[发明专利]一种基于竹子仿生的空气悬架导向臂结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于竹子仿生的空气悬架导向臂结构及其设计方法，属于汽车空气悬架轻量化领域，导向臂左段为外部变截面结构，右段为外部矩形截面一致内部变截面孔的仿生竹子结构；外部截面形状为矩形，内部挖空截面形状为矩形加椭圆形宽线；右段每段外部平直而内部挖空截面形状随着平直段长度的变化而改变；导向臂右段孔径处及孔径两侧处各放置一块肋板臂；导向臂右段12块肋板间距不为等间距，属于仿生竹子内部竹节肋板变间距导向臂。相较于传统Z字型导向臂，本发明所提供的仿生竹子构型具有良好的轻量化特性，在大幅度减重的同时结构具有更好的强度与刚度，是一种全新的Z字型导向臂结构。

技术领域

本发明属于属于汽车空气悬架轻量化技术领域，尤其涉及一种基于竹子仿生的空气悬架导向臂结构及设计方法。

背景技术

随着技术的更新迭代，人们对车辆的自重、舒适性、适应性等性能指标的要求不断提升，空气悬架由于其优异的结构性能，在车辆上获得了广泛的应用。目前部分国家的公路运输车辆普遍采用空气悬架，随着空气悬架的使用率逐渐增多，也吸引众多学者对其轻量化进行研究。

导向臂作为空气悬架结构中的传力导向杆系以及弹性元件，承担着传递各种力和力矩的重要作用，但是其仍存在质量过重的问题，为实现导向臂的减重目标，通过联合仿生设计与结构优化以实现导向臂的轻量化设计。

结构仿生设计是指从生物的宏观层面或微观层面出发，研究生物体的形态、结构、材料、功能等的基础上，在生物体和工程对象具有高度相似性的前提下，进行设计构思或构建数学、力学模型，提取出生物特征用于仿生设计，并在工程对象中得以实现设计目标；结构优化是指通过拓扑优化以及参数化优化等，以获取结构的最佳传力路径或最佳参数等。

现有的空气悬架结构优化导向臂的优化一般是通过板簧材料选择、片数选择、厚度设计以及变截面控制来实现，并未对其截面形状及新构型等层面进行拓展。缺乏对空其悬架导向臂的整体优化设计，特别是轻量化设计的综合方法。

发明内容

本发明鉴于以上的技术问题，提出了一种基于竹子仿生的空气悬架导向臂及其设计方法，实现了大幅度减重的同时结构具有更好的强度与刚度。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种基于竹子仿生的空气悬架导向臂，其特征在于包括：

上导向臂，具有上叠合接触段、自上叠合接触段往左端延伸的第一变截面段、以及由第一变截面段向上卷曲为孔状的铰接端；

下导向臂，具有：位于所述上叠合接触段下方且与之接触的下叠合接触段，自下叠合接触段往左端延伸的第二变截面段，由第二变截面段向上与上导向臂同步卷曲为孔状的铰接端；由下叠合接触段往下延伸的竖直段、和由竖直段往右延伸的伸出段；下叠合接触段和竖直段之间、竖直段和伸出段之间均为圆弧过渡段；

所述上叠合接触段、下导向臂自下叠合接触段往右延伸方向各段均为外形截面一致的仿生竹子结构段，各仿生竹子结构段内均设置有矩形加弧形宽度曲线的截面孔。

上述技术方案中，第一变截面段和第二变截面段均为由各自叠合接触段边界往左逐步边薄的变截面矩形段。

上述技术方案中，仿生竹子结构段外形截面一致，且均为与第一变截面段和第二变截面段的变截面矩形段最大截面对接的矩形结构。

上述技术方案中，所述仿生竹子结构段矩形加弧形宽度曲线的截面孔的长宽和/或宽度随着外部平直段或竖直段长度的变化而改变。

上述技术方案中，所述仿生竹子结构段矩形加弧形宽度曲线的截面孔为变截面矩形椭圆孔、或变截面矩形二次曲线孔、或变截面矩形正弦曲线孔。

上述技术方案中，所述各仿生竹子结构段均设置多组竹节肋板支撑结构，各组竹节肋板支撑结构均为多块不等距间隔设置的封闭式横向矩形宽曲线截面竹节肋板。