汽車轉向系統(tǒng)的發(fā)展歷史及未來技術趨勢屈裕豐（合肥工業(yè)大學，機械汽車工程學院）摘要：轉向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)中必不可少的最基本的組成系統(tǒng)，駕駛者通過方向盤來操縱和控制汽車的行進方向，從而實現(xiàn)自己的駕駛意圖。一百多年來，汽車工業(yè)隨著機械和電子技術的發(fā)展而不斷前進。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機械意義上的汽車了，它是機械、電子、材料等學科的綜合產(chǎn)物。汽車轉向系統(tǒng)也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長時間的演變。本文介紹了汽車轉向系統(tǒng)的歷史及未來的技術發(fā)展趨勢。 關鍵詞：轉向系統(tǒng)；轉向器；液壓助力傳統(tǒng)的汽車轉向系統(tǒng)是機械式的轉向系統(tǒng)，汽車的轉向由駕駛員控制方向盤，通過轉向器等一系列機械轉向部件實現(xiàn)車輪的偏轉，從而實現(xiàn)轉向。隨著上世紀五十年代起，液壓動力轉向系統(tǒng)在汽車上的應用，標志著轉向系統(tǒng)革命的開始。汽車轉向動力的來源由以前的人力轉變?yōu)槿肆右簤褐?。液壓助力系統(tǒng) HPS（Hydraulic Power Steering）是在機械式轉向系統(tǒng)的基礎上增加了一個液壓系統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動機相連，當發(fā)動機啟動的時候，一部分發(fā)動機能量提供汽車前進的動能，另外一部分則為液壓系統(tǒng)提供動力。由于其工作可靠、技術成熟至今仍被廣泛應用。這種助力轉向系統(tǒng)主要的特點是液壓力支持轉向運動，減小駕駛者作用在方向盤上的力，改善了汽車轉向的輕便性和汽車運行的穩(wěn)定性行的穩(wěn)定性。但同時液壓助力系統(tǒng)也存在一些缺點： 在車輛設計制造完成后，車輛轉向的助力特性不能改變。直接后果是，當助力特性偏向于低速助力時，汽車在低速段可以得到很好的助力，但是在高速段需要有較好路感的時候，由于助力特性不能調節(jié)，使得駕駛者沒有較好的路感；當助力特性偏向于高速助力時，在低速段得不到很好的助力效果；即使車輛不轉向，液壓系統(tǒng)也必須在發(fā)動機的帶動下工作。其結果是，消耗發(fā)動機能量，增加油耗 ； 存在液壓油泄漏問題，不僅對環(huán)境造成污染，而且容易使其他部件損壞；在低溫下，液壓系統(tǒng)的工作性能比較差。 近年來，隨著電子技術在汽車中的廣泛應用，轉向系統(tǒng)中也愈來愈多地采用電子器件。轉向系統(tǒng)因此進入了電子控制時代，相應的就出現(xiàn)了電液助力轉向系統(tǒng)。電液助力轉向可以分為兩類 ：電動液壓助力轉向系統(tǒng)EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和電控液壓助力轉向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。電動液壓助力轉向系統(tǒng)是在液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的，與液壓助力系統(tǒng)不同的是，電動液壓助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動力來源不是發(fā)動機而是電機，由電機驅動液壓系統(tǒng)，節(jié)省了發(fā)動機能量，減少了燃油消耗。電控液壓助力轉向也是在傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)基礎上發(fā)展而來，它們的區(qū)別是，電控液壓助力轉向系統(tǒng)增加了電子控制裝置。電子控制裝置可根據(jù)方向盤轉向速率、車速等汽車運行參數(shù)，改變液壓系統(tǒng)助力油壓的大小，從而實現(xiàn)在不同車速下，助力特性的改變。而且電機驅動下的液壓系統(tǒng)，在沒有轉向操作時，電機可以停止轉動，從而降低能耗。雖然電液助力轉向系統(tǒng)克服了液壓助力轉向的一些缺點。但是由于液壓系統(tǒng)的存在，它一樣存在液壓油泄漏的問題，而且電液助力轉向系統(tǒng)引入了驅動電機，使得系統(tǒng)更加復雜，成本增加，可靠性下降。為了規(guī)避電液助力轉向系統(tǒng)的缺點，電動助力轉向系統(tǒng) EPS（Electric Power Steering）便應時而生。它與前述各種助力轉向系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，電動助力轉向系統(tǒng)中已經(jīng)沒有液壓系統(tǒng)了。原來由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的轉向助力由電動機來完成。電動助力式轉向系統(tǒng)一般由轉矩傳感器、微處理器、電動機等組成?；竟ぷ髟硎?：當駕駛者轉動方向盤帶動轉向軸轉動時，安裝在轉動軸上的轉矩傳感器便將轉矩信號轉化為電信號并傳送至微處理器，微處理器根據(jù)轉矩信號并結合車速等其他車輛運行參數(shù)，按照事先在程序中設定的處理方法得出助力電動機助力的方向和助力的大小。自 1988 年日本鈴木公司首次在其 Cervo 車上裝備該助力轉向系統(tǒng)至今，電動助力轉向系統(tǒng)己經(jīng)得到人們的廣泛認可。 助力轉向系統(tǒng)優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 電動助力轉向系統(tǒng)能在不同車速下提供不同的助力特性。在低速行駛時，增加轉向助力，使得轉向更加輕便 ；在高速行駛時減少轉向助力，甚至為了提高路感增加轉向阻尼。電動助力轉向系統(tǒng)只在轉向時電動機才工作，為轉向提供助力，因而能減少能耗。電動機由蓄電池供電，因此電動助力轉向系統(tǒng)可以在發(fā)動機不工作的情況下工作。電動助力轉向系統(tǒng)沒有液壓系統(tǒng)，與液壓助力系統(tǒng)相比，裝配自動化程度更高。而且電動助力轉向系統(tǒng)可以通過改變微處理器中的助力程序算法，很容易實現(xiàn)助力特性的改變。 科學技術的發(fā)展總是日新月異的，傳統(tǒng)的轉向系均由轉向操縱機構（方向盤）、轉向器、轉向傳動機構三大部分組成。但是思想的火花總是能給人帶來驚喜！電子轉向系統(tǒng) SBW（Steering-By-Wire）的誕生顛覆了轉向系三大部分的舊有觀念，它用微控制器取代了轉向傳動機構，由三大部分變?yōu)榱藘刹糠?。電子轉向系統(tǒng)是汽車轉向系統(tǒng)最為先進和前沿的技術之一。它主要由方向盤控制模塊、轉向執(zhí)行模塊以及微控制器三大模塊組成。方向盤控制模塊的主要功能是通過轉向力矩傳感器檢測駕駛員的轉向意圖，并將檢測到的信號（包括旋轉方向以及旋轉速度等）通過總線傳遞給微控制器，然后微控制器根據(jù)此信號，并結合車速信號反饋給方向盤控制模塊一個回正力矩，使得駕駛員能夠感受到路感。但是這種路感是虛擬的，是開發(fā)人員根據(jù)千萬次的試驗數(shù)據(jù)綜合起來，形成的“經(jīng)驗路感”，并以程序的形式固化在微控制器內的。因此它與車速、轉向速率以及轉向力矩的大小存在著某種對應關系。 轉向執(zhí)行機構包括轉角傳感器、轉向電機、轉向電機控制器等組成。它的功能是根據(jù)微控制器的控制命令，驅動轉向執(zhí)行電機旋轉一定角度，完成轉向動作。同時轉角傳感器監(jiān)測轉角的大小，反饋給微控制器，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，完成精確的轉向動作。微控制器是電子轉向系統(tǒng)的核心。它接收檢測信號，經(jīng)過處理發(fā)送相應的控制信號。由于微控制器取代了轉向傳動機構，因此各部件之間的機械連接減少了，使轉向系統(tǒng)的響應速度和響應的準確性得以提高。而且可以對轉向策略進行軟件編程控制，實現(xiàn)傳動比的任意設置 ；可與其他設備，如 ABS、自動導航設備進行整合。傳動機構的減少還帶來了更大的汽車內部空間，給駕乘帶來更大的樂趣。而且轉向行為可以被軟件記錄下來，保存在 EEPROM 中，有助于以后進一步完善轉向控制策略，甚至還可以為交通肇事提供證據(jù)。 汽車的安全問題一直是大眾關注的焦點。轉向系統(tǒng)與燈光系統(tǒng)的結合能給在夜間行駛的車輛帶來更好的安全性。如上頁左圖所示，傳統(tǒng)的車輛燈光系統(tǒng)是向車輛正前方直線照射的，如果行人在彎角處，駕駛者將很難發(fā)現(xiàn)彎角中的行人，極易造成交通事故。如果燈光系統(tǒng)與轉向系統(tǒng)結合起來，如上圖所示，當駕駛者在向右打方向盤的時候，燈光隨著方向盤角度的變化而向右照射，彎道內側照明更寬，照明范圍更大，那么在道路彎角中的行人將很容易被發(fā)現(xiàn)。目前該項燈光照明技術已經(jīng)在中檔的雪鐵龍凱旋、豐田凱美瑞上得到應用。 目前電子轉向系統(tǒng)的可靠性和成本是阻撓其發(fā)展的主要因素。主要表現(xiàn)在如果微控制器出現(xiàn)問題，轉向系統(tǒng)將完全失靈，其不像電動助力轉向系統(tǒng)、電液助力轉向系統(tǒng)，在電機或者液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，還可以以人力來控制汽車。電子轉向系統(tǒng)的微控制器出現(xiàn)故障的話，因為沒有機械系統(tǒng)能連接方向盤和轉向器，因此根本不可能控制汽車的轉向。但是盡管如此電子轉向系統(tǒng)依然是未來轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向之一?，F(xiàn)代汽車轉向裝置的設計趨勢：1.1 適應汽車高速行駛的需要從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進的工藝方法，使用變速比轉向器、高剛性轉向器。“變速比和高剛性”是目前世界上生產(chǎn)的轉向器結構的方向。1.2 充分考慮安全性、輕便性隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內外在許多汽車上已普遍增設能量吸收裝置，如防碰撞安全轉向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調整的轉向管柱和動力轉向系統(tǒng)。1.3 低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn)隨著國際經(jīng)濟形勢的惡化，石油危機造成經(jīng)濟衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟性，因此，要設計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。對零部件生產(chǎn)，特別是轉向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。1.4 汽車轉向器裝置的電腦化汽車的轉向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。2 現(xiàn)代汽車轉向裝置的發(fā)展趨勢 2.1 現(xiàn)代汽車轉向裝置的使用動態(tài)隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉向裝置的結構也有很大變化。汽車轉向器的結構很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉向器類型有 4 種：有蝸桿肖式(WP 型)、蝸桿滾輪式(WR 型)、循環(huán)球式(BS 型)、齒條齒輪式(RP 型)。這四種轉向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。據(jù)了解，在世界范圍內，汽車循環(huán)球式轉向器占 45％左右，齒條齒輪式轉向器占 40％左右，蝸桿滾輪式轉向器占 10％左右，其它型式的轉向器占 5％。循環(huán)球式轉向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉向器的特點是循環(huán)球式轉向器占的比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動機的各類型汽車，采用不同類型轉向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉向器，已由 60 年代的 62．5％，發(fā)展到現(xiàn)今的 100％了(蝸桿滾輪式轉向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉向器，但齒條齒輪式轉向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉向器占 65％，齒條齒輪式占 35％。2.2 循環(huán)球式轉向器特點循環(huán)球式轉向器的特點是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。布置方便。特別適合大、中型車輛和動力轉向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好。可以實現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉向力小、且經(jīng)常使用，要求轉向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉向位置轉向阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉向力。由于循環(huán)球式轉向器可實現(xiàn)變速比，應用正日益廣泛。通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉向力，具有較大的強度和較好的耐磨性。并且該轉向器可以被設計成具有等強度結構，這也是它應用廣泛的原因之一。變速比結構具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時有較好的轉向穩(wěn)定性，必須保證轉向器具有較高的剛度。齒條齒扇副磨損后可以重新調整間隙，使之具有合適的轉向器傳動間隙，從而提高轉向器壽命，也是這種轉向器的優(yōu)點之一。我國的轉向器生產(chǎn)，除早期投產(chǎn)的解放牌汽車用蝸桿#0;滾輪式轉向器，東風汽車用蝸桿肖式轉向器之外，其它大部分車型都采用循環(huán)球式結構，并都具有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗。目前解放、東風也都在積極發(fā)展循環(huán)球式轉向器，并已在第二代換型車上普遍采用了循環(huán)球式轉向器。由此看出，我國的轉向器也在向大量生產(chǎn)循環(huán)球式轉向器發(fā)展。 2.3 轉向器生產(chǎn)專業(yè)化循環(huán)球式轉向器在國外實現(xiàn)了專業(yè)化生產(chǎn)，同時以專業(yè)廠為主、大力進行試驗和研究，大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量。在日本“精工”(NSK)公司的循環(huán)球式轉向器就以成本低、質量好、產(chǎn)量大，逐步占領日本市場，并向全世界銷售它的產(chǎn)品。德國 ZF 公司也作為一個大型轉向器專業(yè)廠著稱于世。它從 1948年開始生產(chǎn) ZF 型轉向器，年產(chǎn)各種轉向器 200 多萬臺。還有一些比較大的轉向器生產(chǎn)廠，如美國德爾福公司 SAGINAW 分部；英國 BURM#0;AN 公司都是比較有名的專業(yè)廠家，都有很大的產(chǎn)量和銷售面。專業(yè)化生產(chǎn)已成為一種趨勢，只有走這條道路，才能使產(chǎn)品質量高、產(chǎn)量大、成本低，在市場上有競爭力。2.4 動力轉向是發(fā)展方向動力轉向系統(tǒng)的應用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級轎車上應用的也較多，在中型汽車上的應用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕便性和穩(wěn)定性出發(fā)。雖然帶來成本較高和結構復雜等問題，但由于優(yōu)點明顯，還是得到很快的發(fā)展。 動力轉向有 3 種形式：整體式、半分置式及聯(lián)閥式動力轉向結構。目前 3 種形式各有特點，發(fā)展較快，整體式多用于前橋負荷 3～8t 汽車。從發(fā)展趨勢上看，國外整體式轉向器發(fā)展較快，而整體式轉向器中轉閥結構是目前發(fā)展的方向。 本科畢業(yè)設計開題報告題 目 載重汽車轉向橋設計指 導 教 師 院（系、部）專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 日 期 教務處印制一、 選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀11.研究目的從動橋也稱非驅動橋，又稱從動車軸。它通過懸架與車架（或承載方式車身）相聯(lián)，兩端安裝從動車輪，用以承受和傳遞車輪與車架之間的力（垂直力、縱向力、橫向力）和力矩，并保證轉向輪作正確的轉向運動。根據(jù)從動橋能否轉向分為轉向橋與非轉向橋，本次設計的轉向橋是從動橋的一種。一般載貨汽車多以前橋為轉向橋。本次設計是針對載重汽車的轉向橋設計，轉向橋作為汽車地盤主要組成之一，它的性能的好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。當采用大功率發(fā)動機輸出大的轉矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時，必須要搭配一個穩(wěn)定、可靠的轉向橋。所以應該采用非斷開式轉向橋在現(xiàn)代重載汽車上。本文參照傳統(tǒng)轉向橋的設計方法進行了載重汽車轉向橋的設計。2.研究意義：采用傳統(tǒng)方法對載重汽車轉向橋進行結構尺寸設計，使轉向橋滿足如下的設計要求：（1）保證有足夠的強度：以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。（2）保證有足夠的剛度：以使車輪定位參數(shù)不變。（3）保證轉向輪有正確的定位角度：以使轉向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。（4）從動橋的質量應盡可能小：以減少非簧上質量，提高汽車行駛平順性。合理優(yōu)化前梁、轉向節(jié)、等零部件的結構，使各個部分零件能夠合理的配合，以適應復雜路況。盡可能降低整個橋身的質量，從而減輕車的重量。并且對車輪輪轂進行配合設計，使其與轉向橋合理配合達到靈活轉向的目的。3.研究現(xiàn)狀目前國內載重汽車前橋一般可以承受10噸左右的載重量，并且大部分都是采用非斷開式轉向橋。像早期東風汽車公司生產(chǎn)的EQ1090E型載舟貨車，它采用的是鋼材鍛造的并且斷面為工字型的前梁，采用非斷開式結構。前梁的拳形部分通過主銷相連轉向節(jié)，轉向節(jié)通過軸承與輪轂相連。這種方式連接穩(wěn)定、可靠，可以完成車輪的靈活轉向。二、研究方案及預期結果2（設計方案或論文主要研究內容、主要解決的問題、理論、方法、技術路線及論文框架等）1.研究內容本文首先確定主要部件的結構型式和主要設計參數(shù)，然后參考類似轉向橋的結構，確定出總體設計方案，最后對前梁、主銷、主銷上下軸承、轉向橋、調整墊片，轉向節(jié)推力軸承等及輪轂等零件的尺寸進行設計，對強度進行校核以及對主要軸承進行了壽命校核。對前橋進行力學模型的建立，將物理力學模型轉化成數(shù)學模型（數(shù)學公式） 。2.主要解決的問題：對以往同類的轉向橋的資料進行總結分析，得到一些新的觀點及思路，針對載重車轉向橋的主要功用即對車身的支持作用、靈活轉向的作用。通過設計使前橋更可靠、更靈活。3. 運用的理論、方法：對主要承受壓力的前梁進行了力學模型建立，分析具體受力特點。對其他的各個部分零件通過設計手冊，運用經(jīng)過統(tǒng)計取得的經(jīng)驗公式確定設計。在對各個部分零件的應力計算時需要考慮兩種不同的工況下的工作應力。繪制受力簡圖，運用物理模型對轉矩和彎矩進行計算，從而確定各個零件的的尺寸及承載應力。3.技術路線運用材料力學的理論進行轉矩、彎矩計算，通過機械設計手冊查找對應零件標準。根據(jù)經(jīng)驗公式進行強度校核。運用 caxa 等繪圖軟件進行零件圖、裝配圖的繪制。3.預期結果通過對載重汽車轉向橋的設計，使其能夠達到預期的設計目的，能夠很好的承載車身的重量，并且實現(xiàn)靈活穩(wěn)定的轉向。4.論文框架第一章：緒論第一章：載重汽車參數(shù)選擇第二章：確定前橋結構形式及設計參數(shù)第三章：前梁強度計算第四章：轉向器、主銷強度計算第五章：總結3三、研究進度第 1—2 周:畢業(yè)實習、收集資料、撰寫開題報告第 3—4 周:完成總體方案設計；第 5—6 周:完成橋殼、前梁、轉向器、主銷零件尺寸的設計計算；第 7—8 周:完成主銷上下軸承、轉向節(jié)推力軸承等的尺寸與轉向梯形設計計算；第 9—10 周:繪制轉向橋的各個部分的零件圖；第 11—12 周:繪制轉向橋的總裝配圖；第 13—14 周:整理文檔，圖紙，完成畢業(yè)設計說明書；第 15—16 周:校對所有設計內容，準備參加畢業(yè)設計論文答辯四、主要參考文獻[1].劉惟信.汽車設計 [M]. 清華大學出版社,2001.7[2].邱宜懷.機械設計手冊 [M]. 機械工業(yè)出版社,1997.[3].劉惟信.汽車車橋設計 [M]. 清華大學出版社,2004.4 [4].王望予.汽車設計 [M]. 機械工業(yè)出版社,2004.8[5].陳家瑞.汽車構造 [M]. 機械工業(yè)出版社,2006.1[6].單輝祖.材料力學教程 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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目錄前 言 .11.汽車轉向橋的概況 .21.1 汽車轉向橋目前狀況 .21.1.1 汽車前橋的分類 .21.1.2 前橋各參數(shù)對汽車穩(wěn)定性的作用與影響 .21.2 從動橋的結構形式 .51.2.1 從動橋總體結構 51.2.2 載重汽車從動橋 61.2.3 載重汽車從動橋 71.2.4 設計意義 .72.轉向橋的設計結構參數(shù) .82.1 結構參數(shù)選擇 .82.2 從動橋總體結構選擇 .82.3 確定前橋具體結構型式 .83.前軸設計 .93.1 前軸強度計算 .93.1.1 前軸受力分析簡圖 .93.1.2 前軸載荷的計算（分三種工況分析 ） .103.2 前軸彎矩及扭矩計算 .1113.2.1 前軸斷面分析圖 .113.2.2 各個斷面彎扭矩計算（分三種工況分析） .123.3 斷面系數(shù)計算 .133.4 應力計算 .193.5 前軸材料的許用應力 .204.轉向節(jié)設計 .214.1 截面系數(shù)計算 .214.2 彎矩計算 .214.3 應力計算 .224.4 轉向節(jié)的材料、許用應力及強度校核 .225.主銷設計 .235.1 主銷受力計算參數(shù) .235.2 計算載荷 .235.3 彎矩計算 .255.4 抗彎斷面系數(shù)、剪切面積和主銷襯套擠壓面積的計算 .255.5 應力計算 .265.6 主銷材料及許用應力 .276.轉向傳動機構設計 .286.1 轉向傳動機構強度計算 .286.1.1 球頭銷 .296.1.2 轉向拉桿 .29載重汽車轉向橋設計26.1.3 轉向搖臂 .296.2 桿件設計結果 .307.經(jīng)濟技術分析 .317.1 我國汽車車橋行業(yè)發(fā)展歷程 .317.2 國內汽車車橋產(chǎn)量和市場容量分析 .317.3 汽車車橋業(yè)發(fā)展特征及問題透視 .317.4 車橋產(chǎn)品結構解析－轉向橋經(jīng)濟性分析 .317.5 提高轉向橋經(jīng)濟性 .328.結 論 .33致 謝 .34參 考 文 獻 .35附 錄 .36附錄 1 英文原文 36附錄 2 中文譯文 461前 言隨著我國交通運輸事業(yè)的迅速發(fā)展，汽車運輸?shù)某休d重量和運行速度都在不斷增加，于是人們對汽車的安全運行也越來越重視，所以對汽車車橋的設計也提出了更高的要求。前橋通過懸架與車架相連，兩端安裝車輪，其功用是傳遞車架與車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向制動力以及其形成的水平方向的彎矩；由制動力引起的轉矩等各種力均需經(jīng)過前橋前梁傳遞給懸架，然后再傳遞給車架，故對前橋前梁有以下的要求：必須有足夠的強度和剛度，保證可靠的承受和傳遞車輪與車架間的最大作用力。應使轉向節(jié)與主銷和前梁間的摩擦力盡可能小。應保證車輪正確的定位角和合適的轉向角；從而保證汽車的行駛穩(wěn)定性和操縱輕便性，減輕輪胎磨耗，以延長前橋的使用壽命。本次設計針對前橋的使用功能方面進行了設計，本著盡量減少車身重量的目的進行設計，隨著我國汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，轉向橋的制作及設計技術在不久的將來會全面發(fā)展，逐漸趕超歐美、日本等先進汽車生產(chǎn)國。載重汽車轉向橋設計21.汽車轉向橋的概況1.1 汽車轉向橋目前狀況1.1.1 汽車前橋的分類從動橋即非驅動橋，又稱從動車橋。它通過懸架與車架(或承載式車身)相聯(lián)，兩側安裝著從動車輪，用以在車架( 或承載式車身)與車輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動橋還要承受和傳遞制動力矩。根據(jù)從動車輪能否轉向，從動橋分為轉向橋與非轉向橋。一般汽車多以前橋為轉向橋。為提高操縱穩(wěn)定性和機動性，有些轎車采用全四輪轉向。多軸汽車除前輪轉向外，根據(jù)對機動性的要求，有時采用兩根以上的轉向橋直至全輪轉向。一般載貨汽車采用前置發(fā)動機后橋驅動的布置形式，故其前橋為轉向從動橋。轎車多采用前置發(fā)動機前橋驅動，越野汽車均為全輪驅動，故它們的前橋既是轉向橋又是驅動橋，稱為轉向驅動橋。從動橋按與其匹配的懸架結構的不同，也可分為非斷開式與斷開式兩種。與非獨立懸架相匹配的非斷開式從動橋是一根支承于左、右從動車輪上的剛性整體橫梁，當又是轉向橋時，則其兩端經(jīng)轉向主銷與轉向節(jié)相聯(lián)。斷開式從動橋與獨立懸架相匹配。非斷開式轉向從動橋主要由前梁、轉向節(jié)及轉向主銷組成。轉向節(jié)利用主銷與前梁鉸接并經(jīng)一對輪轂軸承支承著車輪的輪轂，以達到車輪轉向的目的。在左轉向節(jié)的上耳處安裝著轉向節(jié)臂，后者與轉向直拉桿相連；而在轉向節(jié)的下耳處則裝著與轉向橫拉桿相連接的轉向梯形臂。有的將轉向節(jié)臂與梯形臂連成一體并安裝在轉向節(jié)的下耳處以簡化結構。轉向節(jié)的銷孔內壓入帶有潤滑油槽的青銅襯套以減小磨損。為使轉向輕便，在轉向節(jié)上耳與前梁拳部之間裝有調整墊片以調整其間隙。帶有螺紋的楔形鎖銷將主銷固定在前梁拳部的孔內，使之不能轉動。1.1.2前橋各參數(shù)對汽車穩(wěn)定性的作用與影響為了保持汽車直線行駛的穩(wěn)定性、轉向輕便性及汽車轉向后使前輪具有自動回正的性能，轉向橋的主銷在汽車的縱向和橫向平而內都有一定傾角。在縱向平面內，主銷上部向后傾斜一個 角，稱為主銷后傾角。在橫向平面內，主銷上部向內傾斜一個 β 角，?稱為主銷內傾角。3圖 1-1 主銷內傾角Figure 1-1 Kingpin Inclination主銷內傾也是為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性并使轉向輕便。主銷內傾使主銷軸線與路面的交點至車輪中心平面的距離即主銷偏移距減小，從而可減小轉向時需加在方向盤上的力，使轉向輕便，同時也可減小轉向輪傳到方向盤上的沖擊力。主銷內傾使前輪轉向時不僅有繞主銷的轉動，而且伴隨有車輪軸及前橫梁向上的移動，而當松開方向盤時，所儲存的上升位能使轉向輪自動回正，保證汽車作直線行駛。內傾角一般為 ；?8~5主銷偏移距一股為 30～40mm。輕型客車、輕型貨車及裝有動力轉向的汽車可選擇較大的主銷內傾角及后傾角，以提高其轉向車輪的自動回正性能。但內傾角也不宜過大，即主銷偏移距不宜過小，否則在轉向過程中車輪繞主銷偏轉時，隨著滾動將伴隨著沿路面的滑動，從而增加輪胎與路面間的摩擦阻力，使轉向變得很沉重。為了克服因左、右前輪制動力不等而導致汽車制動時跑偏，近年來出現(xiàn)主銷偏移距為負值的汽車。主銷后傾使主銷軸線與路面的交點位于輪胎接地中心之前，該距離稱為后傾拖距。當直線行駛的汽車的轉向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉時，汽車就偏離直線行駛而有所轉向，這時引起的離心力使路面對車輪作用著一阻礙其側滑的側向反力，使車輪產(chǎn)生繞主銷旋轉的回正力矩，從而保證了汽車具有較好的直線行駛穩(wěn)定性。此力矩稱穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩也不宜過大，否則在汽車轉向時為了克服此穩(wěn)定力矩需在方向盤上施加更大的力，導致方向盤沉重。后傾角通常在 以內。現(xiàn)代轎車采用低壓寬斷面斜交輪胎，?3具有較大的彈性回正力矩，故主銷后傾角就可以減小到接近于零，甚至為負值。但在采用子午線輪胎時，由于輪胎的拖距較小，則需選用較大的后傾角。舉一個生活中的例子：我們在騎自行車拐彎的時候，會自然地將車子向所轉的方向傾斜，讓車輪與地面有一個夾角，學過物理的人知道，這樣做是為了產(chǎn)生足夠的向心力。汽車也是一樣，右側車輪載重汽車轉向橋設計4在右轉彎的時候在主銷內傾角和后傾角的共同作用下會向右側傾倒，而左側車輪雖也有主銷內傾角，卻不會向左側傾倒，因為還有主銷后傾角，把它又拉了回來，甚至也能向右微微傾斜。不僅如此，兩側車輪的轉動還使右側車身降低，左側車身抬高，整個車身也向右傾斜，于是產(chǎn)生了足夠的向心力。圖 1-2 車輪外傾角和主銷后傾角Figure 1-2 camber and caster angle前輪定位除上述主銷后傾角、主銷內傾角外，還有車輪外傾角及前束，共 4 項參數(shù)。車輪外傾指轉向輪在安裝時，其輪胎中心平面不是垂直于地面，而是向外傾斜一個角度 ，稱為車輪外傾角。此角約為 ，一般為 左右。它可以避免汽車重載時車輪??5.1~0?1產(chǎn)生負外傾即內傾，同時也與拱形路而相適應。由于車輪外傾使輪胎接地點向內縮，縮小了主銷偏移距，從而使轉向輕便并改善了制動時的方向穩(wěn)定性。5圖 1-3 前束Figure 1-3 toe前束的作用是為了消除汽車在行駛中因車輪外傾導致的車輪前端向外張開的不利影響(具有外傾角的車輪在滾動時猶如滾錐，因此當汽車向前行駛時，左右兩前輪的前端會向外張開)，為此在車輪安裝時，可使汽車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，以使車輪在每一瞬時的滾動方向是向著正前方。前束即(B-A)，一般汽車約為 3～5mm，可通過改變轉向橫拉桿的長度來調整。設定前束的名義值時，應考慮轉向梯形中的彈性和間隙等因素。在汽車的設計、制造、裝配調整和使用中必須注意防止可能引起的轉向車輪的擺振，它是指汽車行駛時轉向輪繞主銷不斷擺動的現(xiàn)象，它將破壞汽車的正常行駛。轉向車輪的擺振有自激振動與受迫振動兩種類型。前者是由于輪胎側向變形中的遲滯特性的影響，使系統(tǒng)在一個振動周期中路面作用于輪胎的力對系統(tǒng)作正功，即外界對系統(tǒng)輸入能量。如果后者的值大于系統(tǒng)內阻尼消耗的能量，則系統(tǒng)將作增幅振動直至能量達到動平衡狀態(tài)。這時系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)振動，形成擺振。其振動頻率大致接近系統(tǒng)的固有頻率而與車輪轉速并不一致，且會在較寬的車速范圍內發(fā)生。通常在低速行駛時發(fā)生的擺振往往屬于自攝振動型。當轉向車輪及轉向系統(tǒng)受到周期性擾動的激勵，例如車輪失衡、端面跳動、輪胎的幾何和機械特性不均勻以及運動學上的干涉等，在車輪轉動下都會構成周期性的擾動。在擾動力周期性的持續(xù)作用下，便會發(fā)生受迫振動。當擾動的激勵頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時便發(fā)生共振。其特點是轉向輪擺振頻率與車輪轉速一致，而且一般都有明顯的共振車速，共振范圍較窄(3～5km/h)。通常在高速行駛時發(fā)生的擺振往往屬于受迫振動型。轉向輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復雜，既有結構設計的原因和制造方面的因素．如車輪失衡、輪胎的機械特性、系統(tǒng)的剛度與阻尼、轉向輪的定位角以及陀螺效應的強弱等；又有裝配調整方面的影響，如前橋轉向系統(tǒng)各個環(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參數(shù)、優(yōu)化它們之間的匹配，精心地制造和裝配調整，就能有效地控制前輪擺振的發(fā)生。在設計中提高轉向器總成與轉向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架的縱向剛度，提高輪胎的側向剛度，在轉向拉桿系中設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 從動橋的結構形式1.2.1 從動橋總體結構各種車型的非斷開式轉向從動橋的結構型式基本相同。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的前梁拳部；為提高載重汽車轉向橋設計6其抗彎強度，其較長的中間部分采用工字形斷面并相對兩端向下偏移一定距離，以降低發(fā)動機從而降低傳動系的安裝位置以及傳動軸萬向節(jié)的夾角。為提高其抗扭強度，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渡的形狀。中間部分的兩側還要鍛造出鋼板彈簧支座的加寬文承面。有的汽車的轉向從動橋的前梁采用組合式結構，即由其采用無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備。轉向節(jié)多用中碳合金鋼模級成整體式結構。有些大型汽車的轉向節(jié)，由于其尺寸過大，也有采用組焊式結構的，即其輪軸部分是經(jīng)壓配并焊接上去的。主銷的幾種結構型式如下圖所示，其中比較常用的是(a)，(b)兩種。（a） (b) (c) (d)圖 1-4 主銷結構形式FIG. 1-1 the kingpin structure(a)圓柱實心型 (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 (d)下部圓柱比上部細的主銷 (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轉向節(jié)推力軸承承受作用于汽車前梁上的重力，為減小摩擦使轉向輕便可采用滾動軸承，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。主銷上、下軸承承受較大的徑向力，多采用滑動軸承，也有采用滾針軸承的結構。后者的效率高，轉向阻力小，且可延長使用壽命。1.2.2 載重汽車從動橋本設計為載重汽車的轉向前橋，因此應該本著既能有足夠的承載能力，又能實現(xiàn)耐用經(jīng)濟的思想進行方案的選擇，為了降低生產(chǎn)成本，又在結構上滿足要求的情況下應盡量簡單。轉向前橋有斷開式和非斷開式兩種。斷開式前橋與獨立懸架相配合，結構比較復雜但7性能比較好，多用于轎車等以載人為主的高級車輛。非斷開式又稱整體式，它與非獨立懸架配合。與斷開式前橋相比它的結構簡單，經(jīng)濟性高，強度大、安裝維修方便的優(yōu)點，這種形式在現(xiàn)在汽車上得到廣泛應用。因此本次設計就采用了非斷開式從動橋。轉向從動橋的主要零件有前梁，轉向節(jié)，主銷，注銷上下軸承及轉向節(jié)襯套，轉向節(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。主銷采用結構簡單的實心的圓柱形如上圖 a 所示。另外為了保證汽車轉彎行駛時所有車輪能繞一個轉向瞬時轉向中心，在不同的圓周上作無滑動的純滾動，本次設計有進行了轉向梯形的優(yōu)化設計。本方案轉向梯形布置在前軸之后，進行梯形的最佳參數(shù)和強度計算。目前國內載重汽車前橋一般可以承受10噸左右的載重量，并且大部分都是采用非斷開式轉向橋。像早期東風汽車公司生產(chǎn)的EQ1090E型載重貨車，它采用的是鋼材鍛造的并且斷面為工字型的前梁，采用非斷開式結構。前梁的拳形部分通過主銷相連轉向節(jié)，轉向節(jié)通過軸承與輪轂相連。這種方式連接穩(wěn)定、可靠，可以完成車輪的靈活轉向。1.2.3 載重汽車從動橋本文首先確定主要部件的結構型式和主要設計參數(shù)，然后參考類似轉向橋的結構，確定出總體設計方案，最后對前梁、主銷、主銷上下軸承、轉向橋、調整墊片，轉向節(jié)推力軸承等及輪轂等零件的尺寸進行設計，對強度進行校核以及對主要軸承進行了壽命校核。對前橋進行力學模型的建立，將物理力學模型轉化成數(shù)學模型（數(shù)學公式） 。2.主要解決的問題：對以往同類的轉向橋的資料進行總結分析，得到一些新的觀點及思路，針對載重車轉向橋的主要功用即對車身的支持作用、靈活轉向的作用。通過設計使前橋更可靠、更靈活1.2.4設計意義：采用傳統(tǒng)方法對載重汽車轉向橋進行結構尺寸設計，使轉向橋滿足如下的設計要求：（1）保證有足夠的強度：以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。（2）保證有足夠的剛度：以使車輪定位參數(shù)不變。（3）保證轉向輪正確的定位角度：使轉向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎磨損。（4）從動橋的質量應盡可能?。阂詼p少非簧上質量，提高汽車行駛平順性。合理優(yōu)化前梁、轉向節(jié)、等零部件的結構，使各個部分零件能夠合理的配合，以適應復雜路況。盡可能降低整個橋身的質量，從而減輕車的重量。并且對車輪輪轂進行配合設載重汽車轉向橋設計8計，使其與轉向橋合理配合達到靈活轉向的目的2.轉向橋的設計結構參數(shù)2.1 結構參數(shù)選擇轉向橋設計參數(shù)參照東風 EQ140 型號汽車前橋數(shù)據(jù)獲得，如表 2-1 所示表 2-1汽車總質量Ga（N）前軸軸載質量G1（N）汽車質心至前軸中心線距離L1（mm）汽車質心至后軸中心線距離L2(mm)軸距 L（mm）汽車質心高度hg(mm)前鋼板彈簧座中心距 B(mm)42140 23128 2200 1270 3900 1100 850主銷中心距B′(mm)前輪距B1(mm)車輪滾動半徑rr(mm)主銷內傾角 β主銷后傾角 ?前輪外傾角 a前輪前束1670 1800 490 6° 2° 1° 2～42.2 從動橋總體結構選擇本前橋采用非斷開式轉向從動橋2.3 確定前橋具體結構型式（1）前軸結構形式：工字形斷面加叉形轉向節(jié)主銷固定在前軸兩端的拳部里。（2）轉向節(jié)結構型式：整體鍛造式。（3）主銷結構型式：圓柱實心主銷。（4）轉向節(jié)止推軸承結構形式：止推滾柱軸承。（5）主銷軸承結構形式：滾針軸承（6）輪轂軸承結構形式：單列向心球軸承（7）前輪定位角選擇見表 193.前軸設計3.1 前軸強度計算3.1.1前軸受力分析簡圖如圖 3-1 所示：圖 3-1 轉向從動橋在制動和側滑工況下的受力分析簡圖Figure 3-1 Bridge in the braking and steering yaw driven condition of the force analysis diagram1—制動工況下的彎矩圖和轉矩圖； 2—側滑工況下的彎矩圖1 - braking and torque diagram of bending moment diagram2 - yaw moment map condition載重汽車轉向橋設計103.1.2前軸載荷的計算（分三種工況分析）一、緊急制動汽車緊急制動時，縱向力制動力達到最大值，因質量重新分配，而使前軸上的垂直載荷增大，對后輪接地點取矩得取路面附著系數(shù) Ф=0.7制動時前軸軸載質量重新分配分配系數(shù) m1= = =1.655 （3-1）12??Lhg75.0?垂直反作用力：Z1l= Z 1r= =19138.2N21Gm3865.??橫向反作用力：X1l=X 1r= Ф=13396.89N （3-2）1二、側滑汽車側滑時，因橫向力的作用，汽車前橋左右車輪上的垂直載荷發(fā)生轉移。（1）確定側向滑移附著糸數(shù)： 在側滑的臨界狀態(tài)，橫向反作用力等于離心力 F 離，并達到最大值 F 離= ,Ymax=G1Ф′，為保證不橫向翻車，須使 V 滑V 翻 ，則有： ，所以gRVG21 hgRB21??? ，得到 =0.822，取 =0.7??hB21?.28???（2）對車輪接地點取矩垂直反作用力：Z = =21402.9N)1(1BgGl ???)8.170(238??Z =1725N （3-3）)(21hl ???橫向反作用力Y1l =14982.03N ???)1(1BgGY1r =1207.5 （3-4）???21h11三、越過不平路面汽國越過不平路面時，因路面不平引起垂直動載荷，至使垂直反作用力達到最大值取動載荷系數(shù)因為是載貨汽車所以 ?=2.5N （3-5）2891035.211 ????GZrl?載荷計算結果列表，如下表 3-2：表 3-2 單位 NZ1 19138.42緊急制動X1 13396.89Z1l 21402.9Z1r 1725Y1l 14982側滑Y1r 1207.5越過不平路面 Z1′ 289103.2 前軸彎矩及扭矩計算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，因此前軸的受力點是變化的，必須取點分段進行設計與力的校核。選擇下述三個部位計算分析其斷面的彎矩、扭矩如下圖 3-2 所示載重汽車轉向橋設計12圖 3-2 三個不同的斷面部位計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, torqueA 斷面位于鋼板彈簧座內側，屬于前軸中部最弱部位。此斷面內彎矩最大（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，此斷面內扭矩最大，而彎矩最小各斷面的計算參數(shù)如下表 3-3表 3-3參數(shù) A B C斷面長度 L 424 325 187斷面高度 h 136 128 03.2.2各個斷面彎扭矩計算（分三種工況分析）一、緊急制動垂直面內彎矩 1MiZL??水平面內彎矩 （3-6）Xi上式中 Li 對應與 A、B、C 斷面分別帶入 La、Lb、Lc、13鋼板彈簧外側扭矩 （3-7）??1riMnXh??上式中 hi 對應與 A、B、C 斷面分別帶入 ha、hb、 hc。二、側滑左側各斷面垂直面內彎矩 （3-11ri(ZY)(h)????8）上式中 Li,hi 帶入值與緊急制動時一致三、越過不平路面垂直面內彎矩 （3-9）1iMZL???式中 Li 帶入與上面計算中一致彎扭矩計算結果如下表 3-4 所示：表 3-4 （單位：N）結果工況A B CM?8114960.08 6219928 3578884.545680281.36 4353989.25 2505218.43緊急制動Mn 4742499.06 4849674.18 6028600.5側滑 ?2272998.6 1682275.8 -2889405越不平路 M12225784 9395750 54061703.3 斷面系數(shù)計算 A—A 工字形斷面前軸斷面簡圖本汽車前軸簡化為換算斷面形狀后如圖 3 所示載重汽車轉向橋設計14圖 3-3 前軸簡化后 c 斷面計算圖Figure 3-3 Front axle simplified calculation chart c section如圖計算斷面系數(shù)一、求 A 斷面如圖 3 所示1）垂直面內抗彎斷面系數(shù)=46584.9N.mm （3-10）68327631??????HhbBWI2）水平面內抗彎斷面系數(shù) （3-11）二、B 斷面換算斷面簡圖如圖 4mNBtht .386296731426331 ????????15圖 3-4 前軸 B 斷面計算簡圖Figure 3-4 Front axle cross section diagram calculation1）垂直面內抗彎斷面系數(shù)B 斷面為上，下翼緣不等長的工字形斷面。計算其垂直面內抗彎斷面系數(shù)的關系是確定出形心軸坐標。形心軸 Xc-Xc 的坐標：??Fiy1= （3-12）hBbttHtBt )()2/(*2/1(2/*111???=37.2載重汽車轉向橋設計1622 hyt9.8145??（3-12 .6??13）該斷面對形心軸的慣性矩：（3-14）2）上翼面的抗彎斷面系數(shù)：（3-15）314.95627.8myJWxc??上3）下翼面的抗彎斷面系數(shù)：（3-16）4）水平面內抗彎斷面系數(shù)：（3-17 ）432131317.842)(mhbyhByJxc????.376yH 12326.1879.4myJWxc??下 3321.2865)(mhtbtBW??175）抗扭斷面系數(shù)由經(jīng)驗公式得（3-18）三、C 斷面C 斷面計算簡圖如圖3 33323214.87487)(9.1)(1. )()(48760923.41)3487(.12476)(6. 1.73)247(.mbBChHWntbBbBhHCB??????????????????????載重汽車轉向橋設計18如圖 3-5 前軸 C 斷面計算簡圖Figure 3-5 front axle diagram of a cross section calculation1）垂直面內，水平面內抗彎斷面系數(shù)：（3-19）2）抗扭斷面系數(shù)：（3-20）各斷面尺寸參數(shù)見表 3-5：表 3-5 單位： mmA-A B-B C-CB 76 96B1 60 501t12.5 12.5b 76 58 43160 162t12.5 12.5t 12 42h 36 43H 61 68 52斷面系數(shù)計算結果列表見表 3-6 表 3-6 單位： 3mA-A B-B C-CW?46584.9 40327.2 19378.7322“4' 7.1604536.98mHbW??? 333“'4 4.209146. mbW???19W?28629.33 32865.3 16024.7n83778.4 20910.343.4 應力計算 一、汽車緊急制動時垂直面內彎曲應力 （3-21）''WM??水平面內彎曲應力 （3-22）“合成應力 （3-23）????合計算扭轉應力：在矩形長邊中點上的扭轉應力 （3-24）nWMmax?在矩形短邊中點上的扭轉應力 （3-25）ax??工字形斷面中所產(chǎn)生的最大應力和最大扭轉應力是作用在梁斷面上的不同點處。對于上翼面長邊中點，其相當應力： （3-23???合d26）二、汽車側滑時垂直面彎曲應力 ''WM??三、汽車越過不平路面時垂直面彎曲應力 ''??載重汽車轉向橋設計20應力值計算結果如表 3-7 所示： 表 3-7 單位： 28/10mN?A-A B-B C-C'?174.19 154.2 120.379“198.4 132.47 101.89max?57.88 251.40緊急制動 d?372.59 373.49 496.14側 滑 ' 48.79 41.7 -106.81越不平路 “262.4 232.98 184.503.5 前軸材料的許用應力一、材料：30Cr 調質硬度 ： HB241—281 ：800—937)/(2mNb?二、許用應力： bs?)7.06(???合 ss??7.0??214.轉向節(jié)設計圖 4-1：轉向節(jié)、主銷、及轉向節(jié)襯套的受力計算用圖Figure 4-1: knuckles, kingpins, and the steering knuckle bushing diagram for calculating the force計算所需作用力 、 、 按表 1-1 取值1ZX1Y4.1 截面系數(shù)計算取輪轂內軸承根部處指軸為計算斷面（4-64.891325????dW1）4.2 彎矩計算一、緊急制動時 載重汽車轉向橋設計22（4-2.85301287.169022121 ???????XZCM制2）二、側滑時 （4-60.5834809.12560.9371???rY制3）三、超越不平路面時 （4-5187207.5981???CZM制4）4、計算用參數(shù)d1=50 ， c=50 ，d=55，h=364.3 應力計算一、緊急制動時 （4-3.9264.8150??WM制?5）二、側滑時 （4-85.0264.89157??側6）三、越不平路面時 （4-951.764.85??WM越?7）彎矩、應力計算結果列表見表 4-1表 4-1功 況 M ?緊急制動 825303.22 155.8側 滑 -5658732.69 -602.85超越不平路 518175 57.951234.4 轉向節(jié)的材料、許用應力及強度校核轉向節(jié)材料選用 ：40Gr許用應力 查 YB6-71： ][s?? 2/980][mNb??])[75.~6.(bS?5.主銷設計主銷作用力計算簡圖如圖 6如圖 5-1 主銷作用力計算簡圖Figure 5-1 diagrams the main sales force calculation