汽车质量在前后轴的轴荷分配

1、一1、汽车的质量对汽车的动力性、燃油经济性、 制动性、操纵稳定性等都有重要的影响。在相同发动机的前提下，汽车的质量越大0-100m/s 的加速时间越长；行驶相同里程所消耗的燃油越多；由一定速度减小到零，在刹车时由于E1 mv2 （ m 为汽车总质量） ，质量越2大，能量越大，对刹车盘的制动性要求也越高；在其他条件一样的情况下，质量越大，在转弯时产生的离心惯性力也越大，影响操纵稳定性。所以我们必须对汽车的质量予以重视。2、汽车的质量参数包括汽车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、载荷分配。下面重点介绍一下整车整备质量、汽车总质量、轴荷分配三个概念。整车整备质量：指车上带有全部装备（

2、包括随车工具、备胎（约 18 公斤）等），加满燃油（ 35 公斤）、水 ”）。汽车总质量：是指装备齐全、并按规定装满客、货的整车质量。轴荷分配：汽车质量在前后轴的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止的情况下，前后轴对支撑平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。二轴荷分配对轮胎寿命和汽车的使用性能有影响。在汽车总布置设计时，轴荷分配应考虑这些问题： 从各轮胎磨损均匀和寿命相近考虑，各个车轮的载荷应相差不大； 为了保证汽车有良好的动力性和通过性，驱动桥应有足够大的载荷，而从动轴载荷可以适当减少；为了保证汽车有良好的操纵稳定性，转向轴的载荷不应过小。因此可以得出作为很重要的载荷分配参数

3、， 各使用性能对其要求是相互矛盾的，这要求设计时应根据对整车的性能要求、使用条件等，合理的选取轴荷分配。汽车总体设计的主要任务：要对各部件进行较为仔细的布置，应较为准确地画出各部件的形状和尺寸， 确定各总成质心位置， 然后计算轴荷分配和质心位置高度，必要时还要进行调整。此时应较准确地确定与汽车总体布置有关的各尺寸参数，同时对整车主要性能进行计算，并据此确定各总成的技术参数，确保各总成之间的参数匹配合理，保证整车各性能指标达到预定要求。汽车的驱动形式与发动机位置、汽车结构特点、 车头形式和使用条件等对轴荷分配有显著影响。 如发动机前制前驱乘用车和平头式商用车前轴负荷较大，而长头式货车前轴负荷较小

4、。 常在坏路上行驶的越野汽车，前轴负荷应该小些。乘用车和汽车设计者考虑汽车负载状态， 是依据有关国家标准执行的。当总体布置进行轴荷分配计算不能满足预定要求时，可通过重新布置某些总成、部件（如油箱，备胎、蓄电池等）的位置来调整。必要时，改变轴距也是可行的方法之一。前轮驱动与后轮驱动只与汽车整体布置有关，多数轿车采用前轮驱动方式，将发动机、变速器和驱动器联成一体，布置在汽车前方，可省略传动轴， 提高汽车操纵的稳定性。后轮驱动是少数轿车布置的形式，有利于轴荷分配和操纵机构布置。前轮驱动或后轮驱动本身不会对制动的表现有大的影响，对汽车制动的主要影响是汽车前后轴荷的变化。地面对前、 后车轮上的法向反作用

5、力数值等于车轮的垂直载荷，制动时法向反作用力影响作用在车轮上的摩擦力大小。 汽车静止时前后轴荷是平衡的， 法向反作用力是均衡分布的。 但在制动过程中，由于汽车惯性力的作用，轴间的载荷会重新分配。在制动过程中，汽车受惯性影响向前冲，前轮负荷大幅度增大；后轮载荷大幅度减少。轴距：是通过车辆同一侧相邻两车轮的中点，并垂直于车辆纵向对称平面的二垂线之间的距离。 简单的说，就是汽车前轴中心到后轴中心的距离。对于三轴以上的汽车，其轴具有从前到后的相邻两车轮之间的轴距分别表示，总轴距为各轴距之和。轴距的长短直接影响汽车的长度，进而影响车的内部使用空间。微型轿车轴距一般都在2200mm 以下，它的后座的腿部空

6、间较小， 如果是成人坐在后座上的话，通常是膝盖要顶在前面的座位后背上，腿根本伸不开， 坐在车里给人一种压抑的感觉，就更甭提将其作为公务车和出租车使用了。相对于微型车的轴距短小， 普通型轿车和中级轿车轴距一般较长，因此后座空间相对大了一些，成人可以比较宽松地坐下轴距，所以这一级的轿车无论是做家庭用车、还是做出租车和公务车，都深受人们欢迎。汽车的轴距短，汽车长度就短，质量就小，最小转弯半径和纵向通过半径也小，汽车的机动性就好。但如果轴距过短，则车厢长度就会不足，后悬(车辆最后轮轴线与汽车最后端的距离 ) 也会过长， 就会造成行驶时纵向摆动大及制动、加速或上坡时质量转移大， 其操纵性和稳定性就会变坏

7、。如果轴距过长， 就会使得车身长度增加， 从而后部倒车盲区也会偏大，如果不增加倒车雷达，倒车对新手而言是个严峻的考验。汽车的装载方式和制动过程中作用在质心位置的惯性力都会改变汽车的轴间载荷，从而改变了各轴与地面间的附着力，影响汽车的制动效能。 因此轴间载荷影响汽车的制动力的分配。汽车静止时前后轴荷是平衡的，法向反作用力是均衡分布的但在制动过程中，由于汽车惯性力的作用轴间的载荷会重新分配。在制动过程中汽车受惯性影响向前冲，前轮负荷变大。扭矩分配方式与汽车的质量分配相对应，有利于利用车辆加速时后轴载荷大于前轴的情况下，提升车辆轮胎的抓地力，增加车辆的稳定性。例：汽车的驱动性能、制动性能、 方向稳定

8、性等性能，不但与上述各系统的结构和参数有关，还取决于汽车底盘的整体设计，例如轴距（前后轮的间距）影响汽车重量在各轴上的分配，轮距（左右轮的间距）影响汽车的稳定性。现代汽车的设计已大体定型：轿车是前轮转向，发动机可以前置（前轮或后轮驱动）或后置(后轮驱动 )；货车和小型客车则一般均为发动机前置，后轮驱动，前轮转向；中大型客车大都为发动机后置或底置，后轮驱动；越野汽车的前轮为转向驱动轮。 当汽车总重量增加和轴荷超过公路规定的限度时，就必须增加轴数， 或采取汽车列车型式。静态检验对行车制动的检测不能反映出行驶车辆制动时的轴荷分配问题。一般行驶车辆在进行制动 （特别是紧急制动） 时，其重心都会发生前移

9、，所以制动力也会发生重新分配，静态检测就不能反映这一事实，则其前轴制动力测量值偏低，整车制动力也偏低。 相比而言，动态检验就能反映出重心前移问题，检测结果表明前轴制动力都比静态检测要大很多，制动力确实发生了重新分配。如苏 B35028汽车的整备质量G 80040N （空载），静态载荷（轴重力） 为：前轴 GF 24160N ，后轴 GR 55880N ，紧急制动时前轴制动力FBF 29010N ，后轴制动力 FBR 28540N ，总制动力 FB=57550N ，该车在平板检验台上（附着因数=0.8)测试时：前轴制动力前轴静态载荷为F/G 29010/24160 120% ；后轴制动力后轴BF

10、 F静态载荷为 F /G 28540/55880 51；总制动力整备质量为F /G=57550/80040 BR RB71.9% 。可见该车制动时能够充分利用前后轴动态载荷，制动性能较好， 趋于实际制动情况。一般来说， FF 车（ 发动机前置前轮驱动 ）空车负荷前、后轴轴荷分配为 61 39，满载负荷前、后轴轴荷分配为 51 49。空载车重量是指整车整备重量（正确提法应称为“整车整备质量），设计时考虑车辆的重量，是在整车整备重量加上座位负载的总和。对于4-5人座位的轿车，是假设前排2 人， 1 人在第 2 排座位上，每一位乘员的重量为68 公斤，加上每人在行李箱中放 7 公斤行李而设定的。各类

11、汽车的轴荷分配如下：各类汽车的轴荷分配车型满载空载前轴后轴前轴后轴乘发动机前置前轮驱动47%60%40%53%56%66%34%44%用发动机前置后轮驱动45%50%50%55%51%56%44%49%车发动机后置后轮驱动40%46%54%60%38%50%50%62%商42 后轮单胎32%40%60%68%50%59%41%50%用42 后轮双胎，长短头25%27%73%75%44%49%51%56%货式30%35%65%70%48%54%46%52%车42 后轮双胎，平头式19%25%75%81%31%37%63%69%6 4 后轮双胎例：整车设计时前后轴荷分配的例子一、课程设计任务书1、

12、题目：商用车总体设计及各总成选型设计2、要求：为给定基本设计参数的汽车进行总体设计，计算并匹配合适功率的发动机，轴荷分配和轴数， 选择并匹配各总成部件的结构型式，计算确定各总成部件的主要参数，详细计算指定总成的设计参数，绘出指定总成的装配图和部分零件图。其具体参数如下：额定装载质量3000kg最大总质量6750kg最大车速75km/h比功率10kw/t比转矩33N· m/t3、设计计算要求：（1）根据已知数据，确定轴数，驱动形式，布置形式，注意国家道路交通法规规定和汽车设计规范。（2）确定汽车主要参数。1）主要尺寸，可从参考资料中获取。2）进行汽车轴荷分配。3）百公里油耗。4）最小转

13、弯直径。5）通过性几何参数。6）制动性参数。（ 3）选定发动机功率、转速、扭矩，可参考已有车型。（ 4）离合器的结构形式选择，主要参数计算。（ 5）确定传动系最小传动比，即主减速器传动比。（ 6）确定传动系最大传动比，从而计算出变速器最大传动比。（ 7）机械式变速器型式选择，主要参数计算，设置合理的档位数，计算出各档的速比。（ 8）驱动桥结构型式， 根据主减速器的速比， 确定采用单级或双级主减速器。（ 9）悬架导向机构结构形式。（ 10） 转向器结构形式选择，主要参数计算。（ 11） 前后轴制动器型式选择，制动管路系统型式，主要参数计算。4、完成内容（ 1）总成装配图 1 张（ 1 号图）（

14、2）零件图 1 张（ 3 号图）（ 3）零件图 1 张（ 3 号图）（ 4） 设计计算说明书 1 份二、汽车形式选择1、根据已知数据，确定轴数、驱动形式，布置形式。（ 1）由最大总质量 ma=6750kg=6.75t由汽车设计表 1-2 确定货车为中型货车。（ 2）确定轴数。由单轴最大允许轴载质量为 10t，双轴汽车结构简单，制造成本低，故采用双轴方案。（ 3）驱动形式采用 4×2 形式，后轮驱动。（ 4）布置形式驾驶室采用平头型式，发动机前置，直列四缸柴油发动机2、汽车主要参数（1）外廓尺寸总长： 6550mm总宽： 2276mm总高： 2391mm（2）轴荷分配满载时前轴 675

15、0kg×30%=2025kg后轴 6750kg ×70%=4725kg空载时前轴 3750kg×50%=1875kg后轴 3750kg ×50%=1875kg（3）百公里燃油消耗量由总质量 ma=612t的柴油机单位质量百公里油耗量1.651.85L则车百公里消耗量1.55 ×6.75L1.86 ×6.75L即： 10.46L12.56L取： 11.5L（ 4）最小转弯直径 Dmin=14m（ 5） 通过性几何参数最小离地间隙 270mm 接近角 34°离去角 17°（6）一般数据轴距3308mm轮距前轮 1584

16、mm后轮 1485mm最高车速75km/h最低稳定车速20km/h经济车速40 km/h最大爬坡度16° 14（ 13%）最大制动距离8m燃料消耗量1112L/100km储备行程700km发动机型号NJD433A 型制造厂南京汽车制造厂外形尺寸长 780mm宽 651mm高 671mm3、选定发动机功率、转速、扭矩（ 1） 发动机最大功率 Pemax 和相应转速 np 单级主减速器 4×2 型汽车 T=90%滚动阻力系数 fr=0.02 空气阻力系数 CD=0.9Pemax=（ 6750 ×9.8 ×0.02 ×75/3600+0.9 4

17、15;753/76140） /90%=52.8kw最大功率转速 np=3000 转/ 分（2）最大转矩 Temax最大扭矩转速nT=2000 转/ 分4、 离合器结构型式选择，单位压力 p0，尺寸参数选取拉式膜片弹簧离合器，其主要性能参数有后备性系D、 d 和摩擦片厚度 b 以及结构参数摩擦面数Z 和离合器间隙 t及摩擦因数 f（ 1）后备系数 =1.50 ×2.25 取 =1.6（ 2）单位压力 p0 =0.3Mpa（ 3）摩擦片外径 D ，内径 d 和厚度 b摩擦片外径 DK D Temax其中 K D 为直径参数，最大总质量1.814.0t/m 商用车KD 为 16.018.5

18、取 K D=17.0 D 17.0201.6 =241.4mm ，取为 240mm。摩擦片内径由d/D =0.530.70取 d/D=0.6 d=0.6D =0.6 ×240=144mm 摩擦片厚度取 b=3.5mm（4）摩擦因数f，摩擦面数Z 和离合间隙t取 Z=2×2=4t=34mm5、主减速器的传动比取5.86，系统最小传动比为0.7866、确定传动系最大传动比，从而计算出变速器最大传动比。传动系最大传动比，总质量在5.0t8.0t 时， ?=5.835tmax变速器最大传动比?=5.835/0.786=7.827、变速器型式选择型式与排档数，机械式，四个前进档，一个

19、倒档各档变速比：一档6.40二档3.09三档1.69四档1.00倒档7.828、驱动桥结构形式，根据主减速器速比，确定采用螺旋锥齿轮单级主减速器。由于非断开式驱动桥结构简单，成本低，故采用之，总成结构设计详见三。9、悬架导向机构结构型式前悬架：采用纵向对称长截面钢板弹簧，双向作用筒式减振器。后悬架：采用纵向对称渐变刚性钢板弹簧，双向作用筒式减振器。10、转向器结构型式采用循环球式动力转向器11、制动系前后采用独立双回路液压制动系统，制动阀为双腔串联活塞式。行车制动器：前后均为鼓式，制动鼓内径320mm驻车制动器：中央鼓式制动鼓由机械式软轴操作空气压缩机：单缸风冷式贮气筒：整体双腔式12、其它结

20、构车架采用冲压铆接梯形结构前轮单胎后轮双胎 7.501614 层级轮胎，可选用8.2516 轮胎， 5.50F16选6.00G16轮辋备用轮胎升降器为悬链式。三、驱动桥设计计算（一）主减速器齿轮计算载荷的确定1、按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动锥齿轮的计算转矩。TKTki iide max1 f0cen取 K d=1 ， K=1， ?1=6.4， n=1 ， if=1 ， ?0=5.86 ， =90%得 Tce=6804.7N · m2、按驱动轮打滑转矩确定Tcs其中， G2=3000kg ，m2 =1.2 ， rr =400mm ， ?m=5.86， =0.85， m=85%

21、 Tcs=245.7 N ·mTc=min TceTcs =245.7 N · m3、 按汽车日常行使平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 Tcf 当计算锥齿轮疲劳寿命时， Tc 取 Tcf主动锥齿轮的计算转矩为其中 G=90% Tz=48.3 N · m（二）锥齿轮主要参数选择1、主从动锥齿轮数z1 ，z2主动锥齿轮齿数 z1=7从动锥齿轮 z2=39传动比 ?=39/7=5.572、从动锥齿轮大端分度圆直径D和端面模数 m2sKD2为直径系数，一般为 13.015.3 ，取 K=15D 2D 2=95mmmsD2 / z2=2.4mK3 Tsmc=2.5其中 K

22、m=0.4，ms=2.43、主从动锥齿轮齿面宽b1 和 b2节距 A ms z12z22 / 2 =47.5mm齿面宽 b 30% A=14mm 。4、中点螺旋角 =35?5、螺旋方向主动锥齿轮左旋，大齿轮右旋6、法向压力角=20?（三）主减速器锥齿轮强度计算1、单位齿长圆周力按发动机最大转矩计算时，满足设计要求。2T k k k103wc0 s mkv msbDJ w2、齿轮弯曲强度700Mpa3、齿轮接触强度C p2Tzk0k m ks k f3jD1kvbJ J10 2800 Mpa强度符合要求锥齿轮材料用ZQSn10（四）差速器主参数选择1、行星齿轮n=22、行星齿轮球面半径RbK b

23、 =2.5 3.0，节锥距 A0 =(0.98 0.99) Rb3、行星齿轮和半轴齿轮节锥角1 、2 及模数 m锥齿轮大端端面模数 m 为4、压力角 =22?30?5、行星齿轮轴直径 d 和支承长度 LL=1.1dw2Tks km103（五） 差速器齿轮强度计算kv mb2 d2 Jn 980 Mpa强度符合要求例：制动时前、后轮的地面法向反作用力如下图所示为， 忽略汽车的滚动阻力偶和旋转质量减速时的惯性阻力偶矩，汽车在水平路面上制动时的受力情况。因为制动时车速较低，空气阻力Fw 可忽略不计，则分别对汽车前后轮接地点取矩，整理得前、后轮的地面法向反作用力为Fz1mg( L 2du hg)Ldt

24、gFz2mg(L 1du hg)Ldtg（ 4-25 ）Fz1mghg0.9Fz1LFz2mghg0.38Fz 2L（ 4-26）式中：Fz1 和Fz2 分别为前后轮因制动形成的动载荷。如果假设汽车前后轮同时抱死，duj则汽车制动减速度dt 为du g b1 dubdtdt或g（ 4-27 ）式中：b 为附着系数。将式（ 4-27）代入式（ 4-25），有Fz1mg (L 2hgb )LFz2mg (L1hg b )L（ 4-28 ）由式（ 4-28）可知，制动时汽车前轮的地面法向反作用力Fz1 随制动强度和质心高度增加而增大； 后轮的地面法向反作用力Fz2 随制动强度和质心高度增加而减小。随

25、大轴距汽车前后轴的载荷变化量小于短轴距汽车载荷变化量。例如，某载货汽车满载在干燥混凝土水平路面上以规定踏板力实施制动时，Fz1 为静载荷的90，Fz2 为静载荷的38，即前轴载荷增加 90，后轴载荷降低38。前轮驱动或后轮驱动本身不会对制动的表现有大的影响， 对汽车制动的主要影响是汽车前后轴荷的变化。 地面对前、后车轮上的法向反作用力数值等于车轮的垂直载荷，制动时法向反作用力影响作用在车轮上的摩擦力大小。 汽车静止时前后轴荷是平衡的， 法向反作用力是均衡分布的但在制动过程中， 由于汽车惯性力的作用轴间的载荷会重新分配。在制动过程中汽车受惯性影响向前冲，前轮负荷变大幅度增大；后轮载荷大幅度减少。

26、例： WZ 3900矿用汽车各种装载质量时前后轮胎的负荷计算（l）已知：空车重39 000kg前轴负荷18 600kg后轴负荷20 400kg满载总重89 000kg轴距 4 400mm前轴负荷29 400kg后轴负荷59 600kg（2）假定：装载质量变化时，装载物的质量中心在水平面上的投影位置不变（仅质量中心的高度变化）（3）由 1 得：由 50 吨装载质量产生的前轴负荷为29 400 18 600=10 800kg由 50 吨装载质量产生的后轴负荷为设装载物的质量中心距前轴的距离为50 000a =39 200 ×4 40059 600 20 400=39 200kga，则根据

27、力矩平衡原理有： a=39 200×4 400 50 000=3 449.6mm装载物质量中心距后轴的距离b= 4 400 3 449. 6=950.4mm（ 4）若装载质量为 30 吨，则装载质量分配到前、后轴的轴荷分别为：前轴 30 000 ×950.4 4 400=6 480kg后轴 30 000 6 480=23 520kg前轴总轴荷 =18 600 6 480=25 080kg后轴总轴荷 =20 400 23 520=43 920kg前轮负荷 =25 080 2=12 540kg后轮负荷 =43 920 4=10 980kg（ 5）其他装载质量时前后轮负荷计算方法

28、同此，从略。例: 计算实例称得一辆汽车前轴质量为1030kg，后轴质量为左轮 3500N，右轮 3100Nz 后轴制动力分别为3900N 和调时间为0.45s 。判断该车制动性能是否合格。1260kg 。测出其前轴制动力分别为，330ON。驻车制动力为5100N，制动协前轴制动力占前轴重力的百分比：(3500+3100)/(1030 ×9.8) 65%制动力总和占整车重力的百分比：(3500+3100+3900+3300)/(1030+1260) ×9.8 61%前轴左右轮制动力差与前轴左右轮中制动力大者之比：(3500一 3100)/3500 11%后轴左右轮制动力差与后

29、袖左右轮中制动力大者之比：(3900-3300)/39002 15%驻车制动力与该车在测试状态下整车重力的百分比：5100/(1030+1260k×9.8 23%该车后轴制动力与后轴重力之比为58%，由于在 GB7258-1997 中只考核前轴制动力与前轴重力的百分比和制动力总和与整车重力的百分比，并未要求考核后轴，因此从上面计算结果来看，该车制动性能是合格的。现代轿车车速高，制动时轴荷( 即轴的重力 ) 转移大， 在设计制造时，前轮制动力的设计能力较大。前轴左右轮制动力之和常大于前袖静态轴荷的100%，而后轴左右轮制动力之和常小于后轴静态轴荷的40%。由于前轮制动能力大，所以整车制

30、动力仍大于整车重力的60%。新国标适应了汽车发展变化的新形势。三G汽车重力道路坡度角Tf 1 、 Tf 2 作用在前、后轮上的滚动阻力偶矩Tj1 、 Tj 2 作用在前后轮上的惯性阻力偶矩Tje 作用在横置发动机飞轮上的惯性阻力偶矩FW 空气阻力，在风洞中实测获得的hg 汽车质心高hw 风压中心高FZ 1 、 FZ 2 作用在前后轮上的地面法向反作用力FX 1 、 FX 2 作用在前后轮上的地面切向反作用力L 汽车轴距a 、 b 汽车质心至前后轴之距离f 摩擦系数r 车轮半径若将作用在汽车上的诸力对前、后轮与道路接触面中心取力矩，则得：故得：Ti Tj 1 、 Tj 2 、 Tje每一个车轴上

31、的载荷包括静载荷，以及其他作用在车辆上从前轴到后轴（或者从后轴到前轴）转移的动载荷。1、 平地面上的静态载荷当车辆静止在水平地面上时候，载荷公式比较简单。倾角的正弦值等于等于 1，作用在前、后轮上的滚动阻力偶矩均为0；风阻为0，所以：0，而余弦值2、 低速时候加速风阻等于0，特殊情况，在水平地面低速情况下加速时，风阻等于0，duG b(G f rm hg dtTi )=LLG a(G f r m hduT )gdti=LL可见，当车辆加速时，载荷从前轴向后轴转移，与加速度（以重力加速度为单位）和重心高度与轴距的比值成正比。3、 坡度上的载荷坡度对前后轴载荷的影响也是必须考虑的。坡度是“上升高度

32、”与“行驶距离”的比值，即坡度角的正切值。 州际高速公路上的正常爬坡度必须小于4%。初级中等路面的爬坡度有时会达到10%12% 。在如此小的坡度下。坡度角的余弦值等于1；正弦值接近角度本身，即：所以，坡度影响下的车轴载荷为:G b(G f r G hgTi )=LLG a(G f r G hgTi )=LL与第 1 种中的轴荷分配相比较， 我们可以发现：正坡度（即上坡时）导致载荷从前轴向后轴转移；同理，可以知道，负坡度（即下坡时）导致载荷从后轴向前轴转移。四1、 B 级车吉利金刚汽车在位于水平地面上空载时，即整备质量：左前轮： 318.5Kg左后轮： 213.0Kg右前轮： 311.0Kg右后 轮： 318.5Kg其轴距为 2502mm，确定这辆车前后轴距离重心的距离。解：位于水平地面上的车辆，前轴载荷为629.5Kg ，后轴载荷为437.5kg 其前后轴距重心的距离分别设为b 和 c， , 则利用式3 求出 c（整备质量为 1067Kg) 。利用式 4，求出 b2、 B 级车吉利金刚汽车在位于水平地面载客人数n 分别为 1、 2、3、 4、 5 时，求其前后轴距离重心的距离（每个乘客重量为68Kg，每人携带 7Kg 行李）。解：在拆车实习中，所统计到吉利金刚的数据如下：n( 整 备 质 量 左前轮 右前轮 左后