车辆系统动力学结构模型.

1行驶动力学模型第一节模型化原则及推导前提第二节车辆系统动力学模型第三节车辆系统动力学模型实例分析2总体原则：根据不同研究目的，实行最适当的近似化。动力学研究目的多种多样，但无论从整体的简要研究到局部的详细研究，都随着各自要求的精度不同，模型化程度各不相同;对能够做到何种程度的近似化判断时，首先必须从力的传递、能量的传递和预计可能发生的现象开始是极其重要的;模型化总体原则3模型化基本原则忽略影响程度较小的因素线性化与非线性化处理集中质量化部件与弹簧装置系统模型化4模型化时，应该忽略一些对产生问题现象不发生影响的因素和影响很小的因素。出现很多无法判断的情况时（模型化初期），应尽量多考虑一些因素，然后考察各因素的影响度，最后选择一些必要因素进行模型化。忽略影响程度较小的因素5线性化与非线性化处理如果既可以进行适当的线性化，又不影响研究的本质，则可使以后的处理变得非常简单，并进行有效推测；线性化既有对位移与动力特性和速度与动力特性之间的平衡点出发，还有从能量角度出发，计算出等效常数的方法来实现；对某些部件是线性化还是非线性化，需要作全面权衡。6建立用于研究车辆或列车特性的数学模型时，系统中除弹性元件外的各个部件如车体、构架、轮对等都视为刚体，只有在分析其结构弹性振动或弹性变性时才考虑其弹性。严格上说，构成车辆的各个要素都是质量分布系统，模型化时常常将其近似为一个质量集中的集中系统。但在评价由车体的弹性振动而引起的乘坐舒适度问题时，则须将车体作为一个分布质量系统，来考虑其弯曲弹性振动问题。集中质量化7部件与弹簧装置系统模型化车辆的轮对、转向架、车体结合的部位，实际上有轴箱弹簧、空气弹簧、减振器等，但这些部件的特性通常等效为弹簧与减振器。空气弹簧除了有弹性作用外，还有具有减衰作用，因此可视为弹簧与减振器的并列系统。各主要联结部件可简单视为线性，在进行详细解析中，要考虑松动与间隙的存在、弹簧的非线性特性、减振器摩擦特性、可动部分的挡块等非线性特性。8模型推导的前提路面车辆的振动环境具有复杂性，影响乘员舒适性的振动分量频率范围分布也很宽。通常以噪声、振动、和啸鸣即NVH来描述。对于悬架系统设计的行驶动力学模型，设计者协调相互矛盾的性能指标，从而达到一定程度上的达到悬架的最优设计。最优设计的衡量基于数学模型的复杂程度，同时也需要根据前面所提及的模型化的总原则。9模型推导的前提对悬架设计而言通常有些参数是可以由悬架设计师来确定的：1、悬架刚度；2、阻尼3、簧载质量与非簧载质量之比4、橡胶限位块的特征5、轮胎部分的特性6、衬套刚度10模型推导的前提1假定车身为刚体，七自由度车辆模型包含哪些自由度？2八自由度和九自由度所考虑的因素与七自由度有哪些区别？（多了哪些因素）11模型推导的前提3七自由度车辆模型如何简化成四自由度半车模型？在动力学等效处理中用到了哪三个等效条件？4半车模型怎样简化成单轮车辆模型？12第二节车辆系统模型1.模型发展过程2.车辆数学模型131.车辆数学模型及发展过程141516xkc单自由度系统17FgFsgsgcmxFFFmgFkxcxmxcxkxmg()/gsxFFm221111(1/2)(2)(1)nnnnnnnnnxxxtxtxtxxxtxt单自由度系统振动方程5.0,10ts/m,N10cN/m,10k,1000-448kgm0000120001txxxtxxxx(1):81.91000/81.91000/)(111mkxxcmgx(2):44011284420211121072.141081.95.105.11081.9101081.9005.0txtxxxtxtxtxxx79.91000/)1081.9101072.141081.91000(/)(8844222mkxxcmgx(3):4441223884482122231058.1910)81.978.95.1(1072.14)5.1(1045.2910)79.95.081.9(101072.141081.9)5.0(txxxxtxxtxxx76.91000/)1045.29101058.191081.91000(/)(8844333mkxxcmgx19CKwMMKCcssppbMczzbwz三自由度系统200)()(0)()()()(0)()(wbpwbp（7.3）三自由度系统振动方程21第三节车辆系统动力学模型实例分析模型自由度模型结构图模型拓扑图模型作用力22系统动力学模型数学描述动量定理振动方程231动量与角动量定理作为一般刚体，在三个主坐标轴zyx,,三个方向的惯性分别为zyxIII,,，绕zyx,,轴转动的角速度分别为zyx,,，刚体的质量为m，沿zyx,,轴的运动速度为zyxvvv,,，设zyx,,坐标的矢基为kji,,。24（1）速度与动量kIjIiIHkmvjmvimvLkvjvivvkjizzyyxxzyxzyxzyx::::刚体的角动量刚体的动量刚体的速度矢量刚体的角速度0vv)(0aa刚体速度：刚体加速度：25（2）动量定律[()][()][()]xyzxxyyzzxxzyyzyyxzxzzzyxyxdLmvimvjmvkLFdtdHIiIjIkHMdtIIIiIIIjIIIkM26（3）刚体动能)0(T)0(22121)(21)()(21LLdmrrErdmrrT)222(21222yxxyxzzxzyyzzzzyyyxxxJJJJJJT2221()()2xyzTABCOxyz（）为主轴坐标系27客货车系统28第四章车辆系统动力学模型c(t)VMCIcyKtzZc(t)MtItyt2(t)KhP1(t)CtzCtzKtzMtItyt1(t)Zt1(t)Zt2(t)Z01(t)Z02(t)Z03(t)Z04(t)P2(t)P3(t)P4(t)CpzKpzZw1(t)Zw2(t)Zw3(t)Zw4(t)29zccskszb1zw2zw1mw1mw2mw3mb1kpcpIb12lczb2zw4zw3mw4Ib2mb2kpcpoccb1b2车辆系统动力学模型hphpmI30Fw(1)Fw(2)Fw(3)Fw(4)Fp(1)Fp(2)Fp(4)Fp(3)Mc.gFs(2)Fs(1)Mb.gMb.g车辆部件受力分析31车体垂向：(1)(2)ccsscmzFFmg车体点头：)()1()2(sscccFFlI前构架垂向：(1)(1)(2)(1)bbppsbmzFFFmg前构架点头：)()1()2()1(pptbbFFlI后构架垂向：(2)(3)(4)(2)bbppsbmzFFFmg后构架点头：)()3()4()2(pptbbFFlI轮对垂向：gmFFzmwipiwiww)()()(车辆部件振动方程32车辆部件作用力求解)()()()()2()2()2()1()1()1(bcccsbcccssbcccsbcccsszlzczlzkFzlzczlzkF)()()()()2()1()2()1()2()1()1()1()1()1(wbbbpwbbbppwbbbpwbbbppzlzczlzkFzlzczlzkF33构件名称运动形式纵向横向垂向侧滚点头摇头车体cxcyczccc构架txtytzttt轮对wxwywzwww四轴客车模型运动自由度34客车模型俯视图XYYc(t)c(t)MwIwzMcIczw2(t)t1(t)Yt1(t)MtItzMwIwzw1(t)CtxKtxKtyCtyCpyKpyCpxKpx35客车模型正视图McIcxYc(t)c(t)YKtzCpvZrL(t)MwMsMbZc(t)CtzYw(t)Zw(t)w(t)YrL(t)rL(t)ZrR(t)YrR(t)rR(t)KphCphKpvYs(t)s(t)Zs(t)CbhKbhKbvCbvMbKwCwCfvKfvKfvCfvdsdsddLsHcBHBtHtwIwxJsKpzCpzKpyCpyKtyCtyKtyCtyCtzKtzKpyCpyKpzCpzdwdwMtItxZt(t)Yt(t)t(t)362931303234363335171921231820222425,2726,289,11,13,1510,12,14,161,3,5,72,4,6,81-8轮轨力9-16一系悬挂力17-20二系弹簧阻尼力21-24横向减振器阻尼力25-28抗蛇行减振器阻尼力29-32横向止挡力33-36牵引拉杆力客车系统动力学模型拓扑图（侧视）37客车系统动力学模型拓扑图（正视）1-8轮轨力9-16一系悬挂力17-20中央悬挂力21-24横向减振器阻尼力25-28抗蛇行减振器阻尼力29-32横向止挡力33-36牵引拉杆力192035273123363224282622303421292533171813,1415,1611,129,107,85,63,41,238力作用界面作用力备注名称坐标系中投影方向车体与摇枕界面心盘旁承力心盘回转力矩垂向适用于普通客车转向架或部分提速客车转向架旁承力垂向旁承回转力矩垂向中央悬挂界面空气弹簧力中央空气弹簧力纵向、横向、垂向空气弹簧节流孔垂向垂向减振器阻尼力垂向横向减振器阻尼力横向抗蛇行减振器阻尼力纵向抗侧滚纽杆力矩纵向横向止挡力横向牵引拉杆力纵向轴箱悬挂界面一系悬挂力轴箱弹簧力垂向轴箱定位装置力纵向、横向减振器阻尼力垂向轮轨界面轮轨力法向力纵向、横向、垂向蠕滑力纵向、横向、垂向蠕滑力矩纵向、横向、垂向客车系统作用力39构件名称运动形式纵向横向垂向侧滚点头摇头车体cxcyczccc摇枕bb侧架sfxsfysfzsf轮对wxwywzwww四轴货车模型运动自由度40货车模型俯视图B1(t)XtL1(t)tL1(t)XYCtyYc(t)c(t)YtL1(t)KtyMtItzMBIBzMwIwzMwIwzMcIczw2(t)w1(t)CtyKtyMtItztR1(t)YtR1(t)XtR1(t)41货车模型正视图McIcxYc(t)c(t)YYtL(t)横向间隙yKtyKtzCpvZrL(t)MwMsMbZc(t)CtyCtzYtR(t)Yw(t)Zw(t)w(t)YrL(t)rL(t)ZrR(t)YrR(t)rR(t)KphCphKpvYs(t)s(t)Zs(t)CbhKbhKbvCbvMbKwCwCfvKfvKfvCfvdsdsdwdwddLsHcBHBtHtwIwxJs42货车系统动力学模型拓扑图（侧视）轮轨力9-16轴箱力17-20摇枕侧架力21-22心盘力矩23-26旁承力和力矩27-28交叉拉杆力23,2417,1918,2021,2225,269,11,13,1510,12,14,161,3,5