（車輛工程專業(yè)論文）電動(dòng)車雙縱臂懸架—輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

摘要 摘要 隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重以及人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng) 研究開(kāi)發(fā)清潔 節(jié)能和安全的汽車成為汽車工業(yè)發(fā)展的方向 其中電動(dòng)汽車具有行駛過(guò)程中零 排放 能源利用多元化和高效化以及方便實(shí)現(xiàn)智能化等優(yōu)點(diǎn) 使之成為新型汽 車研發(fā)的重點(diǎn)之一 電動(dòng)汽車根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪方式的不同可以分為集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式與電 動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)形式 相比較集中電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)控制方便 結(jié)構(gòu)緊湊 但電 動(dòng)輪的輪邊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 非簧載質(zhì)量大 電機(jī)尺寸及質(zhì)量受到很大限制 鑒于集中電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式與電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)形式的明顯不足 本文開(kāi)發(fā)了一種新 型電動(dòng)車雙縱臂懸架輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 該系統(tǒng)將雙縱臂懸架特殊的平行四邊形運(yùn) 動(dòng)機(jī)理與電動(dòng)車輪邊驅(qū)動(dòng)相結(jié)合 采用無(wú)聲齒形鏈傳動(dòng) 這樣既解決了電動(dòng)輪 簧下質(zhì)量過(guò)大的問(wèn)題 同時(shí)保留了電動(dòng)輪傳動(dòng)的諸多優(yōu)點(diǎn) 本文首先以模型的動(dòng)力傳遞 空間運(yùn)動(dòng)為依據(jù) 基于u g 建立了雙縱臂式懸 架輪邊驅(qū)動(dòng)的三維模型 接著對(duì)具體的結(jié)構(gòu)展開(kāi)設(shè)計(jì) 包括電機(jī)的選型 傳動(dòng) 方案的確定 懸架結(jié)構(gòu)及彈簧的設(shè)計(jì) 最后對(duì)連接上 下縱臂的關(guān)鍵零件橋殼 進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析 a n s y s 仿真 結(jié)論中 對(duì)進(jìn)一步工作的方向進(jìn)行了簡(jiǎn)要的討 論 關(guān)鍵詞 雙縱臂懸架 輪邊驅(qū)動(dòng) 無(wú)聲齒形鏈 有限元 a b s t r a c t a bs t r a c t 聃t 1 1i m p r o v i n ge n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nc o n s c i o u s n e s sa n dt h es e r i o u se n e r g y c r i s i s t or e s e a r c ha n dd e v e l o pt h ec l e a r e n e r g y s a v i n ga n ds a f ea u t ob e c o m et h en e w d i r e c t i o no fd e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei n d u s t r y e l e c t r i cv e h i c l e w h i c hh a sm u c h a d v a n t a g e s s u c ha sn oe m i s s i o n p l u r a l i s ma n dh i g h e f f i c i e n to fe n e r g yu t i l i z a t i o n a n dc o n v e n i e n t l yr e a l i z i n gi n t e l l i g e n c ee r e i sa b o u tt ob e c o m eo n eo ft h ef o c a lp o i n t s i nr e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gn e w t y p ea u t o m o b i l e s i n c et h em o d e so fm o t o r d r i v e nw h e e l s e l e c t r i cv e h i c l e si n c l u d ec o n c e n t r a t e d m o t o rd r i v ef o r ma n de l e c t r i c w h e e ld r i v ef o r m c o m p a r e dt oc o n c e n t r a t em o t o rd r i v e e l e c t r i c w h e e l d r i v ec o n t r o lc o n v e n i e n t c o m p a c ts t r u c t u r e b u tt h ee l e c t r i cw h e e l r o u n dt h ec o m p l e xs t r u c t u r e s n o n s p r u n gm a s s a n dt h em o t o rs i z e t h eq u a l i t yh a v e al o to fc o n s t r a i n t s b e c a u s eo ft h es t r i k i n gl a c ko fc o n c c n t r a t e dm o t o rd r i v ef o r ma n de l e c t r i c w h e e l d r i v ef o r m t h i st h e s i sd e v e l o p e dan e wd i r e c tw h e e ld r i v e ss y s t e r nw i t hd o u b l e t r a i l i n ga r ms u s p e n s i o nf o re l e c t r i cv e h i c l e t h i ss y s t e mu n i t es p e c i a lp a r a l l e l o g r a m m e c h a n i s mo fd o u b l et r a i l i n ga l t i ls u s p e n s i o na n dd i r e c tw h e e ld r i v e so fe l e c t r i c v e h i c l e s t h i sw i l ln o to n l ys o l v i n gt h ep r o b l e mt h a te l e c t r i cw h e e ln o n s p r u n gm a s s i st o ol a r g e b u ta l s op r e s e r v i n gm a n ya d v a n t a g e so ft h ee l e c t r i cw h e e ld r i v e f i r s t l y t h i st h e s i sa c c o r d i n gt op o w e rt r a n s m i s s i o na n dk i n e m a t i c so fm e c h a n i s m o ft h em o d e l t h e ns e tu pa3 一dm o d e lo fd o u b l et r a i l i n ga r ms u s p e n s i o n d i r e c tw h e e l d r i y e ss t r u c t u r eu g b a s e d s e c o n d l ys t a r tt h ed e s i g no fc o n c r e t es t r u c t u r e s i n c l u d i n g m o t o rs e l e c t i o n t h ed e t e r m i n a t i o no ft r a n s m i s s i o n s u s p e n s i o ns t r u c t u r ea n dt h e d e s i g no fs p r i n g s t h e nd i ds t r u c t u r a ls t r e s sa n a l y s i sa n da n s y s s i m u l a t i o nf o rt h e k e yp a r t sa x l eh o u s i n gw h i c hc o n n e c tt ou p p e ra n dl o w e rt r a i l i n ga n l l f i n a l l y t h e p r o b l e m sr e q u i r i n gf u r t h e r s t u d i e sa r ed i s c u s s e d k e yw o r d s d o u b l et r a i l i n ga r ms u s p e n s i o n d i r e c tw h e e ld r i v e s s i l e n tc h a i n f i n i t e e l e m e n t 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下 進(jìn)行 研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本學(xué)位論文 的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的 已公開(kāi)發(fā)表或者沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表的 作品的內(nèi)容 對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集 體 均己在文中以明確方式標(biāo)明 本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任 由本人承擔(dān) 學(xué)位敝儲(chǔ)簽名 確 2 盧弓脅日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集 保存 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意如下各項(xiàng)內(nèi)容 按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版 本 學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版 并采用影印 縮印 掃描 數(shù)字化或其它手段保存論文 學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供 本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù) 學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有 關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 在不以贏利為目的的前 提下 學(xué)校可以適當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng) 學(xué)位論文作者躲研節(jié) 2 0 0 9 年 2 4 0 k g 輪距b 1 3 2 0 n u n 續(xù)駛里程 2 0 0 k m 軸距l(xiāng) 2 2 0 0 m m 電源 1 2 0 v 車輪半徑r 2 7 5 m m 減速比i 3 4 2 滿載質(zhì)心高度 5 5 0 n u n 滿載質(zhì)心至前軸距離 1 2 0 0 m m 最高車速l o o k m h最人爬坡度2 0 o 5 0 k m h 加速 不大于1 2 秒額定車速5 0 k m h 時(shí)間 3 1 2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)計(jì)算 兩輪驅(qū)動(dòng) 1 按最大爬坡度要求估算電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩 以l o k m h 的時(shí)速爬2 0 的最大坡度時(shí) 所受阻力f 為 f g 廠c o s 口 里趔 g s i n 口 2 1 15 l 0 0 0 0 o 0 1 5 c o s l1 3 l q 蘭型竺 l o o o o s i nl1 3 l 3 1 2 1 1 5 2 1 0 8 6 n 單電機(jī)應(yīng)滿足如下轉(zhuǎn)矩要求 m f r 2 1 0 8 6 x 0 2 7 5 2 1 2 x 3 4 2 x o 9 5 取m 9 0 n t o 8 9 2 n m 3 2 第3 章輪邊驅(qū)動(dòng)的確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) 單電機(jī)克服阻力所需要的功率 一凡 2 1 0 8 6 x 1 0 0 0 3 6 0 0 一 一 2 1 7 2 x 0 9 5 取p 3 l o o w 2 電機(jī)額定功率估算 3 0 8 2 7 礦 3 3 設(shè)汽車以v 5 0 k m h 的時(shí)速行駛作為電機(jī)額定工況 地面滾動(dòng)阻力 夠 等 10000 x0 0154 警 232 7211 52 1 1 5 c 4 又因電機(jī)內(nèi)阻隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大 所以滾動(dòng)阻力要比此計(jì)算值大 計(jì)算 后取f 取值3 0 0 n 單電機(jī)扭矩 r m 2 3 0 0 x0 2 7 5 2 i t 2 x 3 4 2 x 0 9 5 1 2 7 n m 單電機(jī)克服阻力所需要的功率 p f v 3 0 0 x5 0 3 6 2 1 7 2 0 9 5 2 1 9 3 o w 為保證安全性留有余量 取額定功率 p 2 5 0 0 w 電動(dòng)汽車正常工況下的車速為5 0 k m h 故單電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 m 絲 蘭 q q 蘭q 蘭z 蘭 魚(yú) v 5 0 x3 4 2 取m 1 5 n m 1 4 5 n m l 3 按汽車加速性要求估算電機(jī)峰值功率 3 5 3 6 3 7 設(shè)汽車在f o 秒內(nèi) 啟動(dòng)加速到時(shí)速 k m h 若期間為勻加速 則其加速 慣性力為 f o m a 1 0 0 0 蛐v i 汽車所受總阻力在速度z o 時(shí)達(dá)到最大為 肛c 嶼 糾o o o 去 盯 瓣 3 8 單電機(jī)所需功率為 第3 章輪邊驅(qū)動(dòng)的確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) 尸 2巧 3 z60乇 3 0 3 5 x芝2fx算t 1000 z o j s s 2 x 6 t o 9 5 w 3 9 尸 3 0 0 j 出1fl o 9 5 w 3 9 2 7 73 6 f o 2 1 1 5 lj j 7 m i f r 出7 7 1 0 0 0 旦 3 0 0 0 3 5 一 j 墊 2 f 堡 3 6 t o 2 1 1 5 0 2 7 5 2 x 3 4 2 x 0 9 5 n m 3 1 0 當(dāng)t o 1 2 秒 5 0 k m h 則f 1 3 9 0 1 n 又因電機(jī)內(nèi)阻隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大 所以滾動(dòng)阻力要比此計(jì)算值大 計(jì)算 后取f 取值1 4 6 0 n 此時(shí)p 1 0 6 7 2 5 wm 6 1 8 砌 故電機(jī)峰值功率應(yīng)大于1 0 6 7 2 5 w 可取 l1 0 0 0 w 4 最高車速下的電機(jī)功率校驗(yàn) 設(shè)最高車速為 則此時(shí)的風(fēng)阻為 f 里q 壘豎 1 2 1 1 5 3 1 1 地面滾動(dòng)阻力 ff g f 1 0 0 0 x 1 0 x 0 0 1 5 1 5 0 n 此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高 內(nèi)阻增大 所以滾動(dòng)阻力要比此計(jì)算值大 e 取2 2 0 總阻力為 f e 里趔 2 2 0 i 0 3 5 x 2 x 1 0 0 2 5 5 1 o 3 1 2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)力矩 m 堅(jiān) 2 i q 輪邊所需總功率為 p 旦盤 3 6 單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 第3 章輪邊驅(qū)動(dòng)的確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) p 巫 2 刀 3 6 設(shè) l o o k m h 此時(shí) m 2 3 4 n m p 8 0 5 5 6 w 型 3 1 8 k z 異 查表得 工況系數(shù)k a 1 3 小鏈輪齒數(shù)系數(shù)疋 0 8 9 因?yàn)椴煌墓r對(duì)鏈寬的要求不一 這里分別對(duì)先前計(jì)算的各種工況逐一 求解 最后選取最大值為所求齒寬 汽車以l o k m h 的時(shí)速爬2 0 的最大坡度時(shí) 鏈條傳遞的功率p 3 0 8 k w 小 鏈輪轉(zhuǎn)速 3 2 9 9 r m i n 查表得 p o o 0 9 7 k w 代入得 6 型 1 3 3 0 8 心昂o 8 9 x 0 0 9 7 4 6 4 r a m 3 1 9 當(dāng)汽車在1 2 秒內(nèi) 啟動(dòng)勻加速到時(shí)速5 0 k m h 時(shí) 鏈條傳遞的功率 第3 章輪邊驅(qū)動(dòng)的確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) p 1 0 1 7 k w 小鏈輪轉(zhuǎn)速 l l 1 6 4 9 4 r m i n 查表得 p o 0 3 8 k w 代入得 6 型 1 3 1 0 1 7 屹b 0 8 9 x 0 3 8 3 9 1 m m 3 2 0 當(dāng)汽車以最高車速為1 0 0 m s 勻速行駛時(shí) 鏈條傳遞的功率p 7 0 3 k w 小鏈 輪轉(zhuǎn)速 l l 3 2 9 8 8 r m i n 查表得 p o 0 4 7 k w 代入得 6 型 1 3 7 0 3 砭昂o 8 9 x0 4 7 2 1 8 m m 3 2 1 則有式4 2 5 4 2 6 4 2 7 得b 4 6 4 m m 取標(biāo)準(zhǔn)鏈寬b 4 6 5 r a m 4 確定鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù) 理論中心距口 中心距減少量缸及安裝中心距口 鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)計(jì)算式為 五 2 v 丁z i z 2 乏 2 2 其中a o a a o a o 為初定中心距 設(shè)為a o 4 5 0 m m p 為節(jié)距 查表得 六 5 3 5 9 9 則 糾v 半 乏 2 3 2x4 50 19 65 竺竺蘭 型 114 379 i i 一 一 取x o 1 1 4 理論中心距為 以 乳c 可 2 4 式中 c x 一三凸 1 4 4 一堡堂 7 2 妣 乳c f 面 爿7 2 屈麗 洲7 5 4 2 m 小 2 5 實(shí)際中心距為 a a a a 式中a a 為中心距減小量 a a o 0 0 2 0 0 0 4 a 取a a 0 0 0 3 a i 3 4 3 m m 第3 章輪邊驅(qū)動(dòng)的確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) 則a a a a 4 4 7 5 4 2 一1 3 4 3 4 4 6 1 9 9 4 4 6 2 m m 安裝垂度為 f 0 0 1 0 0 2 a 0 0 1 0 0 2 4 4 7 5 4 2 m m 4 5 9 m m 取廠 6 m m 表3 4 中列出了無(wú)聲齒形鏈傳動(dòng)的所有設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)結(jié)果 表3 4 無(wú)聲齒形鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)結(jié)果 項(xiàng)目符號(hào)單位設(shè)計(jì)值 小鏈輪齒數(shù) z l 1 9 傳動(dòng)比 l 3 4 2 大鏈輪齒數(shù) z 2 6 5 鏈條節(jié)距 pm m 1 2 7 設(shè)計(jì)功率 足 5 0 鏈寬每l n u n 傳遞額定功率 昂k w m m0 0 9 7 鏈寬 b 4 6 2 鏈條節(jié)數(shù) x q 1 1 4 實(shí)際中心距 口 咒 矩 4 4 6 2 安裝亞度 m m 6 3 3 其他傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 3 3 1 電機(jī)輸出軸平鍵的計(jì)算 結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)際 本文選用平頭平鍵聯(lián)接 規(guī)格為6 x 6 x 1 2 強(qiáng)度校核如下 對(duì)于采用常見(jiàn)的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵聯(lián)接 靜聯(lián)接 其 主要失效形式是工作面被壓潰 除非有嚴(yán)重過(guò)載 一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷 因 此一般只按照擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算 工作面上的應(yīng)力為 2 丁 1 0 3 c r p2 1 礦 3 2 6 式中 t 一傳遞的扭矩 因?yàn)檐囕v要經(jīng)常的停車 啟動(dòng) 故本計(jì)算用電機(jī)的 最大扭矩計(jì)算 t 6 0 n m 第3 章輪邊驅(qū)動(dòng)的確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) k 一鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 k 0 5 h 3 r a m 卜鍵的工作長(zhǎng)度 2 0 m m d 一軸的直徑 d 2 0 m m 計(jì)算得 仃p i o o m p a 根據(jù)文獻(xiàn) l l 的表6 2 設(shè)計(jì)滿足要求 3 3 2 半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 半軸的主要尺寸是它的直徑 設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理的確定其計(jì)算載荷 半軸的計(jì)算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況 縱向力丘 驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力 最大時(shí) x 2 z 2 緲 附著系數(shù)伊取0 8 沒(méi) 有側(cè)向力作用 側(cè)向力k 最大時(shí) 其最大值發(fā)生在側(cè)滑時(shí) 為z 2 仍 側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的 側(cè)向滑動(dòng)系數(shù)仍在計(jì)算中取1 0 沒(méi)有縱向力作用 垂向力最大時(shí) 這發(fā)生在汽車以可能的高速通過(guò)不平路面時(shí) 其值為 z 2 一g 島 吒為動(dòng)載荷系數(shù) 這時(shí)沒(méi)有縱向力和側(cè)向力作用 由于車輪承受的縱向力墨 側(cè)向力k 值的大小受車輪與地面最大附著力的 限制 即有 z 2 壚廂 3 2 7 故縱向力最大是不會(huì)有側(cè)向力作用 側(cè)向力最大是不會(huì)有縱向力作用 全浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí) 縱向力按照最大附著系數(shù)計(jì)算 即 五 x 2 且 m g 2 緲 z 3 2 8 式中 m 為汽車加速和減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù) 對(duì)于前驅(qū)動(dòng)橋可取 m 1 4 1 7 對(duì)于后驅(qū)動(dòng)橋 可取m 1 2 1 4 計(jì)算得 置 x 2 足 3 4 0 0 n 對(duì)于驅(qū)動(dòng)車輪來(lái)說(shuō) 按照驅(qū)動(dòng)電機(jī)折算到輪邊的轉(zhuǎn)矩計(jì)算 五 或五月 t m j l r i p 3 2 9 3 2 第3 章輪邊驅(qū)動(dòng)的確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) 式中 一驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 由于車輛要經(jīng)常性的停車啟動(dòng) 故我們這里計(jì) 算時(shí)采用電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩值 6 0 n t o q r 一電機(jī)到輪邊的傳動(dòng)效率 由文獻(xiàn)機(jī)械原理舊 f i r 0 9 8 f 一減速器傳動(dòng)比 f l 口 3 4 2 一車輪滾動(dòng)半徑 0 2 7 5 m 計(jì)算得 置 或x 2 賈 1 0 8 9 n 故輪邊計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 t 五置 置 2 9 4 n m 半軸材料選取4 5 鋼 安全系數(shù)1 5 則其扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取 f 4 9 0 5 8 8 m p a 結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 校核過(guò)程如下 若 三 2 9 4 0 0 j 0 3 5 8 8 8 m p a 8 芍m l al 了2 了2 1 0 2 d 30 2 1 6 3 3 0 故滿足設(shè)計(jì)要求 3 3 3 半軸花鍵擠壓應(yīng)力的校核 本設(shè)計(jì)選用3 0 度標(biāo)準(zhǔn)壓力角漸開(kāi)線平底花鍵聯(lián)接 2 t x l 0 3 仃尸5 乎b z h l d 式中 矽一載荷分配不均勻系數(shù) 與齒數(shù)的多少有關(guān) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) l l 取 o 8 z 一花鍵的齒數(shù) 設(shè)計(jì)中取2 0 f 一齒的工作長(zhǎng)度 z 2 0 r a m h 一花鍵齒側(cè)面的工作高度 h m 1 5 m m d 一花鍵的平均直徑 叱 西 3 0 r a m 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 查得 以 1 0 0 1 4 0m p a 計(jì)算得 gp 9 3 7 5 m p a 滿足要求 3 3 第3 章輪邊驅(qū)動(dòng)的確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) 3 4 本章小結(jié) 本章圍繞輪邊驅(qū)動(dòng)方案的參數(shù)確定與設(shè)計(jì) 重點(diǎn)闡述了電機(jī)及無(wú)聲齒形鏈 的選型與設(shè)計(jì) 本章分為三部分內(nèi)容 第一部分根據(jù)整車性能參數(shù)要求 計(jì)算 了兩輪驅(qū)動(dòng)時(shí)單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的性能參數(shù) 給出了詳細(xì)的結(jié)果 第二部分首 先通過(guò)比較選定無(wú)聲齒形鏈的傳動(dòng)方案 再對(duì)無(wú)聲齒形鏈進(jìn)行了具體的參數(shù)設(shè) 計(jì) 第三部分對(duì)輪邊驅(qū)動(dòng)的相關(guān)零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)校核 第4 章懸架彈簧的設(shè)計(jì) 第4 章懸架彈簧的設(shè)計(jì) 懸架彈簧設(shè)計(jì)前應(yīng)根據(jù)總布置要求及懸架的具體結(jié)構(gòu)型式求出需要的彈簧 剛度e 設(shè)計(jì)載荷時(shí)彈簧的受力r 及彈簧高度q 懸架在壓縮行程極限位置時(shí) 彈簧高度何 本章擬根據(jù)整車質(zhì)量參數(shù) 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)參數(shù)及輪邊驅(qū)動(dòng)的布置 要求 運(yùn)用a d a m s 軟件首先確定懸架彈簧設(shè)計(jì)的原始參數(shù) 然后對(duì)彈簧的鋼 絲直徑 中徑 圈數(shù)作具體的設(shè)計(jì)計(jì)算 最后對(duì)筒式粘性阻尼減振器的主要結(jié) 構(gòu)和性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算以便對(duì)減振器進(jìn)行選型 4 1a d a m s 介紹 仿真軟件a d a m s a u t o m a t i cd y n a m i ca n a l y s i so fm e c h a n i c a ls y s t e m 是美國(guó)學(xué)者蔡斯 c h a n c e 等人利用多剛體動(dòng)力學(xué)理論 選取系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)剛體 的質(zhì)心在慣性參考系中的三個(gè)直角坐標(biāo)和反映剛體方位的廣義坐標(biāo)編制的計(jì)算 程序 它是虛擬樣機(jī)仿真軟件的一種 其中應(yīng)用了 g e a r 等解決剛性積分問(wèn) 題的解決方法 并采用了稀疏矩陣技術(shù)來(lái)提高計(jì)算效率 該軟件因其強(qiáng)大的功 能在汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 該軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù) 約束庫(kù) 力庫(kù) 創(chuàng)建完全參數(shù)化的 機(jī)械系統(tǒng)幾何模型 其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程 對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析 輸出位移 速度 加速度 和反作用力曲線 a d a m s 的仿真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能 運(yùn)動(dòng)范圍 碰撞檢 測(cè) 峰值載荷以及利用動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果確定有限元分析所需的外力和邊界條 件 4 2 雙縱臂懸架模型的建立與約束添加 4 2 1 雙縱臂懸架模型的建立 對(duì)雙縱臂懸架的動(dòng)力學(xué)分析 是為了求解懸架在關(guān)鍵約束點(diǎn)的受力狀態(tài) 為懸架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核作準(zhǔn)備 在第2 章中已經(jīng)建立的電動(dòng)車雙縱臂懸架輪邊 驅(qū)動(dòng)模塊中 只取與a d a m s 動(dòng)力學(xué)分析相關(guān)的雙縱臂懸架及輪轂行駛機(jī)構(gòu) 第4 章懸架彈簧的設(shè)計(jì) 如圖4 1 所示 對(duì)該機(jī)構(gòu)作進(jìn)一步簡(jiǎn)化處理 如圖4 2 所示 4 1 雙縱臂懸架結(jié)構(gòu)圖 l 車輪2 橋殼3 下縱臂4 上縱臂 4 2 簡(jiǎn)化后的雙縱臂懸架結(jié)構(gòu)圖 在u g 軟件中 執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型己經(jīng)基本建立完成 以下的工作是將執(zhí)行機(jī)構(gòu) 模型由u g 軟件中導(dǎo)出 然后再導(dǎo)入a d a m s v i e w 中 進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析 由于要從u g 中導(dǎo)出模型的幾何信息 故需要c a d 文件 又因u g 和a d a m s 均支持p a r a s o l i d 格式 而無(wú)需別的轉(zhuǎn)換工具 所以在u g 中選擇p a r a s o l i d 格式 導(dǎo)出模型 這樣在a d a m s 中就會(huì)擁有幾何模型 為a d a m s 中的分析提供了 方便 4 2 2 雙縱臂懸架模型的約束添加 模型導(dǎo)入a d a m s 后 模型中的零件均獨(dú)立存在 彼此之間沒(méi)有聯(lián)系 若 要使模型中的各個(gè)零件按要求運(yùn)動(dòng) 需要使用約束副將其連接 a d a m s v i e w 提供的約束副有 理想約束 虛約束 接觸副約束和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)等 理想約束是 通常的具有物理意義的約束副 如 旋轉(zhuǎn)副 移動(dòng)副 齒輪副等 虛約束用于 限制物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 如限制一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡與另一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌 跡必須平行等 接觸副約束用于定義兩個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的接觸情況 運(yùn)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)用于驅(qū)動(dòng)模型按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng) 按照機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系添加如圖4 3 所示約束 其中車輪l 與橋殼2 之間添加 固定約束 橋殼2 與上縱臂4 及下縱臂3 之間添加旋轉(zhuǎn)副約束 車架與上縱臂4 及下縱臂3 之間添加旋轉(zhuǎn)副約束 車架彈簧的一端鉸接在下縱臂上 另一端鉸 接在車架上 第4 章懸架彈簧的設(shè)計(jì) 其中固定約束完全限制了兩個(gè)構(gòu)件上的3 個(gè)平動(dòng)自由度和3 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度 旋轉(zhuǎn)副約束兩個(gè)構(gòu)件在某一點(diǎn)處繞旋轉(zhuǎn)軸只能相對(duì)旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)副約束兩個(gè)構(gòu)件 之間的3 個(gè)平動(dòng)自由度和2 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度 兩個(gè)構(gòu)件之間只有1 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度 車輪2 橋殼3f 縱臂4 上縱臂5 懸架彈簧 圖43 般縱臂懸架a d m s 模型 如圖4 3 所示 以主銷與車輪軸線的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)o 汽車行駛方向?yàn)閤 軸正向 行駛方向的左側(cè)為y 軸j 下向 豎直向上為z 軸正向的坐標(biāo)系中 各約 束點(diǎn) 懸架彈簧位置及車輪接地點(diǎn)的坐標(biāo)如表4 1 所示 表4 1 關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)位置 名稱位置坐標(biāo) j o i n t l 0 3 8 1 5 8 j o i n r n 4 5 0 3 2 1 5 8 j o i n t 3c 4 5 0 2 7 7 1 5 8 j o i n 1 4 0 3 8 1 5 8 j o i n t 5 4 5 0 3 2 一1 5 8 4 5 0 2 7 7 1 5 8 懸架彈簧上支點(diǎn)k 1 2 0 1 6 0 1 6 0 息架彈簧r 支點(diǎn) 9 8 9 4 2 3 1 5 n 5 下輪接地中心點(diǎn)g 0 7 5 2 7 5 第4 章懸架彈簧的設(shè)計(jì) 4 3 懸架彈簧的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算 4 3 1 懸架的偏頻與剛度計(jì)算 對(duì)于大多數(shù)汽車而言 其懸掛質(zhì)量分配系數(shù)占 哆么 o 8 1 2 因而近似 地認(rèn)為 1 即前 后橋上方車身部分的集中質(zhì)量的垂向振動(dòng)是相互獨(dú)立并用 偏頻惕 n 2 表示各自的自由振動(dòng)頻率 偏頻越小 則汽車的平順性越好 一般 對(duì)于采用鋼制彈簧的轎車 l i 約為l 1 3 h z 6 0 8 0 次 m i n 他約為 1 1 7 1 5 h z 7 0 9 0 次 m i n 非常接近人體步行時(shí)的自然頻率 載貨汽車的偏頻 略高于轎車 前懸架約為1 3 h z 后懸架則可能超過(guò)1 5 h z 采用空氣彈簧后 這一數(shù)值可以進(jìn)一步降低 轎車為0 5 4 9 h z 載貨汽車為0 8 1 2 h z 為了減少 汽車的角振動(dòng) 一般汽車的前 后懸架偏頻之比約為 o 8 5 o 9 5 當(dāng)s 1 時(shí) 汽車前后橋上方車身部分的垂向振動(dòng)頻率n a n 2 1 i z 與其相應(yīng) 的懸架剛度e e 以及懸掛質(zhì)量他 他 之間有如下關(guān)烈1 2 廠玩 上 魚(yú) 上 量魚(yú) 廠啊2 瓦1 囂2 芴1 首 t 吃 去壓 去辱 t 式中 g 為重力加速度 g 9 8 1 0 m m s 7 e e 為前 后懸架剛度 n m m 他 為前后懸架簧載質(zhì)量 l 屯 q g 為前后懸架簧載重力 n 由于懸架的靜繞度z m s 因而上式又可表達(dá)為 1 5 7 6 j 啊 面 l 罌 4 2 0jc 2 首先 確定汽車在靜平衡位置時(shí)后輪的地面法向反作用力 整車結(jié)構(gòu)參數(shù) 如表3 1 所示 空載時(shí)后懸架的簧載質(zhì)量 一 z 筆2 l 刪載刪轍載腧a m m 心鰳舯心線 的距三 囂一臆一u n 馴粥 冬 9 l 鬟囂驀器篡 1 蝌舯慷曲為 所示 3 9 第4 章懸架彈簧的設(shè)計(jì) 一 二 一 圖4 5 彈簧剛度與懸架剛度的比值關(guān)系 由圖4 5 知在設(shè)計(jì)位置時(shí) 即車輪跳動(dòng)量0 位置時(shí) 螺旋彈簧的剛度應(yīng)滿 足c 急 2 5 3 n 聊朋 在螺旋彈簧的安裝點(diǎn)k 1 2 0 1 6 0 1 6 0 與j 9 8 9 4 2 3 1 5 0 5 連接 一連桿 該連桿兩端分別與車架及下縱臂在k j 位置鉸接 即以球鉸副約束連 桿與車架或下縱臂 因?yàn)樵赼 d a m s 仿真中 沒(méi)有考慮模型重力的影響 所以 在車輪接地點(diǎn)g 處施加一垂直向上的地面法力 g s 2 肌 2 9 1 8 7 3 7 n 該力即為空載時(shí)后懸架的簧載質(zhì)量引起的地面反作用了 豫陽(yáng) 圖4 6 下球鉸受劍的米白 卜 縱臂的作州力 第4 章懸架彈簧的設(shè)計(jì) 由圖4 6 得該恒力2 4 5 0 n 即為懸架彈簧設(shè)計(jì)位置的預(yù)載荷 4 4 懸架彈簧及減振器的設(shè)計(jì) 4 4 1 懸架彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 懸架螺旋彈簧的設(shè)計(jì)步驟是 1 根據(jù)總比處置要求及懸架的具體結(jié)構(gòu)型式求出需要的彈簧剛度e 設(shè)計(jì) 載荷時(shí)彈簧的受力p f 及彈簧高度皿 懸架在壓縮行程極限位置時(shí)彈簧高度以 2 初步選擇彈簧中徑見(jiàn) 端部結(jié)構(gòu)型式及所用材料 3 參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)伸張及壓縮極限位置相對(duì)于設(shè)計(jì)載荷位置 的彈簧變形量z 五 并確定要想帶到的壽命 循環(huán)次數(shù) 4 初選鋼絲直徑d 并由相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)查出許用拉應(yīng)力p 1 5 由式4 3 解出i 并查表得并緊時(shí)的高度日 e p 一g d 4 4 3 7 c j2 2 8 d 3 i 4 3 其中p 彈簧的軸向載荷 廠 軸向載荷p 下的變形量 d m 彈簧中徑 m m d 彈簧鋼絲直徑 m m i 彈簧工作圈數(shù) g 彈簧材料的剪切彈性模量 取8 3 x 1 0 4 m p a 6 由皿 只 q 及e 可求出彈簧再完全壓緊時(shí)的載荷只 臺(tái)架試驗(yàn)伸張 壓縮極限位置對(duì)應(yīng)的載荷彳 最以及工作壓縮極限位置的載荷乞分別為 只 只 e q 以 只 只一c 石 昱 異 e 五 只 鼻 e 日 一h 7 按彈簧指數(shù)c 乞彳及k 的表達(dá)式求得k e 墨 昱以及己所對(duì)應(yīng)的 剪切應(yīng)力一 l 以及f 咖 8 校荷懸架工作時(shí)彈簧實(shí)際對(duì)應(yīng)得最大剪應(yīng)力r 校荷臺(tái)架試驗(yàn)條件下的 壽命 給定試驗(yàn)條件下的循環(huán)次數(shù) 1 并用最終的結(jié)果修正前面的具體設(shè)計(jì)參 4 l 第4 章懸架彈簧的設(shè)計(jì) 數(shù) 4 4 2 減振器的設(shè)計(jì) 下面主要對(duì)筒式粘性阻尼減振器的主要結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算以便對(duì)減 振器進(jìn)行選型 計(jì)算參數(shù)選取原則 1 在選擇時(shí)應(yīng)考慮到d w 的取值較大 能使系統(tǒng)振動(dòng)迅速衰減 但會(huì)使較 大的不平路面的沖擊力傳到車身 d w 選得過(guò)小 震動(dòng)衰減過(guò)慢 不利于行駛平 順性 一般對(duì)無(wú)摩擦彈性元件 螺旋彈簧 懸架 取d w 0 2 5 0 3 5 對(duì)內(nèi)摩擦 彈性元件 扭桿彈簧 懸架 d w 則取小一些 2 伸縮阻尼比i 的選擇 通常對(duì)減振器的要求 在壓縮行程式減振器的阻尼應(yīng)小 在伸張行程時(shí)減 振器的阻尼應(yīng)大 伸縮比f(wàn) 伸張阻力 壓縮阻力 不同的伸縮比產(chǎn)生不同的輪荷 波動(dòng) 對(duì)汽車行駛性能 平順性和接地性 產(chǎn)生不同影響 f 的取值范圍 前軸2 5 后軸1 5 4 3 工作缸最大許用壓力p p 為減振器所傳遞的最大阻力形成的液壓力 一般推薦值3 肌6 0 m p a 國(guó)標(biāo)取3 叫 0 m p a 4 連桿工作缸徑比l 雙筒式取0 4 0 5 單筒式取o 3 o 5 5 工作缸徑d 國(guó)標(biāo)j b1 4 5 9 8 5 中規(guī)定的工作缸徑系列為 2 0 3 0 4 0 5 0 6 5 m m 連桿直徑d l x d 儲(chǔ)油筒直徑所 1 3 5 d 1 5 d 壁厚取2 m m 減振器計(jì)算方法 1 確定車身相對(duì)阻尼系數(shù)d w 0 2 8 伸縮阻尼比i 0 2 5 連桿直徑與工作缸 徑比l 單筒式 取o 3 2 5 2 計(jì)算力臂傳遞比f(wàn) r a t i o f r a f i o l c r c o s 口 式中r 下縱臂長(zhǎng) a 減振器下安裝位置 口 減振器安裝位置角 3 減振器阻尼系數(shù)c o e f f i c i e n c e 4 2 第4 章懸架彈簧的設(shè)計(jì) c o e f f i c i e n c e 巧 f r a t i 0 2 式中 疋 2 d w x v q x m 2 4 減振器阻尼力f c o e f f l c i e n c e f c o e f f i c i e n c e c o e j f i c i e n c ex 巧 式中 圪 0 5 2 4 m s 5 工作缸最大許用壓力p 8 f r a t i o f c o e f f i c i e n c e 7 r d 2 f r a t i o 1 1 一r 根據(jù)計(jì)算 最終減振器選用如下規(guī)格 見(jiàn)表4 3 表4 2 減振器規(guī)格 i工作行程復(fù)原阻力壓縮阻力 i 1 3 2 m m6 0 0 n 0 3 m s2 0 0 n 0 3 m s 4 5 本章小結(jié) 本章根據(jù)空載時(shí)的懸架設(shè)計(jì)偏頻 借助a d a m s 軟件仿真 以整車底盤設(shè) 計(jì)要求及輪邊總體結(jié)構(gòu)布置要求 給出了雙縱臂懸架彈簧的設(shè)計(jì)方法 確定了 懸架彈簧需要的彈簧剛度e 設(shè)計(jì)載荷時(shí)彈簧的受力只及彈簧高度珥 懸架在 壓縮行程極限位置時(shí)彈簧高度以 最后對(duì)旋架彈簧及阻尼作了具體的設(shè)計(jì) 4 3 第5 章雙縱臂懸架的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 第5 章雙縱臂懸架的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 對(duì)于本文中的雙縱臂懸架結(jié)構(gòu) 為改善鉸支點(diǎn)的受力狀況 在不影響機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)特性的情況下 在多處鉸支點(diǎn)上增加了冗余約束 而a d a m s 是基于多體 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的計(jì)算軟件 對(duì)于存在冗余約束的情況 無(wú)法運(yùn)用動(dòng)力學(xué)的知識(shí)計(jì) 算出各鉸支點(diǎn)的受力狀況 下面擬用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)計(jì)算關(guān)鍵鉸支點(diǎn)的受力狀 況 為下一步分析橋殼的應(yīng)力狀況作準(zhǔn)備 5 1 結(jié)構(gòu)力學(xué)簡(jiǎn)介 5 1 1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對(duì)象和基本任務(wù) 捌 工程對(duì)象中支承和傳遞荷載而起骨架作用的部分稱為工程結(jié)構(gòu) 例如 公 路和鐵路橋梁 隧道和涵洞 飛機(jī) 汽車中的受力骨架等 都是工程結(jié)構(gòu)的典 型例子 工程結(jié)構(gòu)的受力特性和承載能力與結(jié)構(gòu)的幾何特性有著密切的聯(lián)系 從廣 義來(lái)說(shuō) 結(jié)構(gòu)可按其幾何特性分為以下三類 1 桿系結(jié)構(gòu) 桿系機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)桿件相互聯(lián)結(jié)而組成的結(jié)構(gòu) 桿件的幾何特性是其橫 截面上兩個(gè)方向的幾何尺度遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度 梁 鋼架 拱和桁架等都是桿系結(jié)構(gòu) 的典型形式 2 板殼結(jié)構(gòu) 板殼結(jié)構(gòu)也稱為薄壁結(jié)構(gòu) 它的幾何特性是其厚度遠(yuǎn)小于兩個(gè)方向上的尺 度 房屋建筑中的樓板 殼體屋蓋 飛機(jī)和輪船的外殼等均屬于板殼結(jié)構(gòu) 3 實(shí)體結(jié)構(gòu) 實(shí)體結(jié)構(gòu)也稱三維連續(xù)體結(jié)構(gòu) 其幾何特性是結(jié)構(gòu)的長(zhǎng) 寬 高三個(gè)方向 的尺度大小相仿 重力式擋土墻和水工建筑中的重力壩等屬于實(shí)體結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)力學(xué)是研究結(jié)構(gòu)的合理性是以及結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)下內(nèi)力 變形 動(dòng)力 反應(yīng)和穩(wěn)定性等方面的規(guī)律的學(xué)科 研究的目的是使結(jié)構(gòu)滿足安全性 適用性 和經(jīng)濟(jì)性方面的要求 具體來(lái)說(shuō) 結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)主要包括以下幾個(gè)方面 1 根據(jù)功能和使用等方面的不同要求和結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律 研究結(jié)構(gòu)的合 第5 章雙縱臂懸架的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 理形式 2 研究結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 變形 動(dòng)力反應(yīng)和穩(wěn)定性計(jì)算的理論和方法 3 研究由結(jié)構(gòu)受力結(jié)果確定外界作用信息 或是根據(jù)外界作用信息 確 定結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息 或是對(duì)結(jié)構(gòu)的受力反應(yīng)進(jìn)行控制的理論和方法 5 1 2 力法解超靜定結(jié)構(gòu) 對(duì)于實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛的是超靜定結(jié)構(gòu) 力法就是一種適用于超靜 定結(jié)構(gòu)受力分析得基本方法 超靜定結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造特征是有多余約束存在 這就決定了超靜定結(jié)構(gòu)的 基本靜力特性 在外部作用下 超靜定結(jié)構(gòu)的反力和內(nèi)力需同時(shí)運(yùn)用靜力平衡 條件和變形協(xié)調(diào)條件才能求解 而滿足上述兩種條件的解答時(shí)惟一的 在力法中 一般將原超靜定結(jié)構(gòu)撤除多余約束后得到的靜定結(jié)構(gòu)稱為力法 基本結(jié)構(gòu) 力法的基本特點(diǎn)是 以多余約束中的未知力 多余約束力 作為基 本未知量 稱為力法基本未知量 根據(jù)基本結(jié)構(gòu)的外荷載和多余約束力共同作 用下 在解除多余約束處的位移必須符合于原結(jié)構(gòu)相應(yīng)位移的條件列出方程 這種方程反映了變形協(xié)調(diào)條件 稱為力法方程 由力法方程求出基本未知量 然后就可以按照靜定結(jié)構(gòu)受力分析得方法求解原超靜定結(jié)構(gòu) 對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題來(lái)說(shuō) 力法基本結(jié)構(gòu)的選取可以有多種方式 但對(duì)于不同 的基本結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō) 力法基本未知量的數(shù)目視相同的 對(duì)應(yīng)于每一個(gè)多余約束力 都有一個(gè)相應(yīng)的變形協(xié)調(diào)條件 5 2 極端工況下輪胎受力分析 以汽車?yán)碚?1 6 中描述的車輛坐標(biāo)系為依據(jù) 分析左后輪的受力狀況 首先確定汽車的極限行駛工況 a 汽車以o 8 9 的加速度制動(dòng)b 汽車以o 4 9 的側(cè)向加速度運(yùn)動(dòng) 通過(guò)表3 1 中該車的結(jié)構(gòu)參數(shù) 計(jì)算上述工況下輪胎受到地 面的法向 側(cè)向 縱向反作用力 1 汽車以o 8 9 的加速度制動(dòng)時(shí) 左后輪所受的地面反力 f 7 c a z h 暑 5 1 可求得后輪所受地面法向反作用力 該計(jì)算公式忽略了汽車的滾動(dòng)阻力偶距 空氣阻力以及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)產(chǎn) 4 5 第5 章雙縱臂懸架的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 生的慣性力偶矩 此外 還忽略制動(dòng)時(shí)車輪邊滾邊滑的過(guò)程 式中 e 為地面對(duì)后輪的法向反作用力 g n 為汽車重力 g m g 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 n a m 為質(zhì)心至前軸中心線的距離 a 1 2 0 0 m m 1 2 m m 為軸距 l 2 2 0 0 r a m 2 2 m m 為汽車質(zhì)心高度 5 5 0 m m o 5 5 m 粵 z g z 稱為制動(dòng)強(qiáng)度 這里取z o 8 口f 代入上式得 f z 2 g a z h g 1 00 00 x 1了 2 f0 一8 x0 5 5 3 4 5 4 5 忉 5 2 則左后輪所受的地面法向反力 e 等 1 7 2 7 2 5 n 左后輪所受的制動(dòng)反力 毋 z 丘 o 8 x 1 7 2 7 2 5 1 3 8 1 8 加 按車輛行駛方向?yàn)閤 軸正方向 則e 取負(fù)值為以 一1 3 8 1 8 n 2 汽車以0 4 9 的側(cè)向加速度運(yùn)動(dòng)時(shí) 左后輪所受的地面反力計(jì)算 汽車在正常行駛時(shí) 側(cè)向加速度不超過(guò)0 4 9 側(cè)偏角不超過(guò)4 一5 最 大測(cè)向力按c 0 4 f 計(jì)算 為地面法向反力 在側(cè)向加速時(shí) 設(shè)載荷轉(zhuǎn)移系 數(shù)為0 5 則后輪中承受較大地面法向力的車輪所受法向力為 f z 1 g a g q 坐 三蘭 q q q 坐 4 0 9 0 9 5 3 一 一 v v i j 2 l2 2 2 則該輪的側(cè)向力為 e 0 4 易 o 4 x4 0 9 0 9 1 6 3 6 4 加 以汽車行駛方向的左側(cè)為y 軸的j 下方向 則e 取負(fù)值為e 一1 6 3 6 4 n 5 3 雙縱臂懸架結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 5 3 1 側(cè)偏時(shí)橋殼的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 首先對(duì)橋殼進(jìn)行受力分析 如圖5 1 所示 其中a b 分別為上下縱臂的鉸 接點(diǎn) c 點(diǎn)為輪轂軸承安裝位置 側(cè)偏時(shí) 車輪受到地面法向反作用力f 側(cè) 向力 將這兩個(gè)力等效到軸承安裝位置c 點(diǎn)處 得c 點(diǎn)受力情況為 第5 章雙縱臂懸架的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 f c z f z 疋y c m a 層 r e 尺 r 為車輪行駛半徑 圖5 1 橋殼及懸架模型 由結(jié)構(gòu)及安裝情況 a b c 點(diǎn)屬旋轉(zhuǎn)副約束 在y 軸方向上無(wú)扭矩作用 即 m 2m 口r2m c y 0 由b 點(diǎn)在y 軸方向的扭矩平衡關(guān)系得 m b 匕xa b 0 進(jìn)而得 0 又因?yàn)樵趚 z 平面內(nèi) 上縱臂為二力桿 與 的合力方向與二力桿在同一 直線上 所以 e z f a x t a n a 0 口為二力桿與x 軸方向的夾角 由x 方向力的平衡關(guān)系 0 及 0 0 得 o 在z 軸方向?qū) b 點(diǎn)的力矩平衡方程為 m z mb z 0 又由對(duì)稱關(guān)系得m z m 盯 所以m 爿z m 彪 o 綜上所述 橋殼a e o b f c 在x 方向上不受力 在y z 軸方向上不受扭矩 即 一 f 屯x f b x f c x 0 m y m 口y m c y 0 5 4 lm z mb z mc z 0 那么橋殼a e o b f c 的受力問(wèn)題可轉(zhuǎn)化到y(tǒng) z 平面內(nèi)分析 因?yàn)橹?0 所以橋殼a e o b f c 的結(jié)構(gòu)受力可簡(jiǎn)化為如圖5 2 所示模型 4 7 第5 章雙縱臂懇架的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 圖5 2 橋殼a e o b f c 的平面結(jié)構(gòu)模型 5 3 2 制動(dòng)時(shí)橋殼的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 對(duì)橋殼進(jìn)行受力分析 如圖5 1 所示 制動(dòng)時(shí) 車輪受到地面的法向反作用 力e 縱向制動(dòng)力c 將這兩個(gè)地面反作用力等效到軸承安裝位置c 點(diǎn)處 得 c 點(diǎn)受力情況為 f e z f z f x m c r r x r r 為車輪行駛半徑 f c x m c 對(duì)橋殼受力的影響可依據(jù)力的疊加原理分別作用到橋殼上 先分析 對(duì)橋殼受力的影響 在z 軸方向?qū) b 的力矩平衡方程為 m t z m8 z f c xx l a e o c 0 橋殼結(jié)構(gòu)在x 方向上力的平衡方程為 f f b x f c x 0 又因?yàn)閍 e b f 在空間上相對(duì)與c o 是對(duì)稱的結(jié)構(gòu) 所以 m a z 2m 8 z f a x2f b x 將 1 3 8 1 8 n 帶入 因而容易求得 第5 章雙縱臂懸架的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 算 m a zm b z 下f c x x a e o c 一型掣 7 8 0 7 1 7 n m 川 以豎直向上為z 軸i e z h 則帆z m 肱 7 8 0 7 1 7 n m m 一譬 一半 6 9 0 8 分析m c 對(duì)橋殼受力的影響 在y 軸方向?qū) 的力矩平衡方程為 m a y m c y f 瞄x e f 因?yàn)閍 點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)副約束 所以 m 0 又因?yàn)閙 c r 一 x e f 所以 一孥 一攀 一坐螋 1 2 0 2 5 忉 e fe f31 6 橋殼結(jié)構(gòu)在x 方向上力的平衡方程為 f 慢七f b x 0 所以 一 一1 2 0 2 5 n 而疋r 對(duì)橋殼受力的影響可按照側(cè)偏時(shí)橋殼的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 如圖5 2 計(jì) 5 4 力法解橋殼結(jié)構(gòu) 力法分析超靜定結(jié)構(gòu) 是以多余約束力為基本未知量 再根據(jù)變形協(xié)調(diào)條 件來(lái)求解多余約束力 然后 將多余約束力與原荷載一起作用于基本結(jié)構(gòu) 按 照靜力平衡條件求解結(jié)構(gòu)的反力和內(nèi)力 由此可見(jiàn) 用力法計(jì)算超靜定結(jié)構(gòu)的 關(guān)鍵在于建立變形協(xié)調(diào)方程 并由此解得多余約束力 這種變形協(xié)調(diào)方程就稱 為力法方程 圖5 2 所示橋殼a e o b f c 為一個(gè)二次超靜定結(jié)構(gòu) 現(xiàn)將該超靜定結(jié)構(gòu)改為 如圖5 3 所示的基本結(jié)構(gòu) 將滑動(dòng)支座a 改為連桿支座 去除a 結(jié)點(diǎn)x 方向的 扭轉(zhuǎn)約束 保留y 方向的位移約束 將固定支座b 改為鉸支座 去除x 方向的 扭轉(zhuǎn)約束 保留y z 方向的位移約束 兩個(gè)約束看作多余約束而撤除 并以未 知力五 五代替原約束的作用 五 托便稱為力法的基本未知量 它們的方 向如圖示方向?yàn)檎?如果x 咒與原結(jié)構(gòu)a 支座反力的大小與方向完全符合 則基本結(jié)構(gòu)的全部反力 內(nèi)力和變形將與原結(jié)構(gòu)完全一致 4 9 第5 章雙縱臂懸架的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 f 圖5 3 橋殼a e o b f c 的平面基本結(jié)構(gòu) 在該平面超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)模型中 a b 處為滑動(dòng)支座 而該支座是橋殼與 懸架上 下縱臂以旋轉(zhuǎn)副方式鉸接 當(dāng)結(jié)點(diǎn)a b 在y 軸方向上受力時(shí) 會(huì)發(fā) 生該方向上的位移 因?yàn)樯峡v臂三角