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學 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 班 級： 姓 名 ： 學 院： 專 業(yè)： 題 目： 輕型載重汽車轉向橋總成設計 指導教師： 職稱 : 職稱 : 20**年 **月 **日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 開題報告 1．本課題所涉及的內(nèi)容國內(nèi) (外 )研究現(xiàn)狀綜述 外 )研究現(xiàn)狀綜述 汽車自上個世紀末誕生以來，已經(jīng)走過了風風雨雨的一百多年。從卡爾 8 公里的速度，跑到現(xiàn)在，竟然誕生了從速度為零到加速到 100 公里 /小時只需要三秒鐘多一點的超級跑車。這一百年，汽車發(fā)展的速度是如此驚人！同時，汽車工業(yè)也造就了多位巨人，他們一手創(chuàng)建了通用、福特、豐田、本田這樣一些在各國經(jīng)濟中舉足輕重的著名公司。 一． 汽車的市場現(xiàn)狀 在國家產(chǎn)業(yè) 政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下， 我國 汽車無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大 。 直到近年來，中國整體經(jīng)濟發(fā)展迅速，居民收入的持續(xù)增長以及擴大內(nèi)需、拉動消費的財政政策，特別是在中國加入 后，汽車關稅不斷下調(diào)，國外知名的汽車巨頭也瞄準了中國這個巨大的市場，陸續(xù)在華投資設廠，越來越多款式新穎、乘坐舒適安全的汽車隨之進入中國市場，加速了轎車進入家庭的步伐。中國人被壓抑以久的購買熱情得以釋放， 汽車市場 出現(xiàn)井噴行情，業(yè)界普遍認為 2003年是中國汽車正式進入家庭的元年。這兩年來我國汽車的銷量，特別是轎車的銷量取得了大幅增長，有些產(chǎn)品如 雅閣 、波羅等還供不應求，甚至有的還出現(xiàn)需要“加價”才能購買的情況。中國汽車市場火爆的局面也似 乎預示著中國汽車工業(yè)迎來了真正發(fā)展的春天。 轉向系是 用來改變或保持汽車行駛方向的機構稱為汽車轉向系統(tǒng) (汽車轉向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。汽車轉向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關重要，因此汽車轉向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。 1)汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉。 2)轉向輪具有自動回正能力。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 3)在行駛狀態(tài)下，轉向輪不得產(chǎn)生自振，轉向盤沒有擺動。 4)轉向傳動機構和懸架導向裝置產(chǎn)生的運動不協(xié)調(diào)，應使車 輪產(chǎn)生的擺動最小。 5)轉向靈敏，最小轉彎直徑小。 6)操縱輕便。 7)轉向輪傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。 8)轉向器和轉向傳動機構中應有間隙調(diào)整機構。 9)轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 10)轉向盤轉動方向與汽車行駛方向的改變相一致。 正確設計轉向梯形機構，可以保證汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉。 轉向輪的自動回正能力決定于轉向輪的定位參數(shù)和轉向器逆效率的大小 確選擇轉向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動回正能 力。 轉向系中設置有轉向減振器時，能夠防止轉向輪產(chǎn)生自振，同時又能使傳到轉向盤上的反沖力明顯降低。 為了使汽車具有良好的機動性能，必須使轉向輪有盡可能大的轉角，其最小轉彎半徑能達到汽車軸距的 2~。 轉向操縱的輕便性通常用轉向時駕駛員作用在轉向盤上的切向力大小和轉向盤轉動圈數(shù)多少兩項指標來評價。 轎車轉向盤從中間位置轉到第一端的圈數(shù)不得超過 ，貨車則要求不超過 。 改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關鍵部件之一的轉向系統(tǒng)也得到了相應的發(fā)展，基本 已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺，壟斷了轉向器的生產(chǎn)，并且銷售點遍布了全世界。 1、現(xiàn)代汽車轉向裝置的設計趨勢 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。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 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(nèi)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(diào)整的轉向管柱和動力轉向系統(tǒng)。 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。 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 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（ ）、蝸桿滾輪式（ ）、循環(huán)球式（ ）、齒條齒輪式（ ）。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(nèi)，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％。 綜合上述對有關轉向器品種的使用分析，得出以下結論： ·循環(huán)球式轉向器和齒輪齒條式轉向器，已成為當今世界汽車上主要的兩種轉向器；而蝸 輪 #0；蝸桿式轉向器和蝸桿肖式轉向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。 ·在小客車上發(fā)展轉向器的觀點各異，美國和日本重點發(fā)展循環(huán)球式轉向器，比率都已達到或超過 90％；西歐則重點發(fā)展齒輪齒條式轉向器，比率超過50％，法國已高達 95％。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 ·由于齒輪齒條式轉向器的種種優(yōu)點，在小型車上的應用 (包括小客車、小型貨車或客貨兩用車 )得到突飛猛進的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉向器為主要結構。 參考文獻： [1]汽車設計 北京大學出版社 2007 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 2． 本課題有待解決的主要 關鍵問題 轉向橋的一個三維立體圖 汽車的轉向橋結構基本相同，主要由前軸、主銷、轉向節(jié)和輪轂等四部分組成，如圖所示。通常，轎車中不設獨立的主銷，而以轉向節(jié)上、下球頭中心的連線為主銷的軸線。 前軸用中碳鋼鑄造，斷面呈工字形，以提高抗彎強度。兩端由工字形斷面過渡到方形斷面，以提高抗扭強度。中部兩處用以支承鋼板彈簧的底座，其上鉆有四個安裝騎馬螺栓的通孔和一個位于中心的鋼板彈簧定位凹坑。前軸中部向下彎曲，使發(fā) 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 動機位置降低，降低汽 車質(zhì)心，減小傳動軸與變速器輸出軸之間夾角。前軸兩端各有一個拳形，主銷插入孔內(nèi)。主銷中部切有槽，用楔形鎖銷將主銷固定在拳部孔內(nèi)。 轉向節(jié)是一個叉形部件，上、下兩叉制有同軸銷孔，通過主銷與前軸拳部相連，使前輪可以繞主銷偏轉一定角度而使汽車轉向。為了減小磨損，轉向節(jié)銷孔內(nèi)壓入青銅或尼龍襯套，襯套上開有油槽，用油嘴注入潤滑脂潤滑。為使轉向靈活輕便，在轉向節(jié)下銷孔與前軸拳部下端面之間裝有推力軸承。上銷孔與拳部上端面之間有調(diào)整墊片。 車輪輪轂通過兩個圓錐滾子軸承和支承在轉向節(jié)軸頸上，軸承的松緊度可用 調(diào)整螺母加以調(diào)整。輪轂內(nèi)側裝有油封，以防止?jié)櫥M入制動器內(nèi)。輪轂外端裝有金屬罩，以防止泥水和塵土侵入。 此次設計主要是圍繞輕型載重汽車轉向器設計展開的，通過從汽車中選出一個典型的部件，并對其設計和分析。通過近斷時間查閱資料和畢業(yè)調(diào)研， 我對本課題的主要設計意圖有了一定的了解，認真分析了要完成的設計任務。本課題要解決的關鍵問題主要包括以下四點： 部車輪應該繞一個瞬時轉向中心旋轉，任何車輪不應有側移。 使運動不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的車輪擺動最小。 傳動機構的球頭處，有消除因摩擦而產(chǎn)生間隙的機構。 制裝配圖和零件圖。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 3．對課題要求及預期目標的可行性分析 (包括解決關鍵問題技術和所需條件兩方面 ) 一 從動橋即非驅(qū)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(qū)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(qū)動，越野汽車均為全輪驅(qū)動，故它們的前橋既是轉向橋又是驅(qū)動橋，稱為轉向驅(qū)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(nèi)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(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)，使之不能轉動。 轉向橋是汽車前 橋的一部分，作為汽車的轉向部分汽車轉向橋的設計非常重要。轉向橋的設計應滿足以下的基本要求： 1. 具有足夠的強度，以保證可靠地承受車輪與車架之間的作用力。 2. 保證真確的車輪定位，使轉向輪運動穩(wěn)定，操作輕便并減輕輪胎的磨損。從動橋要有足夠的剛度，以使車輪定位參數(shù)保持不變。 3. 轉向節(jié)與主銷 、 轉向節(jié)與前粱之間的摩擦力應盡可能的小，以保證轉向操作的輕便性，并有足夠的耐磨性。 4. 轉向輪的擺振應盡可能的小，以保證汽車的正常 、 穩(wěn)定行駛。 5. 從動橋的質(zhì)量應盡可能的小，以減輕非懸掛質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 一、轉向梯形結構方案分析 1、 整體式轉向梯形 整體式轉向梯形是由轉向橫拉桿 l，轉向梯形臂 2和汽車前軸 3 組成，如圖 1 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 所示。 其中梯形臂呈收縮狀向后延伸。這種方案的優(yōu)點是結構簡單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點是一側轉向輪上、下跳動時，會影響另一側轉向輪。 圖 11— 轉向橫拉桿 2— 轉向梯形臂 3— 前軸。 當汽車前懸架采用非獨立懸架時，應當采用整體式轉向梯形。整體式轉向梯形的橫拉桿可位于前軸后或前軸前 (稱為前置梯形 )。對于發(fā)動機位置低或前輪驅(qū)動汽車，常采用前置梯形。前置梯形的梯形臂必須向前外側方向延 伸，因而會與車輪或制動底板發(fā)生干涉，所以在布置上有困難。為了保護橫拉桿免遭路面不平物的損傷，橫拉桿的位置應盡可能布置得高些，至少不低于前軸高度。 2、斷開式轉向梯形 轉向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉向梯形。斷開式轉向梯形方案之一如圖 1開式轉向梯形的主要優(yōu)點是它與前輪采用獨立懸架相配合，能夠保證一側車輪上、下跳動時，不會影響另一側車輪；與整體式轉向梯形比較，由于桿系、球頭增多，所以結構復雜，制造成本高，并且調(diào)整前束比較困難。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 圖 1二 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 2銷結構形式 （ 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 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。 三 1、類型 根據(jù)轉向器所用傳動副的不同，轉向器有多種。常見的有循環(huán)球式球面蝸桿蝸輪式、蝸桿曲柄銷式和齒輪齒條式等。 轉向器的結構形式，決定了其效率特性以及對角傳動比變化特性的要求。選用那種效率特性的轉向器應有汽車用途來決定，并和轉向系方案有關。經(jīng)常行駛 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 在好路面上的轎車和市內(nèi)用客車，可以采用正效率較高的、可逆程度大的轉向器。 2、特點 效率高、工作 可靠、平穩(wěn)，蝸桿和螺母上的螺旋槽在淬火后經(jīng)過磨削加工，所以耐磨且壽命較長。齒扇和齒條嚙合間隙的調(diào)整工作容易進行。和其它形式轉向器比較，其結構復雜，對主要零件加工精度要求較高。 蝸桿曲柄銷式轉向器角傳動比的變化特性和嚙合間隙特性變化受限制，不能完全滿足設計者的意圖。 齒輪齒條式轉向器的結構簡單，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。為了防止和緩和反向沖擊傳給方向盤，必須選擇較大的傳動比，或裝有吸振裝置的減振器。 四 本設計為輕型載重汽車轉向前橋，因此應該本著耐用經(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。它的結構簡單，承載能力大，這種形式再現(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。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。主銷采用結構簡單的實心的圓柱形如上圖 對于上述關鍵問題，雖然處理起來比較困難，但自己也要一步步解決。本課題需要運用機械設計、機械制造、機械原理、計 算機二、三維設計等多學科的知識， 需要相當廣闊的知識面和較高的專業(yè)水平。具體解決方法包括以下幾個方面： 借閱了大量有關汽車方面的書籍，同時在互聯(lián)網(wǎng)上搜索了大量關于汽車轉向橋的資料與論文。 解轉向橋設計實際工作中需要考慮的問題。虛心向工人師傅們請教本課題中遇到的不解之處，為以后的設計提供資料和積累寶貴經(jīng)驗，避免走不必要的彎路。同時，虛心向?qū)I(yè)老師請教設計過程中遇到的問題。 據(jù)零部件的實際生產(chǎn)情況。 同時運用 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 4．完成本課題的工作計劃及進度安排 畢業(yè)實習； 方案論證，確定方案，完成調(diào)研報告、開題報告和外文翻譯； 進行沖壓工藝方案及模具結構方案設計（第九周中期檢查）； 沖壓加工工藝草案，復合沖壓模具草圖，主要零部件設計，按學院規(guī)定的統(tǒng)一規(guī)范化要求撰寫設計說明書（完成初稿）； 審查設計，準備答辯； 答辯資格評審 ； 畢業(yè)答辯； 修改畢業(yè)設計。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 5．指導教師審閱意見 指導教師 (簽字 )： 年 月 日 6．指導小組意見 指導小組組長 (簽字 )： 年 月 日 說明： 1. 本報告前 4項內(nèi)容由承擔畢業(yè)論文 (設計 )課題任務的學生獨立撰寫； 2. 本報告必須在第八學期開學兩周內(nèi)交指導教師審閱并提出修 改意見； 3. 學生須在小組內(nèi)進行報告，并進行討論； 4. 本報告作為指導教師、畢業(yè)論文 (設計 )指導小組審查學生能否承擔該畢業(yè)設計 (論文 )課題和是否按時完成進度的檢查依據(jù)，并接受學校的抽查。 目 錄 主要符號 ..................................................................................................................... 1 1 緒論 ........................................................................................................................ 2 型載重汽車轉向橋的設計意義 ................................................ 2 橋和轉向系組成和設計步驟 .................................................... 2 2 概述 ...................................................................................................................... 4 橋簡介 ........................................................................................ 4 橋各參數(shù)對汽車穩(wěn)定性的作用與影響 .................................... 4 3 從動橋的結構形式 ............................................................................................. 6 述 ................................................................................................ 6 型載重汽車的從動橋 ................................................................ 8 4 轉向系的結構形式 ............................................................................................. 9 述 ................................................................................................ 9 向器結構形式及選擇 ................................................................. 9 環(huán)球式轉向器結構及工作原理 .............................................. 10 5 轉向橋的設計計算 ........................................................................................... 11 動橋主要零件工作應力的計算 ............................................... 11 在最大側向力 (側滑 )工況下的前梁應力計算 ......................... 13 向節(jié)在制動和側滑工況下的應力 .......................................... 14 銷與轉向節(jié)襯套在制動和側滑工況下的應力計算 .............. 15 向節(jié)推力軸承的計算 ............................................................... 18 向梯形的優(yōu)化設計 ................................................................... 18 向傳動機構強度計算 ............................................................... 21 6 經(jīng)濟性分析 .......................................................................................................... 23 7 結 論 .................................................................................................................. 24 參考文獻 .................................................................................................................. 25 致 謝 ......................................................................................................................... 26 1 主要符號 1G —— 汽車滿載靜止于水平路面時前橋給地面的載荷， N 1m —— 汽車制動時對前橋的質(zhì)量轉移系數(shù) ? —— 輪胎與路面的附著系數(shù) 車輪 (包括輪毅、制動器等 )所受的重力， N B— 前輪輪距 S— 前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離 1d — 轉向節(jié)的輪軸根部軸徑 0d— 主銷直徑 h — 轉向節(jié)下襯套中點至前梁拳部下端面的距離 x— 設計變量 外轉向輪最大轉角， r — 輪胎的滾動半徑 W — 前軸彎曲截面系數(shù) '1G — 滿載時車廂分配給前橋的垂向總載荷 充值后 就可以下載此設計說明書（不包含 紙）。我這里還有相應的 明書（附帶：開題報告）和 紙（共計 2 張圖紙）。 需要全套資料的朋友請 加 1： 1459919609或 2： 1969043202， 需要其他設計題目直接聯(lián)系?。?！ 2 1 緒論 型載重汽車轉向橋的設計意義 汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通運輸工具。汽車轉向系是汽車上的一個重要系統(tǒng) ,它是汽車轉向運動的裝置。汽車的轉向性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大 ,人們對安全性、可靠性 要求越來越高，為保證人身和車輛的安全 ,必須為汽車配備十分可靠的轉向系統(tǒng)。本次畢業(yè)設計題目為輕型載重汽車轉向橋總成設計。 通過查閱相關的資料，運用專業(yè)基礎理論和專業(yè)知識，確定載重量為三頓的轉向橋總成設計方案，進行部件的設計計算和結構設計。使其達到以下要求： ? 具有足夠的強度，以保證可靠地承受車輪與車架之間的作用力。 ? 保證真確的車輪定位，使轉向輪運動穩(wěn)定，操作輕便并減輕輪胎的磨損。從動橋要有足夠的剛度，以使車輪定位參數(shù)保持不變。 ? 轉向節(jié)與主銷 、 轉向節(jié)與前粱之間的摩擦力應盡可能的小，以保證轉向操作的輕便性，并有足夠 的耐磨性。 ? 轉向輪的擺振應盡可能的小，以保證汽車的正常 、 穩(wěn)定行駛。 ? 從動橋的質(zhì)量應盡可能的小，以減輕非懸掛質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 橋和轉向系組成和設計步驟 前橋通過懸架與車架 (或承載式車身 )相聯(lián)，兩側安裝著從動午輪，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。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。從動橋按與之匹配的懸架結構不同可分為非斷開式與斷開式兩種。由于要求價廉，所以多采用非斷開式前橋。非斷開式的前橋主要有前梁，轉 向節(jié)和轉向主銷組成。 動橋結構形式 3 1、非斷開式轉向從動橋 2、合縱臂式后支持橋 一般多采用非斷開式轉向從動橋。 動橋設計 1、轉向從動橋主要零件尺寸的確定，前梁，工字型斷面，可采用常規(guī)設計，也可采用計算機程序可靠性優(yōu)化設計。 2、零件工作應力的計算 （ 1）在制動工況下的前梁應力計算 （ 2）在最大側壓力工況下的應力計算 （ 3）轉向節(jié)在制動和側滑工況下的應力計算 （ 4）主銷和轉向襯套在制動和側滑工況下的應力計算 （ 5）轉向節(jié)推力軸承和止推墊片的計算 向系設計 1、轉向器 方案分析 2、轉向器主要性能參數(shù)設計 3、轉向梯形的優(yōu)化設計 4 2 概述 橋簡介 從動橋即非驅(qū)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(qū)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(qū)動，越野汽車均為全輪驅(qū)動，故它們的前橋既是轉向橋又是驅(qū)動橋，稱為轉向驅(qū)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(nèi)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(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)，使之不能轉動。 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(nèi)都有一定傾角。在縱向平面內(nèi)，主銷上部向后傾斜一個 ? 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β角，稱為主 5 銷內(nèi)傾角。 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 ?3 以內(nèi)。現(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。 主銷內(nèi)傾也是為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性并使轉向輕便。主銷內(nèi)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(nèi)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(nèi)傾角一般為 ?? 8~5 ；主銷偏移距一股為 30～ 40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(nèi)傾角及后傾角，以提高其轉向車輪的自動回正性能。但內(nèi)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。 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 ?1 左右。它可以避免汽車重載時車輪產(chǎn)生負外傾即內(nèi)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(nèi) 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。 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(一般汽車約為 3～ 5通過改變轉向橫拉桿的長度來調(diào)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。 6 在汽車的 設計、制造、裝配調(diào)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(nèi)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(nèi)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(diào)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(diào)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。 3 從動橋的結構形式 述 各種車型的非斷開式轉向從動橋的結 構型式基本相同，如圖 1— 1 所示。 7 圖 16汽車轉向橋 123、 456 789101112 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。 8 （ a） (b) (c) (d) 圖 3銷 結構形式 （ 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 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。 型載重汽車的從動橋 本設計為輕型載重汽車轉向前橋，因此應該本著耐用經(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。它的結構簡單，承載能力大，這種形式再現(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。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。 9 4 轉向系的結構形式 述 汽車在行駛過程中，經(jīng)常需要改變方向。就輪式汽車而言，改變行駛方向的方法是，駕駛員通過一套專設的機構，使汽車的轉向橋上的車輪相對于汽車縱軸線偏轉一定角度。此時路面作用于轉向輪上的向后的反力就有了垂直與車輪的分量并成為汽車作曲線運動的向心力。在汽車直線行駛時，往往轉向輪也會受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動偏轉而干擾行駛方向。此時，駕駛員也 可以利用這一套機構使轉向輪向相反的方向偏轉，從而使汽車恢復原來的行駛方向。這一套用來改變或恢復汽車行駛方向的專設機構即稱作汽車的轉向系。 轉向系可按轉向能源的不同分為機械轉向系和動力轉向系兩大類。在現(xiàn)代汽車結構中，常用機械式轉向系。機械式轉向系依靠駕駛員的手力轉動方向盤，經(jīng)過轉向器和轉向傳動機構使轉向輪偏轉。有些汽車裝有防傷機構和轉向減振裝置。還有一些汽車的專門裝有動力轉向機構，并借助此機構來減輕駕駛員的手力，以降低駕駛員的勞累程度。 對轉向系的主要要求有： 1、操縱輕便。轉向時加在方向盤上的力對 轎車不超過 200N，對中型貨車不超過 360N,對中型貨車不超過 450N,方向盤的回轉圈數(shù)要少。 2、工作安全可靠。 3、在轉向后，方向盤有自動回正能力，能保持汽車有穩(wěn)定的直線行駛能力。 4、在前輪受到?jīng)_擊時，轉向系傳遞反向沖擊到方向盤上要小。 5、應盡量減小轉向系統(tǒng)連接處的間隙，間隙應能自動補償即調(diào)整，除了設計應正確的選擇導向輪的定位角外，轉向盤在中間式的自由行程應當保證直線行駛的穩(wěn)定性和轉向盤相對導向輪偏轉角的靈敏度。 向器結構形式及選擇 1、類型 根據(jù)轉向器所用傳動副的不同，轉向器有 多種。常見的有循環(huán)球式球面蝸桿蝸輪式、 10 蝸桿曲柄銷式和齒輪齒條式等。 轉向器的結構形式，決定了其效率特性以及對角傳動比變化特性的要求。選用那種效率特性的轉向器應有汽車用途來決定，并和轉向系方案有關。經(jīng)常行駛在好路面上的轎車和市內(nèi)用客車，可以采用正效率較高的、可逆程度大的轉向器。 2、特點 效率高、工作可靠、平穩(wěn)，蝸桿和螺母上的螺旋槽在淬火后經(jīng)過磨削加工，所以耐磨且壽命較長。齒扇和齒條嚙合間隙的調(diào)整工作容易進行。和其它形式轉向器比較，其結構復雜，對主要零件加工精度要求較高。 蝸桿曲柄銷式轉向器角傳 動比的變化特性和嚙合間隙特性變化受限制，不能完全滿足設計者的意圖。 齒輪齒條式轉向器的結構簡單，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。為了防止和緩和反向沖擊傳給方向盤，必須選擇較大的傳動比，或裝有吸振裝置的減振器。 環(huán)球式轉向器結構及工作原理 循環(huán)球式轉向器中一般有兩級傳動副。第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。 轉向螺桿的軸頸支撐在兩個圓錐滾子軸承上。軸承緊度可用調(diào)整墊片調(diào)整。轉向螺母的下平面上加工成齒條，與齒扇軸內(nèi)的齒扇部分相嚙合。通過轉向盤轉動轉向螺 桿時，轉向螺母不轉動，只能軸向移動，并驅(qū)使齒扇軸轉動。為了減小轉向螺桿和轉向螺母之間的摩擦，其間裝有小鋼球以實現(xiàn)滾動摩擦。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面輪廓的螺旋管狀通道。轉向螺母外有兩根導管，兩端分別插入螺母的一對通孔。導管內(nèi)裝滿了鋼球。兩根導管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球流道。轉向器工作是兩列鋼球只是在各自封閉的流道內(nèi)循環(huán)，而不脫出。 轉向螺母上的齒條式傾斜的，因此與之嚙合的齒應當是分度圓上的齒厚沿齒扇軸線按線性關系變化的變厚齒扇。因為循環(huán)球轉向器的正傳動效率很高，操作輕便， 使用壽命長。經(jīng)常用于各種汽車。 綜上最后本次設計選定循環(huán)球式轉向器。 11 5 轉向橋的設計計算 動橋主要零件工作應力的計算 主要是計算前梁、轉向節(jié)、主銷、主銷上下軸承 (即轉向節(jié)襯套 )、轉向節(jié)推力軸承或止推墊片等在制動和側滑兩種工況下的工作應力。繪制計算用簡圖時可忽略車輪的定位角，即認為主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角，車輪外傾角均為零，而左右轉向節(jié)軸線重合且與主銷軸線位于同一側向垂直平面內(nèi)。如下所示： 圖 5向從動橋在制動和側滑工況下的受力分析簡圖 1下的彎矩圖 2制動工況下的前梁應力計算：制動時前輪承受的制動力?Z 傳給前梁，使前梁承受彎矩和轉矩?？紤]到制動時汽車質(zhì)量向前，轉向橋轉移，則前輪所承受的地面垂直反力為： 111 2 (5 式中： 1G —— 汽車滿載靜止于水平路面時前橋給地面的載荷， N； 1m —— 汽車制動時對前橋的質(zhì)量轉移系數(shù)，對轎車和載貨汽車的前橋可取 量分配給前橋 35%； 12 1Z = ?21 1G 1m =855×前輪所承受的制動力 ?1式中： ? —— 輪胎與路面的附著系數(shù)取為 由于 1Z 和別為： 2)2()( 1121 ?????N· (522 11212 ???????? ??N· (5式中：取 2l =285 mm 車輪 (包括輪毅、制動器等 )所受的重力， N；取80N； B— 前輪輪距 取 B=1650 S— 前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離取為 550 2 5501320)????· 55 013 4 ???·動力： T=rx ·中： r — 輪胎的滾動半徑取為 有 T=·梁在鋼板彈簧座附近危險斷面處的彎曲應力w?和扭轉應 ? （單位均為 別為： 222 ??? (5??? ?? (5式 中 : W — 前軸彎曲截面系數(shù)， W= )(32 33 ?。 13 前 梁 應 力 的 許 用 值 為 [w?]=300 ～ 500 當取 D=68 d=58 ，W= )5868(32 33 ??=M=· w?=[w?]=300 D=68 d=58 足使用條件。 在最大側向力 (側滑 )工況下的前梁應力計算 當汽車承受最大側向力時無縱向力作用，左、右前輪承受的地面垂向反力 與側向反力 不相等，前輪的地面反力 (單位都為 N)分別為： )21(21111 ?? )21(21111 ?? 1111 )21(2 ???11 111 )21(2 ???式中：汽車質(zhì)心高度取為 840 1? — 車輪與地面附著系數(shù)取為 此時 右作用。則有： 1 18)1 3 20 8 8 551 ????? 2737)1320 88551 ????? 320 88551 ?????? 320 88551 ?????? 側滑時左、右鋼板彈簧對前梁的垂直作用力為： ??? )(11'11 ? ??? )(11'11 ? 式中 : '1G — 滿載時車廂分配給前橋的垂向總載荷 '1r — 板簧座上表面離地高度 取 4001G =1239? 14 則有 6 96 5 0)4 0 08 4 0( 5 51 2 1 4 2 . ?????? 00840( 1 4 2 . ?????? 向節(jié)在制動和側滑工況下的應力 如圖 5示，轉向節(jié)的危險斷面在軸徑為 1d 的輪軸根部即 面處。 圖 5轉向節(jié)，主銷及轉向節(jié)襯套的計