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机动三轮车前减震器断裂分析与全浮减震器原理

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  摩托车、三轮机动车前减速震器是前悬架的重要组成部分,它用来连接前轮转向、支撑前部重量、缓和冲击、衰减震动、提高乘骑的舒适性。然而,由于路面质量状况参差不齐,好坏不一,尤其乡间小道路面条件恶劣,致使农村大量涌现的摩托三轮车、农用三轮车30%的前减震器时常出现弯曲、断裂现象,据统计,减震器的失效主要表现为:减震柱的弯曲、粉沫冶金套和密封套的过早损坏;减震器与前轮轴连接部位的联接叉断裂等。本文采用“着力点分析法”、“冲量分析法”浅析减震器弯曲断裂的原因,推导前减震器所受弯矩公式,分析了一种只承受径向力,不承受弯矩的新型减震器--全浮减震器,并对它进行结构简析。

  图1所示为7YPJ-975机动三轮前悬架示意图。

  aO为前减震器,其长度为L;AB为联接减震器与转向轴的联板;圆O为前轮中心;P为减震器承受的负荷,其自身重量忽略不计;点Q、D、E、G为轮胎与斜面的切点,定义为着力点;βQ、βD、βG为着力点分别在Q、D、G点时的斜面倾角;a0为减震器与铅垂线的夹角,常数;aQ、aG为着力点分别在Q、G点时中心O对减震器支反力NQ、NG沿逆时针方向与减震器OA的夹角。

  1 轮子前进时减震器的弯矩分析

  在如图1所示平面内,以OA垂线OX为横坐标,以OA为纵坐标建立直角坐标系。以减震器为主体进行受力分析,它受到两个力,即负荷P和支反力N(忽略滑动摩擦力)。

  (1)轮子着力点在D点左边圆弧上任意一点Q时(轮子在倾角为βQ的斜面上),车轮以角速度X逆时针旋转。

  (2)轮子着力点在D点时,(轮子在倾角BD的斜面上),可以看出:

  也就是说减震器不承受弯矩,只承受径向力:

  (3)着力点在E点时,(轮子在水平面上),

  2 轮子后退时减震器的弯矩分析

  轮子以角速度ω逆时针旋转,着力点为E点右边圆弧上任意一点G,由图可知:

  当:ao=17o,βG=30o,L=0.55m,P=2000N时,代入式(2),MG=1179.6N.m,弯矩是比较大的。

  当βE=0时,即着力点在E点,ME=-PL.tanAo与车辆前进时E点的弯矩相同。

  3 冲量对减震器的影响

  一辆质量为m的7YPJ-975型机动三轮车,以每小时V0时速,切断动力后向前运行,前轮越过一凸面时,时速降为Vt,所用时间为t,减震器所承受的水平冲力为N冲,如图1所示。

  根据动量定理:

  由于受冲力弯矩的影响,总弯矩也是比较大的。由1、2、3分析可知,随着斜面倾角BQ的增加,着力点由E点移到D点,弯矩由-PLtanA0上升到此为0,着力点由D点移到任意点Q时,弯矩由0上升到PLtan(βQ-a0)。轮子后退时,随着BG的增大,着力点由E点移到任意点G,弯矩由-PLtanA0下降到-PLtan(BG+A0),着力点D为Q点的特殊位置点,E点为Q、G点的特殊位置点。由于0的存在,同样的斜面倾角,后退时弯矩比前进时大,因此减震器易弯曲、断裂。冲力N冲x产生弯矩有时很大,也是减震器弯曲的主要原因,同时N冲Y能使前轮跳离路面,容易造成翻车事故。

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