輕型載貨汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)【CA1021型】【非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋】

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To now had 10 colleges and 10 state-owned and private enterprises developing project or alone is expected to every year this product in China with 10 to 20 million speed development. Because of various aspects of electric to the study of investment, this product has come close to success, there have been some goods start loading test. In the auto electric steering product development embodies the characteristics of Chinas market economy competition, some colleges and enterprises, state, combine together, the private enterprise to battle the result of competition all aspects of accelerated development progress. Electric steering so called precise steering, which is in automotive steering process, the steering gear according to different speeds, steering wheel rotation and screw accurate offers all kinds of driving the best conditions, this is steering in computer (ECU) control to realize. Electric steering gear is under computer control of electric current implementation of the size of the change control, the realization of different steering. So it can accurately realize people at different speeds, predefined turning Angle need different steering.The development of the electric steering is mainly for hydraulic steering solve pure the biggest problem, a high speed FaPiao steering wheel, which is a big problem for the vehicle steering stability. Hydraulic steering although solved the vehicle steering light sexual problems, but a high speed, steering wheel is too light it caused a pilot FaPiao feeling. New steering pump although can achieve high speed steering pump flow can be decreased, but a high speed does not guarantee the engines driving in high speed rotating pump also working conditions. So cant completely solve the problem FaPiao car at high speed. Electric steering system can control power motors, reduce a high speed increases to hand power steering, FaPiao problems and solve high-speed, and relatively low cost. But because of the motor power, torque and size limit, so many small cars and van for light car. With the new electric steering structure research and development, the future will gradually extended to senior cars and trucks. Due to the existing outfit electric steering gear market, future potential market also relatively broad; The steering gear with low cost and popular by auto makers will.國(guó)內(nèi)外電動(dòng)轉(zhuǎn)向發(fā)展概況國(guó)外20 世紀(jì)80 年代以來(lái)在汽車(chē)上大力發(fā)展電動(dòng)轉(zhuǎn)向（EPS），已經(jīng)取得相當(dāng)大的成果，在輕微型轎車(chē)、廂式車(chē)上得到廣泛的應(yīng)用，并且每年以300 萬(wàn)臺(tái)的速度發(fā)展。隨著2000 年昌河汽車(chē)之北斗星廂式車(chē)安裝電動(dòng)轉(zhuǎn)向器，掀開(kāi)我國(guó)汽車(chē)轉(zhuǎn)向器歷史上新的一頁(yè)。由于它在轉(zhuǎn)向方面明顯的優(yōu)越性，很受廣大客戶歡迎。最初組裝的200 臺(tái)電動(dòng)轉(zhuǎn)向試銷(xiāo)車(chē)很快被搶購(gòu)一空。這幾年正逐年增加安裝電動(dòng)轉(zhuǎn)向汽車(chē)的產(chǎn)量，今年將達(dá)到三萬(wàn)六千臺(tái)。正是由于北斗星汽車(chē)在國(guó)內(nèi)首裝電動(dòng)轉(zhuǎn)向，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)電動(dòng)轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)熱。到現(xiàn)在已有10 家大專院校和10 家國(guó)營(yíng)和民營(yíng)企業(yè)立項(xiàng)或獨(dú)自開(kāi)發(fā)該種產(chǎn)品，預(yù)計(jì)我國(guó)每年會(huì)以10-20 萬(wàn)臺(tái)速度發(fā)展。正是由于各方面電動(dòng)轉(zhuǎn)向研究的大量投入，該產(chǎn)品已接近成功，已有一部分產(chǎn)品開(kāi)始裝車(chē)調(diào)試。在汽車(chē)電動(dòng)轉(zhuǎn)向產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中充分體現(xiàn)了我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的特點(diǎn)，一些大專院校和企業(yè)相結(jié)合，國(guó)營(yíng)、民營(yíng)企業(yè)齊上陣，這種各方面競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果加快了開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。 電動(dòng)轉(zhuǎn)向所以稱之為“精確轉(zhuǎn)向”，就是在汽車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)程中，該轉(zhuǎn)向器根據(jù)不同車(chē)速、方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，準(zhǔn)確的提供各種行駛路況下的最佳轉(zhuǎn)向助力，這是在計(jì)算機(jī)（ECU）控制下實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)轉(zhuǎn)向器是在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)施對(duì)電機(jī)電流大小的變化控制，實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)向助力。所以它能精確的實(shí)現(xiàn)人們預(yù)先設(shè)置在不同車(chē)速、不同轉(zhuǎn)彎角度所需要的轉(zhuǎn)向助力。 電動(dòng)轉(zhuǎn)向的發(fā)展主要是針對(duì)解決純液壓助力轉(zhuǎn)向的最大難題，高速行駛時(shí)方向盤(pán)發(fā)飄，這是汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的一大課題。液壓助力轉(zhuǎn)向雖然解決了汽車(chē)轉(zhuǎn)向輕便性問(wèn)題，但高速行駛時(shí)方向盤(pán)太輕，就造成了駕駛員發(fā)飄的感覺(jué)。新型轉(zhuǎn)向油泵雖然可以作到高速轉(zhuǎn)向時(shí)油泵流量可以下降，但高速行駛時(shí)并不保證發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下的油泵亦處于高速轉(zhuǎn)動(dòng)工況。因此不能徹底解決汽車(chē)高速行駛發(fā)飄的問(wèn)題。電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可通過(guò)控制助力電機(jī)，降低高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向助力，增大轉(zhuǎn)向手力，解決高速發(fā)飄問(wèn)題，而且成本相對(duì)較低。但由于電機(jī)的功率、扭矩及尺寸的限制，故多用于輕微型轎車(chē)和廂式車(chē)。隨著新的電動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)研發(fā)，未來(lái)將逐步推廣到中高級(jí)轎車(chē)和卡車(chē)上。由于目前已有裝電動(dòng)轉(zhuǎn)向器的市場(chǎng)，未來(lái)潛在的市場(chǎng)也較廣大；該種轉(zhuǎn)向器成本較低，必將受到汽車(chē)廠家的歡迎。哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 0 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 輕型載貨汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 楊 永 佳 專 業(yè) 汽 車(chē) 設(shè) 計(jì) 與 制 造 班 級(jí) 1093211 學(xué) 號(hào) 1109321113 指 導(dǎo) 教 師 宋 立 偉 車(chē) 輛 工 程 系 二 一 三 年 十 月 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 0 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?。阂?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) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1 The design of the truck steering axle Abstract This design is Steering Axle for heavy trucks. 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 production 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 reliable 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 quality 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 caxa assembly drawing and parts are drawing. Key words: steering axle; positional parameters; knuckle; front axle；kingpin 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 0 目錄 摘 要 .1 1.汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋的概況 .3 1.1 汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋目前狀況 .3 1.1.1 汽車(chē)前橋的分類 .3 1.1.2 前橋各參數(shù)對(duì)汽車(chē)穩(wěn)定性的作用與影響 .3 1.2 從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式 .7 1.2.1 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu) .7 1.2.2 載重汽車(chē)從動(dòng)橋 .8 1.2.3 載重汽車(chē)從動(dòng)橋 .9 1.2.4 設(shè)計(jì)意義 .9 2.轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù) .10 2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 .10 2.2 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu)選擇 .10 2.3 確定前橋具體結(jié)構(gòu)型式 .10 3.前軸設(shè)計(jì) .11 3.1 前軸強(qiáng)度計(jì)算 .11 3.1.1 前軸受力分析簡(jiǎn)圖 .11 3.1.2 前軸載荷的計(jì)算（分三種工況分析 ） .12 3.2 前軸彎矩及扭矩計(jì)算 .13 3.2.1 前軸斷面分析圖 .14 3.2.2 各個(gè)斷面彎扭矩計(jì)算（分三種工況分析） .15 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1 3.3 斷面系數(shù)計(jì)算 .21 3.4 應(yīng)力計(jì)算 .23 3.5 前軸材料的許用應(yīng)力 .23 4.轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì) .23 4.1 截面系數(shù)計(jì)算 .24 4.2 彎矩計(jì)算 .24 4.3 應(yīng)力計(jì)算 .24 4.4 轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 .25 5.主銷(xiāo)設(shè)計(jì) .25 5.1 在汽車(chē)工況下計(jì)算 .26 5.2 在汽車(chē)側(cè)滑下計(jì)算 .27 6.轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .28 6.1 推力軸承和止推墊片計(jì)算 .28 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)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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2 參 考 文 獻(xiàn) .35 附 錄 .36 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3 第 1 章汽車(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 從動(dòng)橋即非驅(qū)動(dòng)橋，又稱從動(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) 角，稱為主銷(xiāo)內(nèi)傾角。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 4 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 3040mm。輕85 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 以內(nèi)?，F(xiàn)代轎車(chē)采用低壓寬斷面斜交輪胎，具有較大的彈性回正力3 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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 5 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 ，稱為車(chē)輪外傾角。此角約為 ，一般為 左5.101 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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 6 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 35mm，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，共振范圍較窄(35km/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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 7 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)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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 8 （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) (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 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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 9 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： 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?。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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 10 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 轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)參數(shù)參照 CA1021 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) 24250 11100 1800 1120 3025 540 720 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 主銷(xiāo)后 傾角 前輪外 傾角 a 前輪前 束 1330 1460 314 6 2 1 24 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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 11 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 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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 12 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) =0.7 制動(dòng)時(shí)前軸軸載質(zhì)量重新分配分配系數(shù) m1= = =1.34 （3-1）12Lhg1.5407 垂直反作用力：Z1l= Z 1r= =7437N21Gm034. 橫向反作用力：X1l=X 1r= =5205.9N （3-2）1 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=G1，為保證不橫向翻車(chē)，須使 V 滑V 翻 ，則有：gRVG 21 ，所以 ，得到 =0.822，取 =0.7hB21hgB211.28 （2）對(duì)車(chē)輪接地點(diǎn)取矩 垂直反作用力： Z = =8436N)1(1BgGl )46.1705(20 Z =2664N （3-3）)(21hl 橫向反作用力 Y1l =5905.2N )1(1BgG Y1r =1864.8N （3-4）21h 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 13 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）13875205.11 GZrl 載荷計(jì)算結(jié)果列表，如下表 3-2： 表 3-2 單位 N Z1 7437 緊急制動(dòng) X1 5205.9 Z1l 8436 Z1r 2664 Y1l 5905.2 側(cè)滑 Y1r 1864.8 越過(guò)不平路面 Z1 13875 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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 14 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 334 250 166 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 1MiZL 水平面內(nèi)彎矩 （3-6）Xi 上式中 Li 對(duì)應(yīng)與 A、B、C 斷面分別帶入 La、Lb、Lc、 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 15 鋼板彈簧外側(cè)扭矩 （3-7）1riMnXh 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 11ri(ZY)(h) （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）1iMZL 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 CM 2483958 1859250 123454.2 1738770.6 1301475 864179.4 緊急制動(dòng) Mn 926650.2 968297.4 1634652.6 側(cè)滑 450482.4 470728.8 -794671.2 越不平路 M4634250 3468750 2303250 3.3 斷面系數(shù)計(jì)算 AA 工字形斷面前軸 斷面簡(jiǎn)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 16 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) =47117.57N.mm （3-10）67376 331HhbBWI 2）水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) （3-11） mNBtht .7942016673132631 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 17 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)：Fiy1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 18 = （3-12）hBbttHtBt )()2/(*2/12/1*11 =29.3 H2=y2-t2=27.7 H1=h-h2=12.3 （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 15947.826.myJWxc上 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)： 432132131726. )(mhbyhByJxc8.29376yH 1 324816.07.myJxc下 33212896.)(mhtbtBW 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 19 （3-17） 5）抗扭斷面系數(shù) 由經(jīng)驗(yàn)公式得 （3-18 ）3 33323 218.74467)(9.18)0(1.3)()(467589218. )3467(.104760.)2(. 1.3)2047(6.16.mbBChHWntbBbBhHCB 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 20 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 94 B1 76 601t 13 13 3224 7.1604536.98mHbW 3334 4.209146. mbW 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 21 b 76 58 431 63 442t 13 13 t 13 42 h 37 40 H 66 70 52 斷面系數(shù)計(jì)算結(jié)果列表見(jiàn)表 3-6 表 3-6 單位： 3m A-A B-B C-CW 47117.57 59475.98 19378.7 79420.16 42816.86 16024.7n 28896.39 20910.34 3.4 應(yīng)力計(jì)算 一、汽車(chē)緊急制動(dòng)時(shí) 垂直面內(nèi)彎曲應(yīng)力 （3-21）WM 水平面內(nèi)彎曲應(yīng)力 （3-22） 合成應(yīng)力 （3-23）合 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）nWMmax 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 22 在矩形短邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 （3-25）max 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： 23合d （3-26 ） 二、汽車(chē)側(cè)滑時(shí) 垂直面彎曲應(yīng)力 WM 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： 表 3-7 單位： 28/10mN A-A B-B C-C 52.7 31.3 26.06 21.8 30.3 36.7max 33.5 31.8緊急制動(dòng) d 372.59 95.1 94.56 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 23 側(cè) 滑 9.6 7.9 -16.7 越不平路 58.36 81 9.7 3.5 前軸材料的許用應(yīng)力 一、材料：30Cr 調(diào)質(zhì)硬度 ： HB241281 ：800937)/(2mNb 二、許用應(yīng)力： bs)7.06(合 ss7.0 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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 24 計(jì)算所需作用力 、 、 按表 1-1 取值1ZX1Y 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 12.4578326dW （4-1） 4.2 彎矩計(jì)算 一、緊急制動(dòng)時(shí) （4-9.18542074320121 XZCM制 2） 二、側(cè)滑時(shí) 16854059861rY制 （4-3） 三、超越不平路面時(shí) 2750138CZM制 （4-4） 4.3 應(yīng)力計(jì)算 一、緊急制動(dòng) 6.3912.4578WM制 （4-5） 二、側(cè)滑時(shí) 5.3612.45780側(cè) （4-6） 三、越不平路面時(shí) 61.02.4578WM越 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 25 （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) 181549.99 39.66 側(cè) 滑 -1685450 -368.15 超越不平路 277500 60.61 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： s 2/980mNb )75.6.(bS 5 主銷(xiāo)設(shè)計(jì) 在制動(dòng)和側(cè)滑工況下，在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套的中點(diǎn)，即與輪軸中心線相 距分別為 c,d 的兩點(diǎn)處，在側(cè)向平面和縱向平面內(nèi)，對(duì)主銷(xiāo)作用有垂直其軸線 方向的力。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 26 5.1 在汽車(chē)制動(dòng)工況下的計(jì)算 地面對(duì)前輪的垂向支承反力 Z1 所引起的力矩 Z1l1,由位于通過(guò)主軸線的側(cè)平 面內(nèi)并在轉(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，故有 QMZ= = =7590 N (3-30)(1dclZ5.48.973 制動(dòng)力矩 Prrr 由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷(xiāo)的力 Qmr 所形成的力偶 Qmr（c+d）所平衡，故有 Qmr=Prrr/（c+d）=Z 1 rrr/ (c+d) =74371.0314/（48.5+48.5）=24074N (3-31) 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、Q rl 所平衡，且有 Qru= = =3718.5 N (3-32)(rdc5.48.73 Qrl= = =3718.5 N (3-33)(Pr. 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= = =6402 N (3-34)51rl9743 力 N 位于側(cè)向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為 l4，如將 N 的著力點(diǎn)移至主 銷(xiāo)中心線與輪軸中心線交點(diǎn)處，則需對(duì)主銷(xiāo)作用一側(cè)向力矩 Nl。力矩 Nl4，由 位于側(cè)向平面內(nèi)并作用于主銷(xiāo)的力偶 QMN（c+d）所平衡，故有 QMN= = =6534 N (3-35)(4dcNl5.8.9602 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 QNu= = =3201 N (3-36)(dc5.48.602 QNl= = =3201 N (3-37)(N. 由圖 3-3 可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點(diǎn)作用于主銷(xiāo)的合力 Qu 和在下襯套的中 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 27 點(diǎn)作用于主銷(xiāo)的合力 Ql 分別為 Qu= =22)()( ruMNuMZQ5.37184031654790 =23097.52 N (3-38) Ql= =22)()( rlMNlMZQ 22)5.371840()31654790 =32750.25N (3-39) 由上兩式可見(jiàn)，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 的中點(diǎn)處，其值計(jì)算所得到的 Ql。 5.2 在汽車(chē)側(cè)滑工況下的計(jì)算 僅有在側(cè)向平面內(nèi)起作用的力和力矩，且作用于左、右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)的力 QMZ 是不相等的，他們分別按下式求得： QMZL= )/(1dcrYlZL )5.48./()95031486( =21281.54N (3-40) QMZR= )/(1dcrYlZR )5.48./()91864326( =6721 N (3-41) 式中：Z 1L， Z1R汽車(chē)左、右前輪承受的地面垂向反作用力，N； l1輪胎中心線至主銷(xiāo)軸線的距離 mm; rr輪胎的滾動(dòng)半徑 mm; Y1L，Y 1R左、右前輪承受地面的側(cè)向反力，N； G1汽車(chē)靜止于水平路面時(shí)的前橋的軸荷，N； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 28 hg汽車(chē)質(zhì)心高度，mm; B1汽車(chē)前輪輪距，mm; 輪胎與路面的側(cè)向附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取 =1.0. 取 Ql, QMZL, QMZR 中最大的作為主銷(xiāo)的計(jì)算載荷 Qj,計(jì)算主銷(xiāo)在前梁拳部下 端處的彎曲力 w 和剪應(yīng)切力 s w= = =497.5 MPa (3-42)301.d hj 324.175 s= = =72.5 MPa (3-43)20 4Qj2. 式中:d 0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 w=413MPa;許用剪切應(yīng)力 s=66MPa。 主銷(xiāo)采用 20Cr,20CrNi,20CrMnTi 等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，滲碳層深 1.01.5mm,5662HRC 。 6.1 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 推力軸承計(jì)算 對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承，文獻(xiàn)推薦取汽車(chē)以等速 va=40km/h、沿半徑 R=50m 或 以 va=20km/h,沿半徑 R=12m 的圓周行使的工況作為計(jì)算工況。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。 汽車(chē)前橋的側(cè)滑條件為 P1=m1 Y 1L+Y1R=G1 1=m1g 1=820101.0=8200N (3-46)Rva 2 式中：P 1前橋所受的側(cè)向力，N； m1汽車(chē)滿載時(shí)的整車(chē)質(zhì)量分配給前橋的部分； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 29 R汽車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑，mm; va汽車(chē)行使速度， mm/s; g重力加速度，mm/s 2； Y1L、Y 1R地面給左、右前輪的側(cè)向反作用力，N； 1輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)； G1汽車(chē)滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷， N。 由上式可得 1= (3-47)gaR v2 Z1L= (3-48)(2 211gaBhG 將上述計(jì)算工況的 va、R 等的有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3-44), (3-45)式，并 hg/B=0.5, 則有 Z1L=1.25G1/2=0.625G1 可近似地認(rèn)為推力軸承的軸向載荷 F，等于上述前輪的地面垂向反力，即有 Fa=0.6256G1=0.6256150=3844 N (3-49) 鑒于轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承在工作中的相對(duì)轉(zhuǎn)角不大的及軸承滾道圈破壞帶來(lái)的 危險(xiǎn)性，軸承的選擇按其靜承載容量 C0 進(jìn)行，且取當(dāng)量靜載荷 P0 為： P0=（0.50.33）C 0 轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計(jì)算 當(dāng)采用青銅止推墊片代替轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承時(shí)，在汽車(chē)滿載情況下，止推墊 片的靜載荷可取為 Fa= = =3075 N (3-50)21G650 這時(shí)止推墊片的擠壓力為 c= =1 MPa (3-51)( 42dDa 式中：d；D止推墊片的內(nèi)、外徑。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 30 通常取 c30MPa 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 右轉(zhuǎn)向節(jié)臂/mm 128 左轉(zhuǎn)向節(jié)臂/mm 128 轉(zhuǎn)向橫拉桿/mm 922 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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 31 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)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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 32 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