中文題目：載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)外文題目：THE DESEGH OF THE TRUCK STEERING AXLE畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 52 頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文 16 頁(yè)） 圖紙共 4 張 完成日期 答辯日期 I載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)為載重汽車的轉(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?。阂詼p少非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。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；主銷載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)IIThe design of the truck steering axleAbstractThis 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目錄前 言 .11.汽車轉(zhuǎn)向橋的概況 .21.1 汽車轉(zhuǎn)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(duì)汽車穩(wěn)定性的作用與影響 .21.2 從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式 .51.2.1 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu) 51.2.2 載重汽車從動(dòng)橋 61.2.3 載重汽車從動(dòng)橋 71.2.4 設(shè)計(jì)意義 .72.轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù) .82.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 .82.2 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu)選擇 .82.3 確定前橋具體結(jié)構(gòu)型式 .83.前軸設(shè)計(jì) .93.1 前軸強(qiáng)度計(jì)算 .93.1.1 前軸受力分析簡(jiǎn)圖 .93.1.2 前軸載荷的計(jì)算（分三種工況分析 ） .103.2 前軸彎矩及扭矩計(jì)算 .1113.2.1 前軸斷面分析圖 .113.2.2 各個(gè)斷面彎扭矩計(jì)算（分三種工況分析） .123.3 斷面系數(shù)計(jì)算 .133.4 應(yīng)力計(jì)算 .193.5 前軸材料的許用應(yīng)力 .204.轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì) .214.1 截面系數(shù)計(jì)算 .214.2 彎矩計(jì)算 .214.3 應(yīng)力計(jì)算 .224.4 轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 .225.主銷設(shè)計(jì) .235.1 主銷受力計(jì)算參數(shù) .235.2 計(jì)算載荷 .235.3 彎矩計(jì)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(jì)算 .255.5 應(yīng)力計(jì)算 .265.6 主銷材料及許用應(yīng)力 .276.轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .286.1 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 .286.1.1 球頭銷 .296.1.2 轉(zhuǎn)向拉桿 .29載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)26.1.3 轉(zhuǎn)向搖臂 .296.2 桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 .307.經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 .317.1 我國(guó)汽車車橋行業(yè)發(fā)展歷程 .317.2 國(guó)內(nèi)汽車車橋產(chǎn)量和市場(chǎng)容量分析 .317.3 汽車車橋業(yè)發(fā)展特征及問(wèn)題透視 .317.4 車橋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)解析－轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性分析 .317.5 提高轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性 .328.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 461前 言隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，汽車運(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)汽車的安全運(yùn)行也越來(lái)越重視，所以對(duì)汽車車橋的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。前橋通過(guò)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(cè)向制動(dòng)力以及其形成的水平方向的彎矩；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輪與車架間的最大作用力。應(yīng)使轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷和前梁間的摩擦力盡可能小。應(yīng)保證車輪正確的定位角和合適的轉(zhuǎn)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(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)，本著盡量減少車身重量的目的進(jìn)行設(shè)計(jì)，隨著我國(guó)汽車行業(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)汽車生產(chǎn)國(guó)。載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)21.汽車轉(zhuǎn)向橋的概況1.1 汽車轉(zhuǎn)向橋目前狀況1.1.1 汽車前橋的分類從動(dòng)橋即非驅(qū)動(dòng)橋，又稱從動(dòng)車橋。它通過(guò)懸架與車架(或承載式車身)相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動(dòng)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(dòng)橋還要承受和傳遞制動(dòng)力矩。根據(jù)從動(dòng)車輪能否轉(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，有些轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向。多軸汽車除前輪轉(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。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前橋驅(qū)動(dòng)，越野汽車均為全輪驅(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)向主銷組成。轉(zhuǎn)向節(jié)利用主銷與前梁鉸接并經(jīng)一對(duì)輪轂軸承支承著車輪的輪轂，以達(dá)到車輪轉(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將主銷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(zhuǎn)向輕便性及汽車轉(zhuǎn)向后使前輪具有自動(dòng)回正的性能，轉(zhuǎn)向橋的主銷在汽車的縱向和橫向平而內(nèi)都有一定傾角。在縱向平面內(nèi)，主銷上部向后傾斜一個(gè) 角，稱為主銷后傾角。在橫向平面內(nèi)，主銷上部向內(nèi)傾斜一個(gè) β 角，?稱為主銷內(nèi)傾角。3圖 1-1 主銷內(nèi)傾角Figure 1-1 Kingpin Inclination主銷內(nèi)傾也是為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性并使轉(zhuǎn)向輕便。主銷內(nèi)傾使主銷軸線與路面的交點(diǎn)至車輪中心平面的距離即主銷偏移距減小，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。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向時(shí)不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且伴隨有車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，保證汽車作直線行駛。內(nèi)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(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車可選擇較大的主銷內(nèi)傾角及后傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的自動(dòng)回正性能。但內(nèi)傾角也不宜過(guò)大，即主銷偏移距不宜過(guò)小，否則在轉(zhuǎn)向過(guò)程中車輪繞主銷偏轉(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)致汽車制動(dòng)時(shí)跑偏，近年來(lái)出現(xiàn)主銷偏移距為負(fù)值的汽車。主銷后傾使主銷軸線與路面的交點(diǎn)位于輪胎接地中心之前，該距離稱為后傾拖距。當(dāng)直線行駛的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時(shí)，汽車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)車輪作用著一阻礙其側(cè)滑的側(cè)向反力，使車輪產(chǎn)生繞主銷旋轉(zhuǎn)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(guò)大，否則在汽車轉(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)。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(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自行車拐彎的時(shí)候，會(huì)自然地將車子向所轉(zhuǎn)的方向傾斜，讓車輪與地面有一個(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。汽車也是一樣，右側(cè)車輪載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)4在右轉(zhuǎn)彎的時(shí)候在主銷內(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)車輪雖也有主銷內(nèi)傾角，卻不會(huì)向左側(cè)傾倒，因?yàn)檫€有主銷后傾角，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)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)還使右側(cè)車身降低，左側(cè)車身抬高，整個(gè)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(nèi)傾角外，還有車輪外傾角及前束，共 4 項(xiàng)參數(shù)。車輪外傾指轉(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 ，稱為車輪外傾角。此角約為 ，一般為 左右。它可以避免汽車重載時(shí)車輪??5.1~0?1產(chǎn)生負(fù)外傾即內(nèi)傾，同時(shí)也與拱形路而相適應(yīng)。由于車輪外傾使輪胎接地點(diǎn)向內(nèi)縮，縮小了主銷偏移距，從而使轉(zhuǎn)向輕便并改善了制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。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(dǎo)致的車輪前端向外張開(kāi)的不利影響(具有外傾角的車輪在滾動(dòng)時(shí)猶如滾錐，因此當(dāng)汽車向前行駛時(shí)，左右兩前輪的前端會(huì)向外張開(kāi))，為此在車輪安裝時(shí)，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(shí)的滾動(dòng)方向是向著正前方。前束即(B-A)，一般汽車約為 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)向車輪的擺振，它是指汽車行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輪繞主銷不斷擺動(dòng)的現(xiàn)象，它將破壞汽車的正常行駛。轉(zhuǎn)向車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)的固有頻率而與車輪轉(zhuǎn)速并不一致，且會(huì)在較寬的車速范圍內(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)向車輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動(dòng)的激勵(lì)，例如車輪失衡、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)向輪擺振頻率與車輪轉(zhuǎn)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(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的前梁拳部；為提高載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)6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 (d)下部圓柱比上部細(xì)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(zhuǎn)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(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 載重汽車從動(dòng)橋本設(shè)計(jì)為載重汽車的轉(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7性能比較好，多用于轎車等以載人為主的高級(jí)車輛。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，注銷上下軸承及轉(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。另外為了保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有車輪能繞一個(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(kāi)式結(jié)構(gòu)。前梁的拳形部分通過(guò)主銷相連轉(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，可以完成車輪的靈活轉(zhuǎn)向。1.2.3 載重汽車從動(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、主銷上下軸承、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)載重車轉(zhuǎn)向橋的主要功用即對(duì)車身的支持作用、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，從而減輕車的重量。并且對(duì)車輪輪轂進(jìn)行配合設(shè)載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)8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)選擇轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)參數(shù)參照東風(fēng) EQ140 型號(hào)汽車前橋數(shù)據(jù)獲得，如表 2-1 所示表 2-1汽車總質(zhì)量Ga（N）前軸軸載質(zhì)量G1（N）汽車質(zhì)心至前軸中心線距離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)42140 23128 2200 1270 3900 1100 850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 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(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（7）前輪定位角選擇見(jiàn)表 193.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 diagram1—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 diagram2 - yaw moment map condition載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)103.1.2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）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(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=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(duì)車輪接地點(diǎn)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(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貨汽車所以 ?=2.5N （3-5）2891035.211 ????GZrl?載荷計(jì)算結(jié)果列表，如下表 3-2：表 3-2 單位 NZ1 19138.42緊急制動(dòng)X1 13396.89Z1l 21402.9Z1r 1725Y1l 14982側(cè)滑Y1r 1207.5越過(guò)不平路面 Z1′ 289103.2 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 所示載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)12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, torqueA 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 424 325 187斷面高度 h 136 128 03.2.2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、13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 （3-11ri(ZY)(h)????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?8114960.08 6219928 3578884.545680281.36 4353989.25 2505218.43緊急制動(dòng)Mn 4742499.06 4849674.18 6028600.5側(cè)滑 ?2272998.6 1682275.8 -2889405越不平路 M12225784 9395750 54061703.3 斷面系數(shù)計(jì)算 A—A 工字形斷面前軸斷面簡(jiǎn)圖本汽車前軸簡(jiǎn)化為換算斷面形狀后如圖 3 所示載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)14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）68327631??????HhbBWI2）水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) （3-11）二、B 斷面換算斷面簡(jiǎn)圖如圖 4mNBtht .386296731426331 ????????15圖 3-4 前軸 B 斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖Figure 3-4 Front axle cross section diagram calculation1）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= （3-12）hBbttHtBt )()2/(*2/1(2/*111???=37.2載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)1622 hyt9.8145??（3-12 .6??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）314.95627.8myJWxc??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)：（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(yàn)公式得（3-18）三、C 斷面C 斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3 33323214.87487)(9.1)(1. )()(48760923.41)3487(.12476)(6. 1.73)247(.mbBChHWntbBbBhHCB??????????????????????載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)18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 calculation1）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： 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(jì)算結(jié)果列表見(jiàn)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(yīng)力計(jì)算 一、汽車緊急制動(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?在矩形短邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 （3-25）ax??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： （3-23???合d26）二、汽車側(cè)滑時(shí)垂直面彎曲應(yīng)力 ''WM??三、汽車越過(guò)不平路面時(shí)垂直面彎曲應(yīng)力 ''??載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)20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'?174.19 154.2 120.379“198.4 132.47 101.89max?57.88 251.40緊急制動(dòng) d?372.59 373.49 496.14側(cè) 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(yīng)力一、材料：30Cr 調(diào)質(zhì)硬度 ： HB241—281 ：800—937)/(2mNb?二、許用應(yīng)力： bs?)7.06(???合 ss??7.0??214.轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)圖 4-1：轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、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1ZX1Y4.1 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（4-64.891325????dW1）4.2 彎矩計(jì)算一、緊急制動(dòng)時(shí) 載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)22（4-2.85301287.169022121 ???????XZCM制2）二、側(cè)滑時(shí) （4-60.5834809.12560.9371???rY制3）三、超越不平路面時(shí) （4-5187207.5981???CZM制4）4、計(jì)算用參數(shù)d1=50 ， c=50 ，d=55，h=364.3 應(yīng)力計(jì)算一、緊急制動(dòng)時(shí) （4-3.9264.8150??WM制?5）二、側(cè)滑時(shí) （4-85.0264.89157??側(cè)6）三、越不平路面時(shí) （4-951.764.85??WM越?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 57.951234.4 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?? 2/980][mNb??])[75.~6.(bS?5.主銷設(shè)計(jì)主銷作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 6如圖 5-1 主銷作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖Figure 5-1 diagrams the main sales force calculation