張志平，張西培，李虎

前言

21世紀以來中國經濟發(fā)展迅猛前沿科技層出不窮，人民生活水平急速提升生活質量和要求也在不斷升高，汽車已經成為每家每戶的必備品不再是奢侈品，然而隨著汽車的使用在增加環(huán)境污染問題和交通問題變得尤為突出。

在大城市的快節(jié)奏下人們每天生活在車水馬龍的環(huán)境中，每日上班面對的是排成長龍堵車現象，假日旅游或閑暇外出游玩都為出行大大發(fā)愁，自駕游儼然成為一種年輕人最熱愛的方式但由于車輛較多也無法很歡快的旅行。

1　車輪減震機構創(chuàng)新點及其未來發(fā)展前景

車輪在材料選擇上選擇了強度大重量輕的鋁合金型材，在承受相同載荷的條件下鋁合金的性能具有較大的優(yōu)越性，同時使用鋁合金加工車圈可以節(jié)省成本，加工便捷。

將花鼓軸通過彈簧阻尼器與輪圈進行連接達到在運行時承受的載荷作用于彈簧阻尼器上，直接通過減震器減震后再輸送到車架上，這在傳遞沖擊的過行程中極大的降低了載荷大小，減震效果相顯著。

由于車輪是將彈簧阻尼器通過等角度排列，將花鼓軸承受的載荷平均分布在三個液壓軸上，與傳統(tǒng)的將載荷作用在兩個減震器上，極大的減小了單個減震器承受的載荷沖擊，大大提高了減震器的減震效果。使駕駛舒適度得到顯著提升。

2　結構設計及受力分析計算

圖2　.1

圖3　.1

輪圈輪轂采用鋁合金型材制作結構為圖1所示，為減小單個彈簧阻尼器上所承受的載荷，將輪圈與輪轂按照θ=120°間隔進行排布，使得單個彈簧阻尼器承受的載荷最小。其大小長度將輪圈的尺寸定為。常用型26英寸，彈簧阻尼器通過定制確定其中心距為270 mm總長為310 mm。由于輪圈和彈簧阻尼器的尺寸已確定，對花鼓軸上的減震器連接塊和輪圈上的減震器連接塊的尺寸進行確定。

由花鼓軸的內部直徑為40 mm可知花鼓軸外徑距離輪圈內徑的距離為310 mm，由于彈簧阻尼器的總長度為310 mm所以連接塊不能直接垂直于輪圈和花鼓軸，且若將彈簧阻尼器安裝為垂直于輪圈和花鼓軸將產生較大的彎矩對連接塊的剪應力影響較大容易使連接塊產生斷裂的危險。因此要將花鼓軸的連接塊與輪圈的連接塊錯開角度，將其分開α=45°連接，這樣極大的增加了連接塊的抗彎曲應力又增加了安裝空間可以容納彈簧阻尼器的尺寸。

通過花鼓軸連接塊與輪圈連接塊相差α=45°可計算出連接軸的大小，通過權衡受力的分布狀態(tài)取輪圈連接軸的高度為45 mm，孔徑10 mm，花鼓軸連接塊高度為40 mm，孔徑10 mm。確定安裝尺寸，將彈簧阻尼器的有效行程L與連接塊尺寸相結合，檢驗當花鼓軸承受載荷使得彈簧阻尼器發(fā)生行程改變位置變化時，彈簧阻尼器的軸是否會與花鼓軸外徑發(fā)生干涉碰撞，并通過理論推導得出承受較大沖擊減震器發(fā)生極限行程運動時是否產生干涉，且通過自由度計算公式

n——為活動構件數

PL——為低副數

Ph——為高副數

P——為虛約束

P1——為局部自由度

其中n=8,PL=10,Ph=1,P=0,P1=0;代入求得F=3＞1

所以該機構沒有固定的運動軌跡，輪轂可在X、Y、Z軸上進行相對移動。因為當行駛時自行車車輪是轉動的花鼓軸上的載荷也在變化，作用于單個彈簧阻尼器上的力大小方向各不相同。但花鼓軸運動的平面是固定的因此不會出現輪轂側向運動，保證了車輪平穩(wěn)轉動的要求。

圖4　.1

圖4　.2

圖4　.3

3　車承受自身質量時受力分析

由結構尺寸可得到計算所需的長度大小，當只承受車輛自身重力時，將花鼓軸承受的力進行放大，使得車輛自身重力全部作用在花鼓軸上即G=25kg，由花鼓軸連接塊與彈簧阻尼器的連接方式得：

其中F1、F2、F3之間角度為θ=120°，所以

通過求得F1、F2、F3的值可求其他分力

已知花鼓軸連接塊與輪圈連接塊之間的夾角α=45°

由計算出的各分力，找出作用在銷軸上的力為F1，F2，F3

對銷軸進行應力計算

對連接塊進行最大正應力計算

銷軸的材質選擇為碳素鋼Q235，其許用應力σmax=235 Mpa，計算得出最大正應力小于其許用應力，故安全結構符合要求。

由上述計算分析可得，在車輛行駛時受力分析情況相同受力大小不同，因此將上述計算中的G更換為G+G'=F

由許用應力反向求F極限沖擊力

故該機構能夠承受最大沖擊力為11750 N。

4　ADAMS動力學仿真分析

通過對車輪受力分析，得出各個連接處的受力狀態(tài)及其大小，根據其具體的數據在ADAMS中進行數據建模，將同等尺寸的車輪結構通過ADAMS中的模塊構建出分析模型（如圖4.1），根據其受力對其進行受力加載，并運行得出其輪轂在受外力沖擊時振蕩時間與輪轂位移（如圖4.2）、時間與輪轂受力（如圖4.3）的關系。

5　結語

通過ADAMS動態(tài)分析得出自行車減震機構輪轂處位移、速度、受力等數據隨時間的變化曲線，當輪轂承受一定載荷時，輪轂的位移會隨著載荷的變化而相應產生變化以應對變化載荷帶來的時變沖擊。從曲線圖可以看出在較短的時間內自行車減震機構可以快速反應消除沖擊帶來的較大位移偏差，從而實現較好的減震效率。

減震力與時間的關系圖可以看出，在減震機構消除沖擊的較短時間內，減震力的變化幅度相對較小，得出在減震工作的過程中不會對車輪造成較大的沖擊震蕩，減震過程較為輕緩，符合減震器的減震舒適需求。

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