載重汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)

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1、 中文題目：載重汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì) 外文題目：THE DESEGH OF THE TRUCK STEERING AXLE 載重汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)為載重汽車(chē)的轉(zhuǎn)向橋，此轉(zhuǎn)向橋需要適應(yīng)不同路況，不同速度下的穩(wěn)定行駛，因此對(duì)前橋的要求也越來(lái)越高。在汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造、因此應(yīng)該本著既能有足夠的承載能力，又能實(shí)現(xiàn)耐用經(jīng)濟(jì)的思想進(jìn)行方案的選擇，為了降低生產(chǎn)成本，又在結(jié)構(gòu)上滿足要求的情況下應(yīng)盡量簡(jiǎn)單。 通過(guò)設(shè)計(jì)：（1）保證有足夠的強(qiáng)度：以保證可靠的承受車(chē)輪與車(chē)架之間的作用力。（2）保證有足夠的剛度：以

2、使車(chē)輪定位參數(shù)不變。（3）保證轉(zhuǎn)向輪有正確的定位角度：以使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。（4）轉(zhuǎn)向橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能小：以減少非簧上質(zhì)量，提高汽車(chē)行駛平順性。 通過(guò)分析工作原理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向節(jié)、前軸、主銷(xiāo)等零件的尺寸，使各個(gè)零部件的強(qiáng)度滿足校核，并運(yùn)用caxa等繪圖軟件繪制裝配圖和零件圖。 關(guān)鍵詞: 轉(zhuǎn)向橋；定位參數(shù)；轉(zhuǎn)向節(jié)；前軸；主銷(xiāo) The design of the truck steering axle Abstract This design is Steering Axle for heavy tru

3、cks. The design is need to adapt to different road and under different speeds, so the stability of front axle higher requirements. In car design, manufacture, and should be based on both have enough carrying capacity, and can achieve durable economic thoughts options, in order to reduce the producti

4、on cost, and meets the requirements in the structure of situations should as far as possible simple. By design: (1) To ensure adequate strength: in order to ensure affordable and reliable force between wheel and frame. By design: (1) To ensure adequate strength: in order to ensure affordable and re

5、liable force between wheel and frame. (2) Ensure adequate rigidity: in order to change the wheel alignment parameters. (3)To ensure the correct positioning of steering wheel angle: to make the steering wheel movement and stability, manipulating light and reduce tire wear. (4) The steering axle of qu

6、ality should be as small as possible: to reduce the non-sprung mass, improve vehicle ride comfort. Works by analyzing the design of steering knuckle, front axle, kingpin and other parts of the size, so that the strength of the various components to meet the check, and use other mapping software cax

7、a assembly drawing and parts are drawing. Key words: steering axle; positional parameters; knuckle; front axle；kingpin 目錄 前 言 1 1.汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋的概況 2 1.1汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋目前狀況 2 1.1.1汽車(chē)前橋的分類(lèi) 2 1.1.2前橋各參數(shù)對(duì)汽車(chē)穩(wěn)定性的作用與影響 2 1.2從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式 5 1.2.1 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu) 5 1.2.2 載重汽車(chē)從動(dòng)橋 6 1.2.3 載重汽車(chē)從動(dòng)橋 7 1.2

8、.4設(shè)計(jì)意義 7 2.轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù) 8 2.1結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 8 2.2從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu)選擇 8 2.3確定前橋具體結(jié)構(gòu)型式 8 3.前軸設(shè)計(jì) 9 3.1前軸強(qiáng)度計(jì)算 9 3.1.1前軸受力分析簡(jiǎn)圖 9 3.1.2前軸載荷的計(jì)算（分三種工況分析） 10 3.2前軸彎矩及扭矩計(jì)算 11 3.2.1前軸斷面分析圖 11 3.2.2各個(gè)斷面彎扭矩計(jì)算（分三種工況分析） 12 3.3斷面系數(shù)計(jì)算 13 3.4應(yīng)力計(jì)算 19 3.5前軸材料的許用應(yīng)力 20 4.轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì) 21 4.1截面系數(shù)計(jì)算 21 4.2彎矩計(jì)算 21 4.3應(yīng)力計(jì)算 22 4.4轉(zhuǎn)向節(jié)的

9、材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 22 5.主銷(xiāo)設(shè)計(jì) 23 5.1主銷(xiāo)受力計(jì)算參數(shù) 23 5.2計(jì)算載荷 23 5.3彎矩計(jì)算 25 5.4抗彎斷面系數(shù)、剪切面積和主銷(xiāo)襯套擠壓面積的計(jì)算 25 5.5應(yīng)力計(jì)算 26 5.6主銷(xiāo)材料及許用應(yīng)力 27 6.轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 6.1轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 28 6.1.1球頭銷(xiāo) 29 6.1.2轉(zhuǎn)向拉桿 29 6.1.3轉(zhuǎn)向搖臂 29 6.2桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 30 7.經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 31 7.1我國(guó)汽車(chē)車(chē)橋行業(yè)發(fā)展歷程 31 7.2國(guó)內(nèi)汽車(chē)車(chē)橋產(chǎn)量和市場(chǎng)容量分析 31 7.3汽車(chē)車(chē)橋業(yè)發(fā)展特征及問(wèn)題透視 31 7.4車(chē)橋產(chǎn)

10、品結(jié)構(gòu)解析－轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性分析 31 7.5提高轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性 32 8.結(jié) 論 33 致 謝 34 參 考 文 獻(xiàn) 35 附 錄 36 附錄1英文原文 36 附錄2中文譯文 46 前 言 隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，汽車(chē)運(yùn)輸?shù)某休d重量和運(yùn)行速度都在不斷增加，于是人們對(duì)汽車(chē)的安全運(yùn)行也越來(lái)越重視，所以對(duì)汽車(chē)車(chē)橋的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。前橋通過(guò)懸架與車(chē)架相連，兩端安裝車(chē)輪，其功用是傳遞車(chē)架與車(chē)輪之間各方向的作用力及其力矩，因前輪受到垂直力和垂直反力及由其形成的彎矩；水平方向的道路阻力和側(cè)向制動(dòng)力以及其形成的水平

11、方向的彎矩；由制動(dòng)力引起的轉(zhuǎn)矩等各種力均需經(jīng)過(guò)前橋前梁傳遞給懸架，然后再傳遞給車(chē)架，故對(duì)前橋前梁有以下的要求：必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證可靠的承受和傳遞車(chē)輪與車(chē)架間的最大作用力。應(yīng)使轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷(xiāo)和前梁間的摩擦力盡可能小。應(yīng)保證車(chē)輪正確的定位角和合適的轉(zhuǎn)向角；從而保證汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性和操縱輕便性，減輕輪胎磨耗，以延長(zhǎng)前橋的使用壽命。本次設(shè)計(jì)針對(duì)前橋的使用功能方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，本著盡量減少車(chē)身重量的目的進(jìn)行設(shè)計(jì)，隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的飛速發(fā)展，轉(zhuǎn)向橋的制作及設(shè)計(jì)技術(shù)在不久的將來(lái)會(huì)全面發(fā)展，逐漸趕超歐美、日本等先進(jìn)汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)。

12、 1.汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋的概況 1.1汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋目前狀況 1.1.1汽車(chē)前橋的分類(lèi) 從動(dòng)橋即非驅(qū)動(dòng)橋，又稱(chēng)從動(dòng)車(chē)橋。它通過(guò)懸架與車(chē)架(或承載式車(chē)身)相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動(dòng)車(chē)輪，用以在車(chē)架(或承載式車(chē)身)與車(chē)輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動(dòng)橋還要承受和傳遞制動(dòng)力矩。 根據(jù)從動(dòng)車(chē)輪能否轉(zhuǎn)向，從動(dòng)橋分為轉(zhuǎn)向橋與非轉(zhuǎn)向橋。一般汽車(chē)多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋。為提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性，有些轎車(chē)采用全四輪轉(zhuǎn)向。多軸汽車(chē)除前輪轉(zhuǎn)向外，根據(jù)對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求，有時(shí)采用兩根以上的轉(zhuǎn)向橋直至全輪轉(zhuǎn)向。 一般載貨汽車(chē)采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)后橋驅(qū)動(dòng)的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向從動(dòng)橋。轎車(chē)多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前橋驅(qū)動(dòng)，越

13、野汽車(chē)均為全輪驅(qū)動(dòng)，故它們的前橋既是轉(zhuǎn)向橋又是驅(qū)動(dòng)橋，稱(chēng)為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。 從動(dòng)橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同，也可分為非斷開(kāi)式與斷開(kāi)式兩種。與非獨(dú)立懸架相匹配的非斷開(kāi)式從動(dòng)橋是一根支承于左、右從動(dòng)車(chē)輪上的剛性整體橫梁，當(dāng)又是轉(zhuǎn)向橋時(shí)，則其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)相聯(lián)。斷開(kāi)式從動(dòng)橋與獨(dú)立懸架相匹配。 非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋主要由前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)及轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)組成。轉(zhuǎn)向節(jié)利用主銷(xiāo)與前梁鉸接并經(jīng)一對(duì)輪轂軸承支承著車(chē)輪的輪轂，以達(dá)到車(chē)輪轉(zhuǎn)向的目的。在左轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳處安裝著轉(zhuǎn)向節(jié)臂，后者與轉(zhuǎn)向直拉桿相連；而在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處則裝著與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連接的轉(zhuǎn)向梯形臂。有的將轉(zhuǎn)向節(jié)臂與梯形臂連成一體并安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳

14、處以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷(xiāo)孔內(nèi)壓入帶有潤(rùn)滑油槽的青銅襯套以減小磨損。為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)上耳與前梁拳部之間裝有調(diào)整墊片以調(diào)整其間隙。帶有螺紋的楔形鎖銷(xiāo)將主銷(xiāo)固定在前梁拳部的孔內(nèi)，使之不能轉(zhuǎn)動(dòng)。 1.1.2前橋各參數(shù)對(duì)汽車(chē)穩(wěn)定性的作用與影響 為了保持汽車(chē)直線行駛的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性及汽車(chē)轉(zhuǎn)向后使前輪具有自動(dòng)回正的性能，轉(zhuǎn)向橋的主銷(xiāo)在汽車(chē)的縱向和橫向平而內(nèi)都有一定傾角。在縱向平面內(nèi)，主銷(xiāo)上部向后傾斜一個(gè)角，稱(chēng)為主銷(xiāo)后傾角。在橫向平面內(nèi)，主銷(xiāo)上部向內(nèi)傾斜一個(gè)β角，稱(chēng)為主銷(xiāo)內(nèi)傾角。 圖1-1 主銷(xiāo)內(nèi)傾角 Figure 1-1 Kingpin Inclination 主銷(xiāo)內(nèi)傾也是為了

15、保證汽車(chē)直線行駛的穩(wěn)定性并使轉(zhuǎn)向輕便。主銷(xiāo)內(nèi)傾使主銷(xiāo)軸線與路面的交點(diǎn)至車(chē)輪中心平面的距離即主銷(xiāo)偏移距減小，從而可減小轉(zhuǎn)向時(shí)需加在方向盤(pán)上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時(shí)也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤(pán)上的沖擊力。主銷(xiāo)內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向時(shí)不僅有繞主銷(xiāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且伴隨有車(chē)輪軸及前橫梁向上的移動(dòng)，而當(dāng)松開(kāi)方向盤(pán)時(shí)，所儲(chǔ)存的上升位能使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正，保證汽車(chē)作直線行駛。內(nèi)傾角一般為；主銷(xiāo)偏移距一股為30～40mm。輕型客車(chē)、輕型貨車(chē)及裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車(chē)可選擇較大的主銷(xiāo)內(nèi)傾角及后傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車(chē)輪的自動(dòng)回正性能。但內(nèi)傾角也不宜過(guò)大，即主銷(xiāo)偏移距不宜過(guò)小，否則在轉(zhuǎn)向過(guò)程中車(chē)輪繞主銷(xiāo)偏轉(zhuǎn)時(shí)，隨著滾動(dòng)將伴隨著沿路面的滑動(dòng)，從而

16、增加輪胎與路面間的摩擦阻力，使轉(zhuǎn)向變得很沉重。為了克服因左、右前輪制動(dòng)力不等而導(dǎo)致汽車(chē)制動(dòng)時(shí)跑偏，近年來(lái)出現(xiàn)主銷(xiāo)偏移距為負(fù)值的汽車(chē)。 主銷(xiāo)后傾使主銷(xiāo)軸線與路面的交點(diǎn)位于輪胎接地中心之前，該距離稱(chēng)為后傾拖距。當(dāng)直線行駛的汽車(chē)的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時(shí)，汽車(chē)就偏離直線行駛而有所轉(zhuǎn)向，這時(shí)引起的離心力使路面對(duì)車(chē)輪作用著一阻礙其側(cè)滑的側(cè)向反力，使車(chē)輪產(chǎn)生繞主銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)的回正力矩，從而保證了汽車(chē)具有較好的直線行駛穩(wěn)定性。此力矩稱(chēng)穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩也不宜過(guò)大，否則在汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)為了克服此穩(wěn)定力矩需在方向盤(pán)上施加更大的力，導(dǎo)致方向盤(pán)沉重。后傾角通常在以?xún)?nèi)?，F(xiàn)代轎車(chē)采用低壓寬斷面斜交輪胎，具有較大的彈性

17、回正力矩，故主銷(xiāo)后傾角就可以減小到接近于零，甚至為負(fù)值。但在采用子午線輪胎時(shí)，由于輪胎的拖距較小，則需選用較大的后傾角。舉一個(gè)生活中的例子： 我們?cè)隍T自行車(chē)拐彎的時(shí)候，會(huì)自然地將車(chē)子向所轉(zhuǎn)的方向傾斜，讓車(chē)輪與地面有一個(gè)夾角，學(xué)過(guò)物理的人知道，這樣做是為了產(chǎn)生足夠的向心力。汽車(chē)也是一樣，右側(cè)車(chē)輪在右轉(zhuǎn)彎的時(shí)候在主銷(xiāo)內(nèi)傾角和后傾角的共同作用下會(huì)向右側(cè)傾倒，而左側(cè)車(chē)輪雖也有主銷(xiāo)內(nèi)傾角，卻不會(huì)向左側(cè)傾倒，因?yàn)檫€有主銷(xiāo)后傾角，把它又拉了回來(lái)，甚至也能向右微微傾斜。不僅如此，兩側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)還使右側(cè)車(chē)身降低，左側(cè)車(chē)身抬高，整個(gè)車(chē)身也向右傾斜，于是產(chǎn)生了足夠的向心力。 圖1-2 車(chē)輪外傾角和主銷(xiāo)后傾

18、角 Figure 1-2 camber and caster angle 前輪定位除上述主銷(xiāo)后傾角、主銷(xiāo)內(nèi)傾角外，還有車(chē)輪外傾角及前束，共4項(xiàng)參數(shù)。車(chē)輪外傾指轉(zhuǎn)向輪在安裝時(shí)，其輪胎中心平面不是垂直于地面，而是向外傾斜一個(gè)角度 ，稱(chēng)為車(chē)輪外傾角。此角約為，一般為左右。它可以避免汽車(chē)重載時(shí)車(chē)輪產(chǎn)生負(fù)外傾即內(nèi)傾，同時(shí)也與拱形路而相適應(yīng)。由于車(chē)輪外傾使輪胎接地點(diǎn)向內(nèi)縮，縮小了主銷(xiāo)偏移距，從而使轉(zhuǎn)向輕便并改善了制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。 圖1-3 前束 Figure 1-3 toe 前束的作用是為了消除汽車(chē)在行駛中因車(chē)輪外傾導(dǎo)致的車(chē)輪前端向外張開(kāi)的不利影響(具有外傾角的車(chē)輪在滾動(dòng)時(shí)猶如滾錐，因

19、此當(dāng)汽車(chē)向前行駛時(shí)，左右兩前輪的前端會(huì)向外張開(kāi))，為此在車(chē)輪安裝時(shí)，可使汽車(chē)兩前輪的中心平面不平行，且左右輪前面輪緣間的距離A小于后面輪緣間的距離B，以使車(chē)輪在每一瞬時(shí)的滾動(dòng)方向是向著正前方。前束即(B-A)，一般汽車(chē)約為3～5mm，可通過(guò)改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整。設(shè)定前束的名義值時(shí)，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)向梯形中的彈性和間隙等因素。 在汽車(chē)的設(shè)計(jì)、制造、裝配調(diào)整和使用中必須注意防止可能引起的轉(zhuǎn)向車(chē)輪的擺振，它是指汽車(chē)行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輪繞主銷(xiāo)不斷擺動(dòng)的現(xiàn)象，它將破壞汽車(chē)的正常行駛。轉(zhuǎn)向車(chē)輪的擺振有自激振動(dòng)與受迫振動(dòng)兩種類(lèi)型。前者是由于輪胎側(cè)向變形中的遲滯特性的影響，使系統(tǒng)在一個(gè)振動(dòng)周期中路面作用于輪胎的力對(duì)系

20、統(tǒng)作正功，即外界對(duì)系統(tǒng)輸入能量。如果后者的值大于系統(tǒng)內(nèi)阻尼消耗的能量，則系統(tǒng)將作增幅振動(dòng)直至能量達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)。這時(shí)系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)振動(dòng)，形成擺振。其振動(dòng)頻率大致接近系統(tǒng)的固有頻率而與車(chē)輪轉(zhuǎn)速并不一致，且會(huì)在較寬的車(chē)速范圍內(nèi)發(fā)生。通常在低速行駛時(shí)發(fā)生的擺振往往屬于自攝振動(dòng)型。當(dāng)轉(zhuǎn)向車(chē)輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動(dòng)的激勵(lì)，例如車(chē)輪失衡、端面跳動(dòng)、輪胎的幾何和機(jī)械特性不均勻以及運(yùn)動(dòng)學(xué)上的干涉等，在車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)下都會(huì)構(gòu)成周期性的擾動(dòng)。在擾動(dòng)力周期性的持續(xù)作用下，便會(huì)發(fā)生受迫振動(dòng)。當(dāng)擾動(dòng)的激勵(lì)頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時(shí)便發(fā)生共振。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向輪擺振頻率與車(chē)輪轉(zhuǎn)速一致，而且一般都有明顯的共振車(chē)速，共振范圍

21、較窄(3～5km/h)。通常在高速行駛時(shí)發(fā)生的擺振往往屬于受迫振動(dòng)型。 轉(zhuǎn)向輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復(fù)雜，既有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因和制造方面的因素．如車(chē)輪失衡、輪胎的機(jī)械特性、系統(tǒng)的剛度與阻尼、轉(zhuǎn)向輪的定位角以及陀螺效應(yīng)的強(qiáng)弱等；又有裝配調(diào)整方面的影響，如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)間的間隙(影響系統(tǒng)的剛度)和摩擦系數(shù)(影響阻尼)等。合理地選擇這些有關(guān)參數(shù)、優(yōu)化它們之間的匹配，精心地制造和裝配調(diào)整，就能有效地控制前輪擺振的發(fā)生。在設(shè)計(jì)中提高轉(zhuǎn)向器總成與轉(zhuǎn)向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架的縱向剛度，提高輪胎的側(cè)向剛度，在轉(zhuǎn)向拉桿系中設(shè)置橫向減震器以增加阻尼等，都是控制前輪擺振發(fā)生的一些有效措施。 1.2從動(dòng)橋的結(jié)

22、構(gòu)形式 1.2.1 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu) 各種車(chē)型的非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式基本相同。作為主要零件的前梁是用中碳鋼或中碳合金鋼的，其兩端各有一呈拳形的加粗部分為安裝主銷(xiāo)的前梁拳部；為提高其抗彎強(qiáng)度，其較長(zhǎng)的中間部分采用工字形斷面并相對(duì)兩端向下偏移一定距離，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)從而降低傳動(dòng)系的安裝位置以及傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)的夾角。為提高其抗扭強(qiáng)度，兩端與拳部相接的部分采用方形斷面，而靠近兩端使拳部與中間部分相聯(lián)接的向下彎曲部分則采用兩種斷面逐漸過(guò)渡的形狀。中間部分的兩側(cè)還要鍛造出鋼板彈簧支座的加寬文承面。有的汽車(chē)的轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的前梁采用組合式結(jié)構(gòu)，即由其采用無(wú)縫鋼管的中間部分與采用模鍛成形的兩端拳形部分組焊而

23、成。這種組合式前梁適于批量不太大的生產(chǎn)并可省去大型緞造設(shè)備。轉(zhuǎn)向節(jié)多用中碳合金鋼模級(jí)成整體式結(jié)構(gòu)。有些大型汽車(chē)的轉(zhuǎn)向節(jié)，由于其尺寸過(guò)大，也有采用組焊式結(jié)構(gòu)的，即其輪軸部分是經(jīng)壓配并焊接上去的。 主銷(xiāo)的幾種結(jié)構(gòu)型式如下圖所示，其中比較常用的是(a)，(b)兩種。 （a） (b) (c) (d) 圖1-4主銷(xiāo)結(jié)構(gòu)形式 FIG. 1-1 the kingpin structure (a)圓柱實(shí)心型 (b) 圓柱空心型 (c) 上，下端為直徑不等的圓柱，中間為錐體的主銷(xiāo) (d)下部圓柱比上部細(xì)的主銷(xiāo)

24、 (a)Cylindrical solid model (b) cylindrical hollow (c) Ranging in diameter from top to bottom-side columns, the middle of the cone of the main sales (d) lower than the upper part of thin cylindrical kingpin 轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承承受作用于汽車(chē)前梁上的重力，為減小摩擦使轉(zhuǎn)向輕便可采用滾動(dòng)軸承，例如推力球軸承、推力圓錐滾子軸承或圓錐波子軸承等。也有采用青銅止推墊片的。主銷(xiāo)上、下軸承承受較大的

25、徑向力，多采用滑動(dòng)軸承，也有采用滾針軸承的結(jié)構(gòu)。后者的效率高，轉(zhuǎn)向阻力小，且可延長(zhǎng)使用壽命。 1.2.2 載重汽車(chē)從動(dòng)橋 本設(shè)計(jì)為載重汽車(chē)的轉(zhuǎn)向前橋，因此應(yīng)該本著既能有足夠的承載能力，又能實(shí)現(xiàn)耐用經(jīng)濟(jì)的思想進(jìn)行方案的選擇，為了降低生產(chǎn)成本，又在結(jié)構(gòu)上滿足要求的情況下應(yīng)盡量簡(jiǎn)單。 轉(zhuǎn)向前橋有斷開(kāi)式和非斷開(kāi)式兩種。斷開(kāi)式前橋與獨(dú)立懸架相配合，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜但性能比較好，多用于轎車(chē)等以載人為主的高級(jí)車(chē)輛。非斷開(kāi)式又稱(chēng)整體式，它與非獨(dú)立懸架配合。與斷開(kāi)式前橋相比它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性高，強(qiáng)度大、安裝維修方便的優(yōu)點(diǎn)，這種形式在現(xiàn)在汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。因此本次設(shè)計(jì)就采用了非斷開(kāi)式從動(dòng)橋。 轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的

26、主要零件有前梁，轉(zhuǎn)向節(jié)，主銷(xiāo)，注銷(xiāo)上下軸承及轉(zhuǎn)向節(jié)襯套，轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承。前梁采用中間部分為整體鍛件與兩端拳部組焊的形式。主銷(xiāo)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的實(shí)心的圓柱形如上圖a所示。 另外為了保證汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有車(chē)輪能繞一個(gè)轉(zhuǎn)向瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)，本次設(shè)計(jì)有進(jìn)行了轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本方案轉(zhuǎn)向梯形布置在前軸之后，進(jìn)行梯形的最佳參數(shù)和強(qiáng)度計(jì)算。 目前國(guó)內(nèi)載重汽車(chē)前橋一般可以承受10噸左右的載重量，并且大部分都是采用非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向橋。像早期東風(fēng)汽車(chē)公司生產(chǎn)的EQ1090E型載重貨車(chē)，它采用的是鋼材鍛造的并且斷面為工字型的前梁，采用非斷開(kāi)式結(jié)構(gòu)。前梁的拳形部分通過(guò)主銷(xiāo)相連轉(zhuǎn)向節(jié)，轉(zhuǎn)向節(jié)通

27、過(guò)軸承與輪轂相連。這種方式連接穩(wěn)定、可靠，可以完成車(chē)輪的靈活轉(zhuǎn)向。 1.2.3 載重汽車(chē)從動(dòng)橋 本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)，然后參考類(lèi)似轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計(jì)方案，最后對(duì)前梁、主銷(xiāo)、主銷(xiāo)上下軸承、轉(zhuǎn)向橋、調(diào)整墊片，轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承等及輪轂等零件的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核以及對(duì)主要軸承進(jìn)行了壽命校核。對(duì)前橋進(jìn)行力學(xué)模型的建立，將物理力學(xué)模型轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型（數(shù)學(xué)公式）。 2.主要解決的問(wèn)題： 對(duì)以往同類(lèi)的轉(zhuǎn)向橋的資料進(jìn)行總結(jié)分析，得到一些新的觀點(diǎn)及思路，針對(duì)載重車(chē)轉(zhuǎn)向橋的主要功用即對(duì)車(chē)身的支持作用、靈活轉(zhuǎn)向的作用。通過(guò)設(shè)計(jì)使前橋更可靠、更靈活 1.2.4設(shè)計(jì)意義

28、： 采用傳統(tǒng)方法對(duì)載重汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)向橋滿足如下的設(shè)計(jì)要求： （1）保證有足夠的強(qiáng)度：以保證可靠的承受車(chē)輪與車(chē)架之間的作用力。 （2）保證有足夠的剛度：以使車(chē)輪定位參數(shù)不變。 （3）保證轉(zhuǎn)向輪正確的定位角度：使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎磨損。 （4）從動(dòng)橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能小：以減少非簧上質(zhì)量，提高汽車(chē)行駛平順性。 合理優(yōu)化前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、等零部件的結(jié)構(gòu)，使各個(gè)部分零件能夠合理的配合，以適應(yīng)復(fù)雜路況。盡可能降低整個(gè)橋身的質(zhì)量，從而減輕車(chē)的重量。并且對(duì)車(chē)輪輪轂進(jìn)行配合設(shè)計(jì)，使其與轉(zhuǎn)向橋合理配合達(dá)到靈活轉(zhuǎn)向的目的 2.轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù) 2.1結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇

29、轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)參數(shù)參照東風(fēng)EQ140型號(hào)汽車(chē)前橋數(shù)據(jù)獲得，如表2-1所示 表2-1 汽車(chē)總質(zhì)量Ga（N） 前軸軸載質(zhì)量G1（N） 汽車(chē)質(zhì)心至前軸中心線距離L1（mm） 汽車(chē)質(zhì)心至后軸中心線距離L2(mm) 軸距 L（mm） 汽車(chē)質(zhì)心高度hg(mm) 前鋼板彈簧座中心距B(mm) 42140 23128 2200 1270 3900 1100 850 主銷(xiāo)中心距B′(mm) 前輪距B1(mm) 車(chē)輪滾動(dòng)半徑rr(mm) 主銷(xiāo)內(nèi)傾角 β 主銷(xiāo)后傾角 ? 前輪外傾角a 前輪前束 1670 1800 490 6° 2° 1° 2～4

30、 2.2從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu)選擇 本前橋采用非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋 2.3確定前橋具體結(jié)構(gòu)型式 （1）前軸結(jié)構(gòu)形式：工字形斷面加叉形轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)固定在前軸兩端的拳部里。 （2）轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)型式：整體鍛造式。 （3）主銷(xiāo)結(jié)構(gòu)型式：圓柱實(shí)心主銷(xiāo)。 （4）轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承結(jié)構(gòu)形式：止推滾柱軸承。 （5）主銷(xiāo)軸承結(jié)構(gòu)形式：滾針軸承 （6）輪轂軸承結(jié)構(gòu)形式：?jiǎn)瘟邢蛐那蜉S承 （7）前輪定位角選擇見(jiàn)表1 3.前軸設(shè)計(jì) 3.1前軸強(qiáng)度計(jì)算 3.1.1前軸受力分析簡(jiǎn)圖 如圖3-1所示： 圖3-1 轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的受力分析簡(jiǎn)圖 Figure 3-1 Bridge in

31、 the braking and steering yaw driven condition of the force analysis diagram 1—制動(dòng)工況下的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖； 2—側(cè)滑工況下的彎矩圖 1 - braking and torque diagram of bending moment diagram 2 - yaw moment map condition 3.1.2前軸載荷的計(jì)算（分三種工況分析） 一、緊急制動(dòng) 汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)，縱向力制動(dòng)力達(dá)到最大值，因質(zhì)量重新分配，而使前軸上的垂直載荷增大，對(duì)后輪接地點(diǎn)取矩得 取路面附著系數(shù)Ф=0.7

32、 制動(dòng)時(shí)前軸軸載質(zhì)量重新分配分配系數(shù)m1===1.655 （3-1） 垂直反作用力：Z1l= Z1r==19138.2N 橫向反作用力：X1l=X1r= Ф=13396.89N （3-2） 二、側(cè)滑 汽車(chē)側(cè)滑時(shí)，因橫向力的作用，汽車(chē)前橋左右車(chē)輪上的垂直載荷發(fā)生轉(zhuǎn)移。 （1）確定側(cè)向滑移附著糸數(shù)： 在側(cè)滑的臨界狀態(tài)，橫向反作用力等于離心力F離，并達(dá)到最大值F離=,Ymax=G1Ф′，為保證不橫向翻車(chē)，須使V滑

33、作用力 Y1l=14982.03N Y1r=1207.5 （3-4） 三、越過(guò)不平路面 汽國(guó)越過(guò)不平路面時(shí)，因路面不平引起垂直動(dòng)載荷，至使垂直反作用力達(dá)到最大值 取動(dòng)載荷系數(shù)因?yàn)槭禽d貨汽車(chē)所以=2.5 N （3-5） 載荷計(jì)算結(jié)果列表，如下表3-2： 表3-2 單位 N 緊急制動(dòng) Z1 19138.42 X1 13396.89 側(cè)滑 Z1l 21402.9 Z1r 1725 Y1l 14982 Y1r 1207.5 越過(guò)不平路面 Z1′ 28910

34、 3.2前軸彎矩及扭矩計(jì)算 3.2.1前軸斷面分析圖 由于前軸為不規(guī)則工字型鋼鍛鑄形成，因此前軸的受力點(diǎn)是變化的，必須取點(diǎn)分段進(jìn)行設(shè)計(jì)與力的校核。 選擇下述三個(gè)部位計(jì)算分析其斷面的彎矩、扭矩 如下圖3-2所示 圖3-2 三個(gè)不同的斷面部位計(jì)算分析其斷面的彎矩、扭矩 Figure 3-2 Calculation of three different sections of the cross section area moment, torque A斷面位于鋼板彈簧座內(nèi)側(cè)，屬于前軸中部最弱部位。此斷面內(nèi)彎矩最大（鋼板彈簧座可視為梁的固定端），故兩鋼板彈簧之間這段

35、梁可不考慮受扭） B斷面處的彎矩，扭矩均較大 C斷面位于梁端，此斷面內(nèi)扭矩最大，而彎矩最小 各斷面的計(jì)算參數(shù)如下表3-3 表3-3 參數(shù) A B C 斷面長(zhǎng)度L 424 325 187 斷面高度h 136 128 0 3.2.2各個(gè)斷面彎扭矩計(jì)算（分三種工況分析） 一、緊急制動(dòng) 垂直面內(nèi)彎矩 水平面內(nèi)彎矩 （3-6） 上式中Li對(duì)應(yīng)與A、B、C斷面分別帶入La、Lb、Lc、 鋼板彈簧外側(cè)扭矩 （3-7） 上式中hi對(duì)應(yīng)與A、B、C斷面分別帶入ha、hb、hc。 二、側(cè)滑 左側(cè)各斷面垂直面內(nèi)彎矩

36、 （3-8） 上式中Li,hi帶入值與緊急制動(dòng)時(shí)一致 三、越過(guò)不平路面 垂直面內(nèi)彎矩 （3-9） 式中Li帶入與上面計(jì)算中一致 彎扭矩計(jì)算結(jié)果如下表3-4所示： 表3-4 （單位：N） 結(jié)果 工況 A B C 緊急制動(dòng) 8114960.08 6219928 3578884.54 5680281.36 4353989.25 2505218.43 Mn 4742499.06 4849674.18 6028600.5 側(cè)滑 2272998.6 1682275.8 -2889405

37、 越不平路 12225784 9395750 5406170 3.3斷面系數(shù)計(jì)算 A—A工字形斷面前軸 斷面簡(jiǎn)圖 本汽車(chē)前軸簡(jiǎn)化為換算斷面形狀后如圖3所示 圖3-3 前軸簡(jiǎn)化后c斷面計(jì)算圖 Figure 3-3 Front axle simplified calculation chart c section 如圖計(jì)算斷面系數(shù) 一、求A斷面 如圖3所示 1）垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) =46584.9N.mm （3-10） 2）水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)

38、 （3-11） 二、B 斷面 換算斷面簡(jiǎn)圖如圖4 圖3-4 前軸B斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖 Figure 3-4 Front axle cross section diagram calculation 1）垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) B斷面為上，下翼緣不等長(zhǎng)的工字形斷面。計(jì)算其垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)的關(guān)系是確定出形心軸坐標(biāo)。 形心軸Xc-Xc的坐標(biāo)： = （3-12） =37.2

39、 （3-13） 該斷面對(duì)形心軸的慣性矩： （3-14） 2）上翼面的抗彎斷面系數(shù)： （3-15） 3）下翼面的抗彎斷面系數(shù)： （3-16） 4）水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)： （3-17） 5）抗扭斷

40、面系數(shù) 由經(jīng)驗(yàn)公式得 （3-18） 三、C斷面 C斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 如圖3-5 前軸C斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖 Figure 3-5 front axle diagram of a cross section calculation 1）垂直面內(nèi)，水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)： （3-19） 2）抗扭斷面系數(shù)： （3-20） 各斷面尺寸參數(shù)見(jiàn)表3-5： 表3-5 單位： mm A-A B-B C-C B 76 96

41、 B1 60 50 12.5 12.5 b 76 58 43 60 16 12.5 12.5 t 12 42 h 36 43 H 61 68 52 斷面系數(shù)計(jì)算結(jié)果列表見(jiàn)表3-6 表3-6 單位： A-A B-B C-C 46584.9 40327.2 19378.7 28629.33 32865.3 16024.7 83778.4 20910.34 3.4應(yīng)力計(jì)算

42、 一、汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí) 垂直面內(nèi)彎曲應(yīng)力 （3-21） 水平面內(nèi)彎曲應(yīng)力 （3-22） 合成應(yīng)力 （3-23） 計(jì)算扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 在矩形長(zhǎng)邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 （3-24） 在矩形短邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 （3-25） 工字形斷面中所產(chǎn)生的最大應(yīng)力和最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是作用在梁斷面上的不同點(diǎn)處。對(duì)于上翼面長(zhǎng)邊中點(diǎn)，其相當(dāng)應(yīng)力： （3-26） 二、汽車(chē)側(cè)滑時(shí) 垂直面彎曲應(yīng)力 三、汽車(chē)越過(guò)不平路面時(shí) 垂直面彎曲應(yīng)力 應(yīng)力值計(jì)算結(jié)果如表3-7所示：

43、 表3-7 單位： A-A B-B C-C 緊急制動(dòng) 174.19 154.2 120.379 198.4 132.47 101.89 57.88 251.40 372.59 373.49 496.14 側(cè) 滑 48.79 41.7 -106.81 越不平路 262.4 232.98 184.50 3.5前軸材料的許用應(yīng)力 一、材料：30Cr 調(diào)質(zhì)硬度 ： HB241

44、—281 ：800—937 二、許用應(yīng)力： 4.轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì) 圖4-1：轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷(xiāo)、及轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的受力計(jì)算用圖 Figure 4-1: knuckles, kingpins, and the steering knuckle bushing diagram for calculating the force 計(jì)算所需作用力、、按表1-1取值 4.1截面系數(shù)計(jì)算 取輪轂內(nèi)軸承根部處指軸為計(jì)算斷面

45、 （4-1） 4.2彎矩計(jì)算 一、緊急制動(dòng)時(shí) （4-2） 二、側(cè)滑時(shí) （4-3） 三、超越不平路面時(shí) （4-4） 4、計(jì)算用參數(shù) d1=50 ， c=50 ，d=55，h=36 4.3應(yīng)力計(jì)算 一、緊急制動(dòng)時(shí) （4-5） 二、側(cè)滑時(shí) （

46、4-6） 三、越不平路面時(shí) （4-7） 彎矩、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果列表見(jiàn)表4-1 表4-1 功 況 M 緊急制動(dòng) 825303.22 155.8 側(cè) 滑 -5658732.69 -602.85 超越不平路 518175 57.951 4.4轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 轉(zhuǎn)向節(jié)材料選用 ：40Gr 許用應(yīng)力 查YB6-71： 5.主

47、銷(xiāo)設(shè)計(jì) 主銷(xiāo)作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6 如圖5-1 主銷(xiāo)作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖 Figure 5-1 diagrams the main sales force calculation 5.1主銷(xiāo)受力計(jì)算參數(shù) 主銷(xiāo)計(jì)算參數(shù)如下表5-1所示： 表5-1 單位：mm 參數(shù)車(chē)行 a b c e f l n D h H 參考參數(shù) 67 70 20 500 360 155 490 30 38 45 5.2計(jì)算載荷 計(jì)算時(shí)，忽略主銷(xiāo)傾角的影響，并假定力的作用點(diǎn)位于主銷(xiāo)襯套中點(diǎn)。 一、、、按表1取值 二、汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)

48、力在主銷(xiāo)的支承反力和。 （5-1） 主銷(xiāo)受到和u的作用，力u由下式求得： （5-2） 力在主銷(xiāo)的兩個(gè)支承上反作用力和 （5-3） 力u在主銷(xiāo)的兩個(gè)支承上反作用力和 （5-4） 由制動(dòng)力矩的作用，在主銷(xiāo)的 兩個(gè)支撐上產(chǎn)生反作用力和 作用在主銷(xiāo)下端的 合力（圖14）

49、（5-5） （5-6） 三、汽車(chē)側(cè)滑時(shí) 左主銷(xiāo)上支承的 反作用力 （5-7） 左主銷(xiāo)下支承的 反作用力 （5-8） 右主銷(xiāo)上支承的 反作用力 （5-9） 右主銷(xiāo)下支承的 反作用力 （5-10） 四、汽車(chē)越過(guò)不平路面時(shí) 動(dòng)載荷在主銷(xiāo)上、下支承上產(chǎn)生的作用反力和。 （5-11） 5.3彎矩計(jì)算 在緊急制動(dòng)和側(cè)滑時(shí)，主銷(xiāo)下支承的反作用力為最大，在越過(guò)不平路面時(shí)，因主銷(xiāo)下端的作

50、用力臂大于上端，所以只需要計(jì)算主銷(xiāo)下支承處的彎矩（圖15） 一、 汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí) =2116671.44N.mm （5-12） 二、 汽車(chē)側(cè)滑時(shí) =1691918.46N.mm （5-13） 三、 汽車(chē)越過(guò)不平路面時(shí) =521223.2N.mm （5-14） 5.4抗彎斷面系數(shù)、剪切面積和主銷(xiāo)襯套擠壓面積的計(jì)算 一、主銷(xiāo)抗彎斷面系數(shù) =2646.47mm3 （5-15） 二、主銷(xiāo)剪切面積 =678.58mm2 （5-16） 三、 主銷(xiāo)襯套擠壓面積 =1350mm2 （5-17） D:主銷(xiāo)外徑，d：主銷(xiāo)內(nèi)徑 5.5應(yīng)力計(jì)算

51、 一、 分別計(jì)算個(gè)工況下的彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力、擠壓應(yīng)力見(jiàn)表5-2。 表5-2 彎曲應(yīng)力 剪切應(yīng)力 擠壓應(yīng)力 緊急制動(dòng)時(shí) 側(cè)滑時(shí) 越過(guò)不平路面時(shí) 公式編號(hào) 67 68 69 二、載荷、彎矩、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果列表見(jiàn)表5-3： 表5-3 主銷(xiāo)受力單位：N M單位： 其余量單位： 主銷(xiāo)受力 M 緊急制動(dòng) 55701.88 2116671.44 788.9 69.5 40.920 側(cè)滑 29214 44524

52、.17 1691918.46 越過(guò)不平路面 13716.4 521223.2 434.3 22.61 13.32 5.6主銷(xiāo)材料及許用應(yīng)力 主銷(xiāo)材料采用20CrNi 許用應(yīng)力 按力作靜載荷計(jì)算時(shí)， 6.轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6.1轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由轉(zhuǎn)向搖臂至左、右轉(zhuǎn)向車(chē)輪之間用來(lái)傳遞力及運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向桿、臂系統(tǒng)，其任務(wù)是將轉(zhuǎn)向器輸出端的轉(zhuǎn)向搖臂的擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽?、右轉(zhuǎn)向車(chē)輪繞其轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)的偏轉(zhuǎn)，并使它們偏轉(zhuǎn)到繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心的不同軌

53、跡圓上，實(shí)現(xiàn)車(chē)輪無(wú)滑動(dòng)地滾動(dòng)轉(zhuǎn)向。為了使左、右轉(zhuǎn)向車(chē)輪偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系能滿足這一汽車(chē)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，則要由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)來(lái)保證。采用最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法優(yōu)選轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)參數(shù)則可得到最佳設(shè)計(jì)效果。 在非獨(dú)立懸架汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系中，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、兩個(gè)相同的轉(zhuǎn)向梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿組成。后者與左、右轉(zhuǎn)向梯形臂又組成轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向器在汽車(chē)上應(yīng)這樣安置：首先應(yīng)使轉(zhuǎn)向搖臂下端與縱拉桿鉸接的球頭中心在轉(zhuǎn)向過(guò)程中是在平行于汽車(chē)縱向平面的平面內(nèi)移動(dòng)；其次，為了使轉(zhuǎn)向縱拉桿與縱置鋼板彈簧協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)以避免轉(zhuǎn)向車(chē)輪的擺振，轉(zhuǎn)向搖臂下端的球頭中心應(yīng)盡量與轉(zhuǎn)向節(jié)臂與縱拉

54、桿鉸接球頭中心：的擺動(dòng)中心重合。 轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂由中碳鋼或中碳合金鋼如35Cr，40，40Cr和40CrNi用模鍛加工制成。多采用沿其長(zhǎng)度變化尺寸的橢圓形截面以合理地利用材料和提高其強(qiáng)度與剛度。轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向搖臂軸用三角花鍵聯(lián)接，且花鍵軸與花鍵孔具有一定的錐度以得到無(wú)隙配合，裝配時(shí)花鍵軸與孔應(yīng)按標(biāo)記對(duì)中以保證轉(zhuǎn)向搖臂的正確安裝位置。轉(zhuǎn)向搖臂的長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置及傳動(dòng)比等因素有關(guān)，一般在初選時(shí)對(duì)小型汽車(chē)可取100～150mm；中型汽車(chē)可取150～200mm；大型汽車(chē)可取300～400mm。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的桿件應(yīng)選用剛性好、質(zhì)量小的20、30或35號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管制造，其沿長(zhǎng)

55、度方向的外形可根據(jù)總布置的需要確定。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各元件間采用球形鉸接。球形鉸接的主要特點(diǎn)是能夠消除由于鉸接處的表面磨損而產(chǎn)生的間隙，也能滿足兩鉸接件間復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在現(xiàn)代球形鉸接的結(jié)構(gòu)中均是用彈簧將球頭與襯墊壓緊。整體式轉(zhuǎn)向橫拉桿兩端和分段式橫拉桿左右邊桿外端的球形鉸接應(yīng)作為單獨(dú)組件，組裝好后以其殼體上的螺紋旋到桿的端部，以使桿長(zhǎng)可調(diào)以便用于調(diào)節(jié)前束。其他桿端的球形鉸接，其外殼應(yīng)與桿件制成一整體。球頭與襯墊需潤(rùn)滑，并應(yīng)采用有效結(jié)構(gòu)措施保持住潤(rùn)滑材料及防止灰塵污物進(jìn)入。 6.1.1球頭銷(xiāo) 球頭銷(xiāo)常由于球面部分磨損而損壞，為此用下式驗(yàn)算接觸應(yīng)力

56、 （6-1） 式中，F(xiàn)為作用在球頭上的力；A為在通過(guò)球心垂直于F力方向的平面內(nèi)，球面承載部分的投影面積。 許用接觸應(yīng)力為[]≤25～30。 設(shè)計(jì)初期，球頭直徑d可根據(jù)表6-1中推薦的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。 表6-1 球頭直徑／mm 轉(zhuǎn)向輪負(fù)荷／N 球頭直徑／mm 轉(zhuǎn)向輪負(fù)荷／N 20 22 25 27 30 到6000 6000--9000 9000--12500 12500--16000 16000--24000 35 40 45 50 24000--3400

57、0 34000--49000 49000--70000 70000～100000 球頭銷(xiāo)用合金結(jié)構(gòu)鋼12CrNiB、15CrMo、20CrNi或液體碳氮共滲鋼35Cr、35CrNi制造。 6.1.2轉(zhuǎn)向拉桿 拉桿應(yīng)有較小的質(zhì)量和足夠的剛度。拉桿的形狀應(yīng)符合布置要求，有時(shí)不得不做成彎的，這就減小了縱向剛度。拉桿應(yīng)用《材料力學(xué)》中有關(guān)壓桿穩(wěn)定性計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)算。穩(wěn)定性安全系數(shù)不小于1.5～2.5。拉桿用20、30或40鋼無(wú)縫鋼管制成。 因此設(shè)計(jì)的拉桿 6.1.3轉(zhuǎn)向搖臂 在球頭銷(xiāo)上作用的力F，對(duì)轉(zhuǎn)向搖臂構(gòu)成彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩的聯(lián)合作用。危險(xiǎn)斷面在搖臂根部，應(yīng)按第三強(qiáng)度理論驗(yàn)算其強(qiáng)度

58、 （6-2） 式中，、為危險(xiǎn)斷面的抗彎截面系數(shù)和抗扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)；尺寸d、e見(jiàn)圖7-35。 要求 式中，為材料的屈服點(diǎn)；n為安全系數(shù)，取n=1.7～2.4。 轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向搖臂軸經(jīng)花鍵連接，因此要求驗(yàn)算花鍵的擠壓應(yīng)力和切應(yīng)力。 6.2桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果如表6-2所示 表6-2 設(shè)計(jì)零件 長(zhǎng)度 轉(zhuǎn)向搖臂/mm 130 轉(zhuǎn)向節(jié)臂/mm 130 轉(zhuǎn)向梯形臂/mm 200 轉(zhuǎn)向橫拉桿/mm 1414

59、 7.經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 7.1我國(guó)汽車(chē)車(chē)橋行業(yè)發(fā)展歷程 我國(guó)汽車(chē)車(chē)橋行業(yè)發(fā)展迅速，經(jīng)過(guò)幾十年的時(shí)間，已經(jīng)形成了一定的市場(chǎng)規(guī)模，雖然目前我國(guó)汽車(chē)力橋行業(yè)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比還有所差別，但是相信隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)汽車(chē)車(chē)橋行業(yè)將會(huì)有更大的進(jìn)步。 7.2國(guó)內(nèi)汽車(chē)車(chē)橋產(chǎn)量和市場(chǎng)容量分析 2003 年我國(guó)車(chē)橋產(chǎn)量達(dá)到800 萬(wàn)只，2004 年我國(guó)車(chē)橋產(chǎn)量超過(guò)1000 萬(wàn)只，達(dá)到1080 萬(wàn)只，2005 年我國(guó)車(chē)橋產(chǎn)量達(dá)到1800 萬(wàn)只，市場(chǎng)容量達(dá)到2000 萬(wàn)只左右。 7.3汽車(chē)車(chē)橋業(yè)發(fā)展特征及問(wèn)題透視 我國(guó)汽車(chē)車(chē)橋業(yè)發(fā)展迅速，市場(chǎng)規(guī)模也在逐漸增長(zhǎng)，在發(fā)展的同時(shí)也存在一定的問(wèn)題，如

60、技術(shù)、質(zhì)量、外觀、功能等眾多問(wèn)題，與國(guó)際產(chǎn)品相比，都有一定的差距，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，要想在競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)當(dāng)中占有一席之地，我國(guó)車(chē)橋生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品還需要進(jìn)一步改善。 7.4車(chē)橋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)解析－轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性分析 行駛系分為四大主要部分：車(chē)橋、車(chē)輪、車(chē)架和懸架。車(chē)橋(也稱(chēng)車(chē)軸)通過(guò)懸架和車(chē)架(或承載式車(chē)身)相連，兩端安裝汽車(chē)車(chē)輪。其功能是傳遞車(chē)架(或承載式車(chē)身)與車(chē)輪之間各方向作用力。 車(chē)橋可以是整體式的，有如一個(gè)巨大的杠鈴，兩端通過(guò)懸架系統(tǒng)支撐著車(chē)身，因此整體式車(chē)橋通常與非獨(dú)立懸架配合；車(chē)橋也可以是斷開(kāi)式的，象兩把雨傘插在車(chē)身兩側(cè)，再各自通過(guò)懸架系統(tǒng)支撐車(chē)身，所以斷開(kāi)式車(chē)橋與獨(dú)立懸架配用。 根據(jù)驅(qū)

61、動(dòng)方式的不同，車(chē)橋也分成轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四種。其中轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋。大多數(shù)汽車(chē)采用前置后驅(qū)動(dòng)(FR)，因此前橋作為轉(zhuǎn)向橋，后橋作為驅(qū)動(dòng)橋；而前置前驅(qū)動(dòng)(FF)汽車(chē)則前橋成為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，后橋充當(dāng)支持橋。轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)基本相同，由兩個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)和一根橫梁組成。如果把橫梁比做身體，轉(zhuǎn)向節(jié)就是他左右搖晃的腦袋，脖子就是我們常說(shuō)的主銷(xiāo)，車(chē)輪就裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上，仿佛腦袋上帶了個(gè)草帽。不過(guò)，行駛的時(shí)候草帽轉(zhuǎn)，腦袋卻不轉(zhuǎn)，中間用軸承分隔開(kāi)，腦袋只管左右晃動(dòng)。 汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋是汽車(chē)主要的部件之一，它包括承載車(chē)身負(fù)荷及完成靈活轉(zhuǎn)向的目的。本次設(shè)計(jì)主要完成以下任務(wù)： （1）保證有足夠的強(qiáng)度：以保證

62、可靠的承受車(chē)輪與車(chē)架之間的作用力。 （2）保證有足夠的剛度：以使車(chē)輪定位參數(shù)不變。 （3）保證轉(zhuǎn)向輪正確的定位角度：使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎磨損。 （4）從動(dòng)橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能?。阂詼p少非簧上質(zhì)量，提高汽車(chē)行駛平順性。 合理優(yōu)化前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、等零部件的結(jié)構(gòu)，使各個(gè)部分零件能夠合理的配合，以適應(yīng)復(fù)雜路況。盡可能降低整個(gè)橋身的質(zhì)量，從而減輕車(chē)的重量。并且對(duì)車(chē)輪輪轂進(jìn)行配合設(shè)計(jì)，使其與轉(zhuǎn)向橋合理配合達(dá)到靈活轉(zhuǎn)向的目的 7.5提高轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性 1.優(yōu)化零件設(shè)計(jì)。對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷(xiāo)、前軸的設(shè)計(jì)要合理，進(jìn)行充分的受力分析，在保證滿足載荷需求的前提下，盡量減小各個(gè)零件的尺寸。 2.使用合

63、適的材料。材料的選擇要根據(jù)受力、零件的接觸方式、及各個(gè)零件的配合運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行選擇，本著低成本，高性能的要求進(jìn)行選擇。建議選擇高強(qiáng)度合金鋼，如20CrNi等材料。 本次設(shè)計(jì)根據(jù)以上兩個(gè)方法，對(duì)轉(zhuǎn)向橋的各個(gè)零件進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，并且選擇了較為合適的材料，這樣就大大的提高了轉(zhuǎn)向橋的經(jīng)濟(jì)性。 8.結(jié) 論 本設(shè)計(jì)參考汽車(chē)的轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的兩種形式既斷開(kāi)與非斷開(kāi)式而確定載重汽車(chē)轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的方案:主銷(xiāo)采用實(shí)心圓柱形,前軸為工字鋼的組焊形式。 并對(duì)其內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和對(duì)主銷(xiāo)、前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)等零件強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，并最終設(shè)計(jì)出一個(gè)經(jīng)濟(jì)耐用且

64、能夠與轉(zhuǎn)向節(jié)和主銷(xiāo)配合緊密，可以在正常環(huán)境下工作的系統(tǒng)。 車(chē)輛在制動(dòng)和側(cè)滑情況下,出現(xiàn)重量前移的現(xiàn)象,此時(shí)轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋受力最大。因此本次設(shè)計(jì)在制動(dòng)和側(cè)滑兩中工況下對(duì)前軸,轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo),轉(zhuǎn)向節(jié)襯套,轉(zhuǎn)向推力軸承進(jìn)行應(yīng)力校核。 前軸校核:前兩鋼板彈簧座附近斷面處的應(yīng)力最大,在此處校核其彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的大小。主銷(xiāo):在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)它的最大載荷發(fā)生在下轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的中點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行校核。轉(zhuǎn)向節(jié)襯套進(jìn)行擠壓應(yīng)力校核。推力軸承進(jìn)行最大當(dāng)量載荷校核。 致 謝 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)十幾周的努力已經(jīng)結(jié)束了，在這

65、十幾周的時(shí)間里我已經(jīng)按照預(yù)期的目的設(shè)計(jì)好了前期老師所給定的題目，已經(jīng)基本完成了老師所布置的任務(wù)。由于水平有限，缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)還有很多不足之處。本設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的積極鼓勵(lì)和精心指導(dǎo)下完成的。指導(dǎo)老師豐富的理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我在專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面受益。在此要非常感謝指導(dǎo)老師長(zhǎng)時(shí)間的幫助與指導(dǎo)。 我要感謝幫助所有汽車(chē)工程系的老師，你們豐富的理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我在專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面受益匪淺，你們無(wú)微不至的關(guān)懷對(duì)我論文的完成起到了極大的幫助作用。 在這里，我要特別感謝在設(shè)計(jì)中給予我大力支持的所有老師，他們淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，精益求精的工作作風(fēng)，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范

66、，將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。本設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多困難，老師們的辛勤指導(dǎo)對(duì)本論文的完成起到了至關(guān)重要的作用。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從開(kāi)始的查閱資料，到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是指導(dǎo)教師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我向老師學(xué)習(xí)到的不僅僅是專(zhuān)業(yè)知識(shí)，面對(duì)困難時(shí)的堅(jiān)韌性格，更學(xué)到了如何做人?！坝鍪拢茸鋈恕睂⒃谖医窈蟮膶W(xué)習(xí)和工作中成為我做人的準(zhǔn)則，成為我人生路上的寶貴財(cái)富。 能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此對(duì)各位老師和同學(xué)以及在設(shè)計(jì)期間，曾經(jīng)對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)給予幫助的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)表示最誠(chéng)摯的謝意！ 最后，我要向在百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱、評(píng)議和參加本人論文答辯的各位老師再次表示感謝！ 參 考 文 獻(xiàn) [1].劉惟信.汽車(chē)設(shè)計(jì) [M]. 清華大學(xué)出版社,2001.7 [2].邱宜懷.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M]. 機(jī)械工業(yè)