汽车机械基础课件（35讲）：第32讲 车辆行驶装置结构与受力分析

1、课题:汽车行驶系各组成装置结构与受力分析汽车机械基础技术应用汽车机械基础技术应用教学目标：1）初步能够掌握车辆各行驶装置的结构组成；2）能够对车架的受力及梁的变形进行分析；3）初步能够对车轮进行定位及受力分析。汽车机械基础技术应用 车辆行驶系的组成及受力分析 车架结构与梁的受力分析 车桥与悬架的基本结构形式 车轮定位与受力分析教学内容汽车机械基础技术应用（一）基本知识材料的力学性能-指变形固体在力的作用下所表现的力学性能。构件的承载能力：强度-构件抵抗破坏的能力刚度-构件抵抗变形的能力稳定性-构件保持原有平衡状态的能力一、车辆行驶系的组成及受力分析汽车机械基础技术应用（二）车辆行驶系的组成与功

2、用汽车的行驶系由车架、车桥、车轮和悬架等部分组成。功用：把来自于传动系的扭矩，通过驱动轮与路面的附着作用，转化为地面对车辆的牵引力；传递并承受路面作用于车轮上的各向反力及其形成的力矩。承受外界各种力和力矩的冲击及振动，保证汽车正常行驶。汽车机械基础技术应用 当车辆运行时，驱动桥中半轴将驱动转矩Mk传到驱动轮上，产生路面作用于驱动轮边缘上的向前的牵引力Ft，牵引力Ft 通过驱动桥壳、后悬架传到车架，用来克服作用于汽车上的空气阻力和坡道阻力；并由车架经过前悬架传至从动桥，作用于从动轮中心，使前轮克服滚动阻力向前滚动。于是，整个汽车便向前行驶了。（三）车辆行驶系的受力分析汽车机械基础技术应用二、车架

3、结构与梁的受力分析 车架是汽车上各部件的安装基础。在汽车中起到支承车身，承受汽车载荷，固定汽车大部分部件和总成。如发动机、变速器、车身或驾驶室通过弹性支承安装于车架上；前、后桥通过悬架连接在汽车车架上；而转向器则直接安装在车架上。 通常车架由纵梁和横梁组成。（一）车架的结构与功用汽车机械基础技术应用（二）梁的受力与变形1平面弯曲概念弯曲变形:是指杆的轴线由直线变成曲线。 梁的受力特点:是在轴线平面内受到力偶矩或垂直于轴线方向的外力的作用。汽车机械基础技术应用平面弯曲当外力都作用在梁的纵向对称面内时，梁的轴线在纵向对称面内弯成一条平面曲线的变形。可以用梁轴线的变形表示梁的弯曲变形。2.平面弯曲汽

4、车机械基础技术应用3.纯弯曲梁的变形及截面上应力 取一矩形截面梁，在其侧面画出若干互相平行的横向线和纵向线，然后在梁的对称面内施加一对等值、反向的力偶，使梁发生纯弯曲。这时可看到如下变形现象：（）各横向线仍保持为直线，但相对转过了一定角度；（）各纵向线均变成圆弧线，但仍垂直于横向线；（）内凹一侧纵向线缩短，外凸一侧纵向线伸长。 纯弯曲梁变形后各横截面仍保持为一平面，仍然垂直于轴线，只是绕中性轴转过一个角度，称为弯曲问题的平面假设。汽车机械基础技术应用中性层中性轴 梁弯曲变形时，既不伸长又不缩短的纵向纤维层称为中性层。中性层与横截面的交线称为中性轴如果外力偶矩如图作用在梁上，该梁下部将伸长、上部

5、将缩短汽车机械基础技术应用平面假设：梁变形后，其横截面仍为平面，并垂直于梁的轴线，只是绕截面上的某轴转动了一个角度汽车机械基础技术应用4.纯弯梁截面上应力：由平面截面假设可得如下重要推论：梁可看成由无数纵向纤维组成。弯曲时，各纵向纤维之间无互相挤压作用，只有沿纵向的拉伸或压缩。梁的变形只是纵向纤维的伸长或缩短而无相对错动。结论：梁纯弯时，横截面上无切应力，只有正应力。汽车机械基础技术应用5.弯曲变形在汽车工程中的应用梁除了要求其具有足够强度以外，还要求其具有足够的刚度，使其工作时变形不致过大，否则会引起振动，影响车辆的舒适性，甚至导致车身失效，加急零部件疲劳破坏。因此必须限制梁的弯曲变形。另一

6、方面，弯曲变形也有可利用的一面，例如汽车上的钢板弹簧，就是通过其弯曲变形来缓冲车辆的振动。F汽车机械基础技术应用横、纵梁的断面形状、横梁的数量以及两者之间的连接方式，对车架的扭转刚度有大的影响。车架A：箱型纵梁、管型横梁，横、纵梁间采用焊接连接，扭转刚度最大。车架B：槽型纵梁、管型横梁，横、纵梁间采用铆接连接，扭转刚度适中。车架C：槽型纵梁、工字型横梁，横、纵梁间采用铆接连接，扭转刚度最小。汽车机械基础技术应用三、车桥与悬架的基本结构形式车桥通过悬架与车架连接，支承着汽车大部份重量，其两端安装着汽车车轮。功用： 传递车架与车轮之间各方向作用力及其所产生的弯矩和扭矩。根据悬架不同分为：整体式和断

7、开式 两种根据车轮作用：转向桥、驱动桥、转向驱动桥、支持桥分类：汽车机械基础技术应用1.转向车桥 安装转向轮的车桥叫转向桥。现代汽车一般都是前桥转向，也有少数是多桥转向的。功用：利用转向节的摆动使车轮偏转一定的角度以实现汽车的转向，且承受一定的载荷。 性能要求：强度、刚度大；定位角、转向角正确；质量小。汽车机械基础技术应用1）与非独立悬架匹配的转向桥 左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接 。2）与独立悬架匹配的转向桥 左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接。 非独立悬架 独立悬架汽车机械基础技术应用 非独立悬架 独立悬架汽车机械基础技术应用四、转向车轮定位与受力分析

8、1.转向车轮定位的功用功用：转向轻便、行驶稳定、减少轮胎和机件的磨损等。2.车轮传动装置的功用基本功用：接受从差速器传来的转矩并将其传给车轮。非断开式驱动桥：半轴断开式驱动桥和转向驱动桥：万向传动装置现代汽车的转向轮一般为前轮，故前轮定位也称为转向轮定位。前轮定位包括：主销内倾、主销后倾、前轮外倾、前轮前束。汽车机械基础技术应用3.结构形式分析 根据其车轮端的支承方式分为：半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式。 半浮式半轴：除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。结构简单，所受载荷较大，适用于轿车和轻型货车及轻型客车。 3/4浮式半轴： 全浮式半轴： 理论上来说，半轴只

9、承受转矩，作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。主要用于中、重型货车上。 汽车机械基础技术应用滚动摩擦一物体沿另一物体的表面作相对滚动或有相对滚动趋势时，接触表面产生的摩擦。滚动比滑动阻力小。滚动摩擦的规律 在车轮上轮心处加一水平力p时，支承面产生一摩擦阻力f，阻止车轮的滑动。由于P和f构成一对力偶，使车轮向前滚动。可见，摩擦阻力f除阻止车轮滑动外，还有促使车轮滚动的作用。 GOBFNFP4. 车轮滚动摩擦分析汽车机械基础技术应用GOFPFfFNGOBFNFPFfFfGOBFNFPGOBFNGOBFNFPmFf滚动摩擦的规律汽车机械基础技术应用滚动摩擦的规律 将N平移到B点，产生的附加

10、力偶为滚动摩擦力偶矩： =N 当车轮平衡时，有：=0 =N=Pr 随p大小而变化，当p增大到使车轮处于将滚面未滚的临界状态时，也达到了最大值：max=N 式中，称为滚动摩擦系数，与接触材料性质有关。 车轮滚动须克服摩擦阻力偶max即prmN，作用于车轮上的水平力应满足以下条件：p汽车机械基础技术应用 行驶中的汽车假设滚动阻力偶矩、车轮惯性力和惯性力偶矩均可忽略，则车轮在平直良好路面上制动时的受力情况如下图所示。 5. 车轮制动受力分析制动器制动力F等于为了克服制动器摩擦力矩而在轮胎轮缘作用的力。其大小为 F=T/r 式中：T是车轮制动器摩擦副的摩擦力矩。 F制动器制动力是由制动器结构参数所决定

11、的。它与制动器的型式、结构尺寸、摩擦副的而摩擦系数和车轮半径以及踏板力有关。从力矩平衡可得地面制动力Fb为 Fb=T/r 地面制动力Fb是使汽车减速的外力。它不但与制动器制动力F有关，受地面附着力F的制约。 制动时车轮受力条件汽车机械基础技术应用 当踩下制动踏板时，首先消除制动系间隙后，制动器制动力开始增加。开始时踏板力较小，制动器制动力F也较小，地面制动力Fb足以克服制动器制动力F，而使得车轮滚动。此时，F=Fb，且随踏板力增加成线性增加。但是地面制动力是地面摩擦阻力的约束反力，其值不能大于地面附着力F或最大地面制动力Fbmax，即 Fb F Fz 或 Fbmax= Fz 当制动踏板力上升到一定值时，地面制动力Fb达到最大地面制动力Fbmax= Fz,车轮开始抱死不转而出现拖滑现象。随着制动踏板力以及制动管路压力的继续升高，制动器制动力F继续增加，直至踏板最大行程，但是地面制动力Fb不再增加。 地面制动力、车轮制动力和地面附着力的关系图 地面制动力、车轮制动力和地面附着力的关系汽车机械基础技术应用 上述分析表明，汽车地面制动力Fb取决于制动器制动力F，同时又受到地面附着力F的闲置。只有当制动器制动