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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 輕型載貨汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專 業(yè) 汽車設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 車輛工程系 32 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)

2、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 Th

3、e 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 c

4、apacity, 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

5、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 m

6、ovement 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 t

7、he 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 摘 要 1 1.汽車轉(zhuǎn)向橋的概況 3 1.1汽車轉(zhuǎn)向橋目前狀況 3 1.1.1汽車前橋的分類 3 1.1.2前橋

8、各參數(shù)對(duì)汽車穩(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 載重汽車從動(dòng)橋 8 1.2.3 載重汽車從動(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 3.3斷面

9、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.主銷設(shè)計(jì) 25 5.1在汽車工況下計(jì)算 26 5.2在汽車側(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)汽車車橋行業(yè)發(fā)展歷程 31 7.2國(guó)內(nèi)汽車車橋產(chǎn)量和市場(chǎng)容量分析 31 7.3汽車車橋業(yè)發(fā)展特征及問(wèn)題透視 31 7.4車橋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)解析－轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性分

10、析 31 7.5提高轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性 32 8.結(jié) 論 33 致 謝 34 參 考 文 獻(xiàn) 35 附 錄 36 第1章汽車轉(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，

11、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

12、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

13、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。 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；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

14、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

15、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)定力矩需在方向盤上施加更大的力，導(dǎo)致方向盤沉重。后傾角通常在以內(nèi)?，F(xiàn)代轎車采用低壓寬斷面斜交輪胎，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

16、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。

17、 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

18、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)。

19、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

20、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

21、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

22、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)

23、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

24、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

25、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

26、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

27、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)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CA1021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) 24250 11100 1800 1120 3025 540 720 主銷中心距B′(mm

28、) 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 1330 1460 314 6° 2° 1° 2～4 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1 3.前

29、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 3.

30、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===1.34 （3-1） 垂直反作用力：Z1l= Z1r==7437N 橫向反作用力：X1l=X1r= Ф=5205.9N （3-2） 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

31、翻車，須使V滑

32、5.9 側(cè)滑 Z1l 8436 Z1r 2664 Y1l 5905.2 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 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 a

33、rea 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 水平面內(nèi)彎矩 （3-6） 上式中Li對(duì)應(yīng)與A、B、C斷面分別帶入La、Lb、Lc、 鋼板彈簧外側(cè)扭矩

34、 （3-7） 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 （3-8） 上式中Li,hi帶入值與緊急制動(dòng)時(shí)一致 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的力QMZ所形成的力偶QMZ（c+d）所平衡，故有 QMZ===7590 N (3-30) 制動(dòng)力矩Prrr由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷的力Qmr所形成的力偶Qmr（c+d）所平衡，故有 Qmr=Prrr/（c+d）=Z1rrr/ (c+d) =7437×1.0×314

35、/（48.5+48.5）=24074N (3-31) 而作用于主銷的制動(dòng)力Pr則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)出作用的主銷的力Qru、Qrl所平衡，且有 Qru===3718.5 N (3-32) Qrl===3718.5 N (3-33) 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) 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)移至主銷中心線與輪軸中心線交點(diǎn)處，則需對(duì)主銷作用一側(cè)向力矩Nl。力矩Nl4，由位于側(cè)向

36、平面內(nèi)并作用于主銷的力偶QMN（c+d）所平衡，故有 QMN===6534 N (3-35) 而力N則在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)處作用于主銷的力QNu,QNl所平衡，且有 QNu===3201 N (3-36) QNl===3201 N (3-37) 由圖3-3可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點(diǎn)作用于主銷的合力Qu和在下襯套的中點(diǎn)作用于主銷的合力Ql分別為 Qu= = =23097.52 N (3-38) Ql== =32750

37、.25N (3-39) 由上兩式可見(jiàn)，在汽車制動(dòng)工況下，主銷的最大載荷發(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)主銷的力QMZ是不相等的，他們分別按下式求得： QMZL= =21281.54N (3-40) QMZR= =6721 N (3-41) 式中：Z1L，Z1R—

38、—汽車左、右前輪承受的地面垂向反作用力，N； l1——輪胎中心線至主銷軸線的距離 mm; rr——輪胎的滾動(dòng)半徑 mm; Y1L，Y1R——左、右前輪承受地面的側(cè)向反力，N； G1——汽車靜止于水平路面時(shí)的前橋的軸荷，N； hg——汽車質(zhì)心高度，mm; B1——汽車前輪輪距，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中最大的作為主銷的計(jì)算載荷Qj,計(jì)算主銷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) s===72.5 MPa

39、 (3-43) 式中:d0——主銷直徑 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。 主銷的許用應(yīng)力彎曲力[w]=413MPa;許用剪切應(yīng)力[s]=66MPa。 主銷采用20Cr,20CrNi,20CrMnTi等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，滲碳層深1.0～1.5mm,56～62HRC。 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。如果汽車向右轉(zhuǎn)彎則其前外輪即前

40、左輪的地面垂向反力Z1L增大。 汽車前橋的側(cè)滑條件為 P1=m1≥Y1L+Y1R=G11=m1g1=820×10×1.0=8200N (3-46) 式中：P1——前橋所受的側(cè)向力，N； m1——汽車滿載時(shí)的整車質(zhì)量分配給前橋的部分； R——汽車轉(zhuǎn)彎半徑，mm; va——汽車行使速度，mm/s; g——重力加速度，mm/s2； Y1L、Y1R——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= (3-4

41、7) Z1L= (3-48) 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=0.625×6150=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=（0.5～0.33）C0 轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計(jì)算

42、 當(dāng)采用青銅止推墊片代替轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承時(shí)，在汽車滿載情況下，止推墊片的靜載荷可取為 Fa===3075 N (3-50) 這時(shí)止推墊片的擠壓力為 c==1 MPa (3-51) 式中：d；D——止推墊片的內(nèi)、外徑。 通常取[c]≤30MPa 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)汽車車橋行業(yè)發(fā)展

43、歷程 我國(guó)汽車車橋行業(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)汽車車橋行業(yè)將會(huì)有更大的進(jìn)步。 7.2國(guó)內(nèi)汽車車橋產(chǎn)量和市場(chǎng)容量分析 2003 年我國(guó)車橋產(chǎn)量達(dá)到800 萬(wàn)只，2004 年我國(guó)車橋產(chǎn)量超過(guò)1000 萬(wàn)只，達(dá)到1080 萬(wàn)只，2005 年我國(guó)車橋產(chǎn)量達(dá)到1800 萬(wàn)只，市場(chǎng)容量達(dá)到2000 萬(wàn)只左右。 7.3汽車車橋業(yè)發(fā)展特征及問(wèn)題透視 我國(guó)汽車車橋業(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

44、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)車橋生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品還需要進(jìn)一步改善。 7.4車橋產(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：車橋、車輪、車架和懸架。車橋(也稱車軸)通過(guò)懸架和車架(或承載式車身)相連，兩端安裝汽車車輪。其功能是傳遞車架(或承載式車身)與車輪之間各方向作用力。 車橋可以是整體式的，有如一個(gè)巨大的杠鈴，兩端通過(guò)懸架系統(tǒng)支撐著車身，因此整體式車橋通常與非獨(dú)立懸架配合；車橋也可以是斷開(kāi)式的，象兩把雨傘插在車身兩側(cè)，再各自通過(guò)懸架系統(tǒng)支撐車身，所以斷開(kāi)式車橋與獨(dú)立懸架配用。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，車橋也分成轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四

45、種。其中轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋。大多數(shù)汽車采用前置后驅(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，車輪就裝在轉(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)。 汽車轉(zhuǎn)向橋是汽車主要的部件之一，它包括承載車身負(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輪與車架之間的作用力。 （2）保證有足夠的剛度

46、：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)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 1.優(yōu)化零件設(shè)計(jì)。對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、前軸的設(shè)計(jì)要合理，進(jìn)行充分的受力分析，在保證滿足載荷需求的前提下，盡量減小各個(gè)零件的尺寸。 2.使用合適的材料。材料的選擇要根據(jù)受力、零件的接觸方式、及各個(gè)零

47、件的配合運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行選擇，本著低成本，高性能的要求進(jìn)行選擇。建議選擇高強(qiáng)度合金鋼，如20CrNi等材料。 本次設(shè)計(jì)根據(jù)以上兩個(gè)方法，對(duì)轉(zhuǎn)向橋的各個(gè)零件進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，并且選擇了較為合適的材料，這樣就大大的提高了轉(zhuǎn)向橋的經(jīng)濟(jì)性。 8 結(jié)論 近年來(lái)隨著生產(chǎn)水平汽車水平和路面的改善，汽車行使速度的不斷提高，同時(shí)人們對(duì)客車的性能要求也越來(lái)越高，如何保證既要具有高的行使速度又要具有良好的轉(zhuǎn)向性能以滿足用戶的要求，是亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)此現(xiàn)象，本論文選擇汽車的主要組成部分轉(zhuǎn)向橋來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)并以CA1021輕型貨車轉(zhuǎn)向橋作為研究對(duì)象。

48、本設(shè)計(jì)以《汽車設(shè)計(jì)》為理論基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)中確定了轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向橋及其零件組成，通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)出了主要零件的尺寸、強(qiáng)度和合理的整體布局。設(shè)計(jì)后的轉(zhuǎn)向橋具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)向靈敏的特點(diǎn)，制造容易，成本低。廣泛用于微、輕型載貨汽車。 本文所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向橋?qū)ν愋偷霓D(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。 致謝 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)十幾周的努力已經(jīng)結(jié)束了，在這十幾周的時(shí)間里我已經(jīng)按照預(yù)期的目的設(shè)計(jì)好了前期老師所給定的題目，已經(jīng)基本完成了老師所布置的任務(wù)。由于水平有限，缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)還有很多不足之處。本設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的積極鼓勵(lì)和精心

49、指導(dǎo)下完成的。指導(dǎo)老師豐富的理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我在專業(yè)知識(shí)方面受益。在此要非常感謝指導(dǎo)老師長(zhǎng)時(shí)間的幫助與指導(dǎo)。 我要感謝幫助所有汽車工程系的老師，你們豐富的理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我在專業(yè)知識(shí)方面受益匪淺，你們無(wú)微不至的關(guān)懷對(duì)我論文的完成起到了極大的幫助作用。 在這里，我要特別感謝在設(shè)計(jì)中給予我大力支持的所有老師，他們淵博的專業(yè)知識(shí)，精益求精的工作作風(fēng)，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。本設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多困難，老師們的辛勤指導(dǎo)對(duì)本論文的完成起到了至關(guān)重要的作用。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從開(kāi)始的查閱資料，到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中

50、期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是指導(dǎo)教師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我向老師學(xué)習(xí)到的不僅僅是專業(yè)知識(shí)，面對(duì)困難時(shí)的堅(jiān)韌性格，更學(xué)到了如何做人?！坝鍪?，先做人”將在我今后的學(xué)習(xí)和工作中成為我做人的準(zhǔn)則，成為我人生路上的寶貴財(cái)富。 能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此對(duì)各位老師和同學(xué)以及在設(shè)計(jì)期間，曾經(jīng)對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)給予幫助的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)表示最誠(chéng)摯的謝意！ 最后，我要向在百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱、評(píng)議和參加本人論文答辯的各位老師再次表示感謝！ 參考文獻(xiàn) [1] 王洪欣.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)(Ⅰ

51、) [M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001. [2] 王洪欣.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)(Ⅱ) [M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001. [3] 竺延年.最新車橋設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量檢測(cè)及國(guó)內(nèi)外實(shí)用手冊(cè)[M].中國(guó)知識(shí)出版社,2005. [4] 陳家瑞.汽車結(jié)構(gòu)[M].吉林工業(yè)大學(xué),2000. [5] 徐清富.國(guó)外汽車最近結(jié)構(gòu)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996. [6] D.J.Segal.Highway Vehic Object Simulation Model[M] .Programmers Manual,1976. [7] 程振彪.世界載貨汽車工業(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)[M

52、].汽車科技,2001. [8] 謝衛(wèi)國(guó),汪紅心.貨車平順性預(yù)測(cè)與優(yōu)化[J].汽車工程,1991,(3):69～79. [9] 神龍汽車有限公司著編.中國(guó)轎車叢書-富康[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1998. [10] 中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司著編.中國(guó)轎車叢書-紅旗[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1998. [11] 李卓森等編.中外汽車圖冊(cè)車身分冊(cè)(一) [M].長(zhǎng)春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1995. 附錄 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷史及未來(lái)技術(shù)趨勢(shì) 屈裕豐 （合肥工業(yè)大學(xué)，機(jī)械汽

53、車工程學(xué)院） 摘要：轉(zhuǎn)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(guò)方向盤來(lái)操縱和控制汽車的行進(jìn)方向，從而實(shí)現(xiàn)自己的駕駛意圖。一百多年來(lái)，汽車工業(yè)隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展而不斷前進(jìn)。到今天，汽車已經(jīng)不是單純機(jī)械意義上的汽車了，它是機(jī)械、電子、材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長(zhǎng)時(shí)間的演變。本文介紹了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的歷史及未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向器；液壓助力 傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車的轉(zhuǎn)向由駕駛員控制方向盤，通過(guò)轉(zhuǎn)向器等一系列機(jī)械轉(zhuǎn)向部件實(shí)現(xiàn)車輪的偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。隨著上世紀(jì)五十年代起，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向

54、系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，標(biāo)志著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)革命的開(kāi)始。汽車轉(zhuǎn)向動(dòng)力的來(lái)源由以前的人力轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆右簤褐?。液壓助力系統(tǒng)HPS（Hydraulic Power Steering）是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)液壓系統(tǒng)而成。該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，一部分發(fā)動(dòng)機(jī)能量提供汽車前進(jìn)的動(dòng)能，另外一部分則為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。這種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要的特點(diǎn)是液壓力支持轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，減小駕駛者作用在方向盤上的力，改善了汽車轉(zhuǎn)向的輕便性和汽車運(yùn)行的穩(wěn)定性行的穩(wěn)定性。 但同時(shí)液壓助力系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)： 在車輛設(shè)計(jì)制造完成后，車輛轉(zhuǎn)向的助力特性不

55、能改變。直接后果是，當(dāng)助力特性偏向于低速助力時(shí)，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(shí)候，由于助力特性不能調(diào)節(jié)，使得駕駛者沒(méi)有較好的路感；當(dāng)助力特性偏向于高速助力時(shí)，在低速段得不到很好的助力效果；即使車輛不轉(zhuǎn)向，液壓系統(tǒng)也必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下工作。其結(jié)果是，消耗發(fā)動(dòng)機(jī)能量，增加油耗 ； 存在液壓油泄漏問(wèn)題，不僅對(duì)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(lái)，隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也愈來(lái)愈多地采用電子器件。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因此進(jìn)入了電子控制時(shí)代，相應(yīng)的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩類 ：電動(dòng)液壓助

56、力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和電控液壓助力轉(zhuǎn)向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，與液壓助力系統(tǒng)不同的是，電動(dòng)液壓助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源不是發(fā)動(dòng)機(jī)而是電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，節(jié)省了發(fā)動(dòng)機(jī)能量，減少了燃油消耗。電控液壓助力轉(zhuǎn)向也是在傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，它們的區(qū)別是，電控液壓助力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向速率、車速等汽車運(yùn)行參數(shù)，改變液壓系統(tǒng)助力油壓的大小，從

57、而實(shí)現(xiàn)在不同車速下，助力特性的改變。而且電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的液壓系統(tǒng)，在沒(méi)有轉(zhuǎn)向操作時(shí)，電機(jī)可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而降低能耗。雖然電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)克服了液壓助力轉(zhuǎn)向的一些缺點(diǎn)。但是由于液壓系統(tǒng)的存在，它一樣存在液壓油泄漏的問(wèn)題，而且電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引入了驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使得系統(tǒng)更加復(fù)雜，成本增加，可靠性下降。為了規(guī)避電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點(diǎn)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（Electric Power Steering）便應(yīng)時(shí)而生。它與前述各種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中已經(jīng)沒(méi)有液壓系統(tǒng)了。原來(lái)由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向助力由電動(dòng)機(jī)來(lái)完成。電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器、微處理器、電動(dòng)機(jī)等組成?；竟ぷ髟?/p>

58、是 ：當(dāng)駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器便將轉(zhuǎn)矩信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并傳送至微處理器，微處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)并結(jié)合車速等其他車輛運(yùn)行參數(shù)，按照事先在程序中設(shè)定的處理方法得出助力電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)向系統(tǒng)至今，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)己經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)可。 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)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(shí)，增加轉(zhuǎn)向助力，使得轉(zhuǎn)向更加輕便 ；在高速行駛時(shí)減少轉(zhuǎn)向助力，甚至為了提高路感增加轉(zhuǎn)向阻尼。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才工作，為轉(zhuǎn)向提

59、供助力，因而能減少能耗。電動(dòng)機(jī)由蓄電池供電，因此電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在發(fā)動(dòng)機(jī)不工作的情況下工作。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒(méi)有液壓系統(tǒng)，與液壓助力系統(tǒng)相比，裝配自動(dòng)化程度更高。而且電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以通過(guò)改變微處理器中的助力程序算法，很容易實(shí)現(xiàn)助力特性的改變。 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展總是日新月異的，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系均由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（方向盤）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。但是思想的火花總是能給人帶來(lái)驚喜！電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)SBW（Steering-By-Wire）的誕生顛覆了轉(zhuǎn)向系三大部分的舊有觀念，它用微控制器取代了轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由三大部分變?yōu)榱藘刹糠帧ｋ娮愚D(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最為先進(jìn)和前沿的技術(shù)之一

60、。它主要由方向盤控制模塊、轉(zhuǎn)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(guò)轉(zhuǎn)向力矩傳感器檢測(cè)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，并將檢測(cè)到的信號(hào)（包括旋轉(zhuǎn)方向以及旋轉(zhuǎn)速度等）通過(guò)總線傳遞給微控制器，然后微控制器根據(jù)此信號(hào)，并結(jié)合車速信號(hào)反饋給方向盤控制模塊一個(gè)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(kāi)發(fā)人員根據(jù)千萬(wàn)次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合起來(lái)，形成的“經(jīng)驗(yàn)路感”，并以程序的形式固化在微控制器內(nèi)的。因此它與車速、轉(zhuǎn)向速率以及轉(zhuǎn)向力矩的大小存在著某種對(duì)應(yīng)關(guān)系。 轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器等組成。它的功能是根據(jù)微控制器的控制命令，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)旋

61、轉(zhuǎn)一定角度，完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作。同時(shí)轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)角的大小，反饋給微控制器，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，完成精確的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。微控制器是電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心。它接收檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)。由于微控制器取代了轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此各部件之間的機(jī)械連接減少了，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)速度和響應(yīng)的準(zhǔn)確性得以提高。而且可以對(duì)轉(zhuǎn)向策略進(jìn)行軟件編程控制，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的任意設(shè)置 ；可與其他設(shè)備，如ABS、自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行整合。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減少還帶來(lái)了更大的汽車內(nèi)部空間，給駕乘帶來(lái)更大的樂(lè)趣。而且轉(zhuǎn)向行為可以被軟件記錄下來(lái)，保存在EEPROM中，有助于以后進(jìn)一步完善轉(zhuǎn)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

62、問(wèn)題一直是大眾關(guān)注的焦點(diǎn)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與燈光系統(tǒng)的結(jié)合能給在夜間行駛的車輛帶來(lái)更好的安全性。如上頁(yè)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(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，如上圖所示，當(dāng)駕駛者在向右打方向盤的時(shí)候，燈光隨著方向盤角度的變化而向右照射，彎道內(nèi)側(cè)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(xiàng)燈光照明技術(shù)已經(jīng)在中檔的雪鐵龍凱旋、豐田凱美瑞上得到應(yīng)用。 目前電子轉(zhuǎn)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(wèn)題，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將完全失靈，其不像電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系

63、統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在電機(jī)或者液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，還可以以人力來(lái)控制汽車。電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的微控制器出現(xiàn)故障的話，因?yàn)闆](méi)有機(jī)械系統(tǒng)能連接方向盤和轉(zhuǎn)向器，因此根本不可能控制汽車的轉(zhuǎn)向。但是盡管如此電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)依然是未來(lái)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)趨勢(shì)： ??? 1.1 適應(yīng)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(jìn)的工藝方法，使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器?！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)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(guó)內(nèi)外在許多汽車上已

64、普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動(dòng)力轉(zhuǎn)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(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的惡化，石油危機(jī)造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來(lái)愈重視經(jīng)濟(jì)性，因此，要設(shè)計(jì)低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實(shí)現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。對(duì)零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。 ??? 1.4 汽車轉(zhuǎn)向器裝置的電腦化 ??? 汽車的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢(shì) ??? 2.1 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置

65、的使用動(dòng)態(tài) ??? 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來(lái)看，主要的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45％左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10％左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占5％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來(lái)越大，日本裝備不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類

66、型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65％，齒條齒輪式占 35％。 2.2 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器特點(diǎn) ??? 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號(hào)；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動(dòng)作配合得好。 ??? 可以實(shí)現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實(shí)現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。 ??? 通過(guò)大量鋼球的滾動(dòng)接觸來(lái)傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。變速比結(jié)構(gòu)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(shí)有較好的