挂车车桥与悬挂设计

挂车车桥与悬挂设计

1 绪论

1.1汽车挂车的应用状况和发展趋势

随着汽车技术和公路网络的飞速发展，公路货运量逐年增加，物流与运输行业对汽车运输经济性、高效性提出了更高的要求，挂车运输是一种行之有效的解决方案。挂车运输具有可以增加牵引车有效工作时间、提高运输效率、促进多式联运发展和区域物流合作等优点，并且有利于节约社会资源、节能减排，是一种对运输设备进行科学组织的先进管理模式。

1.2 挂车车桥与悬挂的结构组成和功能原理

车桥及悬挂是汽车挂车的重要组成部分。车桥通过悬挂和车架相连，它的两端安装车轮，其功用是传递车架与车轮之间各方向的作用力及其力矩，根据悬挂结构的不同，车桥分为整体式和断开式两种；根据前梁形状的不同，又可分为工字形断面和圆管形断面车桥，工字形断面车桥目前使用最广泛，它的强度大，形状易于满足总布置上的要求[1]。

悬挂是汽车车架与车桥之间一切传力连接装置的总称，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架上，以保证汽车的正常行驶。汽车悬挂一般由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成，它分为非独立悬挂和独立悬挂两大类[2]。

非独立悬挂弹性元件又可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧，采用螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧时需要有较复杂的导向机构。而采用钢板弹簧时，由于钢板弹簧本身可兼起导向机构的作用，并有一定的减振作用，因而使得悬挂结构大为简化，因此目前汽车挂车通常采用钢板弹簧非

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独立悬挂并配以整体式工字形断面车桥[3]。

1.3 挂车车桥与悬挂的设计要求

1.3.1挂车车桥设计的要求

（1）车桥应有足够的强度和刚度[4]，可靠地承受车轮与车架之间的作用力。

（2）保证主销和转向轮有正确的定位角度，使转向轮运动稳定，并使转向轮的定位角度保持不变。

（3）转向轮的摆振应最小。

（4）非悬挂重量尽可能小。

1.3.2挂车悬挂设计的要求

（1）保证挂车有良好的行驶平顺性。

（2）具有合适的衰减振动的能力。

（3）挂车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适。

（4）结构紧凑、占用空间尺寸要小。

（5）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。

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2 挂车车桥基本尺寸和参数的确定

根据车桥结构设计的要求，参考吨位相近的汽车进行参数选择[5]，如表2-1：

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表2-1车桥结构的参数表单位：mm 汽车牌号解放牌CA——10曼MAN415L1前轮轮距B17001824

弹簧座中心距K740930

弹簧座中心到主销中心距离b370348

断面尺寸全高H

上凸缘宽度

1

B

下凸缘宽度

2

B

上下凸缘间距h

幅板厚度

85/8875

138/65137

65/6559

55/5850

16/1414

主销长度221198主销直径3842主销中心到上衬套中心距n8170

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主销中心到下衬套中心距e8180上衬套长度5246下衬套长度5248止推轴承高度16.523

转向节主销中心到压力中心距g

主销中心到转向节大轴颈中

心距P

大轴颈宽度

小轴颈宽度

大轴颈直径

小轴颈直径

11099

104.577

6150

3552 55基孔2级55 40db35

2.1 前梁设计和校核

绘制计算用简图时可忽略车轮的定位角，即认为主销内倾角、主销后倾角，车轮外倾角均为零，而左右转向节轴线重合且与主销轴线位于同一侧向垂直平面内，如图2-1所示：

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图2-1 转向从动桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图

1-制动工况下的弯矩图；2-侧滑工况下的弯矩图

2.1.1制动工况下的前梁应力计算

紧急制动是车桥最严重的工况之一。此时，前梁的垂直载荷增大，水平弯曲力矩达最大值，同时还存在巨大的制动扭转力矩。前梁垂直载荷增大的比例称为质量转移系数1m ：

10

g

1+=

b h m ϕ (2-1)

式中：ϕ——车轮与道路的附着系数，取7.0=ϕ； g h ——挂车重心的高度，取mm 1200g =h ；

0b ——挂车重心到后轴中心线的距离，取mm 22500=b 。

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代入得：373.11=m 。

前轮所承受的地面垂直反力为：

11

12

m G Z =

(2-2) 式中：1G ——汽车满载静止于水平路面时车桥给地面的载荷，取为N 627841=G 。 代入得：N 26.431011=Z 。 前轮所承受的制动力为：

ϕ1Z P x = (2-3)

代入得：N 8512.30170=x P 。

由于制动力引起的扭转力矩在拳部为最大：

T =r x r P ⨯ (2-4)

式中：r r —轮胎的滚动半径，取为500mm 。 代入得：T =6.15085425N ·mm 。

由于1Z 和x P 对前梁引起的垂向弯矩v M 和水平方向的弯矩h M 在两钢板弹簧座之间达最大值，分别为：

()g t Z M +=1v (2-5)

()g t P M +=τh (2-6)

式中：g ——车轮中心至转向节主销中心的水平距离，取为100mm ；