理论教育 汽车悬架构件设计计算:均布轴负荷分配法

汽车悬架构件设计计算:均布轴负荷分配法

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:在汽车总载荷已定的情况下,载荷均布的实质就是避免某一车轴负荷过高,从而减小在软地面上的下陷和提高越障能力等。因为各轴负荷Pi=P/n,所以必须使:若不能满足式的条件,就不可能实现均布轴荷。常驶于一般路面的汽车,可以考虑降低成本,采用等刚度设计;常驶于坏路面的汽车,则应考虑运输安全性和机动性,采用等频率和均布轴荷分配法。

汽车悬架构件设计计算:均布轴负荷分配法

所谓均布轴负荷,就是汽车整车总负荷P均匀分布于各车轴n的载荷P/n。载荷均布有着如下优点:

①能提高通过性。在汽车总载荷已定的情况下,载荷均布的实质就是避免某一车轴负荷过高,从而减小在软地面上的下陷和提高越障能力等。

②能保护路面和提高桥梁等设施的安全。

③能相对降低相关零部件的载荷,提高可靠性

④能使各车轴轮胎的气压和变形相等,保持车身状态避免驱动车轴的功率循环等。

1.计算公式的建立

如何才能实现均布轴负荷呢?这与各轴轴距li和各轴刚度ci等因素有关。下面分别叙述。

(1)选定各轴轴距li

在整车负荷P质心位置l和车轴数n已定的情况下,根据图4-1的关系,各轴轴距li必须保证力矩平衡,即应使978-7-111-51964-5-Chapter04-51.jpg。因为各轴负荷Pi=P/n,所以必须使:

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若不能满足式(4-23)的条件,就不可能实现均布轴荷。式(4-23)对于n≥3的汽车,既有理论意义,也有实际意义。然而,对于n=2的汽车,特别是二轴货车,因为重心偏后,总轴距又不能随意改动,故虽有理论意义,但事实上却是难以实现的。

(2)选定各轴的刚度ci

此处各轴的刚度ci应是弹簧刚度cs和轮胎刚度ct的串联组合刚度,即

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各轴的刚度ci应是由式(4-24)所决定的刚度,它取决于各轴的变形fi,即

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式(4-25)中的fi可以根据整车质心面处的变形f和第1轴处的变形f1的设计要求来决定。假定要求质心面处的频率为N(注意:此频率略低于悬架频率,因增加了非悬挂质量),并要求第1轴处的频率为N1,那么,质心和第1轴处的变形分别为

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注意:若N1N2,则f1f,此时外心在左侧,反之则在右侧。

在上述假设下,车体的满载角位移为

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各轴的变形为

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将式(4-29)代入式(4-25),便可得到各轴的刚度:

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N=N1f=f1δ=0,即外心距在无穷远处,此时,978-7-111-51964-5-Chapter04-59.jpg。(www.daowen.com)

有了式(4-30),就能计算均布轴荷了:

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2.计算示例

某8轴汽车,即n=8,整车总负荷P=1196000N,质心面至第1轴的距离l=740cm,各轴至第1轴的距离:l1=0,l2=205cm,l3=430cm,l4=635cm,l5=840cm,l6=1065cm,l7=1270cm,l8=1475cm。设计要求质心面处的频率N=90次/min,第1轴处的频率N1=95次/min(注意:此频率比悬架频率略低,因增加了非悬挂质体载荷)。求各轴悬架的刚度ci

具体计算:

①用式(4-23)检验力矩是否平衡:

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力矩已达平衡,轴距不需调整就可实现均布轴荷。

②用式(4-26)计算质心面处的静挠度:978-7-111-51964-5-Chapter04-62.jpg

③用式(4-27)计算第1轴处的静挠度:978-7-111-51964-5-Chapter04-63.jpg

④用式(4-28)计算车体角位移:

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⑤用式(4-29)计算各轴处的静挠度,计算结果如下:

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⑥用式(4-25)计算各轴处的刚度,计算结果如下:

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⑦用式(4-31)计算各轴的负荷,计算结果如下:

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由计算结果可知,Pi值与P/n=149500N值误差极微。

⑧用式(4-19)计算刚度分配比:978-7-111-51964-5-Chapter04-68.jpg

⑨用式(4-14)计算频率分配比:

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上述三种负荷分配法各有其优点,也各有其用途,到底如何选取,须根据车辆的用途、使用环境以及公司的生产条件等来决定。常驶于一般路面的汽车,可以考虑降低成本,采用等刚度设计;常驶于坏路面的汽车,则应考虑运输安全性和机动性,采用等频率和均布轴荷分配法。然而,这也并非是绝对的,重要的是要综合权衡,心中有数。例如,本书等刚度负荷分配法一节所举的例子(n=6),不仅各轴弹簧刚度相等,便于设计生产、降低成本,而且负荷分配比只有1.06(当然,这个负荷不包括非悬挂质量),频率分配比只有1.03,像这样的分配方案就是可取的。

值得注意的是,均布载荷法所举的例子,其刚度分配比λc和频率分配比λN均较高,但这可通过降低N1值来调小。若使N1=N,还可实现等负荷、等刚度和等频率的统一。

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