輕型載貨汽車(chē)轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì),輕型,載貨,汽車(chē),轉(zhuǎn)向,設(shè)計(jì)
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)
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(zhuān) 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
42
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(mǎn)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?。阂詼p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(mǎn)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)
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
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(lèi) 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
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
參 考 文 獻(xiàn) 35
附 錄 36
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(lèi)
從動(dòng)橋即非驅(qū)動(dòng)橋，又稱(chēng)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(chēng)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(xiàn)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(chēng)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)β角，稱(chēng)為主銷(xiāo)內(nèi)傾角。
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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)行駛。內(nèi)傾角一般為；主銷(xiāo)偏移距一股為30～40mm。輕型客車(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(xiàn)與路面的交點(diǎn)位于輪胎接地中心之前，該距離稱(chēng)為后傾拖距。當(dāng)直線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)行駛穩(wěn)定性。此力矩稱(chēng)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?xún)?nèi)。現(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(xiàn)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(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(chēng)為車(chē)輪外傾角。此角約為，一般為左右。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。
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(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(lèi)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(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(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。
（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(mǎn)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(chēng)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。
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(lèi)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(lèi)的轉(zhuǎn)向橋的資料進(jìn)行總結(jié)分析，得到一些新的觀(guān)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(mǎn)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)盡可能小：以減少非簧上質(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
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(xiàn)距離L1（mm）
汽車(chē)質(zhì)心至后軸中心線(xiàn)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 β
主銷(xiāo)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(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
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
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)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(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=G1Ф′，為保證不橫向翻車(chē)，須使V滑
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