[发明专利]内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的变形计算方法

摘要

本发明内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的变形计算方法，属于车辆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及所承受载荷，通过橡胶衬套径向刚度K_x、稳定杆的变形系数G_w及扭管橡胶衬套的载荷系数，对内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的变形进行计算。通过实例及ANSYS仿真验证可知，利用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变形计算值，为内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统设计及CAD软件的开发，奠定了可靠的技术基础，不仅可提高产品的设计水平，提高车辆行驶的平顺性和安全性；同时，还可降低设计及试验费用，加快产品开发速度。

主权项

内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的变形计算方法，内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的结构左右对称，扭管与扭转橡胶衬套非同轴，内偏置量T；扭管的长度L_W，内圆直径d，外圆直径D，弹性模量E，泊松比μ；悬置橡胶衬套与扭转橡胶衬套之间的距离，即摆臂长度l₁；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；在内偏置非同轴式驾驶室稳定杆和橡胶套的结构参数、材料特性参数及所承受载荷给定情况下，对内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的变形进行计算，其特征在于采用以下计算步骤：(1)内偏置非同轴式稳定杆在悬置位置处的变形系数G_w计算：根据扭管的长度L_w，内径d，外径D，弹性模量E和泊松比μ，摆臂长度l₁，及扭管的内偏置量T，对稳定杆在悬置位置处的变形系数G_w进行计算，即$G_W=\frac{32(1+\mathrm{\μ}){(l_1-T)}^2{L}_W}{\mathrm{\π}E(1-k_d^4)};$(2)橡胶衬套的径向刚度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，$y\left(r_b\right)=a_{1}I(0,{\mathrm{\αr}}_b)+a_{2}K(0,{\mathrm{\αr}}_b)+a_3+\frac{1+{\mathrm{\μ}}_x}{5{\mathrm{\πE}}_x{L}_x}(\ln r_b+\frac{r_b^2}{r_a^2+r_b^2}),$$a_1=\frac{(1+{\mathrm{\μ}}_x)\[K(1,{\mathrm{\αr}}_a)r_a(r_a^2+3r_b^2)-K(1,{\mathrm{\αr}}_b)r_b(3r_a^2+r_b^2)\]}{5{\mathrm{\πE}}_x{L}_x{\mathrm{\αr}}_a{r}_b\[I(1,{\mathrm{\αr}}_a)K(1,{\mathrm{\αr}}_b)-K(1,{\mathrm{\αr}}_a)I(1,{\mathrm{\αr}}_b)\](r_a^2+r_b^2)},$$a_2=\frac{({\mathrm{\μ}}_x+1)\[I(1,{\mathrm{\αr}}_a)r_a(r_a^2+3r_b^2)-I(1,{\mathrm{\αr}}_b)r_b(3r_a^2+r_b^2)\]}{5{\mathrm{\πE}}_x{L}_x{\mathrm{\αr}}_a{r}_b\[I(1,{\mathrm{\αr}}_a)K(1,{\mathrm{\αr}}_b)-K(1,{\mathrm{\αr}}_a)I(1,{\mathrm{\αr}}_b)\](r_a^2+r_b^2)},$$a_3=-\frac{(1+{\mathrm{\μ}}_x)(b_1-b_2+b_3)}{5{\mathrm{\πE}}_x{L}_x{\mathrm{\αr}}_a{r}_b\[I(1,{\mathrm{\αr}}_a)K(1,{\mathrm{\αr}}_b)-K(1,{\mathrm{\αr}}_a)I(1,{\mathrm{\αr}}_b)\](r_a^2+r_b^2)};$$b_1=\[I(1,{\mathrm{\αr}}_a)K(0,{\mathrm{\αr}}_a)+K(1,{\mathrm{\αr}}_a)I(0,{\mathrm{\αr}}_a)\]r_a(r_a^2+3r_b^2),$$b_2=\[I(1,{\mathrm{\αr}}_b)K(0,{\mathrm{\αr}}_a)+K(1,{\mathrm{\αr}}_b)I(0,{\mathrm{\αr}}_a)\]r_b(r_b^2+3r_a^2),$$b_3={\mathrm{\αr}}_a{r}_b\[I\left(1,{\mathrm{\αr}}_a\right)K\left(1,{\mathrm{\αr}}_b\right)-K\left(1,{\mathrm{\αr}}_a\right)I\left(1,{\mathrm{\αr}}_b\right)\]\[r_a^2+\left(r_a^2+r_b^2\right)\ln r_a\],$$\mathrm{\α}=2\sqrt{15}/L_x,$Bessel修正函数I(0,αr_b)，K(0,αr_b)，I(1,αr_b)，K(1,αr_b)，I(1,αr_a)，K(1,αr_a)，I(0,αr_a)，K(0,αr_a)；(3)扭转橡胶衬套的载荷系数β_F计算：根据扭管的长度L_W，泊松比μ，内偏置量T，及摆臂长度l₁，对扭转橡胶衬套的载荷系数β_F进行计算，即${\mathrm{\β}}_F=\frac{24(1+\mathrm{\μ})(l_1-T)T}{L_W^2};$(4)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统变形及摆臂位移量的计算：I摆臂悬置位置的变形位移量f_C的计算根据在稳定杆摆臂悬置位置处所施加的载荷F，摆臂长度l₁，扭管的外径D，内偏置量T，步骤(1)中计算得到的稳定杆在悬置位置处的变形系数G_w，步骤(2)中计算得到的橡胶衬套的径向刚度K_x，步骤(3)中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数β_F，通过叠加原理对稳定杆摆臂悬置位置处的变形位移量f_C进行计算，即$f_C=G_W\frac{F}{D^4}+{\mathrm{\β}}_F\frac{F}{K_X}+{\mathrm{\β}}_F\frac{{\mathrm{Fl}}_1}{K_{X}T};$II内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的变形位移量f_ws的计算根据在摆臂的悬置位置处所施加载荷F，步骤(2)中计算得到的橡胶衬套的径向刚度K_x，及I步骤中计算得到的摆臂悬置位置处的变形位移量f_C，对稳定杆悬置橡胶衬套的变形位移量，即对驾驶室稳定杆系统的变形位移量f_ws进行计算，即$f_{ws}=f_C+\frac{F}{K_X};$III内偏置非同轴式稳定杆摆臂最外端处的变形位移量f_A的计算根据摆臂长度l₁，摆臂的悬置位置到最外端的距离Δl₁，及I步骤中计算得到的摆臂的悬置位置处的变形位移量f_C，利用稳定杆系统及摆臂变形位移量的几何关系，对内偏置非同轴式稳定杆摆臂最外端处的变形位移量f_A进行计算，即：$f_A=f_C\frac{(l_1+{\mathrm{\Δl}}_1)}{l_1};$(5)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统变形计算的ANSYS仿真验证：根据内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的结构参数和材料特性参数，利用ANSYS有限元仿真软件，建立仿真模型，划分网格，并在摆臂的悬置位置施加与步骤(4)的I步骤中的相同载荷F，对内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的变形进行ANSYS仿真，得摆臂最外端的最大变形位移量的ANSYS仿真验证值f_A；将稳定杆系统在摆臂最外端的最大变形位移量的ANSYS仿真验证值f_A，与步骤(4)中所得到的计算值f_A进行比较，从而对本发明所提供的驾驶室横向稳定杆系统变形的计算方法的正确性进行验证。