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躺车车架设计(慎入)
一般结构与受力
三躺车架通常由十字交叉的纵梁和前桥组成。纵梁除了受到和前面的两轮躺车车架相似的力,还有前桥施加的力。
纵梁和前桥结合处的受力情况十分复杂,作用力也相当大,不同的结构形式在这方面有很大区别:
前桥
前桥包括前轴(横梁)、转向节(羊角、指轴)和主销等。对前桥的要求是:
1强度足够
2保证前轮定位准确,刚性好
3转向系统摩擦力小,耐磨
4重量轻
前桥两端的主销有不同结构,最常见的是用自行车碗组的拳形和关节轴承的叉形。小橘的这个帖子介绍得非常详细:http://www2.biketo.com/bbs/thread-42922-1-31.html
前轴
前轴用得最多的是圆管,但承弯性不及工字梁和方管。前轴弯矩由前轴载荷、轮距和与纵梁的结合方式决定,安全系数取静载荷的5~7倍,垂直方向是水平方向的2.5~3倍。
前轴承受的负荷有垂直平面内的弯矩(侧滑时加大):
水平面内遇障碍和紧急制动时有水平弯矩以及制动时的扭矩。前轮受到冲击,前桥就会对纵梁在水平面形成相当大的扭矩;而两个前轮很少会同时遇到障碍,所以前桥会经常摆动,在与纵梁结合处形成相当大的交变应力:
紧急制动时,垂直负荷加大(称为重量转移),水平弯矩达到最大,并伴随巨大的扭矩,是最严重的情况。重量转移和重心高度成正比,和重心到后轮的距离成反比。
当车身倾斜和曲线运动时会产生侧滑,此时横向力最大;而制动扭矩在拳部最大。
前轴的允许负荷应比实际有效静载荷大2倍以上。
以一辆三躺为例,看看这些力的大小。数据如下:前轮2×20",后轮26",轴距100cm,轮距78cm,载荷70kg,自重20kg,重心高45cm,距后轴60cm。
垂直负荷:总重20+70=90,前桥静载荷G=90×60/100=54,重量转移系数m:
m=φh/b+1
式中,φ-车轮与地面附着系数,取0.7;h-重心高;b-重心至后轴距;
故m=0.7×45/60+1=1.525,前轴垂直载荷为:1/2mG=0.5×54×1.525=41.18,不平路面载荷系数δ取2.5,则实际有效载荷为41.18×2.5=103,允许载荷2×103=206(kg)。
水平面内,前轮制动力为X=1/2mGφ=28.8,该力形成水平弯矩。
制动力在拳部扭矩最大:M=Xr=28.8×0.25=72(kgm),r-滚动轮半径。
以上数据可供设计参考。
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