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汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目：汽車轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)
任務(wù)書要求：
（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）畫出轉(zhuǎn)向節(jié)的零件圖
（5）畫出轉(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。一旦油封失效，則外面的擋油盤仍可防止?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?。阂詼p少非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。
通過對(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)
58359
20727
2133
1175
3308
1060
780
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（mm）
1415
1584
480
8°
2.5°
1°
2
2.1、轉(zhuǎn)向橋結(jié)構(gòu)形式
本前橋采用非斷開式轉(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 ‘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
?。┚o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)Ф=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= Ф=11824.1N
ⅱ）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
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)Ⅰ-Ⅰ斷面
如圖3所示
①垂直面內(nèi)抗彎斷面糸數(shù)
=37003.48N.mm
②水平面內(nèi)抗彎斷面糸數(shù)
ⅱ）Ⅱ--Ⅱ 斷面
① 換算斷面簡(jiǎn)圖如圖4
圖4 II—II斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖
② 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)
Ⅱ--Ⅱ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)：
③水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：
③ 抗扭斷面系數(shù)
由經(jīng)驗(yàn)公式得
iii) Ⅲ-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) Ⅳ-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)見表5：
表5 單位：
JY1061
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ
B
72
92
B1
60
50
12.5
12.5
b
72
58
43
43
60
16
12.5
12.5
t
12
42
h
36
43
15
H
61
68
52
52
vi)斷面系數(shù)計(jì)算結(jié)果列表見表6
表6 單位：
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ
W'
37003.48
34347.214
18913.52
19378.7
W"
21744
27822.97
11402.2
16024.7
62935.57
17173.512
20910.34
（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：
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ
緊急制動(dòng)
183.508
155.406
149.147
120.289
218.602
134.293
173.179
101.826
66.696
307.075
271.424
402.110
300.300
357.270
496.140
側(cè) 滑
90.960
40.053
-125.804
-173.836
越不平路
281.197
238.135
228.545
184.324
（6）JY1061 前軸材料的許用應(yīng)力
材料：30Cr 調(diào)質(zhì)硬度 ： HB241—281 ：800—937
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)果列表見表8
表8
功況
M
緊急制動(dòng)
825303.22
155.8
側(cè)滑
-5658732.69
-63285
超越不平路
518175
57.951
2.4、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)見表9
表9
參數(shù)車行
a
b
c
e
f
l
n
D
h
H
JY1061
67
70
20
497
360
165
480
30
37
40
3.2、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.mm
B) 汽車側(cè)滑時(shí)
=1248525.04N.mm
C) 汽車越過不平路面時(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)
=2650.72mm3
B)主銷剪切面積
=706.86mm2
D) 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)
越過不平路面時(shí)
公式編號(hào)
67
68
69
載荷、彎矩、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果列表見表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)
49102.27
1216783.99
685.74
69.5
40.920
側(cè)滑
24602
38676
越過不平路面
5980.21
591267.77
223.06
22.61
13.32
3.5、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。
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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
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