第六章车身的简化计算.docx

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1、第六章车身的简化计算6-1概述到目前为止，对待汽车尤其是车身计算载荷的方法，与对待其它交通工具的方法是不一样的。至今未制订出计算载荷的基本准则。飞机、船舶、铁道车辆等一一以载荷的各种计算方法和标准规范为基础。,飞机的起飞载荷一按不同飞机的起飞曲线;如：船舶行驶中受力一河、海水的浪高；均有设计标准规范铁道车辆一车轮和路轨的撞击力。不平路面汽车激起不同的振动f车身、车架承受随机载荷汽车结构产生疲劳损坏。路面状况载荷大小及其特性使用条件，有关，且相当复杂汽车结构参数等/一一难以准确确定，随着科学技术的发展一一如随机振动理论、结构分析技术、测试技术等的迅猛发展，为深入开展此项研究提供了基础。汽车行驶中

2、所受的载荷一一两大类：1 .疲劳载荷造成疲劳破坏的随机载荷。只能用统计的方法描述。获得方法：道路试验法对汽车在典型路面上进行短距离实测，然后用数理统计的方法对所测得的资料进行整理和推断，最后编制成载荷谱的方法来取得载荷资料。数学分析法一一根据积累的路面不平度的测量统计资料（路面功率谱密度）和反映结构参数的系统频率响应函数一求得相应的输出功率谱和均方值一进而求出构件的载荷方差和均方值。一一可参考有关资料。疲劳载荷一一适用于计算零部件的疲劳强度，估算疲劳寿命。2 .偶然的大载荷偶然因路面冲击引起这种大载荷将使构件的工作应力超过材料的屈服极限或强度极限而破坏。试验表明：若结构尺寸选择正确，能承受最大

3、的偶然载荷的作用，则它的疲劳强度也足够。学习本章的目的在于对计算所需外力进行系统分析并给予科学、合理的确定。6-2车身的计算载荷一、动载荷和静载荷的关系静载荷一一静止时，汽车悬挂着的自身载荷Gr和车身有效载荷（悬挂质量和额定装载质量）。动载荷一一汽车在不平路面上行驶时所承受的载荷。经验表明：如结构的尺寸选择正确，该结构能承受最大的偶然载荷的作用，因此，疲劳强度亦足够。载荷计算的问题可以归结为如何确定动载荷向静载荷转变的系数。由车轴上的载荷分配一静载荷的大小，用动载荷系数一以车身壳体的静力分析取代疲劳计算。汽车行驶时，作用在车身上的惯性力Fd与自重和有效重量，以及加速度成正比:式中：Fst静力，

4、求自重量在车轴上的分配，N；g重力加速度，m/s2；a汽车加速度，m/s2；m动载系数，m=ago即：动载力可以简化为一个静力与动载系数的乘积。在一般情况下，汽车行驶时作用在车身上有三个力和三个力矩:三个方向的力：FZI垂直方向：Fz=RIzGsZ式中：IDz垂直方向动载系数；Gs悬挂质量，N。横向：FEgs行驶方向（纵向）：F=mxG式中：mxm汽车纵向和横向动载系数。三个方向的力矩水平面内弯曲力矩：Mz绕z轴，Xy平面内扭转力矩：Mx一一绕X轴垂直平面内弯曲力矩：My绕y轴因所有壳体的E工很大（材料的弹性模量和绕X轴的极惯性矩），在一般计算时，MZ可以忽略不计。二、对称垂直载荷与汽车纵轴线

5、对称的垂直载荷，是汽车行驶于不平路面上当前后两车轮同时碰到障碍物时产生。Fzs=HizsGs（N）式中：mzs对称加载（垂直载荷）/一时的动载系数。KS将引起弯曲力矩M”使车身壳体在垂直方向发生弯曲变形。大量试验表明，最大垂直对称加Rfr=RfJRrr=Rr1I速度值：轿车和客车在1.52.5g范RfRfi,右前轮反力围，而载重汽车其数值范围将更大一Rrr1T=后轮反力对称垂直载荷些。一般，对称加载动载系数：轿车：izs=202.5；客车：M=2.02.5;载重汽车：mzs=3.0；特种汽车：mzs=3.54.OoITU也可按下式计算：一一日本推荐，前后轮同时驶上具有相等凸起高度的地面障碍时的

6、动载系数（半经验公式）：式中：Ga汽车总重力，N；ChC2前、后悬架与轮胎的合成刚度，N/mm；.G1CSIr_CeiCs2-91q-C+CC+C丁z.1CtiCt2前、后轮胎刚度，N/mm；Csi、Cs2前、后悬架刚度，N/mm；一一悬架变形系数：=1+4/匕2h路障高度，mmo轿车、客车：h=80mm;货车：h=IOOmmo一一经验系数，取IOOO(km/h)2；Va车速，km/ho上式说明了动载系数与路面不平、车速、汽车结构参数的关系。如：VatmzsI当Va100kmh时，40.1,f定值匕ht或Ct-*mzsI上述所推荐的M值，因越来越精确的车身计算方法得到应用，以及制造工艺的发展，

7、悬挂及轮胎特性的改善一车身加速度得以降低，加工缺陷得以改善，一也有减小的趋势。三、非对称垂直载荷一一与汽车纵轴线不对称的垂直载荷。产生原因：汽车行驶时车轮不同时碰到障碍物时产生。结果：同一根轴上的左右车轮上作用着不同的支反力，致使车身除承受弯曲力矩外，还承受扭转力矩的作用。1 .非对称垂直加载时的力碰撞到单个不平度时一一弯曲工况，垂直载荷产生FZnTnZnS，GSN式中：InZnS非对称垂直加载的动载系数；GS悬挂质量，No2 .由车轮悬挂产生的扭转力矩扭转载荷，因路面凸起而产生的不对称于汽车纵轴的垂直载荷使车身绕X轴扭转。Ms=H1zns(Rfr-R)*(NH1)2式中：Rf1左、右前轮上作

8、用力的差，N；Bf前轮距，m0mzns扭转力矩MS(或TX)取决于Rfi.-RfBf一般：轿车：mzns=1.3载重汽车:客车：mzns=1.3特种汽车:由道路不平引起的扭转力矩MSmzns=1.5mzs=1.83.非对称垂直载荷的特点1非对称垂直载荷取决于动载系数%和悬挂质量圾非对称垂直载荷产生的扭转力矩，取决于： 动载系数mzn 作用在车轮上的力的差值：Rfr-Rf1 前轮距：Bf2oRf-R门取决于某一车轮所碰撞的障碍物的高度h极限工况下,Rfr-Rf尸Rf(前轴反力),若某一车轮悬空，BP：Rfr=RfRn=O以左轮悬空为例3一个车轮脱离路面不平度的高度z悬挂弹簧和轮胎的弹性变形一总变

9、形轮距当悬挂的布置型式一纵、横置等车身的抗扭刚度4车身壳体的扭转变形一般，车身壳体的扭转变形与悬架、轮胎等弹性元件相比微小得多(fs2前后弹簧或悬架的变形，mm；Bf、Br前后轮矩，mm；Z1.Z2前后弹簧的左右弹簧间的距离，mmo式中第一项却、第二项国(，)一一表示前车轴抬高量的表达式，取决于前轮与前悬架装置的参数；第三项B1(f12Br),第四项Bf(fs2Z2)表示产生于后轮的相应的反作用力矩所引起的后轮与后悬架变形的结果，即后悬挂参数的影响。当碰到道路的两个不平度时一一设左前轮、右后轮碰到障碍，则汽车前面或后面部分随车轴承载状况变化而发生的位移：%=ft于吟)(mm)式中：ft一一轮胎

10、变形，mm；fs一一悬架或弹簧变形，mm；B轮距，mm；Z左右弹簧的距离，mm。RfrRf1碰撞到处于对角位置的不平度时若给定汽车的计算载荷与悬挂和轮胎的刚度，则:对单个不平度：对两个不平度，使一个车轮开始脱离地面的凸起高度值:式中：Rf前轴上的载荷，N；B轮距(注脚f前轮距，r后轮距)，mm；C1一一轮胎的刚度系数，N/mm；Cs悬挂的刚度系数，N/mmo计算位移h1和h2应与汽车所能克服的实际不平度进行比较。据大量的统计研究，各类汽车所能克服的实际道路不平度为：轿车：H=200mm客车：H=250mm表示凸起高度货车：H=300mm卜表示凹陷高度越野车：hnax=400mm如果计算出的悬架参数满足h1,2H,则作用在车轮上的力和汽车上的转矩为：右前轮上的作用力：Rf1=m7ns1h.(N)2J.K.2_左前轮上的作用力：RfFmzns叩11(N)Ry爪X地面侧向附着力。最大可能的离心力取决于轮距B和汽车的重心高度hg0式中：B轮距，mm；hg重心离地高度，mm；Cy一一惯性力的侧向分力，N0(N)(N)(N)可得：Cy=Ry=mzsG2hBsbR1y=mzsG-2勺1式中：1汽车轴距，mm；a、b重心到前、后轴的距离，mmo惯性力在汽车纵向产生的分力Cx与道路不平对车轮碰撞时所产生的纵向力相比较小