在已知整车负荷(悬挂质体负荷)P、整车质心(悬挂质体质心)至第1轴的距离l、各轴至第1轴的距离li以及各轴悬架刚度ci的情况下,利用图4-1的力学模型,来建立各轴轴荷(悬架负荷)Pi的检验计算公式。检验计算其实也是设计计算的一种手段,是为设计计算服务的。
图4-1 质体绕外心倾斜振动
图4-1是一个与多轴汽车对应的多簧质量系统的力学模型,它由刚度为ci(双边弹簧刚度cs与双边轮胎刚度ct的串联组合刚度)的几个弹簧并联组成。各簧(轴)至第1弹簧(轴)的距离为li。系统为一刚性质体,其质心面至第1弹簧(轴)的距离为l。
假定在系统的质心面处作用一个垂直载荷P,质体将绕振动中心O转过一个δ角,且各簧将产生一个垂直变形fi,质心面处的垂直位移为f。
设各轴的负荷(弹簧的变形力)为Pi,而Pi=cifi,因ci为已知参数,故只要求出了fi,负荷分配问题就解决了。
由图4-1的力矩平衡关系可得
由图4-1的几何关系还可得
将式(4-2)变为
式中 R0——振动中心到质心面的距离。
将式(4-3)代入式(4-1)后,便可求得振动中心距R0为
如果式(4-4)中的分母为零,则R0→∞,瞬心在无穷远处,这意味着质心面与中性面重合,质体产生平上平下的运动。
式(4-3)中的f还是一个未知数,由于f=P/C,P是已知参数,而c是质心面处的换算刚度,它可由下述方法求得:
在图4-1中,由力平衡关系可得
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将式(4-3)代入式(4-5)后,可得
再将式(4-4)代入式(4-6)还可解得
由式(4-7)可知,质心面处的换算刚度(系统组合线刚度),一般小于各簧刚度之和。
有了振动中心距R0和质心面处的换算刚度c,就可得到各轴的负荷Pi为
值得注意的是,若视P为整车负荷,l为整车质心位置,则Pi为各轴的轴荷;若视P为悬挂质体载荷,l为悬挂质体质心位置,则Pi为各轴悬架负荷。
式(4-8)适用于n轴汽车,故也适用于二轴汽车。
由式(4-8)可知,各轴负荷Pi除与总负荷成正比外,还与相对刚度ci/c和相对轴距(l-li)/R0有关。
为考察负荷分配的合理性,需要用负荷分配比λP和频率分配比λN来检验:
式中 Pmax、Pmin——各轴负荷的最大值和最小值。
式中 Nmax、Nmin——各轴频率的最大值和最小值。
fmax、fmin——各轴弹簧变形量的最大值和最小值。
λP和λN的数值不可过大,其理想值为1。
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