关于整车轴荷分配的介绍与计算

此简图模拟 8X4 载货汽车后两轴可认为是平衡轴支撑两桥八轮
计算方式: 1.法规限值：（GB1589）
汽车及挂车单轴的最大允许轴荷的最大限值
车辆类型
挂车及二轴货车
每侧单轮胎 每侧双轮胎
客车、半挂牵引车及 三轴以上(含三轴)货车
每侧单轮胎
非驱动轴 每侧双轮胎
驱动轴
最大允许轴荷最大限值
1)
6000
2)
10000
载质量、整车姿态角、每个轴悬架和轮胎拼算后的刚度（这里的刚度主要以悬架板簧刚度为 主，理论应乘上变数因子，但考虑三个轮胎弹性可认为是一致的，故取因子为 1 也可）等。
4.对于两轴车及轴距较小的平衡悬架多轴车，主要应用静力学平衡原理，将汽车简化为简 支梁进行计算，但对于多轴汽车，由于这种汽车停放在地面时属于超静定结构（几何特征为 几何不变但存在多余约束的结构体系，是实际工程经常采用的结构体系。凡是用静力学平衡 方程无法确定全部约束力和内力的结构统称为超静定结构或超静定系统），故静力学原理便 无法确定多个轴荷的分配，此时需应用变形一致原理来得出悬架变形关系以列出附加关系式， 连同平衡方程式一起，联立求解。
1
2.如何进行轴荷分配？ 计算原则： 1.设计应满足国家标准法规，且实际承载轴荷不得大于桥的最大载荷。 2.经验算法可做大致估算，但应分清楚空载轴荷与满载轴荷的不同，特别是承载前后整车
重心偏移较大的车型（如牵引车、搅拌罐车等） 3.计算详细轴荷时需要先行计算整车重心（质心）坐标、整车质量（空/满载）、各轴非簧
通过数据简化得到如下受力模型：
图中：S1、S2、S3 为各受力中心到第一轴的水平距离； GS 为簧载总质量（整车重量） L1、L2、L3 为由安装高度不同所确定的各悬架的自由行程（即初始安装高度） f1、f2、f3 为加载簧上质量后悬架及轮胎的总变形量 K1、K2、K3 为各轴悬架和轮胎的折算刚度（一般主要为悬架的刚度） C1、C2、C3 为各悬架簧下质量 F1、F2、F3 为各轴载荷
首先是整车质心的计算：
设个零部件质量为 Pi,则整车质量 P=∑各零部件质量 P（i 此处 Pi 应包含人体（65Kg/人）、
油品（≈90%）及随车工具附件等），当包含货物时即为车货总重，以此求得的质心为满载质
心，不含货物时求得的质心为空载质心。
重心坐标（X，Y，Z）计算：
n
∑ Pi X i
X
=
i=1 n
依据静力学原理与杠杆定律可得出如下方程式： F1+F2=GS
GS×S1=F2×S2 两式联立便可求得前后轴荷，通过 F1÷GS×100%可得出前轴负荷率。
上述算法仅适用于轴数较少或可利用平衡轴简化的汽车，当遇到多轴汽车时，由于未知 量的增多，便会出现无法确定全部约束力和内力的结构，即出现超静定现象，此时就需利用 一些结构关系列出附加关联公式，再结合原等式联立即可求解，下面就多轴汽车的轴荷计算 做叙述。
前轴轴荷过大：
转向操纵：前轴轴荷过大，转向机输出能力不够，致使转向沉重 零部件寿命：前桥、前轮相对后桥、后轮承载过大，使用寿命缩短 车架应力：车架前端应力偏大，故障风险变大
后轴轴荷过大：
爬坡能力：前轴轴荷过小，地面附着力不够，上陡坡时易翘头 零部件寿命：后桥、后轮相对于前桥、前轮承载过大，使用寿命缩短 车架应力：车架后端应力偏大，故障风险变大
关于整车轴荷分配的介绍与计算
---商用车研究院 王官雄
1.什么是轴荷分配，为什么要进行轴荷分配？ 轴荷指的是车轴所受的载荷。轴荷分配是指汽车的质量分配到前后轴上的比例，一般分
为空载和满载两组数据。汽车的轴荷是重要质量参数，它对整车的通过性、牵引力、制动和 操纵稳定及轮胎寿命都有很大的影响。
一般而言影响前后轴荷分配的因素包括了整车的布置形式（如载货汽车而言，平头车满 载时的前轴负荷分配多在 33％～35％而长头车多在 28％上下）、法规的限定、设计汽车的适 用范围（如设计常在较坏路上运行的载货汽车，为保证其在泥泞路上的通过性，常将满载前 轴负荷控制在 26％～27％，以减小前轮的滚动阻力并增大后驱动轮的附着力）、另需考虑轮 胎的磨损均匀（一般对后轮为双胎的双轴汽车则前后轴荷可大致按 1／3 和 2／3 的比例处 理而对后轮装单胎的双轴汽车则要求其满载时的前后轴荷分配均为 50％），除此之外还需考 虑汽车的静/动态方向稳定性等，当然上述只是经验算法，详细参数仍需通过数据计算获得。
4
我们先以 8X4 自卸货车为代表作出分析计算，前两轴为单桥单胎，后双轴为平衡轴连接的中 后桥双胎布置，车型结构如下：
设车架为刚性梁又由于汽车在设计时都有整车姿态角，故车架原始高度及悬架安装于车 架的原始高度可定，将轮胎与悬架看做弹性元件，视其为弹性支撑，则当板簧无簧上质量和 加载簧上质量后弹性元件会出现一定的变形量，而附加关系式则主要通过这种变形关系得出。
下面我们先以简单轴数计算阐述静力学原理下的平衡关系，而后在拓展多轴算法，以此 来由浅及深阐述计算算法。
首先我们先以 6X4 车型为例计算轴荷，下面为数据简图：
图中： GS 为整车重量 S1 为质心至原点的距离（即质心坐标 X 值） F1 为前轴轴荷 F2 为后轴轴荷（由于后双轴为平衡轴连接结构原则上可看做平衡轴单轴作用） S2 为平衡轴中心至原点距离，则 S2=S4+S3÷2
并装双轴的轴距≥1800mm
16000 18000 20000
相邻两轴之间距离≤1800mm 并装三轴
相邻两轴之间距离>1300mm，且≤1400mm
21000 24000
1)驱动轴为每轴每侧双轮胎且装备空气悬架时，最大允许轴荷的最大限值为 19000kg。
2.经验算法
常用载货汽车的轴荷分配见表
3.严格算法
∑ Pi
i=1
n
∑ PiYi
Y
=
i=1 n
∑ Pi
i=1
n
∑ PiZi
Z=
Байду номын сангаас
i=1 n
∑ Pi
i=1
3
也即各零部件单独质心在 X、Y、Z 坐标时的求和（此处一般以前轴中心处，与前轴中心 线平行垂直于纵梁方向为 Y 向，与 Y 垂直与车架平行且 XZ 平面对称分割左右车型为 X，以 车架上平面处为 Z 向零点建立右手坐标系，此坐标一般也视为整车绝对坐标）。
在计算时可利用各总成分类原则列出表格，通过其在整车的位置及自身结构得出各零部 件 X、Y、Z 值，最后各值汇总相加（应注意数据的方向性）得到整车质心位置。 非簧载质量的计算：
对于非独立悬架，一般将前、后桥总成，车轮及轮毂等总成视为非簧载质量，车桥与车 身或车架之间的各连接件，其质量的一半都属于非簧载质量(如转向拉杆、传动轴、导向臂、 稳定杆、减振器等)。如果钢板弹簧布置在车桥上方，弹簧 3/4 的质量为非簧载质量；下置 弹簧，弹簧 1/4 质量为非簧载质量，以此可确定各轴非簧载质量。 轴荷计算：
5
则由平衡条件及静力学原理可得出两式如下： F1+F2+F3=GS
F2×S2+F3×S3=GS×S1 上述两式中共计有未知量 3 个，两式联立无法求得，故依据变形一致原理的出第三式：
L2 + f2 − L1 + f1 S2 =
L3 + f3 − L1 + f1 S3 数学原理如下：
另：各轴载荷应F 等于各轴簧上质量R 与簧下质量C 之和 式中：f1、f2、f3 为加载簧上质量后悬架及轮胎的总变形量，而：
................ L2 + f2 − L1 + f1 S2 Li + i − L1 + f1 = Si
接着通过变形原理:
f = 簧上
F =F +F
轴荷 簧上 簧下
数式联立皆可求解。
6
5.理解作用力与反作用力，即向下的作用力总和等于向上的作用力总和，车辆所有部件的 重量及其负载总和等于车辆的轴荷之和。
6.理解杠杆原理，即单点周围的重力所形成的的扭矩之和等于该点周围反作用力所形成的 扭矩之和，也可简单表述为：动力×动力臂=阻力×阻力臂。
7.建立受力简图，由于槽型车架的抗弯刚度非常大，原则上不会产生变形可认定其为刚性 梁，以轮胎及悬架看为弹性支撑，建立受力模型类似如下，详细分析见后述。
f1 =
f2 =
f3 =
由此六式联立求得 F1、F2、F3 各轴的载荷。
由上述关系可推得当出现多轴情况时，依据下述条件均可求得各轴载荷，归述为： ∑F = G
∑ F × S = G × S1 同时依据轴数的不同得出数量不等的关系式：
L2 + f2 − L1 + f1 S2 L3 + f3 − L1 + f1 = S3
车辆类型
最大允许轴荷最大限值
并装双轴的轴距 ＜1000mm
并装双轴的轴距≥1000mm，且＜1300mm 汽车 并装双轴
并装双轴的轴距≥1300mm，且＜1800mm
11500
16000
1)
18000
并装双轴的轴距 ＜1000mm
11000
并装双轴 挂车
并装双轴的轴距≥1000mm，且＜1300mm 并装双轴的轴距≥1300mm，且＜1800mm
1)
7000
2)
10000
11500
1) 安装名义断面宽度超过 400(公制系列)或 13.00(英制系列)轮胎的车轴，其最大允许轴荷 不得超过规定的各轮胎负荷之和，且最大限值为 10000kg； 2)装备空气悬架时最大允许轴荷的最大限值为 11500kg。
2
汽车及挂车并装轴的最大允许轴荷的最大限值