【正文】 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 52 譯 文 介紹 SAE 方程式賽車的懸架以及車架的設計 摘要 這篇文章主要介紹了 SAE 方程式賽車的懸架以及車架的設計依靠一支在 U。趙老師給了我無私的幫助與關懷，使我能順利地完成課題， 此外，在生活上楊老師和江老師同樣給予了我莫大的關心 ，使我能順利的完成學業(yè)。 我還要特別感謝 研究所 趙老師 ， 他和藹可親，潛心于科學技術研究、在實際工作中把淵博的學識無私地傳授給我。 從學習初期的課程選擇到論文的完成，都離不開楊老師和江老師認真、嚴謹、耐心地指教。 本次所設計的半掛車的輪軸及其懸架為以后半掛車輪軸及其懸架的設計以及改進 做出 了參考。 同時在使用過程中，本次設計的部件也體現出比較良好的性能。 總裝圖畫完后，對所設計的輪軸及其剛性平衡梁式懸架進行初步的計算，經過理論計算及驗算。 制動減速度、制動時間、制動距離的計算 當 Pap 6? 時： NFF 5 5 6 4 7?? ?? kgGm e 240000?? 2/ smmFa ??? 初始速度： hkmVo / ? 時，制動時間： saVT o 11 ???? ? ?????????????? () hkmVo /52 ? 時， saVT o ???? hkmVoj /10? （允許 8km/h 以便 與 150T 比較） 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 48 6. 結論 本文主要使用計算機 AUTO CAD 軟件，對半掛車的輪軸及其懸架進行平面設計 ,并畫出零件圖及總裝圖。 （ 4） 汽車列車滿載脫掛時能在 16%的坡道上停??；此外，掛車應另 設駐車制動系統(tǒng)，以保證脫掛停放時可靠制動。例如半掛汽車列車的制動順序是牽引車前輪、半掛車車輪及牽引車后輪。 掛車的制動系除必須具備對一般汽車制動系要求的減速、駐車等功能和制動力大、制動平穩(wěn)、散熱性好等功能外，還需滿足下列要求： 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 45 （ 1） 掛車與牽引車的制動系統(tǒng)應相互關聯(lián)，工作可靠。掛車制動器通常和牽引車制動器相同。 可行駛里程： kmS 1664020808 ??? ??? ?????? ???????? () 制動計算 制動系統(tǒng)的工作原理及其要求 汽車列車的制動系統(tǒng)由牽引車制動系統(tǒng)和掛車制動系統(tǒng)兩大部分組成。 2/ cmkgWMKKK ????? ??????????? () 222223 /1 0 3 91 9 6 74 cmkgKur ?????? ??? ??????? () 滿足： ][3 ?? ?r 軸套比壓驗算 銅套內徑： cmmmd 10100 ?? 長度： cmmml 7 6288 ???? 投影面積： 21 7 cmS ??? 載荷： kgKKGTP zKK 2 2 3 4 3 3 0 02121 ???????? ? ??? ? ??? () 比壓： 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 43 2/ cmkgSPp ???? ???????? ? ??? () 已知： 366 ??ZQSn 的 2/80][ cmkgp ? ， 110?ZQSn 的 2/150][ cmkgp ? ， 必須滿足：][pp? ，所以選用 110?ZQSn 。 取 2/5000 cmkgS ?? 2/][ cmkg??? 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 40 圖 輪 軸 受力分析 由于掛車車速很低，因此轉彎或緊急制動時側向力較小，不計輪軸主要承受垂直方向力，即 1KT , 2K ， kgFr 55 86422 34 4 ?? ???????? ??????? () 由于車輛緊急制動，輪軸還受到水平方向的 制動力： kgNFFF BB 92991 06218 212221 ????? ? ??????????? () 制動力矩： cmkgmkgmNM ?????? 7 1 7 0 07177030? ???? ?????? () 此軸的剪力圖、彎矩圖、扭矩圖如圖 所示。 綜合以上因素，本文參照原有樣圖，設計的輪軸材料采用 40Cr，調質。如果作用在軸上的各載荷，不在同一平面內時，可將其分解到兩個互相垂直的平面內，然后分別求出每個平面內的彎矩，再按矢量法求得合成彎矩，以此彎矩來確定軸徑。這些載荷主要是齒輪或渦輪的嚙合力，或為帶傳動及鏈傳動中帶、鏈的拉力，其作用點通常取為零件輪緣寬度中點。 按彎扭合成強度計算 當軸的支承位置和軸所受載荷大小、方向、作用點及載荷種類均已確定，支點反力及彎矩可以 求得時，可按彎曲及扭轉合成強度進行軸的強度計算。但當軸的長度及跨度未定支點反力及彎矩無法求得時，此時，應降低許用扭轉應力的方法考慮，可按此法進行初步計算，確定軸徑。 軸的強度計算 軸的強度計算一般可分為三種：按扭轉強度或剛度計算；按彎扭合成強度計算；精確強度校核計算。它與軸上安裝的零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關。 圖 軸管與軸頭的連接形式 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 38 掛車車軸的基本結構應相同，以系列化來滿足不同軸載質量的要求。 (a)無縫鋼管式掛車車軸結構簡圖； (b)鋼板沖壓焊接式掛車車軸結構簡圖 圖 車軸總成 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 37 圖 軸管的斷面結構 軸管和軸頭的連接形式如圖所示。圖 表示了兩種典型車軸總成的結構，一種是圓管軸，另一種是方管軸，兩種 軸管的斷面形狀功能及尺寸見 圖。 結構設計 半掛車的車軸由軸管和軸頭兩部分組成，軸管與懸架連接，軸頭上安裝車輪總成。 車 軸 的 許 用 彎 曲 應 力 為 2/500~300 mmN ， 許 用 扭 轉 應 力 為2/400~150 mmN 。 ③ 由最大制動力所產生的反作用力矩 rT 和應力 r? 為： dmr rGT ?? 221? ?? ?????????????????? () rrr WT?? ????? ? ????????????????? () 式中： dr —— 車輪動力半徑； rW —— 車軸危險斷面的抗扭截面模量。 強度計算 半掛車車軸的計算可按以下幾種工況考慮： （ 1） 緊急制動 ① 由垂直載荷所引起的鋼板彈簧座之間的彎矩 VM 和應力 V? 為： 2)2( 2 sBGGM WmV ??? ? ?????? ????????? ? ? () VVV WM?? ?????????????????????? () 式中： 2G —— 輪軸上的載荷； m? —— 質量轉移系數，可取 ?m? ； WG —— 車輪自重力； 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 35 B —— 輪距； s —— 鋼板彈簧 座間的距離； VW —— 車軸危險斷面垂直方向的抗彎截面模量。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 34 圖 掛車車軸的受載 半掛車輪軸的質量屬于非懸掛質量，對車輛行駛的平順性不利。懸架與輪軸的連接圖見圖 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 33 表 懸架偏頻表 載荷 p 撓度 if 偏頻 in tp 401 ? tp 1502 ? tp 2403 ? 表中載荷的 p 單位為 t 、撓度 f 的單位為 cm 、偏頻值 n 的單位為次 /分 圖 懸架與輪軸的連接圖 4 半掛車的輪軸 半掛車的車軸是非驅動軸，可看作是剛性橫梁，支點位于輪胎中心，載荷 作用于鋼板彈簧座上，如圖 所示。 可得半掛車的懸架的偏頻見表 。如果把車輛看承一個在彈性懸架上作單自由度的振動的質量，則其自然振動頻率（或稱偏頻）： fgpcgn ?? 3030 ?? ?????????????????? () 式中： g —— 重力加速度， 98 2seccm f —— 懸架垂直變形（撓度） ， cm p —— 懸架支承質量， kg fpc? —— 懸架剛度， cmkg 由上式可見，當剛度 c 一定時，懸架上的載質量 p 越大，懸架的撓度越大，則振動頻率越低。 偏頻計算 由懸架剛度和剛性平衡梁懸架所 支承的質量所決定的車身自然振動頻率是懸架的重要性能指標之一。 已知條件： 自重： TonG 401 ? ；載重： TonG 200? 計算重量： TonGGG C 2401 ??? 軸負荷： TonGz ? (不考慮偏載及動載 ) 全車共 9 根軸 （ 50%載荷由牽引車承擔） 偏載系數： ?K 動載系 數： ?K 軸套比壓計算 懸架的軸套比壓計算 ： 銅套內徑： cmmmd 11110 ?? 長度： cmmmmml 232302115 ???? 投影面積： 22 5 31123 cmcmcmS ??? 載荷： kgKKGTP ZKK 2 2 3 4 42121 ????? ? ?? ?????? ?? ??? () 但半掛車在運輸行使過程中，由于受交變應力和路面不平引起的沖擊載荷使 剛性平衡梁懸架載荷瞬間加大，剛性平衡梁懸架實際承受載荷比理論載荷 要大，所以確定剛性平 衡梁懸架的載荷時需要乘以一個附加質量系數 ??n ，而整體設計的理論認為： ?n ，故 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計 31 kgkgPnP 3 5 7 5 2 3 4 4 ?????實際 ???????????? () 比壓： 2/25335750 cmkgSPp ???? ?????????? () 已知： 366 ??ZQSn 的 2/80][ cmkgp ? ， 49?ZQAl 的 2/180][ cmkgp ? ，見表 必須滿足： ][pp? ，所以選用 49?ZQAl 。能使貨臺前后或左右傾斜，便于裝卸貨物，當車輛在高低不平的道路上行駛時，可以保證同側的各軸輪胎同時和地 面保持接觸。 （ 10） 所有的零件應具有足夠的強度和使用壽命。 （ 8） 制造成本低。 （ 6） 結構緊湊、占用空間尺寸要小 ,，質量要小，便于布置。 （ 4） 汽車制動或加速時，要保證汽車穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉向時車身側傾角要合適。 （ 3） 保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。 （ 2） 具有合適的衰減振動的能力。 懸架的設計要求 對懸架提出的設計要求有： （ 1） 保證汽車有 良好的行駛平順性。當汽車列車載荷增加時，車架與車橋（車軸）之 間的距離縮短，然后通過控制桿機構的作用，打開充氣閥，壓縮空氣流入空氣彈簧的氣囊使之壓力增加，同時使車架（車身）升高，直至氣閥關閉為止，此時車架（車身）又恢復到載荷增加前的高度。需要時，壓縮空氣從儲氣筒出來，流入固定在車架（車身）山的高度控制閥內。 空氣彈簧是在含有布層結構的橡膠氣囊內充入空氣，并以空氣為介質，利用空氣可以壓縮的特點來實現彈性作用。該懸架用平行四連桿機構作平衡臂，使軸頭中心線在車輪上下跳動時始終保持水平。此時，一組兩對車輪的輪軸將繞傾斜的軸頭擺動，造成輪胎的折皺變形，加劇了在不平路面上的磨損。車輪借助懸掛架與平衡臂的鉸接和軸頭獲得上下和橫擺的一定自由度，以適應地面的不平。懸掛 架下方與平衡臂鉸接，二者之間安裝著液壓缸。 偏置式液壓懸架的液壓缸置于輪軸的前方或后方。 （ 4） 液壓懸架 液壓懸架是利用液壓缸來實現傳力和減振功能。在高速行駛時，其減振效果較差。路面的縱向不平度則由平衡梁的俯仰自 由度來適應，從而保持前后軸負荷的相對平衡。在左右梁間的中央樞軸上有樞軸托架與掛車車架相連。若在擺臂式平衡懸架上安裝舉升機構，則可在掛車載荷較小時將后輪提起離地，減少轉向阻力和車輪的磨損。鋼板彈簧的前吊耳，擺臂中部的轉軸與支架相連，前輪軸安裝在鋼板彈簧中部，后輪軸安裝在擺臂后端。變截面拋物線型鋼板彈簧與等截面多片鋼板彈簧相比，在承載能力相同的情況下，自身質量小，但制造工藝較復雜。車軸的牽引由拉力桿承受，并可利用拉力桿長度的調整，將車軸中心線調到與車架上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 半掛車的輪軸及其懸架設計