒壁厚的调整设计，达到橡胶套的内圆半径及 其厚度的调整设计，实现对驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的调整设计，从而达到驾驶室侧 倾刚度的设计要求。然而，由于内偏置式驾驶室稳定杆系统是一个由刚体、弹性体及柔性体 三者组成的耦合体，且由于扭管内偏置致使稳定杆系统存有弯曲和扭转的耦合，所以其分 析计算非常复杂，因此，对于内偏置式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒壁厚的设计，国内、 外一直未能给出可靠的解析设计方法。目前，国内外对于驾驶室稳定杆系统，大都是利用 ANSYS仿真软件，通过实体建模对给定结构的驾驶室稳定杆系统的特性进行仿真验证，尽管 该方法可得到比较可靠的仿真数值，然而，由于ANSYS仿真分析只能对给定参数的稳定杆 特性进行仿真验证，不能提供精确的解析设计式，所以不能实现解析设计，更不能满足驾驶 室稳定杆系统CAD软件开发的要求。因此，必须建立一种精确、可靠的内偏置式驾驶室稳定 杆橡胶衬套内圆套筒壁厚的设计方法，满足驾驶室悬置及稳定杆系统侧倾角刚度的实际调 整设计要求，在不增加产品成本的前提下，提高稳定杆系统的设计水平、质量和性能，提高 车辆行驶平顺性和安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、 可靠的内偏置式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒壁厚的设计方法，其设计流程图，如图1 所示；内偏置式驾驶室稳定杆系统的结构示意图，如图2所示；稳定杆橡胶衬套的结构示意 图，如图 3所示；稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系图如图4所示。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的内偏置式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒 壁厚的设计方法，其特征在于采用以下设计步骤：
[0005] (1)驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度Kws设计要求值的计算：
[0006]根据稳定杆的侧倾角刚度设计要求值A:.,，悬置距离L。，对驾驶室稳定杆系统的侧 倾线刚度K"s的设计要求值进行计算，即 [0007]
【权利要求】
1.内偏置式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒壁厚的设计方法，其具体设计步骤如下： (1) 驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度Kws设计要求值的计算： 根据稳定杆的侧倾角刚度设计要求值；，悬置距离L。，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) 内偏置式稳定杆的等效线刚度&的计算： 根据扭管的长度Lw，内偏置量T，内径d，外径D，弹性模量E和泊松比μ，及摆臂长度 1:，对内偏置式稳定杆在驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度Κτ进行计算，即
(3) 扭转橡胶衬套的载荷系数的计算： 根据扭管的长度Lw，材料泊松比μ，内偏置量Τ，及摆臂长度h，对扭转橡胶衬套的载荷 系数1^进行计算，即
(4) 内偏置式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式&( δ)建立： ①建立橡胶衬套的径向刚度表达式kx(S): 根据橡胶套的长度Lx，外圆半径rb，弹性模量Ex和泊松比μ x，内圆套筒的内圆直径dx， 以内圆套筒壁厚S为参变量，则橡胶套的内圆半径^可表示为
+5,橡胶衬套的径 向刚度可表达为匕（6)，即
②建立内偏置式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度的表达式Κχ( δ ): 根据摆臂长度li，扭管的内偏置量T，①步骤中所建立的橡胶衬套径向刚度表达式 kx(s)，及步骤（3)中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数，建立稳定杆橡胶衬套的等 效组合线刚度表达式Κ χ(δ)，即
(5) 稳定杆橡胶衬套的内圆套筒壁厚δ设计数学模型的建立及设计： 根据步骤（1)中计算得到的驾驶室稳定杆系统的侧倾线刚度设计要求值Kws，步骤（2) 中计算得到的稳定杆的等效线刚度Κτ，及步骤（4)中所建立的稳定杆橡胶衬套的等效组合 线刚度表达式Κ χ( δ)，建立稳定杆橡胶衬套的内圆套筒壁厚δ的设计数学模型，即 ΚτΚχ(δ)-Κ￥3Κχ(δ)-ΚτΚ ￥3 = 〇； 利用Matlab程序，求解上述关于δ的方程，便可得到内偏置式驾驶室稳定杆橡胶衬套 内圆套筒壁厚S的设计量，且橡胶套的内圆半径
(6) 内偏置式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的ANSYS仿真验证： I利用ANSYS有限元仿真软件，根据设计得到的橡胶衬套的内圆套筒壁厚δ和橡胶套 的内圆半径ra，及该内偏置式驾驶室稳定杆系统的其他结构参数和材料特性参数，建立相 应的ANSYS仿真模型，划分网格，并在摆臂的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f A ; II根据步骤（5)中设计得到的内圆套筒壁厚δ和橡胶套的内圆半径ra，及橡胶衬套 的其他结构参数和材料特性参数，利用步骤（4)中的①步骤中的径向刚度计算式，计算得 到所设计橡胶衬套的径向刚度kx ; III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li，摆臂的悬置位 置到最外端的距离△ Ml定杆的悬置距离L。，在摆臂悬置位置处所施加的载荷F，及II步 骤中计算得到的橡胶衬套的径向刚度匕，利用稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系，对 内偏置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
将该内偏置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式驾驶室稳定杆橡胶衬套内圆套筒壁厚的设 计方法及参数设计值进行验证。
【文档编号】G06F17/50GK104298835SQ201410612106
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】周长城, 于曰伟 申请人:山东理工大学