挂车车桥及悬挂设计

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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

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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：

表2-1车桥结构的参数表 单位：mm

汽 车 牌 号

前轮轮距B 弹簧座中心距K

弹簧座中心到主销中心距离b 断 面 尺 寸

全高H 上凸缘宽度B1 下凸缘宽度B2 上下凸缘间距h 幅板厚度

主销长度 主销直径

主销中心到上衬套中心距n 主销中心到下衬套中心距e 上衬套长度 下衬套长度 止推轴承高度 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

解放牌CA——10

1700 740 370 85/88 138/65 65/65 55/58 16/14 221 38 81 81 52 52 16.5 110 104.5 61 35 55基孔2级

40db

曼MAN415L1

1824 930 348 75 137 59 50 14 198 42 70 80 46 48 23 99 77 50 52 55 35

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m1：

?hg m1??1 (2-1)

b0式中：?——车轮与道路的附着系数，取??0.7；

hg——挂车重心的高度，取hg?1200mm；

b0——挂车重心到后轴中心线的距离，取b0?2250mm。 代入得：m1?1.373。

前轮所承受的地面垂直反力为：

G Z1?1m1 (2-2)

2式中：G1——汽车满载静止于水平路面时车桥给地面的载荷，取为G1?62784N。 代入得：Z1?43101.26N。

前轮所承受的制动力为：

Px?Z1? (2-3)

代入得：Px?30170.8512N。 由于制动力引起的扭转力矩在拳部为最大：

T=Px?rr (2-4)

式中：rr—轮胎的滚动半径，取为500mm。

代入得：T=15085425.6N·mm。

由于Z1和Px对前梁引起的垂向弯矩Mv和水平方向的弯矩Mh在两钢板弹簧座之间达

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