汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)

汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì),汽車,轉(zhuǎn)向,設(shè)計(jì) 汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué) 院：江蘇科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名: 沈陳鋼學(xué) 號(hào): c0640201001設(shè)計(jì)題目：汽車轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師: 王新彥任務(wù)書(shū)要求：（1）了解汽車轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)，功能（2）進(jìn)行汽車轉(zhuǎn)向橋的受力分析（3）總體方案設(shè)計(jì)（4）畫(huà)出轉(zhuǎn)向節(jié)的零件圖（5）畫(huà)出轉(zhuǎn)向橋的總裝圖一、 概述 轉(zhuǎn)向橋是利用轉(zhuǎn)向節(jié)使車輪偏轉(zhuǎn)一定的角度以實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向，同時(shí)還承受和傳遞汽車與車架及車架之間的垂直載荷、 縱向力和側(cè)向力以及這些力形成的力矩。轉(zhuǎn)向橋通常位于汽車的前部，因此也常稱為前橋。 各類汽車的轉(zhuǎn)向橋結(jié)構(gòu)基本相同，主要有前軸（梁）、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷和輪轂(1)前軸：由中碳鋼鍛造，采用抗彎性較好的工字形斷面。為了提高抗扭強(qiáng)度，接近兩端略呈方形。前軸中部下凹使發(fā)動(dòng)機(jī)的位置得以降低，進(jìn)而降低汽車質(zhì)心，擴(kuò)展駕駛員視野，減小傳動(dòng)軸與變速器輸出軸之間的夾角。下凹部分的兩端制有帶通孔的加寬平面，用以安裝鋼板彈簧。前軸兩端向上翹起，各有一個(gè)呈拳形的加粗部分，并制有通孔。 (2)主銷：即插入前軸的主銷孔內(nèi)。為防止主銷在孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，用帶有螺紋的楔形銷將其固定。 (3)轉(zhuǎn)向節(jié)：轉(zhuǎn)向節(jié)上的兩耳制有銷孔，銷孔套裝在主銷伸出的兩端頭，使轉(zhuǎn)向節(jié)連同前輪可以繞主銷偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。為了限制前輪最大偏轉(zhuǎn)角，在前軸兩端還制有最大轉(zhuǎn)向角限位凸塊(或安裝限位螺釘)。 轉(zhuǎn)向節(jié)的兩個(gè)銷孔，要求有較高的同心度，以保證主銷的安裝精度和轉(zhuǎn)向靈活。為了減少磨損，在銷孔內(nèi)壓入青銅或尼龍襯套。襯套上開(kāi)有潤(rùn)滑油槽，由安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上的油嘴注入潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。為使轉(zhuǎn)向靈活輕便，還在轉(zhuǎn)向節(jié)下耳的上方與前軸之間裝有推力軸承11；在轉(zhuǎn)向節(jié)上耳與前軸之間，裝有調(diào)整墊片8，用以調(diào)整軸向間隙。 左轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳裝有與轉(zhuǎn)向節(jié)臂9制成一體的凸緣，在下耳上裝有與轉(zhuǎn)向節(jié)下臂制成一體的凸緣。兩凸緣上均制有一矩形鍵與左轉(zhuǎn)向節(jié)上、下耳處的鍵槽相配合，轉(zhuǎn)向節(jié)即通過(guò)矩形鍵及帶有鍵形套的雙頭螺栓與轉(zhuǎn)向節(jié)上下臂連接。 (4)輪轂：輪轂通過(guò)內(nèi)外兩個(gè)滾錐軸承套裝在轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸上。軸承的松緊度可以由調(diào)整螺母調(diào)整，調(diào)好后的輪轂應(yīng)能正、反方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)而無(wú)明顯的擺動(dòng)。然后用鎖緊墊圈鎖緊。在鎖緊墊圈外端還裝有止推墊圈和鎖緊螺母，擰緊后應(yīng)把止推墊圈彎曲包住鎖緊螺母或用開(kāi)口銷鎖住，以防自行松動(dòng)。 輪轂外端裝有沖壓的金屬端蓋，防止泥水或塵土浸入。輪轂內(nèi)側(cè)裝有油封 (有的油封裝在轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸的根部)，有的還裝有擋油盤(pán)。一旦油封失效，則外面的擋油盤(pán)仍可防止?jié)櫥M(jìn)入制動(dòng)器內(nèi)。本文設(shè)計(jì)的是JY1061A型采用前置后輪驅(qū)動(dòng)的載貨汽車轉(zhuǎn)向橋，因此該轉(zhuǎn)向橋?yàn)閺膭?dòng)橋。從動(dòng)橋的功用：從動(dòng)橋也稱非驅(qū)動(dòng)橋，又稱從動(dòng)車軸。它通過(guò)懸架與車架（或承載式車身）相聯(lián)，兩端安裝從動(dòng)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(zhuǎn)向輪作正確的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)1、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(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，提高汽車行駛平順性。通過(guò)對(duì)CJ1061A型前橋的設(shè)計(jì)，可以加深我們的設(shè)計(jì)思想，即：（1） 處理好設(shè)計(jì)的先進(jìn)性和生產(chǎn)的可能性之間的關(guān)系；（2） 協(xié)調(diào)好產(chǎn)品的繼承性和產(chǎn)品的“三化”之間的關(guān)系。2、結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇JY1061A型汽車總布置整車參數(shù)見(jiàn)表1：表1汽車總質(zhì)量Ga（N）前軸軸載質(zhì)量G1（N）汽車質(zhì)心至前軸中民線距離L1（mm）汽車質(zhì)心至后軸中心線距離L2(mm)軸距L（mm）汽車質(zhì)心高度hg(mm)前鋼板彈簧座中心距B(mm)58359207272133117533081060780主銷中心距B(mm)前輪距B1(mm)車輪滾動(dòng)半徑rr(mm)主銷內(nèi)傾角主銷后傾角前輪外傾角a前輪前束（mm）1415158448082.5122.1、轉(zhuǎn)向橋結(jié)構(gòu)形式 本前橋采用非斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向橋2.2、選擇前橋結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)（1）前軸結(jié)構(gòu)形式：工字形斷面加叉形轉(zhuǎn)向節(jié)主銷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）主銷結(jié)構(gòu)型式:圓柱實(shí)心主銷。（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2.3、前輪定位角本型前輪定位角選擇見(jiàn) 表1二、轉(zhuǎn)向橋強(qiáng)度計(jì)算1、前軸強(qiáng)度計(jì)算1.1、前軸受力簡(jiǎn)圖如圖1所示：圖1 汽車向左側(cè)滑時(shí)前軸受力圖1.2、前軸載荷計(jì)算）緊急制動(dòng)工 汽車緊急制動(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)取矩得取路面附著糸數(shù)=0.7制動(dòng)時(shí)前軸軸載千質(zhì)量重新分配分配糸數(shù)m1=1.63垂直反作用力：Z1l= Z1r=16891.6N橫向反作用力：X1l=X1r= =11824.1N）側(cè)滑 汽車側(cè)滑時(shí)，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(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，須使V滑V翻，則有：，所以，得到=0.747，取=0.65（2）對(duì)車輪接地點(diǎn)取矩垂直反作用力：Z=19360.5NZ=1346.5N橫向反作用力Y1l=12584.3NY1r=875.2N）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)載荷糸數(shù)=2.5N載荷計(jì)算結(jié)果列表，如下表2： 表2 單位 N緊急制動(dòng)Z116891.6X111824.1側(cè)滑Z1l19360.5Z1r1346.5Y1l12584.3Y1r875.2越過(guò)不平路面Z125883.751.3、彎矩及扭矩計(jì)算選擇下述四個(gè)部位計(jì)版式其斷面的彎矩、扭矩-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）-斷面位于鋼板彈簧座外側(cè)附近，此斷面內(nèi)就彎矩最大，而扭矩最小-斷面處的彎矩，扭矩均較大-斷面位于梁端，此斷面內(nèi)扭矩最大，而彎矩最小各斷面示意圖如圖1各斷面的計(jì)算參數(shù)如下表3表3 參數(shù)車型L1L2L3L4h1h2h3h4JY1061402316167138129125340各斷面彎扭矩計(jì)算如下）緊急制動(dòng)垂直面內(nèi)彎矩 M=Z1li水平面內(nèi)彎矩 M=Xli上式中Li對(duì)應(yīng)與-、-、-、-斷面分別帶入L1、L2、L3、L4鋼板彈簧外側(cè)扭矩 Mn=X上式中hi對(duì)應(yīng)與-、-、-、-斷面分別帶入h1、h2、h3、0。）側(cè)滑 左側(cè)各斷面垂直面內(nèi)彎矩 =Z1l-Y1l(rr-hi) 上式中Li,hi帶入值與緊急制動(dòng)時(shí)一致）越過(guò)不平路面垂直面內(nèi)彎矩 M=Z1Li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4表4 單位 N 結(jié)果工況-緊急制動(dòng)67904235337746282089723310414753288373641619746251631726Mn4150259419755652735495675568側(cè)滑33658321650492-2379394-3368715越不平路10405268817926543225863571958(4)斷面糸數(shù)計(jì)算A工字形斷面前軸a) 斷面簡(jiǎn)圖本汽車前軸簡(jiǎn)化為換算斷面形狀后如圖3所示 圖3 前軸簡(jiǎn)化圖b)計(jì)算斷面糸數(shù)i)-斷面如圖3所示垂直面內(nèi)抗彎斷面糸數(shù)=37003.48N.mm水平面內(nèi)抗彎斷面糸數(shù)）- 斷面 換算斷面簡(jiǎn)圖如圖4圖4 IIII斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) -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)： =30.796 該斷面對(duì)形心軸的慣性矩：上翼面的抗彎斷面系數(shù)：下翼面的抗彎斷面系數(shù)：水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)： 抗扭斷面系數(shù)由經(jīng)驗(yàn)公式得iii) -斷面 III-III斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5如圖5 III-III斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖1）垂直面內(nèi)，水平面內(nèi)的抗彎斷面系數(shù)：2）抗扭斷面系數(shù)：iv) -斷面1）垂直面內(nèi)，水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：2）抗扭斷面系數(shù)：v) 各斷面尺寸參數(shù)見(jiàn)表5：表5 單位：JY1061-B7292B1605012.512.5b72584343601612.512.5t1242h364315H61685252vi)斷面系數(shù)計(jì)算結(jié)果列表見(jiàn)表6 表6 單位： -W37003.4834347.21418913.5219378.7W2174427822.9711402.216024.762935.5717173.51220910.34（5）應(yīng)力計(jì)算a)計(jì)算公式i)汽車緊急制動(dòng)時(shí)垂直面內(nèi)彎曲應(yīng)力 水平面內(nèi)彎曲應(yīng)力 合成應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：在矩形長(zhǎng)邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 在矩形短邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 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： ii)汽車側(cè)滑時(shí)垂直面彎曲應(yīng)力 iii)汽車越過(guò)不平路面時(shí)垂直面彎曲應(yīng)力 b) 應(yīng)力值計(jì)算結(jié)果列表： 表7 單位： -緊急制動(dòng)183.508155.406149.147120.289218.602134.293173.179101.82666.696307.075271.424402.110300.300357.270496.140側(cè) 滑90.96040.053-125.804-173.836越不平路281.197 238.135228.545184.324（6）JY1061 前軸材料的許用應(yīng)力 材料：30Cr 調(diào)質(zhì)硬度 ： HB241281 ：800937 許用應(yīng)力： 2、轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度計(jì)算 作用力、按表1-1取值 2.1、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 2.2、彎矩計(jì)算 A緊急制動(dòng)時(shí) B側(cè)滑時(shí) C超越不平路面時(shí) 計(jì)算用參數(shù)JY1061 ， ， 2.3、應(yīng)力計(jì)算 A）緊急制動(dòng)時(shí)B）側(cè)滑時(shí)C）超越不平路面時(shí) 彎矩、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果列表見(jiàn)表8 表8 功況M緊急制動(dòng)825303.22155.8側(cè)滑-5658732.69-63285超越不平路51817557.9512.4、轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 材料 JY1061 40Gr 許用應(yīng)力 查YB6-71： 3、主銷強(qiáng)度計(jì)算 3.1、主銷作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6 如圖6 主銷作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖主銷受力計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表9 表9參數(shù)車行abceflnDhHJY10616770204973601654803037403.2、計(jì)算載荷 計(jì)算時(shí)，忽略主銷傾角的影響，并假定力的作用點(diǎn)位于主銷襯套中點(diǎn)。 A）、按表1取值 B）汽車緊急制動(dòng)時(shí) 力在主銷的支承反力和。 主銷受到和u的作用，力u由下式求得： 力在主銷的兩個(gè)支承上反作用力和 力u在主銷的兩個(gè)支承上反作用力和 由制動(dòng)力矩的作用，在主銷的兩個(gè)支撐上產(chǎn)生反作用力和 作用在主銷下端的 合力（圖14） C)汽車側(cè)滑時(shí)左主銷上支承的 反作用力 左主銷下支承的 反作用力 右主銷上支承的 反作用力 右主銷下支承的 反作用力 D）汽車越過(guò)不平路面時(shí) 動(dòng)載荷在主銷上、下支承上產(chǎn)生的作用反力和。 3.3、彎矩計(jì)算 在緊急制動(dòng)和側(cè)滑時(shí)，主銷下支承的反作用力為最大，在越過(guò)不平路面時(shí)，因主銷下端的作用力臂大于上端，所以只需要計(jì)算主銷下支承處的彎矩（圖15）A) 汽車緊急制動(dòng)時(shí) =1816786.99N.mmB) 汽車側(cè)滑時(shí) =1248525.04N.mmC) 汽車越過(guò)不平路面時(shí) =2650.72N.mm（5）抗彎斷面系數(shù)、剪切面積和主銷襯套擠壓面積的計(jì)算 A)主銷抗彎斷面系數(shù) =2650.72mm3B)主銷剪切面積 =706.86mm2D) 主銷襯套擠壓面積=1200mm2 D:主銷外徑，d：主銷內(nèi)徑3.4應(yīng)力計(jì)算 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10。表10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)676869載荷、彎矩、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果列表見(jiàn)表11：88表11 主銷受力單位：N M單位： 其余量單位： 主銷受力M緊急制動(dòng)49102.271216783.99685.7469.540.920側(cè)滑2460238676越過(guò)不平路面5980.21591267.77223.0622.6113.323.5、主銷材料及許用應(yīng)力JY1061:許用應(yīng)力 按力作靜載荷計(jì)算時(shí)，參考文獻(xiàn)：1、汽車設(shè)計(jì) 劉惟信 2001.7 清華大學(xué)出版社2、汽車車橋設(shè)計(jì) 劉惟信 2004.4 清華大學(xué)出版社3、CA1080,NJ130,BJ130前橋總成圖，零件圖。4、汽車設(shè)計(jì)郭學(xué)訊，鄧亞?wèn)| 2005.8 人民交通出版社5、汽車設(shè)計(jì)吉林工業(yè)大學(xué)出版社 王望予 2004.5 機(jī)械工業(yè)出版社6、汽車構(gòu)造吉林大學(xué)汽車工程系 陳家瑞 2006.5 人民交通出版社18