汽車轉向橋設計,汽車,轉向,設計 汽車轉向橋設計說明書 學 院：江蘇科技大學繼續(xù)教育學院 專 業(yè)：機械制造及其自動化 學生姓名: 沈陳鋼 學 號: c0640201001 設計題目：汽車轉向橋的設計 指 導 教 師: 王新彥 任務書要求： （1）了解汽車轉向橋的結構，功能 （2）進行汽車轉向橋的受力分析 （3）總體方案設計 （4）畫出轉向節(jié)的零件圖 （5）畫出轉向橋的總裝圖 一、 概述 轉向橋是利用轉向節(jié)使車輪偏轉一定的角度以實現汽車的轉向，同時還承受和傳遞汽車與車架及車架之間的垂直載荷、 縱向力和側向力以及這些力形成的力矩。轉向橋通常位于汽車的前部，因此也常稱為前橋。 各類汽車的轉向橋結構基本相同，主要有前軸（梁）、轉向節(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。為了提高抗扭強度，接近兩端略呈方形。前軸中部下凹使發(fā)動機的位置得以降低，進而降低汽車質心，擴展駕駛員視野，減小傳動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。為防止主銷在孔內轉動，用帶有螺紋的楔形銷將其固定。 ??? (3)轉向節(jié)：轉向節(jié)上的兩耳制有銷孔，銷孔套裝在主銷伸出的兩端頭，使轉向節(jié)連同前輪可以繞主銷偏轉，實現汽車轉向。為了限制前輪最大偏轉角，在前軸兩端還制有最大轉向角限位凸塊(或安裝限位螺釘)。 ?轉向節(jié)的兩個銷孔，要求有較高的同心度，以保證主銷的安裝精度和轉向靈活。為了減少磨損，在銷孔內壓入青銅或尼龍襯套。襯套上開有潤滑油槽，由安裝在轉向節(jié)上的油嘴注入潤滑脂潤滑。為使轉向靈活輕便，還在轉向節(jié)下耳的上方與前軸之間裝有推力軸承11；在轉向節(jié)上耳與前軸之間，裝有調整墊片8，用以調整軸向間隙。 ?左轉向節(jié)的上耳裝有與轉向節(jié)臂9制成一體的凸緣，在下耳上裝有與轉向節(jié)下臂制成一體的凸緣。兩凸緣上均制有一矩形鍵與左轉向節(jié)上、下耳處的鍵槽相配合，轉向節(jié)即通過矩形鍵及帶有鍵形套的雙頭螺栓與轉向節(jié)上下臂連接。 ?(4)輪轂：輪轂通過內外兩個滾錐軸承套裝在轉向節(jié)軸頸上。軸承的松緊度可以由調整螺母調整，調好后的輪轂應能正、反方向自由轉動而無明顯的擺動。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。 ?輪轂外端裝有沖壓的金屬端蓋，防止泥水或塵土浸入。輪轂內側裝有油封 (有的油封裝在轉向節(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入制動器內。 本文設計的是JY1061A型采用前置后輪驅動的載貨汽車轉向橋，因此該轉向橋為從動橋。從動橋的功用：從動橋也稱非驅動橋，又稱從動車軸。它通過懸架與車架（或承載式車身）相聯，兩端安裝從動車輪，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。并保證轉向輪作正確的轉向運動 1、設計要求： （1）保證有足夠的強度：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：以使車輪定位參數不變。 （3）保證轉向輪有正確的定位角度：以使轉向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。 （4）轉向橋的質量應盡可能?。阂詼p少非簧上質量，提高汽車行駛平順性。 通過對CJ1061A型前橋的設計，可以加深我們的設計思想，即： （1） 處理好設計的先進性和生產的可能性之間的關系； （2） 協調好產品的繼承性和產品的“三化”之間的關系。 2、結構參數選擇 JY1061A型汽車總布置整車參數見表1： 表1 汽車總質量Ga（N） 前軸軸載質量G1（N） 汽車質心至前軸中民線距離L1（mm） 汽車質心至后軸中心線距離L2(mm) 軸距L（mm） 汽車質心高度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) 車輪滾動半徑rr(mm) 主銷內傾角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、轉向橋結構形式 本前橋采用非斷開式轉向橋 2.2、選擇前橋結構型式及參數 （1）前軸結構形式：工字形斷面加叉形轉向節(jié)主銷固定在前軸兩端的拳部里。 （2）轉向節(jié)結構型式：整體鍛造式。 （3）主銷結構型式:圓柱實心主銷。 （4）轉向節(jié)止推軸承結構形式：止推滾柱軸承。 （5）主銷軸承結構形式：滾針軸承 （6）輪轂軸承結構形式：單列向心球軸承 2.3、前輪定位角 本型前輪定位角選擇見 ‘表1’ 二、轉向橋強度計算 1、前軸強度計算 1.1、前軸受力簡圖 如圖1所示： 圖1 汽車向左側滑時前軸受力圖 1.2、前軸載荷計算 ?。┚o急制動 工 汽車緊急制動時，縱向力制動力達到最大值，因質量重新分配，而使前軸上的垂直載荷增大，對后輪接地點取矩得 取路面附著糸數Ф=0.7 制動時前軸軸載千質量重新分配分配糸數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）側滑 汽車側滑時，因橫向力的作用，汽車前橋左右車輪上的垂直載荷發(fā)生轉移。 （1）確定側向滑移附著糸數： 在側滑的臨界狀態(tài)，橫向反作用力等于離心力F離，并達到最大值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) 斷面簡圖 本汽車前軸簡化為換算斷面形狀后如圖3所示 圖3 前軸簡化圖 b)計算斷面糸數 i)Ⅰ-Ⅰ斷面 如圖3所示 ①垂直面內抗彎斷面糸數 =37003.48N.mm ②水平面內抗彎斷面糸數 ⅱ）Ⅱ--Ⅱ 斷面 ① 換算斷面簡圖如圖4 圖4 II—II斷面計算簡圖 ② 垂直面內抗彎斷面系數 Ⅱ--Ⅱ斷面為上，下翼緣不等長的工字形斷面。計算其垂直面內抗彎斷面系數的關系是確定出形心軸坐標。 形心軸Xc-Xc的坐標： = =30.796 該斷面對形心軸的慣性矩： 上翼面的抗彎斷面系數： 下翼面的抗彎斷面系數： ③水平面內抗彎斷面系數： ③ 抗扭斷面系數 由經驗公式得 iii) Ⅲ-Ⅲ斷面 III-III斷面計算簡圖如圖5 如圖5 III-III斷面計算簡圖 1）垂直面內，水平面內的抗彎斷面系數： 2）抗扭斷面系數： iv) Ⅳ-Ⅳ斷面 1）垂直面內，水平面內抗彎斷面系數： 2）抗扭斷面系數： v) 各斷面尺寸參數見表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)斷面系數計算結果列表見表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）應力計算 a)計算公式 i)汽車緊急制動時 垂直面內彎曲應力 水平面內彎曲應力 合成應力 扭轉應力： 在矩形長邊中點上的扭轉應力 在矩形短邊中點上的扭轉應力 工字形斷面中所產生的最大應力和最大扭轉應力是作用在梁斷面上的不同點處。對于上翼面長邊中點，其相當應力： ii)汽車側滑時 垂直面彎曲應力 iii)汽車越過不平路面時 垂直面彎曲應力 b) 應力值計算結果列表： 表7 單位： Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ Ⅳ-Ⅳ 緊急制動 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 滑 90.960 40.053 -125.804 -173.836 越不平路 281.197 238.135 228.545 184.324 （6）JY1061 前軸材料的許用應力 材料：30Cr 調質硬度 ： HB241—281 ：800—937 許用應力： 2、轉向節(jié)強度計算 作用力、、按表1-1取值 2.1、截面系數計算 取輪轂內軸承根部處指軸為計算斷面 2.2、彎矩計算 A緊急制動時 B側滑時 C超越不平路面時 計算用參數JY1061 ， ， 2.3、應力計算 A）緊急制動時 B）側滑時 C）超越不平路面時 彎矩、應力計算結果列表見表8 表8 功況 M 緊急制動 825303.22 155.8 側滑 -5658732.69 -63285 超越不平路 518175 57.951 2.4、轉向節(jié)的材料、許用應力及強度校核 材料 JY1061 40Gr 許用應力 查YB6-71： 3、主銷強度計算 3.1、主銷作用力計算簡圖如圖6 如圖6 主銷作用力計算簡圖 主銷受力計算參數見表9 表9 參數車行 a b c e f l n D h H JY1061 67 70 20 497 360 165 480 30 37 40 3.2、計算載荷 計算時，忽略主銷傾角的影響，并假定力的作用點位于主銷襯套中點。 A）、、按表1取值 B）汽車緊急制動時 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： 力在主銷的兩個支承上反作用力和 力u在主銷的兩個支承上反作用力和 由制動力矩的作用，在主銷的兩個支撐上產生反作用力和 作用在主銷下端的 合力（圖14） C)汽車側滑時 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 動載荷在主銷上、下支承上產生的作用反力和。 3.3、彎矩計算 在緊急制動和側滑時，主銷下支承的反作用力為最大，在越過不平路面時，因主銷下端的作用力臂大于上端，所以只需要計算主銷下支承處的彎矩（圖15） A) 汽車緊急制動時 =1816786.99N.mm B) 汽車側滑時 =1248525.04N.mm C) 汽車越過不平路面時 =2650.72N.mm （5）抗彎斷面系數、剪切面積和主銷襯套擠壓面積的計算 A)主銷抗彎斷面系數 =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：主銷內徑 3.4應力計算 分別計算個工況下的彎曲應力、剪切應力、擠壓應力見表10。 表10 彎曲應力 剪切應力 擠壓應力 緊急制動時 側滑時 越過不平路面時 公式編號 67 68 69 載荷、彎矩、應力計算結果列表見表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 49102.27 1216783.99 685.74 69.5 40.920 側滑 24602 38676 越過不平路面 5980.21 591267.77 223.06 22.61 13.32 3.5、主銷材料及許用應力 JY1061: 許用應力 按力作靜載荷計算時， 參考文獻： 1、《汽車設計》 劉惟信 2001.7 清華大學出版社 2、《汽車車橋設計》 劉惟信 2004.4 清華大學出版社 3、CA1080,NJ130,BJ130前橋總成圖，零件圖。 4、《汽車設計》郭學訊，鄧亞東 2005.8 人民交通出版社 5、《汽車設計》吉林工業(yè)大學出版社 王望予 2004.5 機械工業(yè)出版社 6、《汽車構造》吉林大學汽車工程系 陳家瑞 2006.5 人民交通出版社 18