[發明專利]外偏置非同軸式駕駛室穩定桿的扭管長度的設計方法

有效

• 申請號: 201410665446.6
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104331576B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 周長城;周超
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.外偏置非同軸式駕駛室穩定桿的扭管長度的設計方法，其具體設計步驟如下：

(1)駕駛室穩定桿系統側傾線剛度K_ws的設計要求值的計算：

根據駕駛室穩定桿系統的側傾角剛度設計要求值穩定桿的懸置距離L_c，對駕駛室穩定桿系統側傾線剛度K_ws的設計要求值進行計算，即

(2)建立外偏置非同軸式駕駛室穩定桿橡膠襯套的等效組合線剛度的表達式K_x(L_w)：

①計算橡膠襯套的徑向剛度k_x

根據橡膠套的內圓半徑r_a，外圓半徑r_b，長度L_x，彈性模量E_x和泊松比μ_x，對穩定桿橡膠襯套的徑向剛度k_x進行計算，即

kx=1u(rb)+y(rb);]]>

其中，

y(rb)=a1I(0,αrb)+a2K(0,αrb)+a3+1+μx5πExLx(ln rb+rb2ra2+rb2),]]>

a1=(1+μx)[K(1,αra)ra(ra2+3rb2)-K(1,αrb)rb(3ra2+rb2)]5πExLxαrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)](ra2+rb2),]]>

a2=(μx+1)[I(1,αra)ra(ra2+3rb2)-I(1,αrb)rb(3ra2+rb2)]5πExLxαrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)](ra2+rb2),]]>

a3=-(1+μx)(b1-b2+b3)5πExLxαrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)](ra2+rb2);]]>

b1=[I(1,αra)K(0,αra)+K(1,αra)I(0,αra)]ra(ra2+3rb2),]]>

b2=[I(1,αrb)K(0,αra)+K(1,αrb)I(0,αra)]rb(rb2+3ra2),]]>

b3=αrarb[I(1,αra)K(1,αrb)-K(1,αra)I(1,αrb)][ra2+(ra2+rb2)ln ra],]]>

α=215/Lx,]]>

Bessel修正函數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確定外偏置非同軸式駕駛室穩定桿的扭轉橡膠襯套載荷系數的表達式η_F(L_w)：

根據扭管的外偏置量T，泊松比μ，及擺臂長度l₁，以扭管長度L_W為待設計參變量，確定穩定桿扭轉橡膠襯套的載荷系數表達式η_F(L_w)，即

ηF(Lw)=24(1+μ)l1TLW2;]]>

③建立外偏置非同軸式駕駛室穩定桿橡膠襯套的等效組合線剛度表達式K_x(L_w)：

根據①步驟中計算所得到的橡膠襯套的徑向剛度k_x，及②步驟中計算得到的扭轉橡膠襯套的載荷系數表達式η_F(L_w)，建立外偏置非同軸式駕駛室穩定桿橡膠襯套的等效組合線剛度表達式K_x(L_w)，即

Kx(Lw)=kx1+ηF(Lw);]]>

(3)建立外偏置非同軸式駕駛室扭管的等效線剛度表達式K_T(L_w)：

根據扭管內徑d，外徑D，外偏置量T，彈性模型E和泊松比μ，及擺臂長度l₁，以扭管長度L_w為待設計參變量，建立外偏置非同軸式穩定桿的扭管在駕駛室懸置安裝位置處的等效線剛度表達式K_T(L_w)，即

KT(LW)=πE(D4-d4)32(1+μ)(l1+T)2LW;]]>

(4)外偏置非同軸式駕駛室穩定桿系統扭管長度L_w的設計數學模型的建立及其求解設計：根據步驟(1)中計算所得到的駕駛室穩定桿系統的側傾線剛度的設計要求值K_ws，步驟(2)中計算得到的橡膠襯套的等效組合線剛度表達式K_x(L_w)，及步驟(3)中所建立的扭管在駕駛室懸置安裝位置處的等效線剛度表達式K_T(L_w)，建立扭管長度L_w的設計數學模型，即

K_ws[K_T(L_w)+K_X(L_w)]-K_T(L_w)K_X(L_w)＝0；

利用Matlab程序，求解上述關于L_w的方程，便可求得外偏置非同軸式駕駛室穩定桿的扭管長度L_w的設計量；

(5)外偏置非同軸式駕駛室穩定桿系統側傾角剛度的ANSYS仿真驗證：

利用ANSYS有限元仿真軟件，根據設計得到的外偏置非同軸式駕駛室穩定桿的扭管長度L_w及其他結構參數和材料特性參數，建立相應的ANSYS仿真模型，劃分網格，并在擺臂的懸置安裝位置處施加載荷F，對穩定桿系統的變形進行ANSYS仿真，得到穩定桿系統在擺臂最外端的變形位移量f_A；

根據ANSYS仿真所得到的穩定桿系統在擺臂最外端處的變形位移量f_A，擺臂長度l₁，擺臂的懸置安裝位置到最外端的距離Δl₁，穩定桿的懸置距離L_c，在擺臂的懸置安裝位置處所施加的載荷F，及步驟(2)中的①步驟中計算得到的橡膠襯套的徑向剛度k_x，利用穩定桿系統變形及擺臂位移的幾何關系，對外偏置非同軸式駕駛室穩定桿系統的側傾角剛度的ANSYS仿真驗算值，進行計算，即

fC=l1fAl1+Δl1;]]>

f_ws＝f_C+F/k_x；

將該非同軸式駕駛室穩定桿系統側傾角剛度的ANSYS仿真驗證值與設計要求值進行比較，從而對所提供的外偏置非同軸式駕駛室穩定桿的扭管長度的設計方法及參數設計值進行驗證。