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1、(10)申请公布号 CN 104281759 A (43)申请公布日 2015.01.14 CN 104281759 A (21)申请号 201410609290.X (22)申请日 2014.11.03 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人 山东理工大学 地址 255086 山东省淄博市高新技术产业开 发区高创园 A 座 313 室 (72)发明人 周长城 于曰伟 (54) 发明名称 内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的 设计方法 (57) 摘要 本发明涉及内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡 胶套长度的设计方法， 属于驾驶室悬置技术领域。 本发明根据稳定杆系统的侧倾角刚度要求值。
2、， 与 稳定杆的等效线刚度和橡胶衬套的载荷系数、 径 向刚度、 等效组合线刚度之间及橡胶套长度之间 的关系， 建立了内偏置非同轴式稳定杆橡胶套长 度设计数学模型， 并利用 Matlab 对其进行求解设 计， 可得到准确可靠的橡胶套长度设计值， 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， 仅通过橡胶衬 套长度的调整设计， 提高稳定杆系统的设计水平、 质量和性能， 满足驾驶室悬置对稳定杆侧倾角刚 度的设计要求， 提高车辆的行驶平顺性和安全性 ； 同时， 还可降低设计及试验费用。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 10 页 附图 6 页 。
3、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书10页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104281759 A CN 104281759 A 1/3 页 2 1. 内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计方法， 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安装距离 Lc， 对该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) 内偏置非同轴式稳定杆的等效线刚度 KT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 。
4、和泊松比 ， 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 KT进行计算， 即 (3) 内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx) 建立 ： 建立橡胶衬套径向刚度表达式 kx(Lx) 根据橡胶套的内圆半径 ra， 外圆半径 rb， 弹性模量 Ex和泊松比 x， 以橡胶套长度 Lx为 待设计参变量， 建立稳定杆橡胶衬套的径向刚度表达式 kx(Lx)， 即 其中， Bessel 修正函数 I(0,rb)， K(0,rb)， I(1,rb)， K(1,rb)， I(1,ra)， K(1,ra)， I(0,ra)， K(0,ra) ； 扭转橡胶衬套的载荷系数 F。
5、的计算 ： 权 利 要 求 书 CN 104281759 A 2 2/3 页 3 根据扭管的长度LW， 泊松比， 内偏置量T， 及摆臂长度l1， 对扭转橡胶衬套的载荷系数 F进行计算， 即 内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx) 的建立 ： 根据摆臂长度 l1， 扭管的内偏置量 T， 步骤中所建立的橡胶衬套的径向刚度表达式 kx(Lx)， 及步骤中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数 F， 建立稳定杆橡胶衬套的等效 组合线刚度表达式 Kx(Lx)， 即 (4) 内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度 Lx设计数学模型的建立及其求解设计 ： 根据步骤 (1) 中计算得到的驾驶。
6、室稳定杆系统的侧倾线刚度的设计要求值 Kws， 步骤 (2) 中计算得到的稳定杆的等效线刚度 KT， 及步骤 (3) 中所建立的稳定杆橡胶衬套的等效 组合线刚度表达式 Kx(Lx)， 建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度 Lx的设计数学模 型， 即 KTKX(Lx)-KwsKX(Lx)-KwsKT 0 ； 利用 Matlab 程序， 求解上述关于 Lx的方程， 便可得到内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡 胶套长度 Lx的设计量 ； (5) 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 ： I 利用 ANSYS 有限元仿真软件， 根据橡胶套长度 Lx设计值及该驾驶室稳定杆系统的。
7、其 他结构参数和材料特性参数， 建立 ANSYS 仿真模型， 划分网格， 并在摆臂悬置位置施加载荷 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 fA； II 根据橡胶套长度 Lx设计值及其他结构参数和材料特性参数， 利用步骤 (3) 的步 骤中的径向刚度计算式， 计算求得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l1， 摆臂的悬置位 置到最外端的距离 l1， 稳定杆悬置距离 Lc， 在摆臂的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径向刚度 kx， 利用稳定杆系。
8、统变形及摆臂位移的几何关系， 对所 设计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， 进行计算， 即 权 利 要 求 书 CN 104281759 A 3 3/3 页 4 将该非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的ANSYS的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橡胶套长度的设计方 法及参数设计值进行验证。 权 利 要 求 书 CN 104281759 A 4 1/10 页 5 内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计方法 技术领域 0001 本发明涉及车辆驾驶室悬置， 特别是内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的 设计方法。
9、。 背景技术 0002 内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统是由摆臂、 扭管和橡胶衬套所组成的， 但却是 一个由刚体、 弹性体及柔性体三者组成的耦合体， 其分析计算非常复杂。其中， 橡胶衬套由 内圆套筒、 橡胶套和外圆套筒组成， 而橡胶套的长度对驾驶室稳定杆系统的侧倾角刚度具 有重要影响。 在驾驶室实际设计中， 经常采用在稳定杆结构确定情况下， 通过对橡胶套长度 的设计或调整， 使驾驶室稳定杆系统达到侧倾角刚度的设计要求。 然而， 由于受橡胶衬套变 形解析计算、 扭管的扭转变形和弯曲变形的相互耦合， 及扭转橡胶衬套载荷增加量等关键 问题的制约， 对于内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的调整设计， 。
10、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的设计， 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， 无法提供精确的解析设计式， 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、 可靠的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶 套长度的设计方法， 满足驾驶室悬置及稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求， 提高产品设计 水平和质量， 提高车辆行驶平顺性和安全性 ； 同时， 。
11、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、 可靠的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计方法， 其设计流程图如图 1 所示 ； 内偏置非同轴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非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度 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 ： 0。
12、006 根据稳定杆的侧倾角刚度设计要求值悬置安装距离 Lc， 对该驾驶室稳定杆系 统的侧倾线刚度 Kws的设计要求值进行计算， 即 0007 0008 (2) 内偏置非同轴式稳定杆的等效线刚度 KT的计算 ： 0009 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 ， 及摆臂长 说 明 书 CN 104281759 A 5 2/10 页 6 度 l1， 对稳定杆在驾驶室悬置安装位置处的等效线刚度 KT进行计算， 即 0010 0011 (3) 内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx) 建立 ： 0012 建立橡胶衬套径向刚度表达。
13、式 kx(Lx) 0013 根据橡胶套的内圆半径 ra， 外圆半径 rb， 弹性模量 Ex和泊松比 x， 以橡胶套长度 Lx为待设计参变量， 建立稳定杆橡胶衬套的径向刚度表达式 kx(Lx)， 即 0014 0015 其中， 0016 0017 0018 0019 0020 0021 0022 0023 0024 Bessel 修正函数 I(0,rb)， K(0,rb)， I(1,rb)， K(1,rb)， 0025 I(1,ra)， K(1,ra)， I(0,ra)， K(0,ra) ； 0026 扭转橡胶衬套的载荷系数 F的计算 ： 0027 根据扭管的长度LW， 泊松比， 内偏置量T， 。
14、及摆臂长度l1， 对扭转橡胶衬套的载荷 系数 F进行计算， 即 0028 0029 内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx) 的建立 ： 0030 根据摆臂长度 l1， 扭管的内偏置量 T， 步骤中所建立的橡胶衬套的径向刚度表达 式 kx(Lx)， 及步骤中计算得到的扭转橡胶衬套的载荷系数 F， 建立稳定杆橡胶衬套的等 效组合线刚度表达式 Kx(Lx)， 即 说 明 书 CN 104281759 A 6 3/10 页 7 0031 0032 (4)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度Lx设计数学模型的建立及其求解设 计 ： 0033 根据步骤 (1) 中计算得到的驾驶室。
15、稳定杆系统的侧倾线刚度的设计要求值 Kws， 步 骤 (2) 中计算得到的稳定杆的等效线刚度 KT， 及步骤 (3) 中所建立的稳定杆橡胶衬套的等 效组合线刚度表达式 Kx(Lx)， 建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度 Lx的设计数学 模型， 即 0034 KTKX(Lx)-KwsKX(Lx)-KwsKT 0 ； 0035 利用 Matlab 程序， 求解上述关于 Lx的方程， 便可得到内偏置非同轴式驾驶室稳定 杆橡胶套长度 Lx的设计量 ； 0036 (5) 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 ： 0037 I 利用 ANSYS 有限元仿真软件， 根据橡胶。
16、套长度 Lx设计值及该驾驶室稳定杆系统 的其他结构参数和材料特性参数， 建立 ANSYS 仿真模型， 划分网格， 并在摆臂悬置位置施加 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 fA； 0038 II根据橡胶套长度Lx设计值及其他结构参数和材料特性参数， 利用步骤(3)的 步骤中的径向刚度计算式， 计算求得所设计橡胶衬套的径向刚度 kx； 0039 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 l1， 摆臂的悬 置位置到最外端的距离 l1， 稳定杆悬置距离 Lc， 在摆臂的悬置位置处所施加的载荷 F， 及 。
17、II 步骤中计算得到的橡胶衬套径向刚度 kx， 利用稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系， 对所设计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， 进行计 算， 即 0040 0041 0042 0043 0044 0045 将该非同轴式驾驶室稳定杆系统侧倾角刚度的 ANSYS 的仿真验证值与设计 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橡胶套长度的 说 明 书 CN 104281759 A 7 4/10 页 8 设计方法及参数设计值进行验证。 0046 本发明比现有技术具有的优点 0047 由于受橡胶衬套变形解析计算、 扭管的扭转变形和弯曲变形的相互。
18、耦合， 及扭转 橡胶衬套载荷增加量等关键问题的制约， 对于内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的 调整设计， 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的设 计， 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， 无法提供精确的解析设计式， 不能满足驾驶室稳定杆 系统 CAD 软件开发的要求， 也不能满足实际设计生产过程中对通过橡胶套长度对稳定杆系 统及侧倾角刚度进行调整设计的要求。 0048 本发明根据内。
19、偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的结构及扭管内偏置量 T、 扭管的 弯曲变形与扭转变形及载荷之间的关系， 得到了稳定杆的等效线刚度 KT和扭转橡胶衬套载 荷系数 F， 并以橡胶套长度 Lx为待设计参变量， 建立了橡胶衬套的径向刚度表达式 kx(Lx) 和等效组合线刚度表达式 Kx(Lx) ； 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， 利用稳定杆系统侧倾角刚度， 与稳定杆等效线刚度， 扭转橡胶衬套载荷系数， 橡胶套长度， 橡胶衬套的径向刚度及等效组合线刚度之间的关系， 建立了驾驶室稳定杆橡 胶套长度设计数学模型 ； 可根据驾驶室对稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求， 稳定杆系统 的。
20、结构参数和材料特性参数， 利用橡胶套长度 Lx设计数学模型和 Matlab 程序， 对内偏置 非同轴式驾驶室稳定杆系统的橡胶套长度 Lx进行求解设计。通过设计实例及 ANSYS 仿真 验证可知， 该方法可得到准确可靠的橡胶套长度 Lx设计值， 为驾驶室悬置及稳定杆系统的 设计提供了可靠的设计方法， 并且为驾驶室稳定杆系统 CAD 软件开发奠定了可靠的技术基 础。 利用该方法， 不仅可提高驾驶室悬置及稳定杆系统的设计水平和质量， 满足驾驶室悬置 对稳定杆侧倾角刚度的设计要求， 进一步提高车辆的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。 0049 为了更好地理解。
21、本发明， 下面结合附图做进一步的说明。 0050 图 1 是内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计流程图 ； 0051 图 2 是内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的结构示意图 ； 0052 图 3 是橡胶衬套的结构示意图 ； 0053 图 4 是内偏置非同轴式稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系图 ； 0054 图 5 是实施例一的橡胶衬套径向刚度 kx随橡胶套长度 Lx的变化曲线 ； 0055 图6是实施例一的稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度Kx随长度Lx刚的变化曲线 ； 0056 图 7 是实施例一的稳定杆系统的侧倾角刚度随橡胶套长度 Lx的变化曲线 ； 0057 图 8 是实施例一的内偏置。
22、非同轴式驾驶室稳定杆系统的变形仿真云图 ； 0058 图 9 是实施例二的橡胶衬套径向刚度 kx随橡胶套长度 Lx的变化曲线 ； 0059 图 10 是实施例二的稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度 Kx随长度 Lx刚的变化曲 线 ； 0060 图 11 是实施例二的稳定杆系统的侧倾角刚度随橡胶套长度 Lx的变化曲线 ； 0061 图 12 是实施例二的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的变形仿真云图。 说 明 书 CN 104281759 A 8 5/10 页 9 具体实施方案 0062 下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。 0063 实施例一 ： 某内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的结构左右对称，。
23、 如图 2 所示， 包 括 ： 摆臂 1， 悬置橡胶衬套 2， 扭转橡胶衬套 3， 扭管 4 ； 其中， 扭管 4 与扭转橡胶衬套 3 不同 轴， 扭管的内偏置量 T 30mm ； 左右两个摆臂 1 之间的距离 Lc 1550mm， 即稳定杆的悬置 距离 ； 悬置橡胶衬套 2 与扭转橡胶衬套 3 之间的距离， 即摆臂长度 l1 380mm, 摆臂悬置位 置 C 到最外端 A 的距离 l1 47.5mm ； 扭管 4 的长度 Lw 1500mm， 内径 d 35mm， 外径 D 50mm， 弹性模量 E 200GPa， 泊松比 0.3 ； 左右四个橡胶衬套的结构和材料特性完 全相同， 如图 3 。
24、所示， 包括 ： 内圆套筒 5， 橡胶套 6， 外圆套筒 7， 其中， 内圆套筒 5 的内圆直径 dx 35mm， 壁厚 2mm ； 橡胶套 6 的内圆半径 ra 19.5mm， 外圆半径 rb 34.5mm， 弹性 模量 Ex 7.84MPa， 泊松比 x 0.47， 长度 Lx为待设计参量。该驾驶室稳定杆设计所要 求的侧倾角刚度对该内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的橡胶套 长度 Lx进行设计， 并对在载荷 F 5000N 下的侧倾角刚度进行 ANSYS 仿真验证。 0064 本发明实例所提供的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计方法， 其设 计流程如图 1 所示， 具体步骤如下 ： 0。
25、065 (1) 驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度 Kws设计要求值的计算 ： 0066 根据稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值悬置距离 Lc 1550mm， 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 0067 0068 (2) 内偏置非同轴式稳定杆的等效线刚度 KT的计算 ： 0069 根据扭管的长度 Lw 1500mm， 内偏置量 T 30mm， 内径 d 35mm， 外径 D 50mm， 弹性模量 E 200GPa 和泊松比 0.3， 及摆臂长度 l1 380mm， 对稳定杆在驾驶室悬置 安装位置处的等效线刚度 KT进行计算， 即 0070 0071 (3) 内偏置非同轴式。
26、稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx) 建立 ： 0072 建立橡胶衬套径向刚度表达式 kx(Lx) 0073 根据橡胶套的内圆半径 ra 19.5mm， 外圆半径 rb 34.5mm， 及弹性模量 Ex 7.84MPa和泊松比x0.47， 以橡胶套长度Lx为待设计参变量， 建立稳定杆橡胶衬套的径 向刚度表达式 kx(Lx)， 即 0074 0075 其中， 说 明 书 CN 104281759 A 9 6/10 页 10 0076 0077 0078 0079 0080 0081 0082 0083 0084 Bessel 修正函数 I(0,rb)， K(0,rb)， I(1,r。
27、b)， K(1,rb)， 0085 I(1,ra)， K(1,ra)， I(0,ra)， K(0,ra) ； 0086 其中， 橡胶衬套的径向刚度 kx随橡胶套长度 Lx的变化曲线， 如图 5 所示 ； 0087 扭转橡胶衬套的载荷系数 F的计算 0088 根据扭管的长度 LW 1500mm， 泊松比 0.3， 内偏置量 T 30mm， 及摆臂长度 l1 380mm， 对扭转橡胶衬套的载荷系数 F进行计算， 即 0089 0090 内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx) 的建立 ： 0091 根据摆臂长度 l1 380mm， 扭管的内偏置量 T 30mm， 步骤中所建。
28、立的橡胶衬 套径向刚度表达式kx(Lx)， 及步骤中计算得到的F0.1456， 以橡胶套长度Lx为待设计 参变量， 建立稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx)， 即 0092 0093 其中， 稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度 Kx随橡胶套长度 Lx的变化曲线， 如图 6 所示 ； 0094 (4)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度Lx设计数学模型的建立及其求解设 计 ： 0095 根据步骤 (1) 中计算得到的 Kws 2.514105N/m， 步骤 (2) 中计算得到的 KT 3.90387105N/m， 及步骤 (3) 中所建立的表达式 Kx(Lx)， 建立内偏置非同轴式驾驶。
29、室稳定 杆橡胶套长度 Lx的设计数学模型， 即 0096 KTKX(Lx)-KX(Lx)+KwsKw 0 ； 0097 利用 Matlab 程序， 求解上述关于 Lx的方程， 可得到该非同轴式驾驶室稳定杆橡胶 套长度 Lx的设计值， 即 说 明 书 CN 104281759 A 10 7/10 页 11 0098 Lx 25mm ； 0099 其中， 该稳定杆系统的侧倾角刚度随橡胶套长度 Lx的变化曲线， 如图 7 所示 ； 0100 (5) 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 ： 0101 I 利用 ANSYS 有限元仿真软件， 根据实施例中的参数及设计所得到的。
30、橡胶套长度 Lx 25mm， 建立 ANSYS 仿真模型， 划分网格， 并在摆臂的悬置位置 C 处施加载荷 F 5000N， 对稳定杆系统的变形进行ANSYS仿真， 所得到的变形仿真云图， 如图8所示， 其中， 稳定杆系 统在摆臂最外端 A 处的变形位移量 fA为 0102 fA 19.811mm ； 0103 II 根据设计所的的橡胶衬套的长度 Lx 25mm 及其他结构参数和材料特性参数， 利用步骤 (3) 的步骤中的径向刚度计算式， 求得该橡胶衬套的径向刚度 kx为 ； 0104 kx 2.1113106N/m ； 0105 III 根据 ANSYS 仿真所得到的摆臂最外端的最大变形位移。
31、量 fA 19.811mm， 摆臂 长度 l1 380mm， 摆臂的悬置位置 C 到最外端 A 的距离 l1 47.5mm， 稳定杆的悬置距离 Lc 1500mm， 在摆臂的悬置位置 C 处所施加的载荷 F 5000N， 及 II 步骤中计算得到的 kx 2.1113106N/m， 利用稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系， 如图 4 所示， 对该内偏置 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 0106 0107 0108 0109 0110 0111 可 知，该 驾 驶 室 稳 定 杆 的 侧 倾 角 刚 度 的 ANSYS 的 仿 真 验 证 值 与设。
32、计要求值相吻合， 相对偏差仅为 0.386 ； 表明该发明所提供的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计方法是正 确的， 参数设计值是准确可靠的。 0112 实施例二 ： 某内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的结构形式与实施例一的相同， 如图2所示， 其中， 扭管4与扭转橡胶衬套3不同轴， 扭管的内偏置量T30mm ； 左右两个摆 臂 1 之间的距离 Lc 1400mm， 即稳定杆的悬置距离 ； 悬置橡胶衬套 2 与扭转橡胶衬套 3 之 间的距离， 即摆臂长度l1350mm ； 摆臂的悬置位置C到最外端A的距离l152.5mm ； 扭 管 4 的长度 Lw 1000mm， 内径 d 42mm，。
33、 外径 D 50mm ； 左右四个橡胶衬套的结构都完全 说 明 书 CN 104281759 A 11 8/10 页 12 相同， 如图3所示， 其中， 内圆套筒5的内圆直径dx35mm， 壁厚5mm ； 橡胶套6的内圆 半径ra22.5mm， 外圆半径rb37.5mm， 长度Lx为待设计参量。 稳定杆的材料特性及橡胶 衬套的材料特性， 与实施例一的相同， 即扭管的弹性模量 E 200GPa， 泊松比 0.3 ； 橡 胶套的弹性模量 Ex 7.84MPa， 泊松比 x 0.47。该驾驶室稳定杆设计所要求的侧倾角 刚度对该内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的橡胶套长度 Lx进 行设计， 并对在载荷 。
34、F 5000N 下的侧倾角刚度进行 ANSYS 仿真验证。 0113 采用与实施例一相同的步骤， 对该内偏置非同轴式驾驶室稳定杆系统的橡胶套长 度 Lx进行设计， 即 ： 0114 (1) 驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度 Kws设计要求值的计算 ： 0115 根据稳定杆系统侧倾角刚度的设计要求值悬置距离 Lc 1400mm， 对该驾驶室稳定杆系统侧倾线刚度 Kws的设计要求值进行计算， 即 0116 0117 (2) 内偏置非同轴式稳定杆的等效线刚度 KT的计算 ： 0118 根据扭管的长度 Lw 1000mm， 内偏置量 T 30mm， 内径 d 42mm， 外径 D 50mm， 弹性模量 E 。
35、200GPa 和泊松比 0.3， 及摆臂长度 l1 350mm， 对稳定杆在驾驶室悬置 安装位置处的等效线刚度 KT进行计算， 即 0119 0120 (3) 内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx) 建立 ： 0121 建立橡胶衬套径向刚度表达式 kx(Lx) ： 0122 根据橡胶套的内圆半径 ra 22.5mm， 外圆半径 rb 37.5mm， 弹性模量 Ex 7.84MPa， 泊松比 x 0.47， 以橡胶套长度 Lx为待设计参变量， 建立稳定杆橡胶衬套的径 向刚度表达式 kx(Lx)， 即 0123 0124 其中， 0125 0126 0127 说 明 书 。
36、CN 104281759 A 12 9/10 页 13 0128 0129 0130 0131 0132 0133 Bessel 修正函数 I(0,rb)， K(0,rb)， I(1,rb)， K(1,rb)， 0134 I(1,ra)， K(1,ra)， I(0,ra)， K(0,ra) ； 0135 其中， 橡胶衬套的径向刚度 kx随橡胶套长度 Lx的变化曲线， 如图 9 所示 ； 0136 扭转橡胶衬套的载荷系数 F的计算 ： 0137 根据扭管的长度 LW 1000mm， 泊松比 0.3， 内偏置量 T 30mm， 及摆臂长度 l1 350mm， 对扭转橡胶衬套的载荷系数 F进行计算，。
37、 即 0138 0139 内偏置非同轴式稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx) 的建立 ： 0140 根据摆臂长度 l1 350mm， 扭管的内偏置量 T 30mm， 步骤中所建立的橡胶衬 套的橡胶衬套径向刚度表达式 kx(Lx)， 及步骤中计算得到的 F 0.29952， 以橡胶套长 度 Lx为待设计参变量， 建立稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx)， 即 0141 0142 其中， 稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度 Kx随橡胶套长度 Lx的变化曲线， 如图 10 所示 ； 0143 (4)内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度Lx设计数学模型的建立及其求解设 计 ： 。
38、0144 根据步骤 (1) 中计算得到的 Kws 3.0308105N/m， 步骤 (2) 中计算得到的 KT 4.62894105N/m， 及步骤 (3) 中所建立的稳定杆橡胶衬套的等效组合线刚度表达式 Kx(Lx)， 建立内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度 Lx的设计数学模型， 即 0145 KTKX(Lx)-KX(Lx)+KwsKw 0 ； 0146 利用 Matlab 程序， 求解上述关于 Lx的方程， 可得到该非同轴式驾驶室稳定杆橡胶 套长度 Lx的设计值， 即 0147 Lx 40mm ； 0148 其中， 该稳定杆系统的侧倾角刚度随橡胶套长度 Lx的变化曲线， 如图 11 所示。
39、 ； 0149 (5) 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 ： 0150 I 利用 ANSYS 有限元仿真软件， 根据实施例中的参数及设计所得到的橡胶套长度 Lx 40mm， 建立 ANSYS 仿真模型， 划分网格， 并在摆臂悬置位置施加载荷 F 5000N， 对稳定 杆系统的变形进行 ANSYS 仿真， 所得到的变形仿真云图， 如图 12 所示， 其中， 稳定杆系统在 说 明 书 CN 104281759 A 13 10/10 页 14 摆臂最外端的最大变形位移量 fA为 0151 fA 17.637mm ； 0152 II 根据橡胶衬套的长度设计值 Lx 40。
40、mm 及其他结构参数和材料特性参数， 利用 步骤 (3) 的步骤中的径向刚度计算式， 计算求得所设计橡胶衬套的径向刚度 kx为 0153 kx 4.2085106N/m ； 0154 III 根据 ANSYS 仿真所得到的摆臂最外端的变形位移量 fA 17.637mm， 摆臂长 度 l1 350mm， 摆臂的悬置位置 C 到最外端 A 的距离 l1 52.5mm， 稳定杆的悬置距离 Lc 1400mm， 在摆臂悬置位置 C 处所施加的载荷 F 5000N， 及 II 步骤中计算得到的 kx 4.2085106N/m， 利用稳定杆系统变形及摆臂位移的几何关系， 如图 4 所示， 对该内偏置非 同。
41、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 0155 0156 0157 0158 0159 0160 可 知，该 驾 驶 室 稳 定 杆 的 侧 倾 角 刚 度 的 ANSYS 的 仿 真 验 证 值 与设计要求值相吻合， 相对偏差仅为 0.166 ； 表明该发明所提供的内偏置非同轴式驾驶室稳定杆橡胶套长度的设计方法是正 确的， 参数设计值是准确可靠的。 说 明 书 CN 104281759 A 14 1/6 页 15 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104281759 A 15 2/6 页 16 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 104281759 A 16 3/6 页 17 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 104281759 A 17 4/6 页 18 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 104281759 A 18 5/6 页 19 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 104281759 A 19 6/6 页 20 图 12 说 明 书 附 图 CN 104281759 A 20 。