本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 文 獻 綜 述系 別： 工程技術(shù)系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 姓 名： 學(xué) 號： 年 3 月 1 日文獻綜述1、汽車前橋的概述汽車前橋是行駛系統(tǒng)的重要組成部分，它通過懸架與車架相連，兩端安裝汽車的轉(zhuǎn)向車輪，用于支持車架并傳遞車輪與車架之間的各種作用力，并驅(qū)使轉(zhuǎn)向節(jié)的擺動來實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。利用鉸鏈裝置使車輪偏轉(zhuǎn)一定角度，以實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的車橋稱為轉(zhuǎn)向橋，一般汽車都以前橋為轉(zhuǎn)向橋，本題前橋即為轉(zhuǎn)向橋。轉(zhuǎn)向橋不僅能使裝在前端的左右車輪偏轉(zhuǎn)一定的角度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，還應(yīng)能承受垂直載荷和由道路、制動等力產(chǎn)生的縱向力和側(cè)向力以及這些力所形成的力矩。因此，轉(zhuǎn)向橋必須有足夠的強度和剛度。車輪轉(zhuǎn)向過程中內(nèi)部件之間摩擦力應(yīng)該盡可能小，并且保證汽車轉(zhuǎn)向輕便和方向的穩(wěn)定性。2、前橋的研究意義前橋是汽車上一個重要的部分，主要包括轉(zhuǎn)向節(jié)，轉(zhuǎn)向主銷，前軸等零部件，由于汽車的行駛過程中，前橋所處的工作環(huán)境惡劣，工作情況復(fù)雜，其承受的載荷也多為交變載荷，從而其零部件也容易出現(xiàn)疲勞裂紋甚至斷裂現(xiàn)象。這就要求其在結(jié)構(gòu)上必須有足夠的強度、剛度和抗疲勞破壞的能力。車橋通過懸架與車架連接，支撐著汽車的大部分重量，并將車輪的牽引力或制動力，以及側(cè)向力經(jīng)過懸架傳給車架。按照其使用功能劃分，車橋可以分為轉(zhuǎn)向橋、專項驅(qū)動橋、驅(qū)動橋和支撐橋。本次課題的主要內(nèi)容就是要設(shè)計一個結(jié)構(gòu)優(yōu)良的非驅(qū)動橋，即轉(zhuǎn)向橋。3、汽車前橋在我國的研究現(xiàn)狀中國改革開放以來，在農(nóng)村實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟空前活躍。農(nóng)村的貨運量和人口流動量急劇增加，加快了運輸機械化成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的迫切需要，也正是這一市場的需要使具有中國特色的運輸機械——小型載貨汽車的應(yīng)運而生。它解決了農(nóng)村運輸?shù)募毙瑁钛a了村際、鄉(xiāng)際，城鎮(zhèn)及城鄉(xiāng)結(jié)合部運輸網(wǎng)絡(luò)的空白，活躍了農(nóng)村經(jīng)濟，為農(nóng)村富裕勞動力找了一條出路，從而使數(shù)以萬計的農(nóng)民走上了小康之路。小型載貨汽車制造工藝簡單，價格便宜，購車農(nóng)戶一般在一年左右就可收回成本。另外，公路的快速建設(shè)也促進了小型載貨汽車的發(fā)展，目前全國 98%的鄉(xiāng)村都通上了公路，使得全國小型載貨汽車有了用武之地。我們要開發(fā)的小型載貨汽車要多進行優(yōu)化設(shè)計，使產(chǎn)品新穎化，品種多樣化以適應(yīng)多種需要。在小型載貨汽車的設(shè)計中，如何在復(fù)雜的路況下保證汽車能快速平穩(wěn)的行駛，就是一個重要問題。于是就有了本課題的研究和設(shè)計。 4、汽車前橋研究設(shè)計的主要內(nèi)容4.1、 設(shè)計準(zhǔn)備閱讀設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計要求、工作條件、內(nèi)容和步驟；了解設(shè)計對象；閱讀有關(guān)資料，明確課程設(shè)計的方法和步驟，初步擬定設(shè)計計劃。4.2、前橋的總體設(shè)計根據(jù)任務(wù)書中所給參數(shù)和工作要求， 設(shè)計前橋整體結(jié)構(gòu)。4.3、 各零件的設(shè)計計算通過設(shè)計計算，確定各零件的主要參數(shù)和尺寸，一般包括前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂，轉(zhuǎn)向節(jié)主銷等參考文獻[1]銀金光 王宏主編 機械設(shè)計課程設(shè)計 北京：中國林業(yè)出版社，2006[2] 黃余平主編.汽車構(gòu)造教學(xué)圖解.北京：人民交通出版社，2005[3] 濮良貴 紀(jì)明剛主編 機械設(shè)計 北京：高等教育出版社，2006[4] 肖永清 楊忠敏主編 汽車前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修 北京：國防工業(yè)出版社，2004[5] 劉濤 主編 汽車設(shè)計 北京：北京大學(xué)出版社，2000[6] 陳家瑞 主編 汽車構(gòu)造 北京：機械工業(yè)出版社，2005[7] 小林明 主編 汽車工程手冊 北京：機械工業(yè)出版社，1996[8] 成大先 主編 機械設(shè)計手冊 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993 摘 要中國改革開放以來，在農(nóng)村實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟空前活躍。農(nóng)村的貨運量和人口流動量急劇增加，加快了運輸機械化成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的迫切需要，隨之小型載貨汽車也就應(yīng)運而生，而前橋作為汽車上一個重要的零部件，也顯得尤為重要。前橋一般位于汽車的前部，也稱轉(zhuǎn)向橋或駕駛橋。是通過懸架與車架相連，用以承受地面與車架之間的垂直載荷外，還承受制動力和側(cè)向力以及這些力構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運動。在汽車使用中，轉(zhuǎn)向橋的受力情況比較復(fù)雜，因此應(yīng)具有足夠的強度。如何保證轉(zhuǎn)向車輪的正確定位角度，轉(zhuǎn)向橋有足夠的剛度，使操縱輕便并減輕輪胎的磨耗、汽車能快速平穩(wěn)的行駛，就是一個重要問題。于是就有了本課題的研究和設(shè)計。本文首先對汽車前橋的發(fā)展歷史做了相關(guān)描述，然后小型載貨汽車的特點及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進行了相關(guān)的描述，詳細分析了前橋的組成和各部件的作用，之后對轉(zhuǎn)向前橋做了詳細的設(shè)計計算，主要計算了前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)等在制動和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。本次設(shè)計的繪圖均由 CAD 繪圖完成。關(guān)鍵字：汽車; 前橋; 前梁; 轉(zhuǎn)向節(jié)AbstractThe implementation of the reform of the household contract responsibility system in rural China since the reform and opening up, the rural economy is more active than ever. The dramatic increase in the volume of cargo in rural areas and population flows, speed up the transport mechanization become an urgent need for rural economic development, also came into being along with a small truck, the front axle as an important vehicle parts, especially important.The front axle is generally located in front of the car, also known as the steering axle or driving bridge. Is connected to the suspension and the frame to withstand the vertical loads between the ground and the frame, but also to withstand the braking force and lateral force and torque of these forces constitutes, and ensure the correct movement of steering rotation. The use of the car, the steering axle by more complex and therefore should be of sufficient strength. How to ensure the correct positioning of the angle of the steering wheel, steering axle have enough stiffness to make the manipulation of light and reduce tire wear, the car can be fast and smooth driving is an important issue. So there will be the subject of research and design.This paper first described the history of the development of the car before the bridge, then the characteristics of the small truck and the current development at home and abroad are described in the detailed analysis of the composition of the front axle and the role of the various components of the steering bridge to do the detailed design calculations, the main calculation of the first beam, knuckle and other conditions of work in both braking and skidding stress. The design of the graphics are completed by the CAD drawing.Keywords: car; front axle; beam steering; knuckle目 錄1、 緒 論 .11.1 汽車前橋的發(fā)展簡史 11.2 課題的研究現(xiàn)狀 .11.3 前橋的作用與組成 11.4 前橋的設(shè)計步驟 21.4.1 前橋的結(jié)構(gòu)形式 21.4.2 前橋設(shè)計 22、前橋的概述和設(shè)計要求 .22.1 前橋簡介 22.2 前橋的基本參數(shù) .22.3 前橋的設(shè)計要求 .32.3.1 設(shè)計要求 32.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù) 33、前橋的結(jié)構(gòu) .43.1 前橋的結(jié)構(gòu)概述 43.2 前橋的選擇 .53.3 整車參數(shù) 54、汽車前橋的設(shè)計計算 .64.1 前橋在不同工作條件下的受力分析 .64.1.1 汽車在制動時前梁的應(yīng)力計算………………….……….…………………………….74.1.2 汽車在側(cè)滑時前梁的應(yīng)力計算 94.2 轉(zhuǎn)向節(jié)在受力分析 .104.2.1 汽車在制動時轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計算 104.2.2 汽車在側(cè)滑時轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計算 114.3 其他零部件的選用 .115、結(jié)論 .126、參考文獻 .137、致 謝 .14中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計11 緒論1.1 汽車前橋的發(fā)展簡史100 多年前，汽車剛剛誕生初期，其轉(zhuǎn)向操縱是仿照馬車和自行車的轉(zhuǎn)向方式，即用一個操縱桿或手柄來使前輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。由于操縱費力且不可靠，以至于時常發(fā)生車毀人亡的事故。第一輛不用馬拉的四輪車問世時，已經(jīng)把前橋和前輪組成一個總成，此總成安裝在曲軸上，可以繞前橋的中心的一個點轉(zhuǎn)動，利用一個桿柱,連接前橋的重點，通過地板往上延伸，方向盤就緊固在桿柱上端，以此操縱汽車。這種裝置在汽車車速不超過馬車的速度時，還是很好使的，但當(dāng)車速提高后，駕駛員就要求提高轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確性，以減少輪胎的磨損，提高輪胎的使用壽命。1817 年，德國人林肯斯潘杰提出類似于現(xiàn)代汽車、將前輪用轉(zhuǎn)向節(jié)與前梁連接的方式，他研制了一種允許汽車前輪在主軸上獨立回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，這就是把車輪與轉(zhuǎn)向節(jié)連接起來，轉(zhuǎn)向節(jié)又用可轉(zhuǎn)動的銷軸與前軸連接，從而發(fā)明了現(xiàn)代轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)。1.2 課題的研究現(xiàn)狀中國改革開放以來，在農(nóng)村實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟空前活躍。農(nóng)村的貨運量和人口流動量急劇增加，加快了運輸機械化成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的迫切需要，也正是這一市場的需要使具有中國特色的運輸機械——小型載貨汽車的應(yīng)運而生。它解決了農(nóng)村運輸?shù)募毙?，填補了村際、鄉(xiāng)際，城鎮(zhèn)及城鄉(xiāng)結(jié)合部運輸網(wǎng)絡(luò)的空白，活躍了農(nóng)村經(jīng)濟，為農(nóng)村富裕勞動力找了一條出路，從而使數(shù)以萬計的農(nóng)民走上了小康之路。小型載貨汽車制造工藝簡單，價格便宜，購車農(nóng)戶一般在一年左右就可收回成本。另外，公路的快速建設(shè)也促進了小型載貨汽車的發(fā)展，目前全國 98%的鄉(xiāng)村都通上了公路，使得全國小型載貨汽車有了用武之地。我們要開發(fā)的小型載貨汽車要多進行優(yōu)化設(shè)計，使產(chǎn)品新穎化，品種多樣化以適應(yīng)多種需要。在小型載貨汽車的設(shè)計中，如何在復(fù)雜的路況下保證汽車能快速平穩(wěn)的行駛，就是一個重要問題。于是就有了本課題的研究和設(shè)計。 1.3 前橋的作用與組成汽車前橋是行駛系統(tǒng)的重要組成部分，它通過懸架與車架相連，兩端安裝汽車的轉(zhuǎn)向車輪，用于支持車架并傳遞車輪與車架之間的各種作用力，并驅(qū)使轉(zhuǎn)向節(jié)的擺動來實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。利用鉸鏈裝置使車輪偏轉(zhuǎn)一定角度，以實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的車橋稱為轉(zhuǎn)向橋，一般汽車都以前橋為轉(zhuǎn)向橋，本題前橋即為轉(zhuǎn)向橋。轉(zhuǎn)向橋不僅能使裝在前端的左右車輪偏轉(zhuǎn)中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計2一定的角度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，還應(yīng)能承受垂直載荷和由道路、制動等力產(chǎn)生的縱向力和側(cè)向力以及這些力所形成的力矩。因此，轉(zhuǎn)向橋必須有足夠的強度和剛度。車輪轉(zhuǎn)向過程中內(nèi)部件之間摩擦力應(yīng)該盡可能小，并且保證汽車轉(zhuǎn)向輕便和方向的穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向橋一般由前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂，轉(zhuǎn)向節(jié)主銷及輪轂組成。1.4 前橋的設(shè)計步驟1.4.1 前橋的結(jié)構(gòu)形式前橋按與之匹配的懸架結(jié)構(gòu)不同，可分為非斷開式與斷開式兩種。小型載貨汽車要求價廉，所以多采用非斷開式前橋。非斷開式的前橋主要有前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向主銷組成。1.4.2 前橋設(shè)計轉(zhuǎn)向前橋主要零件尺寸的確定，前梁、無縫鋼管型斷面，可采用常規(guī)設(shè)計。零件工作應(yīng)力計算:制動時前梁應(yīng)力計算；最大側(cè)壓力的情況下的應(yīng)力計算；其他零件的選用。2、前橋的概述和設(shè)計要求2.1 前橋簡介前橋一般位于汽車的前部，也稱轉(zhuǎn)向橋或駕駛橋。是通過懸架與車架相連，用以承受地面與車架之間的垂直載荷外，還承受制動力和側(cè)向力以及這些力構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運動。在汽車使用中，轉(zhuǎn)向橋的受力情況比較復(fù)雜，因此應(yīng)具有足夠的強度。為保證轉(zhuǎn)向車輪的正確定位角度，使操縱輕便并減輕輪胎的磨耗，轉(zhuǎn)向橋也應(yīng)有足夠的剛度。此外，還應(yīng)盡量減輕轉(zhuǎn)向橋的重量。前橋承受汽車的前部重量，把汽車的前進推力從車架傳給車輪，并與轉(zhuǎn)向裝置的有關(guān)機件作關(guān)節(jié)式的聯(lián)系，實施汽車的轉(zhuǎn)向。越野汽車的前橋同時還承擔(dān)著與驅(qū)動后橋同樣的驅(qū)動任務(wù)。一般載貨汽車采用發(fā)動機前置后橋驅(qū)動的布置形式，故其前橋為轉(zhuǎn)向橋。2.2 前橋的基本參數(shù)主銷后傾角 γ：為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回正的性能，前橋的主銷在汽車的縱向和橫向平面內(nèi)都有一定的傾角。在縱向平面內(nèi)，中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計3主銷上部向后傾斜一個角，稱為后傾角 γ。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(dāng)直線行駛時的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時，汽車就偏離直線行駛而有所轉(zhuǎn)向，這時引起的離心力使路面對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。此力矩稱為穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩也不宜過大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時為了克服此穩(wěn)定力矩，需要在方向盤上施加更大的力，導(dǎo)致方向盤沉重。后傾角γ 通常在 3°以內(nèi)。主銷內(nèi)傾角 β：在橫向平面內(nèi)，主銷上部響內(nèi)傾斜一個角，稱為主銷內(nèi)傾角 β。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)向時需加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向時不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動，而且伴隨車輪軸及前橫梁向上的移動，當(dāng)松開方向盤時，所儲存的上升位能能使轉(zhuǎn)向輪自動回正，保證汽車作直線行駛。內(nèi)傾角一般為 5°~8°；主銷偏移距一般為 30~40mm。客車、輕型貨車可選較大的主銷內(nèi)傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的回正能力。但內(nèi)傾角也不宜過大，即主銷偏移距不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向變得沉重。車輪外傾角 α：轉(zhuǎn)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，這個角度稱為車輪外傾角 α。這個角一般為 5°~1.5°，一般為 1°左右。它可以避免汽車載重時車輪產(chǎn)生內(nèi)傾，同時也和弓形的路面相適應(yīng)。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(zhuǎn)向輕便并改善了制動時的方向穩(wěn)定性。前束：前輪安裝后，兩前輪的旋轉(zhuǎn)平面不平行，前端略向內(nèi)束，稱為前束。兩輪前端距離小于后端距離，其差值是前束值，一般在 1～12mm 之間。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的不利影響，消除因前輪外傾使汽車行駛時向外張開的趨勢，減少輪胎磨損和燃料消耗。2.3 前橋的設(shè)計要求2.3.1 設(shè)計要求保證有足夠的設(shè)計強度，以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。保證有足夠的剛度，以使車輪定位參數(shù)不變。保證轉(zhuǎn)向輪有正確的定位角度，以使轉(zhuǎn)向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的摩擦。轉(zhuǎn)向橋的質(zhì)量盡量小，以減輕非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。2.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)載重質(zhì)量 1500kg，汽車總質(zhì)量 2500kg中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計4貨箱尺寸 3300*1600*360前輪為單輪胎，后輪為雙輪胎有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn) 3、前橋的結(jié)構(gòu)3.1 前橋的結(jié)構(gòu)概述用前橋轉(zhuǎn)向時當(dāng)今汽車的基本趨勢。從動轉(zhuǎn)向橋的基本結(jié)構(gòu)主要由前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)和輪轂三部分組成。前軸：前橋的主要零件的結(jié)構(gòu)形式：前軸是前橋的主體，按其整體形狀可分為直式和中部下沉式兩種。直式前軸由于鍛造工藝簡單，在汽車總布置允許的情況下可以采用。中部下沉式前軸可以降低發(fā)動機的位置，從而降低汽車的重心，有利于提高汽車行駛穩(wěn)定性，并可降低駕駛室的高度，減小迎風(fēng)的面積，改善汽車的空氣動力性，對長頭式駕駛室汽車又可加寬駕駛員視野。因此，中部下沉式前軸得到最廣泛的應(yīng)用。 中部下沉式前軸按其截面形狀及制造工藝又可分為工字形斷面和圓管形斷面兩種。工字形斷面多用 45 號碳素結(jié)構(gòu)鋼整體鍛造，其抗彎強度高，自重小，但鍛造工藝復(fù)雜，需要大型鍛造設(shè)備，多為大型制造廠采用。圓管形斷面的前軸中部采用無縫鋼管，兩端焊有拳形主銷支座。這種前軸取材方便，不需要大型鍛造設(shè)備，適用于中小型汽車制造廠。前軸材料多用 35、40、45 號碳素結(jié)構(gòu)鋼或用 30Cr、40Cr 剛制造，在鍛造和回火后，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。轉(zhuǎn)向節(jié)：轉(zhuǎn)向節(jié)俗稱羊角，它通過主銷將前軸與車輪相連接，并驅(qū)使前輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向節(jié)由固定制動器底板的凸緣和支撐輪轂的指軸構(gòu)成。轉(zhuǎn)向節(jié)一般由三種結(jié)構(gòu)型式，即整體煅造式、焊接式和螺栓連接式。轉(zhuǎn)向節(jié)材料為中碳合金鋼，并經(jīng)模鍛和熱處理。轉(zhuǎn)向節(jié)主銷：轉(zhuǎn)向節(jié)主銷俗稱大王針，有空心和實心兩種。轉(zhuǎn)向節(jié)主銷承受強烈的沖擊載荷，它要求具有很高的表面硬度和耐磨性，且要求心部具有一定的韌性。轉(zhuǎn)向節(jié)主銷多用 20Cr 和 20CrMnTi 制造，也有用 20MnVB、20MnTiB 剛制造，經(jīng)過滲碳處理。主銷的幾種結(jié)構(gòu)型式如下圖所示，其中比較常用的是前兩種，即圓柱實心型和圓柱空心型兩種。中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計5圖 1 主銷的類型轉(zhuǎn)向節(jié)主銷襯套：轉(zhuǎn)向節(jié)主銷襯套工作條件惡劣，負荷較大。多用耐沖擊、耐磨損的青銅或鐵基粉末冶金制造，也有剛-塑襯套卷制而成。轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承：汽車轉(zhuǎn)向節(jié)銷止推軸承是安裝在前橋轉(zhuǎn)向節(jié)部位的重要零件，它既要承載著車身的重力，又要保證前輪轉(zhuǎn)向的靈活平穩(wěn)。由于汽車是在不同的路面上行駛，各種顛簸所形成的沖擊力都要作用在軸承上，所以要求軸承具有很高的額定靜負荷能力。目前主要的止推軸承主要有圓柱滾子軸承、單列圓錐滾子軸承、推力球軸承、推力圓錐滾子軸承四大類。前輪輪轂：輪轂通過兩個圓錐滾子軸承支撐在轉(zhuǎn)向節(jié)軸上，軸承的松緊度可由調(diào)整螺母進行調(diào)整，并用鎖緊裝置鎖緊。為防止?jié)櫥M入制動鼓內(nèi)，輪轂內(nèi)側(cè)裝有雙外刃油封和擋油盤。輪轂外端面用軸頭蓋封住，以防止泥沙侵入。目前，輪轂多用可鍛鑄鐵KT35-10 制造?？慑戣T鐵有較高強度、塑性和韌性，可滿足汽車輪轂的工作條件。也有采用球墨鑄鐵和碳素鋼鑄造，經(jīng)滲碳處理。3.2 前橋的選擇轉(zhuǎn)向前橋有斷開式和非斷開式兩種，非斷開式結(jié)構(gòu)簡單，承載能力較大，成本較低，在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用，因此本設(shè)計就采用非斷開式前橋。前橋結(jié)構(gòu)形式：無縫鋼管的中間部分和模鍛成型的兩端拳形部分組焊而成轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)：整體鍛造式注銷結(jié)構(gòu)：圓柱實心主銷轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承結(jié)構(gòu)：調(diào)心球軸承中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計63.3 整車參數(shù)汽車總質(zhì)量 （kg）:2500M前橋軸載重量 (N):85001G汽車質(zhì)心至前橋中心線距離 (mm):18001L汽車質(zhì)心至后軸中心線距離 (mm):10002軸距 (mm):2800L前輪距 (mm):1350B前鋼板彈簧座中心距 (mm):650s主銷中心距 (mm):12001汽車質(zhì)心高度 (mm):850gh車輪滾動半徑 (mm):350r主銷內(nèi)傾角 : 6°?主銷后傾角 : 2°?前輪外傾角 : 1°?前輪前束(mm): 24、汽車前橋的設(shè)計計算轉(zhuǎn)向前橋的設(shè)計計算主要是計算前橋、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、主銷上下軸承、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承或止推墊片等在制動和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。繪制計算用簡圖時刻忽略車輪的定位角，即認(rèn)為主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角均為 0°，而左、右轉(zhuǎn)向節(jié)軸線重合且與主銷軸線位于同一側(cè)向垂直平面內(nèi)。4.1 前橋在不同工作條件下的受力分析前橋的受力彎矩圖中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計7圖 2 前橋的受力彎矩圖1 為制動工況下的彎矩圖 2 為側(cè)滑工況下的彎矩圖、 、 —用在前橋左、右車輪上的鉛直反力（垂直路面）1ZLR2—作用在前橋左、右車輪上的制動力（垂直前橋，貼于路面） rP、 —作用在前橋左、右車輪上的側(cè)向力（平行前橋，貼于路面）LY1R—前橋滿載靜負荷(本車為 8500N)G—前車輪輪胎滾動半徑（本車 350mm）r—車輪滿載重心高度（本車 850mm）gh—前輪距（本車 1350mm）B—前橋兩板簧座中心距（本車 650）S—兩轉(zhuǎn)向節(jié)銷孔中心線與轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸中心線交點間的距離（本車 1200mm)14.1.1 制動時前梁應(yīng)力計算制動時前輪承受的制動力 和垂直力 傳給前橋，使前橋承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。此時制tP1Z動力 最大，側(cè)向力 、 為 0。tPLY1R制動時汽車質(zhì)量向前橋轉(zhuǎn)移，則前輪所承受的地面垂向反力為中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計8= （公式 1）1Z2G1m—汽車滿載靜止于水平路面時前橋給地面的載荷，1G—汽車制動時對前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，由《汽車構(gòu)造》 ，可取 1.4~1.7，此處取m1.5，質(zhì)量分配到前橋 35%。=6375N1Z前輪所承受的制動力 = =3825N （公式 2）tP1Z?由《汽車設(shè)計》查的， —輪胎與地面的附著系數(shù)取 0.6?和 對前梁引起的垂向彎矩 和水平方向的彎矩 在兩鋼板彈簧座之間達1ZtPVMhM到最大值，分別為：=( - ) （公式 3）1Zwg2l= （公式 4）htP其中， = ，見圖 4-1，2l/)(SB?圖中 =( - )/211----車輪所受的重力，N，取 =900Nwgwg則 =1916250 N·mmVM=1338750 N·mmh制動力 還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩 TtPN·mm?TtPrT=1338750 N·mm前梁在鋼板彈簧座附近危險截面處的彎曲應(yīng)力 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 分別為：?w?=w總MW/=（ + + ） （公式2Vh2T/15）（公式?/?T6）其中， 是鉛直反力 在垂直平面內(nèi)的彎矩； 為制動力 在水平面內(nèi)的彎矩；VMLZ1 hMtP中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計9W 為前梁彎曲截面系數(shù)，( - )/32 （公式??W3Dd7）設(shè)計中為預(yù)選前梁在板簧座處的彎曲截面系數(shù) ( ),可采用經(jīng)驗公式V3m= /2200 （公式Vl8）其中，m 為作用在前梁上的板簧上的質(zhì)量（kg） ，l 為車輪中線到板簧座中線間的距離（cm） ，m=74%M，l= 2l所以 =29432 ，VW3對于圓形截面/32 （公式??W3D9） 則可初步預(yù)算出 D=67mm，取 D=70，d=50mm。( - )/32 ， (1- )??3dT??34α則 =12470 ， =30999 ，W3mTm代入公式（5）和公式（6）可得，板簧座處彎曲應(yīng)力 =216MPa， =43.2MPa（危險??截面為圓面） ，前軸可采用 40Cr 制造，硬度為 HB241-285，由《機械設(shè)計手冊》可查得 [ ]=355MPa;w?[ ]=200MPa。?經(jīng)校核，強度符合強度要求，故選取尺寸為 D=70mm，d=50mm 的無縫鋼管可符合要求。4.1.2 汽車在側(cè)滑時前梁的應(yīng)力計算設(shè)汽車高速行駛時，急速右轉(zhuǎn)彎。確定側(cè)向滑移附著系數(shù)：在側(cè)滑的臨界狀態(tài)下，即在最大側(cè)向力時，橫向反作用力等于離心力 ，并達到最高F大值中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計10= / （公式 10）高F1G2VgR最大側(cè)向力 ： = （公式 11）maxY?為保證汽車不會橫向翻車，須使 ，清 翻則有 ， ，1g?RghB2/1?2/gh即 0.79，取 為 0.65 。汽車承受最大側(cè)向力時無縱向力的作用，此時前梁僅受彎矩的作用。左、右前輪承受的地面垂直反作用力和橫向側(cè)向反力各不相同，左、右前輪承受的地面垂直反作用力：= （公式LZ1G2/)/(1Bhg??12）= （公式R1/)/(1g?13）得， =7728.7N ； =771.3NLZ1RZ1所承受的方向向右的橫向側(cè)向反力：= （公式LY1G2/)/(1Bhg??14）= （公式R1/)/(1g?15）得， =5023.7N ； =501.3NLY1RY1此時， ， 向右作用。R1汽車向左側(cè)滑時，由彎矩圖可見，最大彎矩出現(xiàn)在側(cè)滑方向一側(cè)拳部的主銷孔處和另一側(cè)的板簧座處，則有= -1MLZlY1r= -2R得， =-1178642.5 N·mm ； =94500 N·mm1M彎曲應(yīng)力分別為：=1?W/中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計11=2?MW/得， =94.5MPa ； =7.6MPa1?2?又有[ ]=355MPa; [ ]=200MPa。W?所以符合強度要求。4.2 轉(zhuǎn)向節(jié)在受力分析圖 3 轉(zhuǎn)向節(jié)受力分析由圖可知，轉(zhuǎn)向節(jié)的危險截面在軸徑為 的輪軸根部，即Ⅲ-Ⅲ處。1d由《汽車前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修》可了解，轉(zhuǎn)向節(jié)多采用 40cr 經(jīng)淬火制造，輪軸根部的圓角滾壓處理，許用彎曲應(yīng)力為[ ]=550MPa。?4.2.1 汽車在制動時轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計算轉(zhuǎn)向節(jié)在Ⅲ-Ⅲ處僅受垂向彎矩 和水平彎矩 ，制動力矩直接由制動底板傳給轉(zhuǎn)VMh向節(jié)的安裝平面。=( - )* （公式V1Zwg3l16） = = （公式h?P3l1?3l17）/32??W31d其中， 為轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑，取為 45mm， 如圖所示，取為 30mm1d l得， =164250 N·mm;VM中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計12=114750 N·mm;hM8947.3?W3m合成彎曲應(yīng)力=( + ) （公式 18）?2VMh2/1W得， =22.4MPa?[ ]，所以符合要求。4.2.2 汽車在側(cè)滑時轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計算汽車側(cè)滑時，左右轉(zhuǎn)向節(jié)在Ⅲ-Ⅲ處彎矩是不相等的，則有：= - ;ILM?LZ13lYr= + ;IRR彎曲應(yīng)力分別為：= ;WL?I?/= ;RI其中， 32/d??可得， =167.5MPa ； WL?=16.7MPa ，R又有，[ ]=550MPa，所以符合要求。4.3 其他零部件的選用表 1 其他零部件的選用部件名稱 選用材料或型號主銷 20Cr，滲碳淬火處理，直徑為 25mm，長度為 167mm直推軸承 8105 型，推力球軸承，尺寸 D=42mm，d=25mm以上數(shù)據(jù)均摘自《汽車前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修》中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計135、結(jié)論本文首先對汽車前橋的發(fā)展歷史和小型載貨汽車的特點及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進行了相關(guān)的描述后，詳細分析了前橋的組成和各部件的作用，由于汽車在制動和側(cè)滑時前橋上所受的工作應(yīng)力最大，所以本文主要計算了前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)等在制動和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力，使該前橋在有足夠的強度和保證汽車行駛時的平穩(wěn)性的基礎(chǔ)上，還對小型載貨汽車進行優(yōu)化設(shè)計，使產(chǎn)品新穎化，品種多樣化，適應(yīng)多種需要。圓管形斷面的前軸中部采用無縫鋼管，兩端焊有拳形主銷支座。這種前軸取材方便，不需要大型鍛造設(shè)備，適用于中小型汽車制造廠。但由于水平有限，本文中存在的缺點和錯誤在所難免，忘大家批評指正，進一步的深入的研究還有待進行。中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計146、參考文獻[1] 銀金光 王宏主編.機械設(shè)計課程設(shè)計.北京：中國林業(yè)出版社，200[2] 黃余平主編.汽車構(gòu)造教學(xué)圖解.北京：人民交通出版社，2005[3] 濮良貴 紀(jì)明剛主編.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2006[4] 孔凌嘉 主編.簡明機械設(shè)計手冊.北京：北京理工大學(xué)出版社，1993[5] 劉濤 主編.汽車設(shè)計.北京：北京大學(xué)出版社，2000[6] 陳家瑞 主編.汽車構(gòu)造.北京：機械工業(yè)出版社，2005[7] 小林明 主編.汽車工程手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1996[8] 肖永清 楊忠敏主編.汽車前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修.北京：國防工業(yè)出版社，2004[9] 郭克希 王建國主編 機械制圖 北京：機械工業(yè)出版社，2008[10] 成鐵明主編 機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊（第三版）北京：高等教育出版社， 1989[11] 欠宗澤 羅圣國主編 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 北京：高等教育出版社， 2006[12] 王伯平主編 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)（第三版） 北京：機械工業(yè)出版社， 2008[13] 劉鴻文主編 材料力學(xué)Ⅰ（第四版） 北京：高等教育出版社， 2003中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計157、致 謝畢業(yè)設(shè)計是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。本設(shè)計是在于老師的悉心指導(dǎo)下完成的，感謝老師給我的幫助和指導(dǎo)。此外，我還要感謝許多學(xué)長和同學(xué)在整個過程中的幫助和配合，他們給了我莫大的支持，預(yù)祝你們永不放棄自己的熱情和理想，最終走向成功。 摘 要中國改革開放以來，在農(nóng)村實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟空前活躍。農(nóng)村的貨運量和人口流動量急劇增加，加快了運輸機械化成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的迫切需要，隨之小型載貨汽車也就應(yīng)運而生，而前橋作為汽車上一個重要的零部件，也顯得尤為重要。前橋一般位于汽車的前部，也稱轉(zhuǎn)向橋或駕駛橋。是通過懸架與車架相連，用以承受地面與車架之間的垂直載荷外，還承受制動力和側(cè)向力以及這些力構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運動。在汽車使用中，轉(zhuǎn)向橋的受力情況比較復(fù)雜，因此應(yīng)具有足夠的強度。如何保證轉(zhuǎn)向車輪的正確定位角度，轉(zhuǎn)向橋有足夠的剛度，使操縱輕便并減輕輪胎的磨耗、汽車能快速平穩(wěn)的行駛，就是一個重要問題。于是就有了本課題的研究和設(shè)計。本文首先對汽車前橋的發(fā)展歷史做了相關(guān)描述，然后小型載貨汽車的特點及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進行了相關(guān)的描述，詳細分析了前橋的組成和各部件的作用，之后對轉(zhuǎn)向前橋做了詳細的設(shè)計計算，主要計算了前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)等在制動和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。本次設(shè)計的繪圖均由 CAD 繪圖完成。關(guān)鍵字：汽車; 前橋; 前梁; 轉(zhuǎn)向節(jié)AbstractThe implementation of the reform of the household contract responsibility system in rural China since the reform and opening up, the rural economy is more active than ever. The dramatic increase in the volume of cargo in rural areas and population flows, speed up the transport mechanization become an urgent need for rural economic development, also came into being along with a small truck, the front axle as an important vehicle parts, especially important.The front axle is generally located in front of the car, also known as the steering axle or driving bridge. Is connected to the suspension and the frame to withstand the vertical loads between the ground and the frame, but also to withstand the braking force and lateral force and torque of these forces constitutes, and ensure the correct movement of steering rotation. The use of the car, the steering axle by more complex and therefore should be of sufficient strength. How to ensure the correct positioning of the angle of the steering wheel, steering axle have enough stiffness to make the manipulation of light and reduce tire wear, the car can be fast and smooth driving is an important issue. So there will be the subject of research and design.This paper first described the history of the development of the car before the bridge, then the characteristics of the small truck and the current development at home and abroad are described in the detailed analysis of the composition of the front axle and the role of the various components of the steering bridge to do the detailed design calculations, the main calculation of the first beam, knuckle and other conditions of work in both braking and skidding stress. The design of the graphics are completed by the CAD drawing.Keywords: car; front axle; beam steering; knuckle目 錄1、 緒 論 .11.1 汽車前橋的發(fā)展簡史 11.2 課題的研究現(xiàn)狀 .11.3 前橋的作用與組成 11.4 前橋的設(shè)計步驟 21.4.1 前橋的結(jié)構(gòu)形式 21.4.2 前橋設(shè)計 22、前橋的概述和設(shè)計要求 .22.1 前橋簡介 22.2 前橋的基本參數(shù) .22.3 前橋的設(shè)計要求 .32.3.1 設(shè)計要求 32.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù) 33、前橋的結(jié)構(gòu) .43.1 前橋的結(jié)構(gòu)概述 43.2 前橋的選擇 .53.3 整車參數(shù) 54、汽車前橋的設(shè)計計算 .64.1 前橋在不同工作條件下的受力分析 .64.1.1 汽車在制動時前梁的應(yīng)力計算………………….……….…………………………….74.1.2 汽車在側(cè)滑時前梁的應(yīng)力計算 94.2 轉(zhuǎn)向節(jié)在受力分析 .104.2.1 汽車在制動時轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計算 104.2.2 汽車在側(cè)滑時轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計算 114.3 其他零部件的選用 .115、結(jié)論 .126、參考文獻 .137、致 謝 .1411 緒論1.1 汽車前橋的發(fā)展簡史100 多年前，汽車剛剛誕生初期，其轉(zhuǎn)向操縱是仿照馬車和自行車的轉(zhuǎn)向方式，即用一個操縱桿或手柄來使前輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。由于操縱費力且不可靠，以至于時常發(fā)生車毀人亡的事故。第一輛不用馬拉的四輪車問世時，已經(jīng)把前橋和前輪組成一個總成，此總成安裝在曲軸上，可以繞前橋的中心的一個點轉(zhuǎn)動，利用一個桿柱,連接前橋的重點，通過地板往上延伸，方向盤就緊固在桿柱上端，以此操縱汽車。這種裝置在汽車車速不超過馬車的速度時，還是很好使的，但當(dāng)車速提高后，駕駛員就要求提高轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確性，以減少輪胎的磨損，提高輪胎的使用壽命。1817 年，德國人林肯斯潘杰提出類似于現(xiàn)代汽車、將前輪用轉(zhuǎn)向節(jié)與前梁連接的方式，他研制了一種允許汽車前輪在主軸上獨立回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，這就是把車輪與轉(zhuǎn)向節(jié)連接起來，轉(zhuǎn)向節(jié)又用可轉(zhuǎn)動的銷軸與前軸連接，從而發(fā)明了現(xiàn)代轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)。1.2 課題的研究現(xiàn)狀中國改革開放以來，在農(nóng)村實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟空前活躍。農(nóng)村的貨運量和人口流動量急劇增加，加快了運輸機械化成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的迫切需要，也正是這一市場的需要使具有中國特色的運輸機械——小型載貨汽車的應(yīng)運而生。它解決了農(nóng)村運輸?shù)募毙?，填補了村際、鄉(xiāng)際，城鎮(zhèn)及城鄉(xiāng)結(jié)合部運輸網(wǎng)絡(luò)的空白，活躍了農(nóng)村經(jīng)濟，為農(nóng)村富裕勞動力找了一條出路，從而使數(shù)以萬計的農(nóng)民走上了小康之路。小型載貨汽車制造工藝簡單，價格便宜，購車農(nóng)戶一般在一年左右就可收回成本。另外，公路的快速建設(shè)也促進了小型載貨汽車的發(fā)展，目前全國 98%的鄉(xiāng)村都通上了公路，使得全國小型載貨汽車有了用武之地。我們要開發(fā)的小型載貨汽車要多進行優(yōu)化設(shè)計，使產(chǎn)品新穎化，品種多樣化以適應(yīng)多種需要。在小型載貨汽車的設(shè)計中，如何在復(fù)雜的路況下保證汽車能快速平穩(wěn)的行駛，就是一個重要問題。于是就有了本課題的研究和設(shè)計。 1.3 前橋的作用與組成汽車前橋是行駛系統(tǒng)的重要組成部分，它通過懸架與車架相連，兩端安裝汽車的轉(zhuǎn)向車輪，用于支持車架并傳遞車輪與車架之間的各種作用力，并驅(qū)使轉(zhuǎn)向節(jié)的擺動來實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。利用鉸鏈裝置使車輪偏轉(zhuǎn)一定角度，以實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的車橋稱為轉(zhuǎn)向橋，一般汽車都以前橋為轉(zhuǎn)向橋，本題前橋即為轉(zhuǎn)向橋。轉(zhuǎn)向橋不僅能使裝在前端的左右車輪偏轉(zhuǎn)2一定的角度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，還應(yīng)能承受垂直載荷和由道路、制動等力產(chǎn)生的縱向力和側(cè)向力以及這些力所形成的力矩。因此，轉(zhuǎn)向橋必須有足夠的強度和剛度。車輪轉(zhuǎn)向過程中內(nèi)部件之間摩擦力應(yīng)該盡可能小，并且保證汽車轉(zhuǎn)向輕便和方向的穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向橋一般由前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂，轉(zhuǎn)向節(jié)主銷及輪轂組成。1.4 前橋的設(shè)計步驟1.4.1 前橋的結(jié)構(gòu)形式前橋按與之匹配的懸架結(jié)構(gòu)不同，可分為非斷開式與斷開式兩種。小型載貨汽車要求價廉，所以多采用非斷開式前橋。非斷開式的前橋主要有前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向主銷組成。1.4.2 前橋設(shè)計轉(zhuǎn)向前橋主要零件尺寸的確定，前梁、無縫鋼管型斷面，可采用常規(guī)設(shè)計。零件工作應(yīng)力計算:制動時前梁應(yīng)力計算；最大側(cè)壓力的情況下的應(yīng)力計算；其他零件的選用。2、前橋的概述和設(shè)計要求2.1 前橋簡介前橋一般位于汽車的前部，也稱轉(zhuǎn)向橋或駕駛橋。是通過懸架與車架相連，用以承受地面與車架之間的垂直載荷外，還承受制動力和側(cè)向力以及這些力構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運動。在汽車使用中，轉(zhuǎn)向橋的受力情況比較復(fù)雜，因此應(yīng)具有足夠的強度。為保證轉(zhuǎn)向車輪的正確定位角度，使操縱輕便并減輕輪胎的磨耗，轉(zhuǎn)向橋也應(yīng)有足夠的剛度。此外，還應(yīng)盡量減輕轉(zhuǎn)向橋的重量。前橋承受汽車的前部重量，把汽車的前進推力從車架傳給車輪，并與轉(zhuǎn)向裝置的有關(guān)機件作關(guān)節(jié)式的聯(lián)系，實施汽車的轉(zhuǎn)向。越野汽車的前橋同時還承擔(dān)著與驅(qū)動后橋同樣的驅(qū)動任務(wù)。一般載貨汽車采用發(fā)動機前置后橋驅(qū)動的布置形式，故其前橋為轉(zhuǎn)向橋。2.2 前橋的基本參數(shù)主銷后傾角 γ：為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回正的性能，前橋的主銷在汽車的縱向和橫向平面內(nèi)都有一定的傾角。在縱向平面內(nèi)，中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計3主銷上部向后傾斜一個角，稱為后傾角 γ。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(dāng)直線行駛時的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時，汽車就偏離直線行駛而有所轉(zhuǎn)向，這時引起的離心力使路面對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。此力矩稱為穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩也不宜過大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時為了克服此穩(wěn)定力矩，需要在方向盤上施加更大的力，導(dǎo)致方向盤沉重。后傾角γ 通常在 3°以內(nèi)。主銷內(nèi)傾角 β：在橫向平面內(nèi)，主銷上部響內(nèi)傾斜一個角，稱為主銷內(nèi)傾角 β。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)向時需加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向時不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動，而且伴隨車輪軸及前橫梁向上的移動，當(dāng)松開方向盤時，所儲存的上升位能能使轉(zhuǎn)向輪自動回正，保證汽車作直線行駛。內(nèi)傾角一般為 5°~8°；主銷偏移距一般為 30~40mm?？蛙?、輕型貨車可選較大的主銷內(nèi)傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的回正能力。但內(nèi)傾角也不宜過大，即主銷偏移距不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向變得沉重。車輪外傾角 α：轉(zhuǎn)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，這個角度稱為車輪外傾角 α。這個角一般為 5°~1.5°，一般為 1°左右。它可以避免汽車載重時車輪產(chǎn)生內(nèi)傾，同時也和弓形的路面相適應(yīng)。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(zhuǎn)向輕便并改善了制動時的方向穩(wěn)定性。前束：前輪安裝后，兩前輪的旋轉(zhuǎn)平面不平行，前端略向內(nèi)束，稱為前束。兩輪前端距離小于后端距離，其差值是前束值，一般在 1～12mm 之間。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的不利影響，消除因前輪外傾使汽車行駛時向外張開的趨勢，減少輪胎磨損和燃料消耗。2.3 前橋的設(shè)計要求2.3.1 設(shè)計要求保證有足夠的設(shè)計強度，以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。保證有足夠的剛度，以使車輪定位參數(shù)不變。保證轉(zhuǎn)向輪有正確的定位角度，以使轉(zhuǎn)向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的摩擦。轉(zhuǎn)向橋的質(zhì)量盡量小，以減輕非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。2.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)載重質(zhì)量 1500kg，汽車總質(zhì)量 2500kg4貨箱尺寸 3300*1600*360前輪為單輪胎，后輪為雙輪胎有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn) 3、前橋的結(jié)構(gòu)3.1 前橋的結(jié)構(gòu)概述用前橋轉(zhuǎn)向時當(dāng)今汽車的基本趨勢。從動轉(zhuǎn)向橋的基本結(jié)構(gòu)主要由前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)和輪轂三部分組成。前軸：前橋的主要零件的結(jié)構(gòu)形式：前軸是前橋的主體，按其整體形狀可分為直式和中部下沉式兩種。直式前軸由于鍛造工藝簡單，在汽車總布置允許的情況下可以采用。中部下沉式前軸可以降低發(fā)動機的位置，從而降低汽車的重心，有利于提高汽車行駛穩(wěn)定性，并可降低駕駛室的高度，減小迎風(fēng)的面積，改善汽車的空氣動力性，對長頭式駕駛室汽車又可加寬駕駛員視野。因此，中部下沉式前軸得到最廣泛的應(yīng)用。 中部下沉式前軸按其截面形狀及制造工藝又可分為工字形斷面和圓管形斷面兩種。工字形斷面多用 45 號碳素結(jié)構(gòu)鋼整體鍛造，其抗彎強度高，自重小，但鍛造工藝復(fù)雜，需要大型鍛造設(shè)備，多為大型制造廠采用。圓管形斷面的前軸中部采用無縫鋼管，兩端焊有拳形主銷支座。這種前軸取材方便，不需要大型鍛造設(shè)備，適用于中小型汽車制造廠。前軸材料多用 35、40、45 號碳素結(jié)構(gòu)鋼或用 30Cr、40Cr 剛制造，在鍛造和回火后，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。轉(zhuǎn)向節(jié)：轉(zhuǎn)向節(jié)俗稱羊角，它通過主銷將前軸與車輪相連接，并驅(qū)使前輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向節(jié)由固定制動器底板的凸緣和支撐輪轂的指軸構(gòu)成。轉(zhuǎn)向節(jié)一般由三種結(jié)構(gòu)型式，即整體煅造式、焊接式和螺栓連接式。轉(zhuǎn)向節(jié)材料為中碳合金鋼，并經(jīng)模鍛和熱處理。轉(zhuǎn)向節(jié)主銷：轉(zhuǎn)向節(jié)主銷俗稱大王針，有空心和實心兩種。轉(zhuǎn)向節(jié)主銷承受強烈的沖擊載荷，它要求具有很高的表面硬度和耐磨性，且要求心部具有一定的韌性。轉(zhuǎn)向節(jié)主銷多用 20Cr 和 20CrMnTi 制造，也有用 20MnVB、20MnTiB 剛制造，經(jīng)過滲碳處理。主銷的幾種結(jié)構(gòu)型式如下圖所示，其中比較常用的是前兩種，即圓柱實心型和圓柱空心型兩種。5圖 1 主銷的類型轉(zhuǎn)向節(jié)主銷襯套：轉(zhuǎn)向節(jié)主銷襯套工作條件惡劣，負荷較大。多用耐沖擊、耐磨損的青銅或鐵基粉末冶金制造，也有剛-塑襯套卷制而成。轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承：汽車轉(zhuǎn)向節(jié)銷止推軸承是安裝在前橋轉(zhuǎn)向節(jié)部位的重要零件，它既要承載著車身的重力，又要保證前輪轉(zhuǎn)向的靈活平穩(wěn)。由于汽車是在不同的路面上行駛，各種顛簸所形成的沖擊力都要作用在軸承上，所以要求軸承具有很高的額定靜負荷能力。目前主要的止推軸承主要有圓柱滾子軸承、單列圓錐滾子軸承、推力球軸承、推力圓錐滾子軸承四大類。前輪輪轂：輪轂通過兩個圓錐滾子軸承支撐在轉(zhuǎn)向節(jié)軸上，軸承的松緊度可由調(diào)整螺母進行調(diào)整，并用鎖緊裝置鎖緊。為防止?jié)櫥M入制動鼓內(nèi)，輪轂內(nèi)側(cè)裝有雙外刃油封和擋油盤。輪轂外端面用軸頭蓋封住，以防止泥沙侵入。目前，輪轂多用可鍛鑄鐵KT35-10 制造。可鍛鑄鐵有較高強度、塑性和韌性，可滿足汽車輪轂的工作條件。也有采用球墨鑄鐵和碳素鋼鑄造，經(jīng)滲碳處理。3.2 前橋的選擇轉(zhuǎn)向前橋有斷開式和非斷開式兩種，非斷開式結(jié)構(gòu)簡單，承載能力較大，成本較低，在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用，因此本設(shè)計就采用非斷開式前橋。前橋結(jié)構(gòu)形式：無縫鋼管的中間部分和模鍛成型的兩端拳形部分組焊而成轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)：整體鍛造式注銷結(jié)構(gòu)：圓柱實心主銷轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承結(jié)構(gòu)：調(diào)心球軸承63.3 整車參數(shù)汽車總質(zhì)量 （kg）:2500M前橋軸載重量 (N):85001G汽車質(zhì)心至前橋中心線距離 (mm):18001L汽車質(zhì)心至后軸中心線距離 (mm):10002軸距 (mm):2800L前輪距 (mm):1350B前鋼板彈簧座中心距 (mm):650s主銷中心距 (mm):12001汽車質(zhì)心高度 (mm):850gh車輪滾動半徑 (mm):350r主銷內(nèi)傾角 : 6°?主銷后傾角 : 2°?前輪外傾角 : 1°?前輪前束(mm): 24、汽車前橋的設(shè)計計算轉(zhuǎn)向前橋的設(shè)計計算主要是計算前橋、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、主銷上下軸承、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承或止推墊片等在制動和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。繪制計算用簡圖時刻忽略車輪的定位角，即認(rèn)為主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角均為 0°，而左、右轉(zhuǎn)向節(jié)軸線重合且與主銷軸線位于同一側(cè)向垂直平面內(nèi)。4.1 前橋在不同工作條件下的受力分析前橋的受力彎矩圖7圖 2 前橋的受力彎矩圖1 為制動工況下的彎矩圖 2 為側(cè)滑工況下的彎矩圖、 、 —用在前橋左、右車輪上的鉛直反力（垂直路面）1ZLR2—作用在前橋左、右車輪上的制動力（垂直前橋，貼于路面） rP、 —作用在前橋左、右車輪上的側(cè)向力（平行前橋，貼于路面）LY1R—前橋滿載靜負荷(本車為 8500N)G—前車輪輪胎滾動半徑（本車 350mm）r—車輪滿載重心高度（本車 850mm）gh—前輪距（本車 1350mm）B—前橋兩板簧座中心距（本車 650）S—兩轉(zhuǎn)向節(jié)銷孔中心線與轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸中心線交點間的距離（本車 1200mm)14.1.1 制動時前梁應(yīng)力計算制動時前輪承受的制動力 和垂直力 傳給前橋，使前橋承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。此時制tP1Z動力 最大，側(cè)向力 、 為 0。tPLY1R制動時汽車質(zhì)量向前橋轉(zhuǎn)移，則前輪所承受的地面垂向反力為8= （公式 1）1Z2G1m—汽車滿載靜止于水平路面時前橋給地面的載荷，1G—汽車制動時對前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，由《汽車構(gòu)造》 ，可取 1.4~1.7，此處取m1.5，質(zhì)量分配到前橋 35%。=6375N1Z前輪所承受的制動力 = =3825N （公式 2）tP1Z?由《汽車設(shè)計》查的， —輪胎與地面的附著系數(shù)取 0.6?和 對前梁引起的垂向彎矩 和水平方向的彎矩 在兩鋼板彈簧座之間達1ZtPVMhM到最大值，分別為：=( - ) （公式 3）1Zwg2l= （公式 4）htP其中， = ，見圖 4-1，2l/)(SB?圖中 =( - )/211----車輪所受的重力，N，取 =900Nwgwg則 =1916250 N·mmVM=1338750 N·mmh制動力 還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩 TtPN·mm?TtPrT=1338750 N·mm前梁在鋼板彈簧座附近危險截面處的彎曲應(yīng)力 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 分別為：?w?=w總MW/=（ + + ） （公式2Vh2T/15）（公式?/?T6）其中， 是鉛直反力 在垂直平面內(nèi)的彎矩； 為制動力 在水平面內(nèi)的彎矩；VMLZ1 hMtP9W 為前梁彎曲截面系數(shù)，( - )/32 （公式??W3Dd7）設(shè)計中為預(yù)選前梁在板簧座處的彎曲截面系數(shù) ( ),可采用經(jīng)驗公式V3m= /2200 （公式Vl8）其中，m 為作用在前梁上的板簧上的質(zhì)量（kg） ，l 為車輪中線到板簧座中線間的距離（cm） ，m=74%M，l= 2l所以 =29432 ，VW3對于圓形截面/32 （公式??W3D9） 則可初步預(yù)算出 D=67mm，取 D=70，d=50mm。( - )/32 ， (1- )??3dT??34α則 =12470 ， =30999 ，W3mTm代入公式（5）和公式（6）可得，板簧座處彎曲應(yīng)力 =216MPa， =43.2MPa（危險??截面為圓面） ，前軸可采用 40Cr 制造，硬度為 HB241-285，由《機械設(shè)計手冊》可查得 [ ]=355MPa;w?[ ]=200MPa。?經(jīng)校核，強度符合強度要求，故選取尺寸為 D=70mm，d=50mm 的無縫鋼管可符合要求。4.1.2 汽車在側(cè)滑時前梁的應(yīng)力計算設(shè)汽車高速行駛時，急速右轉(zhuǎn)彎。確定側(cè)向滑移附著系數(shù)：在側(cè)滑的臨界狀態(tài)下，即在最大側(cè)向力時，橫向反作用力等于離心力 ，并達到最高F大值10= / （公式 10）高F1G2VgR最大側(cè)向力 ： = （公式 11）maxY?為保證汽車不會橫向翻車，須使 ，清 翻則有 ， ，1g?RghB2/1?2/gh即 0.79，取 為 0.65 。汽車承受最大側(cè)向力時無縱向力的作用，此時前梁僅受彎矩的作用。左、右前輪承受的地面垂直反作用力和橫向側(cè)向反力各不相同，左、右前輪承受的地面垂直反作用力：= （公式LZ1G2/)/(1Bhg??12）= （公式R1/)/(1g?13）得， =7728.7N ； =771.3NLZ1RZ1所承受的方向向右的橫向側(cè)向反力：= （公式LY1G2/)/(1Bhg??14）= （公式R1/)/(1g?15）得， =5023.7N ； =501.3NLY1RY1此時， ， 向右作用。R1汽車向左側(cè)滑時，由彎矩圖可見，最大彎矩出現(xiàn)在側(cè)滑方向一側(cè)拳部的主銷孔處和另一側(cè)的板簧座處，則有= -1MLZlY1r= -2R得， =-1178642.5 N·mm ； =94500 N·mm1M彎曲應(yīng)力分別為：=1?W/11=2?MW/得， =94.5MPa ； =7.6MPa1?2?又有[ ]=355MPa; [ ]=200MPa。W?所以符合強度要求。4.2 轉(zhuǎn)向節(jié)在受力分析圖 3 轉(zhuǎn)向節(jié)受力分析由圖可知，轉(zhuǎn)向節(jié)的危險截面在軸徑為 的輪軸根部，即Ⅲ-Ⅲ處。1d由《汽車前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修》可了解，轉(zhuǎn)向節(jié)多采用 40cr 經(jīng)淬火制造，輪軸根部的圓角滾壓處理，許用彎曲應(yīng)力為[ ]=550MPa。?4.2.1 汽車在制動時轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計算轉(zhuǎn)向節(jié)在Ⅲ-Ⅲ處僅受垂向彎矩 和水平彎矩 ，制動力矩直接由制動底板傳給轉(zhuǎn)VMh向節(jié)的安裝平面。=( - )* （公式V1Zwg3l16） = = （公式h?P3l1?3l17）/32??W31d其中， 為轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑，取為 45mm， 如圖所示，取為 30mm1d l得， =164250 N·mm;VM12=114750 N·mm;hM8947.3?W3m合成彎曲應(yīng)力=( + ) （公式 18）?2VMh2/1W得， =22.4MPa?[ ]，所以符合要求。4.2.2 汽車在側(cè)滑時轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計算汽車側(cè)滑時，左右轉(zhuǎn)向節(jié)在Ⅲ-Ⅲ處彎矩是不相等的，則有：= - ;ILM?LZ13lYr= + ;IRR彎曲應(yīng)力分別為：= ;WL?I?/= ;RI其中， 32/d??可得， =167.5MPa ； WL?=16.7MPa ，R又有，[ ]=550MPa，所以符合要求。4.3 其他零部件的選用表 1 其他零部件的選用部件名稱 選用材料或型號主銷 20Cr，滲碳淬火處理，直徑為 25mm，長度為 167mm直推軸承 8105 型，推力球軸承，尺寸 D=42mm，d=25mm以上數(shù)據(jù)均摘自《汽車前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修》135、結(jié)論本文首先對汽車前橋的發(fā)展歷史和小型載貨汽車的特點及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進行了相關(guān)的描述后，詳細分析了前橋的組成和各部件的作用，由于汽車在制動和側(cè)滑時前橋上所受的工作應(yīng)力最大，所以本文主要計算了前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)等在制動和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力，使該前橋在有足夠的強度和保證汽車行駛時的平穩(wěn)性的基礎(chǔ)上，還對小型載貨汽車進行優(yōu)化設(shè)計，使產(chǎn)品新穎化，品種多樣化，適應(yīng)多種需要。圓管形斷面的前軸中部采用無縫鋼管，兩端焊有拳形主銷支座。這種前軸取材方便，不需要大型鍛造設(shè)備，適用于中小型汽車制造廠。但由于水平有限，本文中存在的缺點和錯誤在所難免，忘大家批評指正，進一步的深入的研究還有待進行。146、參考文獻[1] 銀金光 王宏主編.機械設(shè)計課程設(shè)計.北京：中國林業(yè)出版社，200[2] 黃余平主編.汽車構(gòu)造教學(xué)圖解.北京：人民交通出版社，2005[3] 濮良貴 紀(jì)明剛主編.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2006[4] 孔凌嘉 主編.簡明機械設(shè)計手冊.北京：北京理工大學(xué)出版社，1993[5] 劉濤 主編.汽車設(shè)計.北京：北京大學(xué)出版社，2000[6] 陳家瑞 主編.汽車構(gòu)造.北京：機械工業(yè)出版社，2005[7] 小林明 主編.汽車工程手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1996[8] 肖永清 楊忠敏主編.汽車前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修.北京：國防工業(yè)出版社，2004[9] 郭克希 王建國主編 機械制圖 北京：機械工業(yè)出版社，2008[10] 成鐵明主編 機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊（第三版）北京：高等教育出版社， 1989[11] 欠宗澤 羅圣國主編 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 北京：高等教育出版社， 2006[12] 王伯平主編 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)（第三版） 北京：機械工業(yè)出版社， 2008[13] 劉鴻文主編 材料力學(xué)Ⅰ（第四版） 北京：高等教育出版社， 2003157、致 謝畢業(yè)設(shè)計是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。本設(shè)計是在于老師的悉心指導(dǎo)下完成的，感謝老師給我的幫助和指導(dǎo)。此外，我還要感謝許多學(xué)長和同學(xué)在整個過程中的幫助和配合，他們給了我莫大的支持，預(yù)祝你們永不放棄自己的熱情和理想，最終走向成功。