東風(fēng)EQ1090E型貨車(chē)轉(zhuǎn)向橋總成的設(shè)計(jì)含7張CAD圖.zip

東風(fēng)EQ1090E型貨車(chē)轉(zhuǎn)向橋總成的設(shè)計(jì)含7張CAD圖.zip,東風(fēng),EQ1090E,貨車(chē),轉(zhuǎn)向,總成,設(shè)計(jì),CAD 目 錄 II 摘 要 III Abstract IV 緒 論 1 1 轉(zhuǎn)向橋 2 1.1 轉(zhuǎn)向橋的定義 2 1.2 轉(zhuǎn)向橋的安裝形式 2 2 轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu) 3 2.1 組成轉(zhuǎn)向橋的組成 3 2.2 轉(zhuǎn)向橋結(jié)構(gòu)及其影響因素 5 3 轉(zhuǎn)向橋主要零件尺寸 8 4 非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋前梁應(yīng)力計(jì)算 10 4.1 前梁在制動(dòng)工況下的應(yīng)力計(jì)算 10 4.2 前梁在側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 11 5 轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算 13 5.1 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)工況下應(yīng)力計(jì)算 13 5.2 轉(zhuǎn)向節(jié)在側(cè)滑工況下應(yīng)力計(jì)算 14 6 主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的應(yīng)力計(jì)算 15 6.1 主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動(dòng)工況下的應(yīng)力計(jì)算 15 6.2 主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 16 7 推力軸承和止推墊片的計(jì)算 18 7.1 推力軸承的計(jì)算 18 7.2 轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計(jì)算 18 8 轉(zhuǎn)向橋定位參數(shù) 20 8.1 主銷(xiāo)后傾角 20 8.2 主銷(xiāo)內(nèi)傾角 21 8.3 前輪外傾角 22 8.4 前輪前束 22 結(jié) 論 23 參考文獻(xiàn) 24 致 謝 25 東風(fēng) EQ1090E 型貨車(chē)轉(zhuǎn)向橋總成的設(shè)計(jì) 摘 要 在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上，對(duì)轉(zhuǎn)向橋的研究一直都是重點(diǎn)。此次設(shè)計(jì)是對(duì)東風(fēng) EQ1090E 型貨車(chē)轉(zhuǎn)向橋總成的設(shè)計(jì)，其中包含對(duì)轉(zhuǎn)向橋進(jìn)行合理計(jì)算，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)之前，首先要查閱相關(guān)資料，了解轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)，熟悉設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向橋的方法。在此之后，進(jìn)行轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)的過(guò)程會(huì)介紹轉(zhuǎn)向橋的定義、結(jié)構(gòu)、工作原理以及可能會(huì)影響轉(zhuǎn)向橋的因素等。在設(shè)計(jì)時(shí)還會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向橋各主要零件的尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定， 并會(huì)對(duì)其在各種工況下的應(yīng)力進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，這些零件主要是前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷(xiāo)、主銷(xiāo)上下軸承（即轉(zhuǎn)向節(jié)襯套）、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承和止推墊片等。除此之外，還要確定轉(zhuǎn)向橋的定位參數(shù)。在設(shè)計(jì)之后，除了要使轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)能夠比較緊湊，使它的重量更輕，還要使汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)較為輕松，在制造轉(zhuǎn)向橋時(shí)比較容易。 這次設(shè)計(jì)對(duì)東風(fēng) EQ1090 型貨車(chē)轉(zhuǎn)向橋總成的計(jì)算以及其結(jié)構(gòu)布局，對(duì)其他貨車(chē)轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)方法和思路。 關(guān)鍵詞：汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋；轉(zhuǎn)向橋前梁；轉(zhuǎn)向節(jié)；應(yīng)力計(jì)算；定位參數(shù) IV Design of steering Bridge Assembly for Dongfeng EQ1090E Freight car Abstract In the development of automobile industry, the study of steering axle has always been the focus. This design is the design of Dongfeng EQ1090E truck steering bridge assembly, which includes reasonable calculation of steering bridge and structural design. Before designing, we should first consult relevant information, understand the structure of steering bridge, and be familiar with the design method of steering bridge. After that, the steering bridge is designed. The design process will introduce the definition, structure, working principle and factors that may affect the steering bridge. The size and structure of the main parts of the steering bridge are also determined, and the stress of the steering bridge under various working conditions is calculated. These parts are mainly front girders, steering joints, and pins. Main pin upper and lower bearings (i.e. steering knuckle bushing), steering knuckle thrust bearings and thrust gaskets, etc. In addition, determine the steering bridge location parameters.After the design, other than to make the steering bridge structure than Compactness makes it lighter, easier to steer and easier to build. The design of Dongfeng EQ1090 truck steering bridge assembly and its structural layout, to other truck steering bridge design methods and ideas. Key words: automobile steering bridge; front beam of steering bridge; steering joint; stress calculation; positioning parameter 緒 論 自十九世紀(jì)末到如今，汽車(chē)行業(yè)發(fā)展極為迅速。雖然汽車(chē)工業(yè)在發(fā)展中也曾遇到過(guò)一些挫折，但總的來(lái)說(shuō)，這些挫折也都是其發(fā)展機(jī)遇。在解決汽車(chē)發(fā)展中遇到的問(wèn)題的同時(shí)， 一些汽車(chē)公司也發(fā)展了起來(lái)，比如通用、福特、上汽、本田等，這些公司在各個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)中都占著非常重要的位置。在中國(guó)國(guó)內(nèi)，由于在國(guó)家推行一系列有利的產(chǎn)業(yè)政策，并且國(guó)家還推行了一些與這些產(chǎn)業(yè)政策相匹配的有利的經(jīng)濟(jì)政策，所以在我國(guó)的汽車(chē)數(shù)量、質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面雖然與國(guó)外還有一些的差距，但相比以前，已經(jīng)有了非常大的進(jìn)步。 因?yàn)槊枯v汽車(chē)都需要轉(zhuǎn)向，所以在汽車(chē)中，汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋是非常重要一個(gè)部分，甚至轉(zhuǎn)向橋的發(fā)展都能夠反映出汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展。因此轉(zhuǎn)向橋的發(fā)展水平有時(shí)也可以說(shuō)是衡量汽車(chē)這一產(chǎn)業(yè)的總體發(fā)展水平的一項(xiàng)重要標(biāo)志。 目前我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)于汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋的研究的狀況是：中、輕型貨車(chē)的轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)在市場(chǎng)上已經(jīng)是非常成熟的技術(shù)，并且在生產(chǎn)時(shí)也擁有了非常系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的零部件產(chǎn)品，因此在短時(shí)間之內(nèi)不會(huì)再比較較大的技術(shù)革新；重型貨車(chē)因?yàn)樾枰b載的物品重量很大，所以要求其轉(zhuǎn)向性能更好，行駛很穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)的許多廠家和研究機(jī)構(gòu)將研究重點(diǎn)放在雙前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并且已經(jīng)有一批成熟的雙前橋重型汽車(chē)產(chǎn)品問(wèn)世。 目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家在進(jìn)行汽車(chē)前橋設(shè)計(jì)時(shí)，都是參考幾款最成熟的產(chǎn)品，在綜合分析各產(chǎn)品的優(yōu)劣勢(shì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身的設(shè)計(jì)需要開(kāi)發(fā)類(lèi)似產(chǎn)品。 26 1 轉(zhuǎn)向橋 1.1 轉(zhuǎn)向橋的定義 顧名思義，轉(zhuǎn)向橋就是指可以讓汽車(chē)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的車(chē)橋。在汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，通常情況下會(huì)利用轉(zhuǎn)向橋中的轉(zhuǎn)向節(jié)，然后使轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的汽車(chē)車(chē)輪發(fā)生一些角度的偏轉(zhuǎn)。 1.2 轉(zhuǎn)向橋的安裝形式 一般情況下，汽車(chē)的前橋通常會(huì)作為汽車(chē)的轉(zhuǎn)向橋。但是也有一些特殊情況，比如一些轎車(chē)就是用了全四輪轉(zhuǎn)向，這樣做可以提高駕駛員操縱時(shí)汽車(chē)的穩(wěn)定性并且會(huì)使汽車(chē)有更好地機(jī)動(dòng)性。還有一種多軸汽車(chē)，為了滿(mǎn)足汽車(chē)對(duì)機(jī)動(dòng)性能的需求，除了它的前橋會(huì)作為轉(zhuǎn)向輪，有時(shí)該種汽車(chē)甚至?xí)脙筛?chē)橋以上，更有甚者所有車(chē)橋都會(huì)作為轉(zhuǎn)向橋。 就汽車(chē)的布置形式來(lái)說(shuō)，一般情況下載貨汽車(chē)通常是前部放置發(fā)動(dòng)機(jī)并使用后橋來(lái)驅(qū)動(dòng)，所以這種汽車(chē)的前橋被用作轉(zhuǎn)向，被稱(chēng)為轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋。大多數(shù)情況下轎車(chē)會(huì)在前部放置發(fā)動(dòng)機(jī)并使用前橋來(lái)驅(qū)動(dòng)，越野汽車(chē)的所有車(chē)橋都會(huì)被用來(lái)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)檫@兩種汽車(chē)的前橋既被用作轉(zhuǎn)向又被用作驅(qū)動(dòng)，所以這樣的前橋通常被稱(chēng)為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。 因?yàn)榕c從動(dòng)橋相互匹配的懸架在結(jié)構(gòu)上可能是不同的，所以從動(dòng)橋大體上可分為兩種，分別是非斷開(kāi)式從動(dòng)橋與斷開(kāi)式從動(dòng)橋。與前者相互匹配的懸架結(jié)構(gòu)是非獨(dú)立式的， 這是從動(dòng)橋會(huì)放在汽車(chē)左、右兩側(cè)從動(dòng)車(chē)輪處的剛性整體橫梁的位置的上方。當(dāng)從動(dòng)橋作為轉(zhuǎn)向橋使用的時(shí)候，從動(dòng)橋的兩端會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)這一結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)向節(jié)相連接。而斷開(kāi)式從動(dòng)橋在結(jié)構(gòu)上與之匹配的懸架是獨(dú)立式的。 2 轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)為東風(fēng) EQ1090E 型貨車(chē)轉(zhuǎn)向橋總成的設(shè)計(jì)，為非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋（圖 2-1）。 圖 2-1 非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋 1-轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承；2-轉(zhuǎn)向節(jié)；3-調(diào)整墊片；4-主銷(xiāo)；5-前梁 2.1 組成轉(zhuǎn)向橋的組成 非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋是由許多部件組成的，其中包括前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承、轉(zhuǎn)向橫拉桿、注銷(xiāo)上下軸承、轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)、輪轂軸承、轉(zhuǎn)向梯形臂等。 1）前梁 本次設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向橋是非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋，如圖 2-1 所示。前梁在制造時(shí)使用的材料是中碳鋼或者是中碳合金鋼，制造方法是模鍛法，在前梁的兩端，每端都有被用作安裝主銷(xiāo)的前梁拳部，其形狀是加粗的并且外形像拳形。有時(shí)為了增強(qiáng)前梁的抗彎強(qiáng)度， 前梁的中間很長(zhǎng)的一段的斷面會(huì)采用工字形斷面，并且這一段和前梁兩側(cè)部位相比，此處會(huì)比前梁兩側(cè)低一定的高度，這種方法會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的高度降低，還會(huì)使得傳動(dòng)軸的萬(wàn)向節(jié)部位的夾角減小以及傳動(dòng)系的安裝位置降低。為了增強(qiáng)前梁的抗扭強(qiáng)度，前梁的兩端與前梁的拳部相互連接的部分的斷面為方形，前梁的中間一部分和前梁拳之間的過(guò)渡部分向下彎曲，此處的斷面形狀是工字形和方形過(guò)渡的形狀。在前梁的中間部分的兩側(cè)的加寬支承面還要被鍛造出來(lái)，其作用是支承鋼板彈簧支座。 2）轉(zhuǎn)向節(jié) 轉(zhuǎn)向節(jié)是整體式結(jié)構(gòu)，通常會(huì)使用中碳合金鋼作為材料，采用模鍛的方法來(lái)制造。但是也有采用組焊式結(jié)構(gòu)的，使用這種結(jié)構(gòu)的通常是轉(zhuǎn)向節(jié)過(guò)大的某些大型汽車(chē)。 3）主銷(xiāo) 主銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)有很多種，如圖 2-2 所示，在這幾種結(jié)構(gòu)中最常用的有兩種，分別是（a） 和（b）中的結(jié)構(gòu)。 圖 2-2 主銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)型式 （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，中間為椎體的主銷(xiāo)；（d）下部圓柱比上部細(xì)的主銷(xiāo) 4）轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂 這兩種部件在制造時(shí)使用的材料是中碳鋼或者中碳合金鋼(比如 40、35Cr、40CrNi 鋼等材料)，制造的方法是模鍛法。在多數(shù)情況下，它們的截面是橢圓形的，該截面的尺寸是隨著它們的長(zhǎng)度變化而變化的，這樣可以就做到使用盡可能少的材料，盡可能多的增強(qiáng)它們的強(qiáng)度和剛度。 5）轉(zhuǎn)向橫拉桿 轉(zhuǎn)向橫拉桿在制造時(shí)應(yīng)該用無(wú)縫鋼管，這種鋼管使用的材料是 20 鋼，30 鋼或 35 鋼等， 并且有著質(zhì)量小，剛性好等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)向橫拉桿的兩端是球形鉸接，他們都是單獨(dú)的組件， 在把它們組裝好之后，要把橫拉桿的兩側(cè)端部旋到該組件客體的螺紋上，這樣做會(huì)使得橫拉桿的長(zhǎng)度可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺紋來(lái)調(diào)節(jié)，方便對(duì)前束進(jìn)行調(diào)節(jié)。使用低碳合金鋼（如 12CrNi3A，20CrNi，20CrMnTi）作為材料制作的球形鉸接的球銷(xiāo)與襯墊,它們的工作表面要經(jīng)淬火處理，淬火方式采用滲碳淬火，其中滲碳層的深度大約是 1.5～3.0mm，此時(shí)的表面硬度大約為 56～63HRC。球銷(xiāo)在制造時(shí)可以使用 40 或 45 中碳鋼作為材料，在淬火時(shí)可以采用的技術(shù)是高頻淬火，球銷(xiāo)的過(guò)渡圓角在制造時(shí)采用的工藝是滾壓工藝，球形鉸接的殼體在制造時(shí)使用的材料是 35 鋼或 40 鋼。為了提高球頭的耐磨性與襯墊的工作表面的耐磨性，可以采用的方法有：采用特殊工藝提高耐磨性，比如離子金屬?lài)婂児に?；在制作襯墊的時(shí)候選用的材料耐磨性要更好。在制造襯墊的時(shí)候，如果在其制造過(guò)程中加入一些東 西（比如說(shuō)尼龍－二硫化鉬），那么這種襯墊在使用時(shí)可以不用考慮潤(rùn)滑。 6）轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承 轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承的作用是承受汽車(chē)本身對(duì)汽車(chē)的前梁的作用力。在汽車(chē)行駛時(shí)，為了減小汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)的摩擦力，使汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)更加輕松，可以選用的軸承種類(lèi)可以為滾動(dòng)軸承。當(dāng)然，我們也可以是用青銅制作的止推墊片。 7）主銷(xiāo)上、下軸承 因?yàn)橹麂N(xiāo)上、下軸承在使用時(shí)會(huì)受到很大的徑向力，所以在這里使用的軸承通常為滑動(dòng)軸承，有時(shí)也可能會(huì)選用滾針軸承作為主銷(xiāo)上、下軸承。相比于滑動(dòng)軸承，使用滾針軸承的優(yōu)點(diǎn)有傳動(dòng)效率高，在汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)汽車(chē)受到阻力減小，并且他還有著更長(zhǎng)的使用壽命。 8）輪轂軸承 輪轂軸承通常會(huì)采用一對(duì)單列圓錐滾子軸承，相對(duì)于其它種類(lèi)的軸承，這種類(lèi)型的軸承會(huì)有較大的剛度，并且能夠承受住很大的負(fù)荷。在轎車(chē)中因輪轂軸承所受到的負(fù)荷較小， 一般情況下，其前輪轂軸承也會(huì)用一對(duì)單列向心球軸承或用一個(gè)雙列向心球軸承，這是因?yàn)榍蜉S承一般都會(huì)有較高效率，能夠使汽車(chē)滑行更長(zhǎng)的距離。當(dāng)然，轎車(chē)也會(huì)有用一個(gè)雙列圓錐滾子軸承作為輪轂軸承的。 9）左、右輪胎螺栓 汽車(chē)左、右車(chē)輪的輪胎螺栓的螺紋旋轉(zhuǎn)方向在多數(shù)情況下都是向右旋，但是為了不讓螺紋在使用時(shí)出現(xiàn)松動(dòng)，有些汽車(chē)的左側(cè)輪胎螺栓的螺紋采用左旋、右側(cè)輪胎螺栓的螺紋采用右旋。 2.2 轉(zhuǎn)向橋結(jié)構(gòu)及其影響因素 非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋由幾部分組成，其中主要有前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承及轉(zhuǎn)向主銷(xiāo)等，如圖 2-1 所示。為了讓車(chē)輪能夠轉(zhuǎn)向，通常情況下會(huì)利用主銷(xiāo)以及前梁餃節(jié)這兩個(gè)結(jié)構(gòu)，并且轉(zhuǎn)向節(jié)的兩端還會(huì)分別經(jīng)一個(gè)輪轂軸承來(lái)把著汽車(chē)車(chē)輪的輪轂支承著。轉(zhuǎn)向節(jié)臂通常會(huì)安裝在轉(zhuǎn)向橋左側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳位置，并且此轉(zhuǎn)向節(jié)臂會(huì)和轉(zhuǎn)向直拉桿相互連接；同時(shí)還有轉(zhuǎn)向梯形臂這一結(jié)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳位置，這時(shí)的轉(zhuǎn)向梯形臂會(huì)和轉(zhuǎn)向橫拉桿這一部件相連接。更有甚者，為了是結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，有時(shí)還會(huì)先把轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形臂連接成一個(gè)整體，然后再把他們安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳位置。制動(dòng)底板會(huì)始終緊緊地固定在轉(zhuǎn)向節(jié)的突緣面的上面[1]。有時(shí)為了不讓磨損變大，會(huì)在青銅襯套上制作出潤(rùn)滑油槽，并且把襯套壓到轉(zhuǎn)向節(jié)上面的銷(xiāo)孔之內(nèi)。有時(shí)為了使汽車(chē)在轉(zhuǎn)向的時(shí)候更輕便， 可把安裝滾子推力軸承，安裝的位置在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳部位和前梁拳部之間的位置，還可以安裝調(diào)整墊片，這次安裝的位置是在轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳部位與前梁的拳部之間，其作用是用調(diào)整它們之間的間隙。還有一種楔形鎖銷(xiāo)，它上面帶有螺紋，它的作用是把主銷(xiāo)給固定住， 固定的位置在前梁拳部的孔內(nèi)。 在駕駛汽車(chē)時(shí)，因?yàn)橐蛊?chē)能夠在直線(xiàn)行駛的過(guò)程中保持著行駛穩(wěn)定、在汽車(chē)進(jìn)行 轉(zhuǎn)向的時(shí)候更輕松，并且讓汽車(chē)在進(jìn)行轉(zhuǎn)向之后其前部車(chē)輪方向可以自動(dòng)回到讓汽車(chē)可以保持直線(xiàn)行駛時(shí)的方向，所以轉(zhuǎn)向橋的主銷(xiāo)在汽車(chē)的縱向平面內(nèi)要有適當(dāng)?shù)膬A角，并且主銷(xiāo)在其橫向平面內(nèi)也要有適當(dāng)?shù)膬A角。在縱向這一平面之內(nèi)，轉(zhuǎn)向橋主銷(xiāo)上部會(huì)向后方有一定的傾斜，并且這個(gè)傾斜會(huì)形成一個(gè) γ 角，這個(gè)角可以稱(chēng)為主銷(xiāo)后傾角。在橫向這一平面之內(nèi)，轉(zhuǎn)向橋主銷(xiāo)上部會(huì)向內(nèi)有一定的傾斜，這個(gè)傾斜會(huì)形成一個(gè)角 β，這個(gè)角可以稱(chēng)為主銷(xiāo)內(nèi)傾角[2]。 因?yàn)橹麂N(xiāo)后傾的原因，主銷(xiāo)的軸線(xiàn)所在直線(xiàn)和路面所在平面相交形成的一個(gè)交點(diǎn)會(huì)落在輪胎與地面相接觸的部位的中心點(diǎn)的前方，這兩個(gè)點(diǎn)之間有一定的距離，這個(gè)距離被稱(chēng)為后傾拖距。在直線(xiàn)行駛中的汽車(chē)，如果在不經(jīng)意之間受到一個(gè)來(lái)自外部的力，那么此時(shí)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向輪就會(huì)發(fā)生一些偏轉(zhuǎn)，汽車(chē)就不會(huì)再繼續(xù)直線(xiàn)行駛而會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)形成一個(gè)離心力，為了避免側(cè)滑，路面會(huì)給汽車(chē)車(chē)輪會(huì)一個(gè)側(cè)向反力，這個(gè)力會(huì)使汽車(chē)車(chē)輪產(chǎn)生一個(gè)回正力矩，這個(gè)力矩是繞主銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)的，因此汽車(chē)在直線(xiàn)行駛的時(shí)候具穩(wěn)定性非常好。所以這個(gè)力矩又可以稱(chēng)為穩(wěn)定力矩。為了使汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)輕松一些，穩(wěn)定力矩要小一些，如果不這樣做，轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向就會(huì)很困難，這是因?yàn)槠?chē)在進(jìn)行轉(zhuǎn)向的時(shí)候?yàn)榱似胶馄?chē)轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定力矩，駕駛員需要在方向盤(pán)上有一個(gè)與之相匹配的力。主銷(xiāo)后傾角通常情況下會(huì)選取 3°以?xún)?nèi)的角。通常情況下現(xiàn)代轎車(chē)大多采用的輪胎是低壓寬斷面斜交輪胎，這種輪胎有著非常大的彈性回正力矩，因此在選擇主銷(xiāo)后傾角時(shí)，該后傾角大致上就可以再減小一些，減小到接近零也可以，選取時(shí)甚至可以取一個(gè)負(fù)值[3]。如果選取輪胎時(shí)選取子午線(xiàn)輪胎，因?yàn)檫@種輪胎的拖距很小，所以在選后傾角時(shí)要選大些的后傾角。 主銷(xiāo)內(nèi)傾也有和后傾差不多的作用，就是讓在進(jìn)行直線(xiàn)行駛汽車(chē)在行進(jìn)方向上保持穩(wěn)定性并且在汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)也很輕松。因?yàn)橹麂N(xiāo)內(nèi)傾的原因，主銷(xiāo)的軸線(xiàn)所在直線(xiàn)和路面所在平面之間的交點(diǎn)和車(chē)輪中心平面之間有一定的距離，這個(gè)距離稱(chēng)為主銷(xiāo)偏移距，并且會(huì)變小，這樣在行駛中的汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員對(duì)方向盤(pán)用的力就會(huì)變小，汽車(chē)轉(zhuǎn)向會(huì)顯得輕松一些，與此同時(shí)轉(zhuǎn)向輪會(huì)還會(huì)傳遞一定的沖擊力到汽車(chē)的方向盤(pán)上，此沖擊力也會(huì)變小。當(dāng)有主銷(xiāo)內(nèi)傾的時(shí)候，與前輪轉(zhuǎn)向同時(shí)發(fā)生的有圍繞著主銷(xiāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)，還會(huì)伴使汽車(chē)車(chē)輪前軸以及汽車(chē)前部橫梁發(fā)生移動(dòng)，方向向上。當(dāng)轉(zhuǎn)向結(jié)束，駕駛員松開(kāi)方向盤(pán)的時(shí)候，方向盤(pán)中在轉(zhuǎn)向時(shí)儲(chǔ)存的上升位能會(huì)釋放出來(lái)，從而使汽車(chē)的轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回到直線(xiàn)行駛的位置， 讓汽車(chē)能夠再次進(jìn)行直線(xiàn)上行駛。主銷(xiāo)內(nèi)傾角的角度一般上在 5°～8°之間，并且主銷(xiāo)偏移距的范圍一般上為 30～40mm。輕型客、貨車(chē)以及裝載著動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的汽車(chē)在一般情況下會(huì)選擇一個(gè)比較大的主銷(xiāo)內(nèi)傾角和一個(gè)比較大的主銷(xiāo)后傾角，這樣做可以增加這些汽車(chē)在轉(zhuǎn)向的時(shí)候汽車(chē)轉(zhuǎn)向輪的自動(dòng)回正性能。在設(shè)置主銷(xiāo)內(nèi)傾角時(shí)不要讓內(nèi)傾角過(guò)于大，也就是說(shuō)不要把汽車(chē)的主銷(xiāo)偏移距設(shè)置的太小，否則汽車(chē)的車(chē)輪在汽車(chē)在轉(zhuǎn)向過(guò)程中會(huì)一邊滾動(dòng)還會(huì)一般沿著路面發(fā)生滑動(dòng)，因?yàn)榘l(fā)生滑動(dòng)，所以汽車(chē)輪胎與路面之間的會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦力，造成路面對(duì)汽車(chē)的摩擦阻力增大，汽車(chē)在進(jìn)行轉(zhuǎn)向的時(shí)候所需要的力也會(huì)增加很多。有時(shí)汽車(chē)的左、右前輪在制動(dòng)的時(shí)候，其兩側(cè)的制動(dòng)力大小不相等，這樣汽車(chē)就會(huì) 跑偏，甚至?xí)l(fā)生車(chē)禍，所以最近幾年，汽車(chē)市場(chǎng)上就出現(xiàn)了主銷(xiāo)偏移距的值為負(fù)值的汽車(chē)。 因?yàn)檐?chē)輪外傾，所以在安裝汽車(chē)的轉(zhuǎn)向車(chē)輪的時(shí)候，汽車(chē)的車(chē)輪輪胎的中心平面和地面所在平面之間是不互相垂直的，此時(shí)汽車(chē)車(chē)輪向外傾斜，其中心平面向外傾斜的一定的角度，記作 α，這個(gè)角就是車(chē)輪外傾角。一般情況下 α 角的范圍在 0.5°～1.5°之間，多數(shù)情況下會(huì)取 1°左右。因?yàn)樵谄?chē)在裝很多東西的時(shí)候，車(chē)輪外傾可以使汽車(chē)的車(chē)輪不會(huì)產(chǎn)生負(fù)外傾（即內(nèi)傾），與此同時(shí)也可以使車(chē)輪和呈現(xiàn)拱形的路面相互適應(yīng)。如果汽車(chē)的車(chē)輪外傾那么汽車(chē)的輪胎和地面接觸的地方就會(huì)向內(nèi)縮，從而導(dǎo)致主銷(xiāo)偏移距會(huì)變小，那么汽車(chē)在轉(zhuǎn)向的時(shí)候會(huì)很輕便并且還會(huì)使汽車(chē)在制動(dòng)的時(shí)候行駛方向保持穩(wěn)定。 前束作為前輪定位的四項(xiàng)參數(shù)的最后一項(xiàng)，也有著很大的作用。在汽車(chē)行駛的過(guò)程中如果汽車(chē)的車(chē)輪發(fā)生外傾，那么汽車(chē)的車(chē)輪前端就可能會(huì)向外張開(kāi)，這會(huì)造成很大的不利影響，而前束可以消除這個(gè)影響。所以如果想要給汽車(chē)安裝車(chē)輪，就不能要讓汽車(chē)的兩個(gè)前輪的中心平面互相平行，并且還要求汽車(chē)的左右前輪的前面輪緣間距離 A 與汽車(chē)左右前輪的后面輪緣間距離 B 相比更小。按照這種標(biāo)準(zhǔn)安裝車(chē)輪后，在汽車(chē)行駛時(shí)車(chē)輪每時(shí)每刻都會(huì)向著正前方滾動(dòng)的。前束（即 B-A)的取值范圍一般在 3～5mm 之間，其大小是可以調(diào)節(jié)的，具體方法是改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度。如果想要對(duì)汽車(chē)前束的名義值進(jìn)行設(shè)定，就應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)向梯形這一結(jié)構(gòu)中的存在的間隙以及彈性。 在汽車(chē)在行駛的時(shí)候，汽車(chē)轉(zhuǎn)向輪可能會(huì)繞著轉(zhuǎn)向橋主銷(xiāo)不停地?cái)[動(dòng)，這一現(xiàn)象通常被稱(chēng)為擺振，可能會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)不可以正常行駛。所以為了避免發(fā)生擺振，在一輛汽車(chē)的設(shè)計(jì)、制造、裝配調(diào)整和使用過(guò)程中都必須要注意。 轉(zhuǎn)向車(chē)輪有兩種擺振的類(lèi)型，分別是自激振動(dòng)與受迫振動(dòng)。轉(zhuǎn)向車(chē)輪發(fā)生自激振動(dòng)是因?yàn)槠?chē)輪胎發(fā)生側(cè)向變形的時(shí)候會(huì)有一種遲滯特性，受這一特性影響，汽車(chē)車(chē)輪在一個(gè)振動(dòng)周期之中會(huì)受到路面對(duì)輪胎的力，這個(gè)力會(huì)對(duì)汽車(chē)系統(tǒng)作正功，即汽車(chē)外部會(huì)傳入能量給汽車(chē)內(nèi)部。如果外部傳入汽車(chē)內(nèi)部的能量多于汽車(chē)系統(tǒng)內(nèi)部所消耗的能量，汽車(chē)內(nèi)部的系統(tǒng)就會(huì)持續(xù)作增幅振動(dòng)，等到傳入汽車(chē)系統(tǒng)的能量與其消耗的能量達(dá)到一種動(dòng)平衡的狀態(tài)時(shí)才會(huì)停止。此時(shí)車(chē)輪就會(huì)在一個(gè)不變的振幅下持續(xù)不斷保持振動(dòng)，這樣就形成擺振。這種情況下的振動(dòng)頻率在大體上會(huì)和該系統(tǒng)原本就有的頻率相接近而且此時(shí)和車(chē)輪此時(shí)的轉(zhuǎn)速相比并不一致，此現(xiàn)象可能會(huì)發(fā)生在一定的車(chē)速范圍之內(nèi)，此范圍比較大。在一般情況下，汽車(chē)在較低的車(chē)速下行駛時(shí)發(fā)生的擺振通常是屬于自激振動(dòng)型。這種情況下轉(zhuǎn)向輪發(fā)生擺振的頻率和汽車(chē)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速相比是一致的，這時(shí)的共振車(chē)速很明顯，共振車(chē)速的范圍可能比較?。?～5km/h)。 3 轉(zhuǎn)向橋主要零件尺寸 轉(zhuǎn)向橋的前梁的斷面形狀一般是用工字形，這種形狀的前梁會(huì)讓前梁具有質(zhì)量最小的特點(diǎn)，而且此時(shí)這種前梁在垂向平面內(nèi)還有很大的剛度還有很高的強(qiáng)度。該前梁的工字形斷面上的各個(gè)尺寸的值見(jiàn)圖 3-1，在圖中用虛線(xiàn)繪制出的斷面是前梁的當(dāng)量斷面。 圖 3-1 前梁工字型斷面尺寸關(guān)系的推薦值 該前梁斷面在垂直方向上的彎曲截面系數(shù) Wv 和在水平方向上彎曲截面系數(shù) Wh 用下面的公式可以近似的求出: v W =20a3 h W =5.5a3 該式中：a--前梁的工字形斷面的中間一部分的尺寸，見(jiàn)圖 3-1 （3-1） （3-2） 在這次設(shè)計(jì)之中有時(shí)為了可以提前選出轉(zhuǎn)向橋的前梁在轉(zhuǎn)向橋板簧座位置處的彎曲截面系數(shù) Wv，計(jì)算時(shí)可以用經(jīng)驗(yàn)公式： Wv =ml / 2200 該式中：m--汽車(chē)質(zhì)量分配在轉(zhuǎn)向橋前梁上的質(zhì)量，kg； l--前橋車(chē)輪的中線(xiàn)到板簧座的中線(xiàn)之間的距離，cm； 2200--上式中計(jì)算所需的系數(shù)，kg·cm-2。 (3-3) 從轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)的任務(wù)書(shū)給出的初始參數(shù)中可得知該貨車(chē)的前輪輪距 B=1810mm ；取該貨車(chē)前橋的簧上質(zhì)量m=2360kg ，并且初步選擇的前橋的兩板簧座的中心之間的距離s=880mm ，所以可以求出： l=(1810-880)/2 =465mm 把數(shù)據(jù)代入公式（3-3)之中，可以求得： v W =2360 ′ 46.5/2200 =48.88cm3=49880mm3 再把數(shù)據(jù)代入公式（3-1）之中，可以求出: v W =20a3 =49880mm3 根據(jù)上面兩個(gè)公式可以求出： a=13.56mm ，所以a=l5mm ,故 v W =20a3 =67500mm3 h W =5.5a3 =18562.5mm3 轉(zhuǎn)向橋前梁的拳部在高度上和轉(zhuǎn)向橋前梁的工字形斷面的高度基本上差不多，在選擇主銷(xiāo)的直徑時(shí)，其值的選取范圍為轉(zhuǎn)向橋前梁的拳部高度的 0.35～0.45 倍。主銷(xiāo)的上、下兩處的滾動(dòng)軸承的長(zhǎng)度在選取時(shí)的范圍是主銷(xiāo)直徑的 1.25～1.50 倍。 這次設(shè)計(jì)是東風(fēng) EQ1090E 型貨車(chē)轉(zhuǎn)向橋總成的設(shè)計(jì)，其中的一部分參數(shù)是： 汽車(chē)的前軸軸荷：2360kg； 整輛汽車(chē)質(zhì)心高度：845mm； 前輪的滾動(dòng)半徑：229mm。 這次設(shè)計(jì)的計(jì)算主要有前梁的應(yīng)力、轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力、主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的應(yīng)力、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承和止推墊片的應(yīng)力，這些部件的計(jì)算都分為制動(dòng)和側(cè)滑兩種工況。在繪制下列計(jì)算時(shí)需要使用簡(jiǎn)圖的時(shí)候可以大體上認(rèn)為車(chē)輪的各個(gè)定位角大小為零，所繪制的圖如圖 （3-2）: 圖 3-2 轉(zhuǎn)向橋在制動(dòng)和側(cè)滑工況下得受力分析簡(jiǎn)圖 （a）在制動(dòng)工況下的轉(zhuǎn)向橋的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖；（b）在側(cè)滑工況下轉(zhuǎn)向橋的彎矩圖 4 非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋前梁應(yīng)力計(jì)算 4.1 前梁在制動(dòng)工況下的應(yīng)力計(jì)算 在汽車(chē)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)候，前輪會(huì)受到一個(gè)制動(dòng)力 Pr 和一個(gè)垂向力 Z1，并且會(huì)把這兩個(gè)力傳到前梁上，這樣就會(huì)使前梁受到轉(zhuǎn)矩和彎矩的作用。又因?yàn)槠?chē)在制動(dòng)的時(shí)候汽車(chē)的總體質(zhì)量可能會(huì)向前方移動(dòng)使前輪受到更大的載荷，所以地面對(duì)汽車(chē)前輪的力即垂向反力也會(huì)變大，可用下面的公式計(jì)算： Z1=G1m1'/2=23600 ′ 1.5/2 =17700N (4-1) 該式中：G1--在汽車(chē)處于滿(mǎn)載的狀況下停放在水平路面上時(shí)汽車(chē)前橋?qū)Φ孛娴妮d荷； m1?--在汽車(chē)處于制動(dòng)工況下其對(duì)前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，該系數(shù)范圍為 1.4～1.7。汽車(chē)前輪在制動(dòng)時(shí)收到的制動(dòng)力用下面的公式可求出： Pr =Z1φ=17700 ′ 1.0 =17700N (4-2） 該式中：φ--汽車(chē)的車(chē)輪輪胎和路面之間的附著系數(shù)。 作用在前梁的其中一個(gè)力 Z1 會(huì)在前梁上引起一個(gè)垂向彎矩 Mv，并且另一個(gè)力 Pr 會(huì)在前梁上引起一個(gè)水平彎矩 Mh，這兩個(gè)彎矩在前梁上的兩個(gè)鋼板彈簧座之間的某個(gè)位置會(huì)達(dá)最大值，這兩個(gè)彎矩可分別計(jì)算出來(lái)： M v = (Z1-gw ) l2 =(Z1-gw ) B-S = (17700-980) 2 1810-880 2  =7774800N·mm (4-3) M =Pl =Z B-S =17700 ′ 1810-880 =8230500N·mm (4-4) h r 2 1 2 2 該式中：l2--前輪的輪胎中線(xiàn)至與其接近的板簧座中線(xiàn)之間的距離，mm； gw--汽車(chē)車(chē)輪（其中包括輪轂、制動(dòng)器等結(jié)構(gòu)）的重力，N； B--汽車(chē)的前輪輪距，mm； S--前橋上兩個(gè)板簧座的中線(xiàn)之間的距離，mm。 因?yàn)樵谥苿?dòng)時(shí)，存在著制動(dòng)力 Pr，所以在前梁上主銷(xiāo)孔和鋼板與何其相近的彈簧座之間的位置會(huì)有一個(gè)轉(zhuǎn)矩 T，計(jì)算為: T =Prrr =17700 ′ 229 =4053300N·mm (4-5) 該式中：rr--汽車(chē)在行駛時(shí)輪胎的滾動(dòng)半徑。 從圖 3-2 中的 a 部分可以看出，前梁的危險(xiǎn)斷面在前梁上的鋼板彈簧座附近。這個(gè)位置的彎曲應(yīng)力 σw 以及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 τ 分別可以用下面的公式求出： σ = Mv + Mh = 7774800 + 8230500 =558.58MPa (4-6) w Wv Wh 67500 18562.5 τ = T = WT T Jk / δmax = 4053300 =385.34MPa (4-7) 10518.75 該式中：WT--轉(zhuǎn)向橋前梁在其危險(xiǎn)斷面的位置處的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)，mm； σmax--轉(zhuǎn)向橋前梁的橫斷面中的最厚的地方的厚度，mm； k Jk--轉(zhuǎn)向橋前梁橫截面位置處的極慣性矩，對(duì)于橫斷面為工字形的斷面。Jk 的計(jì)算公式為： J =0.4? hδ3mm4 h--前梁的工字形斷面，其矩形元素的比較長(zhǎng)的一條邊的長(zhǎng)度，mm； δ--前梁的工字形斷面，其矩形元素的比較短的一條邊的長(zhǎng)度，mm。 在前梁上各個(gè)應(yīng)力的許用值為分別為[σw ]=558.58MPa ；[τ]=385.34MPa 。 前梁在制造時(shí)使用中碳鋼或者中碳合金鋼作為材料都可以，比如 45，30Cr,40Cr 等， 前梁的硬度應(yīng)該在 241～285HB 這個(gè)范圍。 4.2 前梁在側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 如果汽車(chē)在行駛時(shí)只受到側(cè)向力的作用，那么汽車(chē)左、右連個(gè)前輪受到地面對(duì)車(chē)輪的垂向反力 Z1L、Z1R 就不會(huì)相等，不僅如此，其側(cè)向反力 Y1L、Y1R 也不會(huì)相等，所以可以用下面的公式計(jì)算出前輪受到的來(lái)自地面的反力，計(jì)算過(guò)程如下： G1 Z1L= （1+ 2 2hgφ1 )= B1 23600 ′（1+ 2 ′ 845 ′ 1.0 2 1810  ）=22817.68N (4-8) G1 Z1R= （1- 2 2hgφ1 )= B1 23600 ′（1- 2 ′ 845 ′ 1.0 2 1810  ）=782.32N (4-9) Y = G1（1+ 2hgφ1 )φ = 23600 ′（1+ 2 ′ 845 ′ 1.0 ）′ 1.0 =22817.68N (4-10) 1L 2 B1 1 2 1810 1 Y = G1（1- 2hgφ1 )φ = 23600 ′（1- 2 ′ 845 ′ 1.0 ）′ 1.0 =782.32N (4-11) B 1R 2 1 2 1810 該式中：G1--當(dāng)汽車(chē)靜止在水平路面上的時(shí)候，汽車(chē)前橋所受到的負(fù)荷，N； B1--汽車(chē)前橋的兩輪之間的輪距，mm； hg--整輛汽車(chē)的質(zhì)心高度，mm； φ1--汽車(chē)輪胎和路面之間在側(cè)方向的附著系數(shù)。一般情況下φ1 = 1.0 。 行駛中的汽車(chē)如果發(fā)生側(cè)滑，前橋上的左、右兩側(cè)的鋼板彈簧在垂直方向上對(duì)前梁各有一個(gè)作用力，通過(guò)計(jì)算可得出： T1L =0.5G1'+G1φ1(hg -rr')/S=0.5 ′ 23600+23600 ′ 1.0 ′ (845-200)/880=29097.7N T1L =0.5G1'-G1φ1(hg -rr')/S=0.5 ′ 23600-23600 ′ 1.0 ′ (845-200)/880=29097.7N 該式中：G1?--在滿(mǎn)載的情況下汽車(chē)給前橋的在垂直方向的載荷，N； (4-12) (4-13) rr?--轉(zhuǎn)向橋上的板簧座位于上方表面和地面之間的距離，mm； S--轉(zhuǎn)向橋的兩個(gè)板簧座的中心面之間的距離，mm 在發(fā)生側(cè)滑的情況下，汽車(chē)的左、右前輪的輪轂的內(nèi)側(cè)軸承和外側(cè)軸承都有一個(gè)徑向力，用下面的公式可以計(jì)算： S = rr Y 1L- b Z1L = 229 ′ 22817.68- 20 ′ 22817.68 =110904.54N (4-14) 1L a+b a+b 23+20 23+20 S = rr Y 1L+ a Z1L = 229 ′ 22817.68+ 20 ′ 22817.68 =132130.29N (4-15) 2L a+b a+b 23+20 23+20 S = rr Y 1R+ b Z1R = 229 ′ 782.32+ 20 ′ 782.32 =3802.44N (4-16) 1R a+b a+b 23+20 23+20 S = rr Y 1R- a Z1R = 229 ′ 782.32- 20 ′ 782.32 =4530.18N (4-17) 2R a+b a+b 23+20 23+20 該式中：rr--在行駛時(shí)，汽車(chē)輪胎滾動(dòng)的滾動(dòng)半徑，mm； a--S1L、S1R 和與之距離比較近的車(chē)輪的中線(xiàn)之間的長(zhǎng)度，mm； b--S2L、S2R 和與之距離比較近的車(chē)輪的中線(xiàn)之間的長(zhǎng)度，mm。 由前面求出的 S1L、S1R、S2L、S2R，可以得到與這些力相平衡支承反力。根據(jù)前面的這些力和 T1L、T1R，可繪制出圖 3-2 中的 b 處彎矩圖。從這個(gè)彎矩圖中可以看出，在前梁上有最大彎距，并且在其中的一側(cè)發(fā)生在圖上的Ⅰ─Ⅰ剖面處；而另一側(cè)則發(fā)生在圖上的Ⅱ─ Ⅱ剖面處，這兩處的最大彎矩可以用下面的公式計(jì)算求出： M =Y r -Z l =22817.68 ′ 229-22817.68 ′ 99=5.23 ′ 106N × mm (4-18) Ⅰ─Ⅰ 1L r 1L 1 M =Z l +Y r =782.32 ′ 465+782.32 ′ 229=5.43 ′ 105N × mm (4-19) Ⅱ─Ⅱ 1R 2 1R r 該式中：M--彎矩，N·mm； Z1L、Z1R--汽車(chē)左、右兩個(gè)前輪受到的地面對(duì)車(chē)輪的垂直方向上的反力，N； Y1L、Y1R--汽車(chē)左、右兩個(gè)前輪受到的地面對(duì)車(chē)輪的側(cè)方向上的反力，N。 5 轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算 從圖 5-1 中可以看出，這個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)斷面是在一個(gè)軸徑尺寸為 d1 的輪軸根部，就是圖上的Ⅲ─Ⅲ剖面處： 圖 5-1 轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷(xiāo)及轉(zhuǎn)向襯套的計(jì)算用圖 5.1 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)工況下應(yīng)力計(jì)算 在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向節(jié)在位于Ⅲ─Ⅲ剖面處的轉(zhuǎn)向節(jié)軸徑只會(huì)受到受垂向彎矩 Mv 以及另一個(gè)水平彎矩 Mh，它不會(huì)受到轉(zhuǎn)矩，因?yàn)榇藭r(shí)制動(dòng)力矩的傳遞過(guò)程不會(huì)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸，而是通過(guò)制動(dòng)底板直接傳遞到轉(zhuǎn)向節(jié)上的安裝平面之上。所以可以通過(guò)以下兩個(gè)公式算出 Mv 及 Mh。 M =(Z -g )l =(17700-980) ′ 48.5 =8.11×105N·mm (5-1) v 1 w 3 M =Z φl(shuí) = G m 'l =17700 ′ 1.0 ′ 48.5 =8.58×105N·mm (5-2) h 1 3 2 1 3 該式中：Z1--前輪所承受的地面垂向反力，N； φ--輪胎與路面的附著系數(shù)； l3--輪胎中心線(xiàn)至Ⅲ─Ⅲ剖面間的距離。 在Ⅲ─Ⅲ這個(gè)剖面位置處的合成彎曲應(yīng)力 σw 通過(guò)計(jì)算得： σ = = = (5-3) 1 w w 0.1d 3 0.1 ′ 353 該式中：d1--轉(zhuǎn)向節(jié)輪軸根部軸徑，mm。因?yàn)?σw<[σw]，所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 轉(zhuǎn)向節(jié)在制造的時(shí)候可以使用 30Cr，40Cr 等中碳合金鋼作為材料，它的心部硬度的范圍為 241～285HB，淬火方式為高頻淬火，在淬火之后的它的表面硬度范圍為 57～ 65HRC，并且硬化層深在 1.5～2.0mm 之間。在輪軸的根部應(yīng)該是圓角，此處用滾壓處理。 5.2 轉(zhuǎn)向節(jié)在側(cè)滑工況下應(yīng)力計(jì)算 1L r 1L 3 在汽車(chē)側(cè)滑時(shí)，轉(zhuǎn)向橋左、右兩側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)斷面在Ⅲ─Ⅲ處，這兩個(gè)地方的彎矩是不等的，它們的值可以通過(guò)下面兩個(gè)公式求出： M L Ⅲ─Ⅲ M R Ⅲ─Ⅲ =Y r -Z l =22817.68 ′ 229-722817.68 ′ 48.5 =4.12×106N·mm (5-4) 1R 3 1R r =Z l +Y r =782.32 ′ 48.5+782.32 ′ 229 =2.17×105N·mm (5-5) 轉(zhuǎn)向橋左、右兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)在Ⅲ─Ⅲ處的彎曲應(yīng)力可求出： σw1 = M L Ⅲ─Ⅲ w = Z1Ll3 -Y1Lrr 1 0.1d 3 = 22817.68 ′ 229-22817.68 ′ 48.5 =906.6MPa (5-6) 0.1 ′ 353 σw1 = M R Ⅲ─Ⅲ w = Z1Rl3 +Y1R rr 1 0.1d 3 = 782.32 ′ 229+782.32 ′ 48.5 =50.6MPa (5-7) 0.1 ′ 353 因?yàn)樵谧笥覂蓚?cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)Ⅲ─Ⅲ在處的 σw1 均是σw1 <[σw]，所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 6 主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的應(yīng)力計(jì)算 在汽車(chē)制動(dòng)和發(fā)生側(cè)滑的時(shí)候，在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套的中點(diǎn)，即與輪軸中心線(xiàn)相距分別為 c，d 的兩點(diǎn)處，在側(cè)向平面(圖 5-1(b))和縱向平面（圖 5-1(c)）內(nèi)，對(duì)主銷(xiāo)作用有垂直其軸線(xiàn)方向的力[4]。 6.1 主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動(dòng)工況下的應(yīng)力計(jì)算 由地面對(duì)前輪的垂向支承反力 Z1 引起的力矩 Z1l1，會(huì)由位于通過(guò)主軸線(xiàn)的側(cè)平面內(nèi)并且在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)處垂直地作用于主銷(xiāo)的力 QMZ 所形成的力偶 QMZ(c+d)所平衡[5]， 所以有： Q = Z1l1 = 17700 ′ 99 =18065N (6-1) MZ (c+d ) 48.5+48.5 制動(dòng)力矩 Prrr 會(huì)由位于縱向平面內(nèi)作用于主銷(xiāo)的力 Qmr 所形成的力偶 Qmr(c+d)來(lái)平衡， 所以有： Qmr =Prrr /(c+d )=Z1rrr /(c+d )=17700 ′ 1.0 ′ 229/(48.5+48.5) =41786.6N (6-2) 而作用于主銷(xiāo)的制動(dòng)力 Pr 則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)出作用的主銷(xiāo)的力 Qru、Qrl 所平衡，且有: Q = Prd = 17700 ′ 48.5 =8850N (6-3) ru (c+d ) 48.5+48.5 Q = Prc = 17700 ′ 48.5 =8850N (6-4) rl (c+d ) 48.5+48.5 由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖可知，制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向橫拉桿的作用力 N 為: N = Prl1 = 17700 ′ 99 =15237.4N (6-5) l5 115 此作用力 N 在側(cè)向平面內(nèi)并且和輪軸中心線(xiàn)的垂直距離為 l4，如果將 N 的著力點(diǎn)移到主銷(xiāo)中心線(xiàn)和輪軸中心線(xiàn)交點(diǎn)位置處，就需對(duì)主銷(xiāo)作用一個(gè)側(cè)向力矩 Nl4。力矩 Nl4，由位于側(cè)向平面內(nèi)并作用于主銷(xiāo)的力偶 QMZ(c+d)所平衡，故有: Q = Nl4 = 15237.4 ′ 99 =15551.6N (6-6) MN (c+d ) 48.5+48.5 而力 N 則在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)處作用于主銷(xiāo)的力 QNu，QNl 所平衡，且有: Q = Nd = 15237.4 ′ 48.5 =7613.7N (6-7) Nu (c+d ) 48.5+48.5 Q = Nc = 15237.4 ′ 48.5 =7613.7N (6-8) Nl (c + d ) 48.5+48.5 如圖 5-1，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套處的中點(diǎn)作用在主銷(xiāo)上的合力 Qu 和在下襯套處的中點(diǎn)作用在主銷(xiāo)上的合力 Ql 分別為: Qu = = =41964N (6-9) Ql = = =120871N (6-10) 由上兩式得知，在汽車(chē)制動(dòng)工況下，主銷(xiāo)的最大載荷發(fā)生在轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套處中點(diǎn)上， 大小為Ql =120781N 。 6.2 主銷(xiāo)與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 在側(cè)滑工況下僅有在側(cè)向平面內(nèi)起作用的力以及力矩，并且作用于左、右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)上的力 QMZ 是不相等的，他們可以分別按下式求得： QMZL = Z1Lrr -Y1Ll1 c+d = 22817.68 ′ 229-22817.68 ′ 99 =30580.40N (6-11) 48.5+48.5 Q = Z1Rrr-Y 1Rl1 = 782.32 ′ 314-782.32 ′ 99 =1048.47N (6-12) MZR c+d 48.5+48.5 該式中：Z1L、Z1R--汽車(chē)左、右前輪所承受的地面對(duì)汽車(chē)垂向反作用力，N； Y1L、Y1R--左、右前輪承受地面的側(cè)向反力，N； l1--輪胎中心線(xiàn)至主銷(xiāo)軸線(xiàn)的距離，mm； rr---輪胎的滾動(dòng)半徑，mm。 取 Q1、QMZL、QMZR 中最大的作為主銷(xiāo)的計(jì)算載荷 Qj，則Qj = 120871N 計(jì)算主銷(xiāo)在前梁拳部下端處的彎曲力 σw 和剪應(yīng)切力 τs： σW = Qjh 0 0.1d 3 = 120871 ′ 21 =1836MPa (6-13) 0.1 ′ 243 τ = 4Qj = 4 ′ 120871 =267MPa (6-14) 0 s πd 2 3.14 ′ 242 該式中：d0--主銷(xiāo)直徑，mm； h--轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)至前梁拳部下端面的距離，mm。 主銷(xiāo)的許用應(yīng)力彎曲力[σw ]=1836MPa ；許用剪切應(yīng)力[τs]=267MPa 。 主銷(xiāo)用 20Cr，20CrNi，20CrMnTi 等低碳合金鋼來(lái)制造，經(jīng)滲碳淬火，滲碳層深為 1.0～ 1.5mm，硬度為 56～62HRC。 轉(zhuǎn)向襯套的擠壓應(yīng)力 σc 為： σ = Qj = 120871  =37MPa (6-15) c ld 136 ′ 24 0 該式中：l--襯套長(zhǎng)，mm。 轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的許用擠壓應(yīng)力為[σc]=37MPa 。 在靜載荷下，上式的計(jì)算載荷 Qj ?。篞j=QMZ =18065N 故：  (6-16) σ = Qj = 18065  =5.5MPa 0 c ld 136 ′ 24 此時(shí)取[σc]=5.5MPa 。 7 推力軸承和止推墊片的計(jì)算 計(jì)算時(shí)首先要確定推力軸承和止推墊片的當(dāng)量靜載荷。 7.1 推力軸承的計(jì)算 對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承進(jìn)行計(jì)。據(jù)文獻(xiàn)推薦取汽車(chē)以等速va =40km/h 的速度、沿半徑為 R=50m 或以va =20km/h 的速度，沿半徑為 R=12m 的圓周行駛的工況作為計(jì)算的工況。如果汽車(chē)向右轉(zhuǎn)彎則其前外輪即前左輪的地面垂向反力 Z1L 增大。如式（4-8）所示，該公式亦可表達(dá)為： G1 2hg v2 Z = [1+( )( a )] (7-1) 1L 2 B1 Rg 將上述計(jì)算工況的 va、R 等的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（7-1）之中，并假設(shè)hg /B=0.5 ，則有： Z1L =1.25G1 /2=0.625G1 可以近似地認(rèn)為推力軸承的軸向載荷 F 等于上述對(duì)前輪作用的地面垂向反力，故有： Fa =0.6256G1=0.625 ′ 23600 =14750N (7-2) 由于轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承會(huì)在工作中的相對(duì)轉(zhuǎn)角不大以及軸承滾道圈破壞會(huì)帶來(lái)很大的 危險(xiǎn)性，軸承的選擇應(yīng)按其靜承載容量 C0 進(jìn)行，此時(shí)取當(dāng)量靜載荷 P0 為[6]： P0 = (0.5~0.33) C0 此時(shí)取系數(shù) 0.4， P0 =Fa =14750N ，代入式(7-3)得： C0 =P0 /0.4=14750/0.4 =36875N (7-3) 通過(guò)相關(guān)書(shū)籍查閱止推軸承的標(biāo)準(zhǔn)，可選用規(guī)格為 51209 的止推軸承，由于其靜承載容量C=83.8kN ，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 7.2 轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計(jì)算 如果用青銅止推墊片來(lái)代替轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承，在汽車(chē)滿(mǎn)載的情況下，止推墊片的靜載荷可以取為[7]： F = G1 = 23600 =11800N (7-4) a 2 2 這時(shí)止推墊片的擠壓力為： σc = 4Fa π(D2 -d 2 ) = 4 ′ 11800 3.149 ′ (652 -482 ) =7.8MPa (7-5) 該式中：d，D--止推墊片的內(nèi)、外徑。 通常取[σc] ￡ 30MPa ，故滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 顯然δc =7.8MPa<[δc]=30MPa ，該止推墊片符合其強(qiáng)度校核要求。 8 轉(zhuǎn)向橋定位參數(shù) 轉(zhuǎn)向橋除了能夠讓汽車(chē)轉(zhuǎn)向，還能夠讓發(fā)生轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正的，用以保證汽車(chē)在直線(xiàn)行使時(shí)的穩(wěn)定。即轉(zhuǎn)向輪如果偶然間受到一個(gè)外力，在這個(gè)力的作用下發(fā)生偏移， 當(dāng)外力消失的時(shí)候，轉(zhuǎn)向輪的位置會(huì)立刻自動(dòng)回到汽車(chē)在直線(xiàn)行使時(shí)所處的位置。轉(zhuǎn)向輪的這種自動(dòng)回正功能是通過(guò)其定位參數(shù)來(lái)保證的，所以轉(zhuǎn)向輪、主銷(xiāo)和前梁之間在安裝應(yīng)該有一定的相對(duì)位置。這些用來(lái)保證轉(zhuǎn)向的定位參數(shù)有四項(xiàng)，它們分別是主銷(xiāo)后傾角、主銷(xiāo)內(nèi)傾角、前輪外傾角和前輪前束。 8.1 主銷(xiāo)后傾角 在進(jìn)行汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)的時(shí)候，其主銷(xiāo)在汽車(chē)的縱向平面內(nèi)，并且它的上部還會(huì)有一個(gè)向后的傾角 γ，也就是在汽車(chē)的縱向平面內(nèi)主銷(xiāo)軸線(xiàn)和與地面相垂直的直線(xiàn)之間的夾角， 就像圖 8-1 所標(biāo)注的一樣[8]： 8-1 主銷(xiāo)后傾角作用示意圖 主銷(xiāo)后傾角 γ 能夠形成回正的穩(wěn)定力矩[9]。當(dāng)主銷(xiāo)具有后傾角時(shí)，主銷(xiāo)軸線(xiàn)和路面所在平面之間的交點(diǎn) a 將會(huì)處在這個(gè)車(chē)輪和路面之間接觸點(diǎn) b 的前方，就如圖 8-1 所表示的一樣。一個(gè)正在直線(xiàn)行駛的汽車(chē)，在偶然間受到一個(gè)作用在其轉(zhuǎn)向輪上的外力時(shí)，它就會(huì)在行使方向上向外力的方向偏轉(zhuǎn)。這個(gè)時(shí)候，汽車(chē)本身會(huì)受到一個(gè)離心力，為了防止車(chē)輛側(cè)滑，就要有一個(gè)路面對(duì)車(chē)輪作用的側(cè)向反力 Fy 來(lái)平衡，作用點(diǎn)在車(chē)輪與路面之間的接觸點(diǎn) b 處。反力 Fy 會(huì)使車(chē)輪形成一個(gè)繞主銷(xiāo)軸線(xiàn)作用的力矩 FyL，這個(gè)力矩的方向和車(chē)輪發(fā)生偏移的方向剛好相反[10]。因?yàn)樵摿氐拇嬖冢诜较蛏习l(fā)生偏移的車(chē)輪會(huì)回到其發(fā)生偏移前的位置，這樣就保證了汽車(chē)在直線(xiàn)行駛的時(shí)候可以比較穩(wěn)定，所以這個(gè)力矩可以被稱(chēng)為穩(wěn)定力矩。但這個(gè)穩(wěn)定力矩不應(yīng)該過(guò)大。否則在真正需要轉(zhuǎn)向的時(shí)候，為了克服這個(gè)使 汽車(chē)穩(wěn)定的穩(wěn)定力矩，汽車(chē)駕駛員往往需要向轉(zhuǎn)向盤(pán)上施加一個(gè)更大的力，這樣就會(huì)造成轉(zhuǎn)向困難[11]。因?yàn)榉€(wěn)定力矩的大小和力臂 L 的大小有關(guān)，而力臂 L 的大小又和后傾角 γ 的大小有關(guān)。所以 γ 角的范圍一般是 2°～3°?，F(xiàn)在高速汽車(chē)的輪胎由于氣壓相對(duì)降低，并且其彈性也相對(duì)增加，是得這樣的汽車(chē)穩(wěn)定性明顯增大。因此，主銷(xiāo)后傾角 γ 可以減小，它的大小可以接近零，甚至為負(fù)值也可以[12]。本設(shè)計(jì)采用主銷(xiāo)后傾角為 2°30?。 8.2 主銷(xiāo)內(nèi)傾角 在進(jìn)行汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)時(shí)，主銷(xiāo)位于汽車(chē)的橫向平面內(nèi)，在該平面內(nèi)主銷(xiāo)的軸線(xiàn)和地面垂直線(xiàn)之間會(huì)有一個(gè)夾角 β，這個(gè)角被稱(chēng)為主銷(xiāo)內(nèi)傾角，就如圖 8-2 所表示的： 8-2 主銷(xiāo)內(nèi)傾角作用示意圖及車(chē)輪外傾角 主銷(xiāo)內(nèi)傾角 β 也可以讓汽車(chē)車(chē)輪自動(dòng)回正。如圖 8-2 所示，在外力的作用下，轉(zhuǎn)向輪會(huì)從中間位置偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，就像圖中虛線(xiàn)位置表示的一樣，汽車(chē)車(chē)輪的最低點(diǎn)可能會(huì)陷入到路面的下方。實(shí)際上汽車(chē)車(chē)輪是不可能陷入路面下面的，車(chē)輪可能會(huì)使轉(zhuǎn)向車(chē)輪和汽車(chē)前部都升高一定的高度。因此，在汽車(chē)的自重作用下，轉(zhuǎn)向輪會(huì)回到其原來(lái)所處的中間位置。 除此之外，主銷(xiāo)內(nèi)傾角可能還會(huì)使主銷(xiāo)軸線(xiàn)和路面之間的交點(diǎn)到與車(chē)輪中心平面和地面之間的交線(xiàn)之間的距離 c 減?。▓D 8-2），從而使駕駛員用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上用于使汽車(chē)轉(zhuǎn)向的力減小，使得進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作更輕松，同時(shí)也會(huì)使從汽車(chē)轉(zhuǎn)向輪上作用到其轉(zhuǎn)向盤(pán)上的沖擊力減小。但是 c 的值也不應(yīng)該太小，否則汽車(chē)在轉(zhuǎn)向的時(shí)候，輪胎與路面之間會(huì)發(fā)生不小的滑動(dòng)，因此還會(huì)使路面對(duì)輪胎的摩擦阻力增大。這時(shí)汽車(chē)在轉(zhuǎn)向的時(shí)候很比較困難，并且其輪胎的磨損速度也會(huì)加快。因此，在選取內(nèi)傾角 β 時(shí)，其值不應(yīng)大于 8°，在本設(shè)計(jì)中內(nèi)傾角 β 采用的是 6°。 主銷(xiāo)內(nèi)傾角是在設(shè)計(jì)前梁的過(guò)程中保證的，通過(guò)機(jī)械加工來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，在加工時(shí)， 將前梁兩端主銷(xiāo)孔軸線(xiàn)上端向內(nèi)傾，就會(huì)形成內(nèi)傾角 β[13]。 8.3 前輪外傾角 除上述主銷(xiāo)后傾角和內(nèi)傾角兩個(gè)角度保證汽車(chē)穩(wěn)定直線(xiàn)行使外，前輪外傾角 α 也具有這個(gè)作用。外傾角 α 指的是通過(guò)前輪中心的汽車(chē)橫向平面和前輪平面的交線(xiàn)與地面垂線(xiàn)之間的夾角（如圖 8-2）[14]。如果在空車(chē)的時(shí)候汽車(chē)車(chē)輪的中心平面和路面相垂直，那么在汽車(chē)滿(mǎn)載的時(shí)候，汽車(chē)車(chē)橋因?yàn)槌惺芎艽蟮妮d荷可能會(huì)發(fā)生變形，從而使得車(chē)輪內(nèi)傾，此時(shí)輪胎的偏磨損會(huì)增加。另外，因?yàn)槁访鎸?duì)車(chē)輪的有一垂直反作用力，會(huì)增大輪轂外軸的負(fù)荷，會(huì)降低其使用壽命。因此，為了能夠讓汽車(chē)輪胎在磨損的時(shí)候比較均勻，并且使得輪轂外軸承的負(fù)荷能夠減小，車(chē)輪在設(shè)計(jì)時(shí)首先就應(yīng)該有一定外傾角，來(lái)使車(chē)輪內(nèi)傾不會(huì)發(fā)生。但是，在選取外傾角時(shí)也不可以過(guò)大，否則輪胎還是會(huì)發(fā)生偏磨損。 前輪外傾角是在轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計(jì)過(guò)程中確定的。在設(shè)計(jì)的時(shí)候使轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸的軸線(xiàn)和水平面之間有一定角度，這個(gè)角度就是前輪外傾角 α，一般上 α 的取值在 1°左右。 8.4 前輪前束 如果車(chē)輪有外傾角，車(chē)輪就會(huì)像滾錐一樣滾動(dòng)，兩側(cè)的車(chē)輪會(huì)向各自所處的一側(cè)的外側(cè)滾動(dòng)。