车辆行驶装置结构与受力分析

一、汽车行驶系结构受力分析

汽车是最常见的一种公路交通运输工具，而且大多数汽车采用轮式行驶系。其结构特点是通过轮胎直接与地面接触支承车辆，并通过轮胎的滚动使汽车行驶。

1．汽车行驶系的结构认识

如图8-3所示。轮式行驶系一般由车架(或承载式车身)、车桥(前后车桥)、车轮和悬架(前后悬架)等组成。车架是全车装配与支承的基础，它将汽车的各相关总成连接成一个整体，并与行驶系共同支承汽车的质量。前、后车轮分别安装在前桥和后桥上，支承着车桥和汽车。为了减少汽车在行驶中受到的各种冲击与振动，车桥与车架之间通过弹性系统——前、后悬架进行连接。在一些轿车中，为了提高其舒适性，采用断开式车桥，两侧车轮的心轴分别通过各自的弹性元件与车架连接，受力作用时互不干扰。故称为独立悬架系统。

图8-3  轮式汽车行驶系结构

2．轮式行驶系的运动特性及受力分析

如图8-4所示，汽车行驶系的受力情况分析如下，在垂直方向上，受到汽车的总质量G并通过车架、悬架车桥和车轮传到地面，同时引起的地面垂直反力N₁、N₂分别作用于前后车轮上；在水平方向上，发动机的动力通过传动系传到驱动后轮上，产生转矩M_k，通过轮胎与地面的附着作用，产生推动汽车前进的纵向反力——牵引力F₁；汽车在制动时，同样产生一个与M_k相反的制动转矩，作用于车轮上产生一个与汽车行驶方向相反的制动力，迫使汽车减速或停车。

　汽车的驱动力F₁须克服驱动轮本身所遇到的滚动阻力，由车架经从动前悬架传给从动桥，使从动车轮克服其滚动阻力；另外通过驱动桥、驱动后悬架传给车架，最后经车身克服空气阻力、坡道阻力、加速阻力。只有当驱动力足以克服上述各种阻力之和时，汽车才能保持前进。

由于驱动力作用在驱动轮与地面接触处，此力对车轮中心产生的反力矩，使汽车前部具有向上抬起的趋势，从而使作用于前轮上的垂直载荷减小，后轮上的垂直载荷增加。汽车突然加速行驶时，这种作用更加明显。

同样，汽车制动时，地面将作用于车轮一个与汽车行驶方向相反的制动力。同样，有使汽车后部向上抬起、前部下沉的趋势，从而使作用于后轮上垂直载荷减小，前轮上垂直载荷增大。紧急制动时，作用尤其明显。

                            图8-4 汽车驱动力产生示意图

3．轮式行驶系的承载能力分析

  汽车行驶系中车架、车桥和悬架等组成构件，在外载荷的作用下主要发生弯曲变形。如图8-5所示，根据力学模型简化，各构件按梁的弯曲强度条件进行承载能力计算。

图8-5   汽车横梁的弯曲变形

  例8-1  图8-6a) 所示汽车钢板弹簧，由10块宽度b=75ｍｍ、厚度δ=10ｍｍ的板条组成，[R]=140ＭPa，E=2×10⁵Pa，试求载荷F的许用值[F]。

图8-6汽车弹簧钢板

    解  ① 画钢板弹簧的受力简图，如图8-6b) 所示。

        ②求得最大弯矩为

M _C=

危险截面在中点C。C截面如图8-6c）所示，由十个矩形小截面叠成，其抗弯截面系数为

Ｗ_C=

       ③根据强度条件，确定许可载荷[F]

R_max=≤[R]

≤[R]

F≤ N =200×10³N

因此梁上许可载荷[F]=200kN。