資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 摘 要 前橋是汽車的重要組成部分，中型貨車的前橋為非斷開式轉向從動橋。前橋對貨車的轉向功能和行駛穩(wěn)定性有很重要的影響。在貨車前橋的設計和開發(fā)過程中，其結構型式、車輪定位參數(shù)和強度占有十分重要的地位。本文通過分析各種類型前橋的結構和性能特點，以目前市場上的成熟車型為基礎，進行1092型汽車的前橋設計。設計過程中首先提出適用該車型的前橋結構型式，然后進行其主要零件的尺寸計算，最后計算其主要零件工作應力主要是計算前梁、轉向節(jié)、主銷、主銷上下軸承（即轉向節(jié)襯套）、轉向節(jié)推力軸承和止推墊片等在制動和側滑工況下的工作應力。設計出既滿足強度要求，又有良好轉向性能、直線行駛穩(wěn)定性和自動回正功能的前橋總成。 關鍵詞：前橋;1092型汽車;轉向節(jié);主銷 Abstract The front axle is one of the most important parts of the automobile. The front axle of the medium gravity truck is a disconnected steering followed axle. It makes an important effect on the performance of the steering and the stability. In the design and development of the front axle, the structure, the alignment and the intensity has been a very important task. The article introduces the design of the front axle on the 1092 truck through analyzing the structure and performance all types of trucks and based on the popular vehicles in the market. In the design, it’s introduced that the structure of the front axle available for that kind of vehicle in the first. Then the calculation about the size of the main accessory is carried on. Finally computing the working stress of them, that is computing the working stress of I-beam configuration, steering knuckle, steering pin, the bearings of on the top and bottom of the steering pin, the push bearings and the push shims etc. The front axle assembly meets the strength requirement, but also have good performance on the steering, steering stability and the automatic function of returning back . Key word: Front axle, 1092 truck, knuckle，steering pin 目 錄 摘要 1 1 緒論 2 1.1 中型載貨汽車的發(fā)展前景 2 1.2 前橋的組成和設計步驟 3 2 前橋的基本概況和設計要求 4 2.1 前橋簡介 4 2.2 前橋的基本參數(shù) 5 2.3 前橋的設計標準 6 3 前橋的結構形式 7 3.1總述 7 3.2前橋的選擇 8 3.2.1 前橋的結構形式 8 3.2.2 整車參數(shù) 8 4 前橋的設計計算 9 4.1 前橋在三種工況下的受力分析 9 4.1.1 制動工況下的前橋應力計算 11 4.1.2 在最大側向力(側滑)工況下的前橋應力計算 13 4.1.3 越過不平路面工況的前橋應力計算 14 4.2.1 在制動工況下的轉向節(jié)應力計算 15 4.2.2 在汽車側滑工況下得轉向節(jié)應力計算 16 4.3 主銷與轉向節(jié)襯套在制動和側滑工況下的應力計算 16 4.3.1 在制動工況下 16 4.3.2 在汽車側滑工況下 17 4.4 轉向節(jié)推力軸承和止推墊片的計算 19 4.4.1 推力軸承的計算 19 4.4.2 轉向節(jié)止推墊片的計算 21 4.5 輪輞尺寸的確定 21 5 結論 23 參考文獻 24 致謝 25 1 緒論 1.1 中型載貨汽車的發(fā)展前景 中國改革開放以來，在農(nóng)村實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟空前的活躍。農(nóng)村的貨運量和人口的流動量急劇增加，加快運輸機械化成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的迫切需要，正是這一市場的需要使具有中國特色的運輸機械-小型載貨汽車應運而生。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)結合部運輸網(wǎng)絡的空白，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！ 中型載貨汽車的競爭對手是輕型汽車。與輕型汽車相比，中型載貨汽車有許多優(yōu)點。入世后中型載貨汽車沒有受到多大沖擊，因為它是中國特色的產(chǎn)業(yè)，符合國情，在國外幾乎沒人搞過。但是我們不能回避輕型汽車與中型載貨汽車在市場的競爭，中型載貨汽車利用比較底的生產(chǎn)成本和微利經(jīng)營的生產(chǎn)方式并引進先進的汽車技術，堅持“三低一高”的特色，注重產(chǎn)品質(zhì)量，使之與在汽車行業(yè)的競爭中得以提高。 中型載貨汽車制造工藝簡單，價格便宜，四輪車價格在1～1.5萬元/輛，購車農(nóng)戶一般半年左右即可收回10000元投資。另外，中型載貨汽車的養(yǎng)路費為每月每噸70元，是汽車的30%，使用成本為同噸位汽車的1/3到1/2。公路快速建設也促進了中型載貨汽車的發(fā)展。舊中國，全國公路僅13×104 km，而到1997年底，已達1.226×106 km，目前全國98%的鄉(xiāng)和80%的村都通了公路，使得中型載貨汽車有用武之地。因此，在近十幾年里我國中型載貨汽車得到快速發(fā)展。1980年全國中型載貨汽車產(chǎn)銷量不足萬輛，1992年產(chǎn)銷量達到113萬輛，首次超過當年汽車產(chǎn)銷量（106.2萬輛）。1998年中型載貨汽車產(chǎn)銷量達到270萬輛，而同期汽車產(chǎn)銷量為163萬輛。 我們要開發(fā)的中型載貨汽車要采用設計理念，多進行優(yōu)化設計，使產(chǎn)品新穎化，品種多樣化以適應多種需要。而在中型載貨汽車的設計中，如何適應復雜的路況下保證汽車能快速平穩(wěn)的行駛，就是一個很重的問題。前橋是汽車上一個重要的總成件，主要包括轉向節(jié)、轉向主銷、前軸等零部件，由于在汽車的行駛過程中，前橋所處的工作環(huán)境惡劣，工況復雜，其承受的載荷也多為交變載荷，從而其零部件易出現(xiàn)疲勞裂紋甚至斷裂現(xiàn)象。這就要求其在結構設計上必須有足夠的強度、剛度和抗疲勞破壞的能力。因此就有了本課題的研究和設計。 1.2 前橋的組成和設計步驟 隨著我國交通運輸事業(yè)的迅速發(fā)展，汽車運輸?shù)某休d重量和運行速度都在不斷增加。于是人們對汽車的安全運行也越來越重視，所以對汽車車橋的設計也提出了更高的要求。目前國內(nèi)關于汽車轉向橋的技術研究現(xiàn)狀是：中、輕型貨車的轉向橋設計在市場上已成為通用的成熟的技術，也有非常完備的系列化、標準化的零部件產(chǎn)品，因此短期內(nèi)不會有較大的技術革新；重型貨車由于其載重量的因素，需要更好的轉向性能和更穩(wěn)定的行駛能力，國內(nèi)的許多廠家和研究機構將研究重點放在雙前橋轉向系統(tǒng)的開發(fā)，，并且已經(jīng)有一批成熟的雙前橋重型汽車產(chǎn)品問世。 目前國內(nèi)大多數(shù)廠家在進行1092型汽車或類似噸位的汽車前橋設計時，都是參考幾款最成熟的產(chǎn)品（如EQ1090E、EQ1092、EQ1098、EQ140、CA1090等），在綜合分析各產(chǎn)品的優(yōu)劣勢的基礎上，根據(jù)自身的設計需要開發(fā)類似產(chǎn)品。 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。前橋還要承受和傳遞制動力矩。前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。前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。由于中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，轉向節(jié)和轉向主銷組成。 1、前橋結構形式 本設計采用非斷開式轉向前橋 2、前橋設計 （1）轉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 2 前橋的基本概況和設計要求 2.1 前橋簡介 前橋即非驅動橋，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。前橋還要承受和傳遞制動力矩。 根據(jù)從動車輪能否轉向，前橋分為前橋與非前橋。一般汽車多以前橋為前橋。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前橋直至全輪轉向。 一般載貨汽車采用前置發(fā)動機后橋驅動的布置形式，故其前橋為轉向前橋。轎車多采用前置發(fā)動機前橋驅動，越野汽車均為全輪驅動，故它們的前橋既是前橋又是驅動橋，稱為轉向驅動橋。 前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前橋是一根支承于左、右從動車輪上的剛性整體橫梁，當又是前橋時，則其兩端經(jīng)轉向主銷與轉向節(jié)相聯(lián)。斷開式前橋與獨立懸架相匹配。本文設計的是9噸專用載貨汽車采用前置后輪驅動的載貨汽車前橋，因此該前橋作為前橋。 非斷開式轉向前橋主要由前梁、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。 前橋的功用：前橋也稱非驅動橋，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。 2.2 前橋的基本參數(shù) 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，前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。后傾角通常在以內(nèi)?，F(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；主銷偏移距一般為30～40mm。輕型客車、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(B-A)，一般汽車約為3～5mm，可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。 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。 2.3前橋的設計標準 2.3.1 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（或承載式車身）之間的作用力。 （2）保證有正確的車輪定位，使轉向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。從橋要有足夠的剛度，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)與前橋之間的摩擦力應盡可能小，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小，以保證汽車的正常，穩(wěn)定行使。 （5）前橋的質(zhì)量應盡可能?。阂詼p少非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 通過對9噸專用載貨汽車前橋的設計，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(chǎn)的可能性之間的關系； 2）協(xié)調(diào)好產(chǎn)品的繼承性和產(chǎn)品的“三化”之間的關系。 2.3.2結構參數(shù)： 本次設計題目為《1092型汽車前橋設計》，根據(jù)設計任務書給出的要求和參數(shù)，該車型屬于滿載質(zhì)量為9噸的中型載貨汽車。目前市場上同類型或噸位相近的車型有很多，因此從動橋的結構與參數(shù)可根據(jù)設計要求和同類產(chǎn)品的參數(shù)進行初選。 (1)驅動形式：單驅，裝載質(zhì)量9000kg，汽車總質(zhì)量2490kg； (2)貨箱尺寸3300×1610×360； (3)輪胎型號6.00-15,前單、后雙輪胎； (4)有關國家以及行業(yè)標準； (5)參照1092型汽車參數(shù)和結構。 3 前橋的結構形式 3.1 總述 各種車型的非斷開式轉向前橋的結構型式基本相同，如圖1—1所示。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。 有的汽車的轉向前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)多用中碳合金鋼模具成整體式結構。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。 （a） (b) (c) (d) （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 圖3-1主銷結構形式 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。 3.2前橋的選擇 本設計為9噸載貨車的轉向前橋，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前橋。 轉向前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。前梁采用中間部分為無縫鋼管與兩端拳部組焊的形式。主銷采用結構簡單的實心的圓柱形如上圖3-1所示。綜上做出如下的選擇： 3.2.1前橋的結構形式 本前橋采用非斷開式轉向前橋橋結構的選型：本前橋采用非斷開式轉向從動橋 對前梁，轉向節(jié)，主銷，主銷襯套等主要部件進行詳細的設計計算和相關校核。 它通過懸架與車架（或承載式車身）相聯(lián)，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。 3.2.2 整車參數(shù) （1）前橋結構形式：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前橋加叉形轉向節(jié)主銷。 （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)推力軸承結構形式：滾動軸承(調(diào)心球軸承)。 （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 （7）輪胎螺栓：左側左旋，右側右旋 9噸專用載貨汽車總布置整車參數(shù)見表3.1： Ga =2490*9.8=24402N = 0.3Ga=0.3*24404=8540.7N 表3.1 汽車總重量Ga（N） 前橋軸載重量（N） 汽車質(zhì)心至前橋中民線距離L（mm） 汽車質(zhì)心至后軸中心線距離L (mm) 軸距L（mm） 前輪距B (mm) 前鋼板彈簧座中心距s (mm) 24402 8540.7 1852.5 997.5 2850 1345 660 主銷中心距 (mm) 汽車質(zhì)心高度hg(mm) 車輪滾動半徑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） 1150 840 352 6° 2° 1° 2 4 前橋的設計計算 本車為單橋驅動的兩軸汽車，即前橋為前橋、后橋為驅動橋，由于整體式車橋較斷開式車橋具有經(jīng)濟性高、強度大、結構緊湊、安裝維修方便的優(yōu)點，所以，本車決定采用整體式前橋。前橋前橋要求采用鋼管型梁結構，前橋后橋均采用非獨立懸架形式。 轉向前橋的設計計算主要是計算前橋、轉向節(jié)、主銷、主銷上下軸承（即轉向節(jié)村套）、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。繪制計算用簡圖時刻忽略車輪的定位角，即認為主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角均為0，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)。 4.1 前橋在三種工況下的受力分析 前橋的受力及彎矩圖如下： 圖 4—1轉向前橋在制動和側滑工況下的受力分析簡圖 1-制動工況下的彎矩圖 2-側滑工況下的彎矩圖 、、——作用在前橋左、右車輪上的鉛直反力（垂直路面） ——作用在前橋左、右車輪上的制動力（垂直前橋，貼于路面） 、——作用在前橋左、右車輪上的側向力（平行前橋，貼于路面） ——前橋滿載靜負荷(本車為8540.7N) ——前車輪輪胎滾動半徑（本車352mm） ——車輪滿載重心高度（本車960mm） ——前輪距（本車1345mm） s——前橋兩板簧座中心距（本車660mm） ——兩轉向節(jié)銷孔中心線與轉向節(jié)軸頸中心線交點間的距離（本車1150mm） 4.1.1制動工況下的前梁應力計算: 制動時前輪承受的制動力和垂向力傳給前橋，使前橋承受轉矩和彎矩。此時制動力最大，側向力、為0。 考慮到制動時汽車質(zhì)量向前前橋的轉移，則前輪所承受的地面垂向反力為 = （4-1） 式中：——汽車滿載靜止于水平路面時前橋給地面的載荷，N； ——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1.4~1.7。此處取1.5。質(zhì)量分配給前橋35%。 ==0.5×8540.7×1.5=6405.525N 前輪所承受的制動力 式中：——輪胎與路面的附著系數(shù)取為0.6； =6405.5250.6=3843.3 N 由于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最大值，分別為： N·mm (4-2) N·mm (4-3) 式中：—見圖4—1，其中===97.5mm, ===342.5mm —車輪(包括輪轂、制動器等)所受的重力，N；取=900N； B—前輪輪距取B=1345 mm； s—前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離取為660 mm 其中===97.5mm, ===342.5mm 則 =1885642.313 N·mm =1316330.25 N·mm 制動力還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉矩T： T= N·mm 式中：—輪胎的滾動半徑取為352 mm 則有 T=3843.3×352=135284.16 N·mm 前梁在鋼板彈簧座附近危險斷面處的彎曲應力和扭轉應（單位均為MPa）分別為： （4-4） 式中: 為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；W —前梁彎曲截面系數(shù)，W=。 在設計中為了預選前梁在板簧座處的彎曲截面系數(shù)()，可采用經(jīng)驗公式 = （4-5） 式中，m為作用在該前梁上的簧上質(zhì)量（kg）；l為車輪中線至板簧座中線間的距離（cm）,2200為系數(shù)（）。對于該種車輛，選m=74%，l=l=342.5mm，故=28686對于圓形截面，W=。則初步預算出D=67mm.取D=70mm，d=50mm。 則W==12470.==30999。 板簧座處彎曲應力和扭轉應力（危險斷面為圓面） 所以將數(shù)值代入（5-4）中的=184.7；=4.4 前梁可采用45、30Cr、40Cr等中碳鋼或中碳合金剛制造，硬度應達到HB241~285。 此處采用40Cr，因此由機械設計手冊可查得前橋應力的許用值為 經(jīng)校核此工況下符合強度要求。故D=70 mm ，d=50 mm符合要求。 4.1.2 在最大側向力(側滑)工況下的前梁應力計算 設向左側滑，如汽車高速行駛時，急速右轉彎。確定側向滑移附著系數(shù)： 在側滑的臨界狀態(tài)，橫向反作用力等于離心力，并達到最大值=,=G1,為保證不橫向翻車，須使，則有：，所以<，得到<=0.80，取=0.65。 此時汽車承受最大側向力時無縱向力的作用，此時前梁僅受彎矩而沒有轉矩。左、右前輪承受的地面垂直反作用力、和橫向側向反力、各不相等，前輪的地面反力（N）分別為 = （4-6） = （4-7） = （4-8） = （4-9） 式中，為汽車停于水平路面時的前橋軸荷（N）；B為汽車前輪輪距（mm）；為汽車質(zhì)心高度（mm）；為側滑附著系數(shù)，=0.65。 此時，向右作用。則有： 汽車向左側滑時，前橋在鉛直面內(nèi)的彎矩圖如5-1圖中的第2種工況，由該彎矩圖可見，前梁的最大彎矩出現(xiàn)在側滑方向一側拳部的主銷孔處，而另一側出現(xiàn)在板簧座處，可求出 （4-10） （4-11） 代入數(shù)值得： =7737.4*97.5-5029.3*352=-1015917.1N.mm =803.3*342.5-522*352=91386.25N.mm 則在這兩處的彎曲應力分別為 ===81.5MPa ===7.4MPa 經(jīng)校核此工況下符合強度要求。 4.1.3 越過不平路面工況的前梁應力計算： 汽車越過不平路面時，因路面不平引起垂直動載荷，至使垂直反作用力達到最大值。此時僅受彎矩而不受轉矩。作用在前梁鉛直面內(nèi)的彎矩 M= （4-12） 式中δ———動載荷系數(shù)，載貨汽車δ＝2．5。代入數(shù)值得=3656487.188 N.mm 其中M在兩鋼板彈簧座之間達到最大，則彎曲應力===293MPa 經(jīng)校核此工況下符合強度要求。 4.2 轉向節(jié)在制動和側滑工況下的應力 如圖4—2所示，轉向節(jié)的危險斷面在軸徑為的輪軸根部即III-III剖面處。 圖4—2 轉向節(jié)，主銷及轉向節(jié)襯套的計算用圖 轉向節(jié)的危險斷面處于軸徑為d的輪軸根部，即剖面Ⅲ處。轉向節(jié)采用40Cr制造，心部硬度HB241~285，高頻淬火后表面硬度HRC57~65，硬化層深1.5mm，輪軸根部的圓角滾壓處理，許用彎曲應力為[]=550MPa。 4.2.1在制動工況下的轉向節(jié)應力計算 轉向節(jié)在Ⅲ剖面處的軸徑僅受垂向彎矩和水平彎矩而不受轉矩，因制動力矩不經(jīng)轉向節(jié)的輪軸傳遞而直接由制動底板傳給在轉向節(jié)上的安裝平面，這時可按公式（4-2）和（4-3）計算其和，但需要以l替換其中的l。即 =()l=[]* l （4-13） = （4-14） 式中：—轉向節(jié)的輪軸根部軸徑取為45mm，=30mm，[]=550MPa， 剖面Ⅲ處的合成彎曲應力為 = （4-15） 代入數(shù)值得 =165165.75 N·mm =115299 N·mm W==8947.3 所以=22.5MPa[]=550MPa，符合要求 4.2.2 在汽車側滑工況下得轉向節(jié)應力計算 在汽車發(fā)生側滑時，左、右轉向節(jié)在危險斷面Ⅲ-Ⅲ處得彎矩是不等的，可分別按下式求得： （4-16） （4-17） 左、右轉向節(jié)在危險斷面處得彎曲應力為 (4-18) （4-19） 代入數(shù)值得 =168.8MPa =22.8MPa 由于[]=550MPa，符合要求。 4.3 主銷與轉向節(jié)襯套在制動和側滑工況下的應力計算 在制動和側滑工況下，在轉向節(jié)上、下襯套的中點，即與輪軸中心線相距分別為c、d的兩點處，在側向平面(圖5—2(b))和縱向平面(圖5—2(c))內(nèi)，對主銷作用有垂直其軸線方向的力。 4.3.1 在制動工況下 地面對前輪的垂向支承反力Z所引起的力矩，由位于通過主銷軸線的側向平面內(nèi)并在轉向節(jié)上、下襯套中點處垂直的作用于主銷的力(N)所形成的力偶矩所平衡(見圖5—2(b))，故有 = （4-20） 式中取97.5mm，c取58mm，d取65 mm；則=5077.6N。 制動力矩P由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷的力所形成的力偶矩（c+d）所平衡（如圖5—2(c)），故有 = N （4-21） 代入數(shù)值得=10998.7N 而作用于主銷的制動力P則在轉向節(jié)上、下襯套中點處作用于主銷的力、所平衡(見圖5—2(c))，且有 = （4-22） = （4-23） 由前橋的俯視圖（如圖）可知，制動時轉向橫拉桿的作用力N為 N= （4-24） 式中為轉向橫拉桿與前梁得距離。取=155mm 代入數(shù)值得=2031N =1812.3N N=3046.5N 力N位于側向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為l，如將N的著力點移至主銷中心線與輪軸中心線的交點處，則需對主銷作用一側向力矩N l（如圖）。力矩N l由位于側向平面內(nèi)并作用于主銷的力偶矩所平衡，故有 = （4-25） 代入數(shù)值得 ==1981.5N 而力N則由在轉向節(jié)上下襯套中點處作用于主銷的合力、所平衡，且有 = （4-26） = （4-27） 代入數(shù)值得 = 1610 N =1436.3N 由圖可知，在轉向節(jié)上襯套的中點作用于主銷的合力和在下襯套的中點作用于主銷的合力分別為 = （4-28） = （4-29） 由以上兩式可見，在汽車制動工況下，主銷的最大載荷發(fā)生在轉向節(jié)下襯套的中點處，其值為= 15371.8N (=14123.2N) 4.3.2 在汽車側滑工況下 汽車發(fā)生側滑時，僅有在側向平面內(nèi)起作用的力和力矩，且作用于左、右轉向節(jié)主銷的力是不相等的。他們可分別按下式求得： （4-30） (4-31) 式中：、——汽車前橋左、右車輪上承受的地面垂向反作用力（垂直路面）N； ——輪胎中心線至主銷軸線的距離(97.5mm)； ——前輪輪胎滾動半徑（本車352mm）； 、——作用在前橋左、右車輪上的側向力（平行前橋，貼于路面），N； c、d——見圖4-2 ——前橋滿載時靜止于水平路面時前橋給地面的載荷(本車為8540.7N，見表1)； ——車輪滿載重心高度（本車840mm，見表3.1）； ——前輪距（本車1345mm，見表3.1）； ——輪胎與路面的側向附著系數(shù)，計算時可取=0.65。 取中最大的作為主銷的計算載荷，計算主銷在前橋拳部下端面處的彎曲應力和剪切應力。代入數(shù)值得= 15371.8N =8259.5N =2130.6N 所以==15371.8N = （4-32） = （4-33） 式中：d——主銷直徑，取25mm； h——轉向節(jié)下襯套中點至前橋拳部下端面的距離，見圖4-2，取30mm； 此時求得=295MPa， =32MPa 主銷的許用彎曲應力為[]=500MPa；許用剪切應力[]=100MPa。 主銷采用20Cr，20CrNi，20CrMnTi等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，滲碳層深1.0~1.5mm，56~62HRC.本處采用20Cr。 經(jīng)校核符合強度要求。 轉向節(jié)襯套的擠壓應力為 = （4-34） 式中：l——襯套長30mm； ——計算載荷，取中最大值,==15371.8NN； d——主銷直徑，25mm，見圖；銷的長度50~200mm。 此時求得=21MPa。 轉向節(jié)襯套的許用擠壓應力[]=50MPa。經(jīng)校核符合強度要求。 在靜載荷下，上式的計算載荷取 （4-35） 式中：,Z,l，c，d，G————見式（4-20）及式（4-1）及其下的說明及圖4-1。此時[]15MPa。代入數(shù)值求得=3385N，則=4.5MPa，經(jīng)校核符合要求。 4.4 轉向節(jié)推力軸承和止推墊片的計算 4.4.1 推力軸承的計算 對轉向節(jié)推力軸承，取汽車以等速=40km/h、沿半徑R=50m或以=20km/h、沿半徑R=12m的圓周行駛的工況作為計算工況。 如果汽車向右轉彎，則其前外輪即前左輪的地面垂向反力增大。 汽車的前橋側滑條件為 = （4-36） 式中：——前橋所受的側向力，N； ——汽車滿載時的整車質(zhì)量分配給前橋的部分； R——汽車轉彎半徑，mm； ——汽車行駛速度，mm/s； G——重力加速度，； 、——作用在前橋左、右車輪上的側向力（平行前橋，貼于路面）N； ——輪胎與路面的側向附著系數(shù)； ——前橋滿載時靜止于水平路面時前橋給地面的載荷(本車為8540.7N)； 由上式得： = 將此式代入（4-6），得 = （4-37） 將上述計算工況的、R等有關數(shù)據(jù)代入式（2-38），并設=0.5,則有 ==0.625 可近似的認為推力軸承的軸向載荷等于上述前外輪的地面垂向反力，即有 =0.625 （4-38） 則=0.625*8540.7=5338N =（0.5~0.33） （4-39） 鑒于轉向節(jié)推力軸承在工作中的相對轉角不大及軸承滾道圈破壞帶來的危險性，根據(jù)=45mm選軸承內(nèi)徑為d=45mm，軸承的選擇按其靜承載容量進行，且取當量靜載荷 》，故此調(diào)心軸承滿足要求。所選取的軸承尺寸為d=45mm，D=85mm，軸承型號為1209E型。 4.4.2 轉向節(jié)止推墊片的計算 當采用青銅止推墊片代替轉向節(jié)推力軸承的時候，在汽車滿載的情況下，止推墊片的靜載荷可取為： =/2 （4-40） =4270.35N 這時止推墊片的擠壓應力為 = （4-41） 式中：d、D——止推墊片的內(nèi)、外徑。d=45mm，D=55mm。=5.45MPa。 通常取[]30MPa。經(jīng)校核符合要求。 4.5 輪輞的尺寸計算 根據(jù)輪胎的型號6.00-15，經(jīng)國家標準可知輪輞的型號為4.50E，求得輪輞直徑D=466mm。由下表可得輪輞的各個尺寸： A=114mm B=12mm G=20mm 另外球頭銷頭部的直徑選擇可依據(jù)如下 許用接觸應力為[]25~30MPa。球頭銷用合金結構鋼12CrNiB、15CrMo、20CrNi或液體碳氮共滲鋼35Cr、35CrNi制造。 設計初期，球頭直徑d可根據(jù)表中推薦的數(shù)據(jù)進行選擇。 表 4-3 球頭直徑 球頭直徑 /mm 轉向輪負荷 /N 球頭直徑 /mm 轉向輪負荷 /N 20 到6000 35 24000~34000 22 6000~9000 40 34000~49000 25 9000~12500 45 49000~70000 27 12500~16000 50 70000~100000 30 16000~24000 根據(jù)前輪載荷取球頭直徑d=22mm。 5 結論 三個月的畢業(yè)設計已經(jīng)結束了，這三個月的時間，是我大學成長的一個飛躍。在這期間，我不斷的汲取知識，消化知識。設計過程中，我經(jīng)常遇到這樣那樣的困難，這也讓我發(fā)現(xiàn)自己理論知識的貧瘠和理論聯(lián)系實踐能力的匱乏。雖然如此，我還是滿懷信心和斗志，突破重重荊棘，不斷的完善自己、充實自己，最終順利完成畢業(yè)設計。我所設計的是1092型汽車的轉向橋，它是非斷開式的轉向從動橋，主要結構采用工字形斷面前梁（中部下沉式）和夾叉形轉向節(jié)，主銷將前梁和轉向節(jié)鉸接并經(jīng)一對輪轂軸承支承著車輪輪轂，在左轉向節(jié)的上耳處安裝著轉向節(jié)臂，左右轉向節(jié)下耳處裝有與轉向橫拉桿聯(lián)接的轉向梯形臂，以實現(xiàn)汽車的正常轉向。我的轉向橋設計所實現(xiàn)的功能包括：有足夠的強度承載車重、承受和傳遞各方向的力及力矩，保證正常轉向和行駛穩(wěn)定性，減小輪胎磨損。 總體來講，這次畢業(yè)設計主要分為三個階段： 第一個階段的主要任務是查找資料、完成文獻檢索和外文翻譯。在此期間，我對圖書館、網(wǎng)上資源等等都進行了相關的資料查找，使自己對查找文獻方面的能力有了一定的提高，另外，進行外文翻譯對我來說是一個極大的挑戰(zhàn)，因為我的英語不是很好，不過我沒有膽怯，積極查找參考書，借助于網(wǎng)絡搜索，也最終完成了任務。 第二個階段是設計軟件的學習。通過 CAD軟件的學習，我體會到了利用CAD軟件進行設計設計是多么的快捷與方便。我想，能夠通過畢業(yè)設計我掌握了CAD軟件，這為我今后的工作奠定了很好的基礎，它必將成為我今后工作的得力工具。同時，通過學習 CAD這門軟件，我也懂的了要不斷的充實和更新自己的知識，因為我還要掌握其他的的軟件。 第三個階段是出圖和說明書的編寫，這也是我畢業(yè)設計的主要環(huán)節(jié)。在這個階段，我將自己前面階段，乃至整個四年知識積累綜合運用，真正通過“實戰(zhàn)”檢驗了自己對知識的掌握程度。在這一階段，我也體會到了參考資料以及相關標準的重要性。任何設計工作絕不可能是憑空想象的，它是有著一個長期積累的過程的。在今后的設計中，我一定要注意標準化這個概念，并將其運用到自己的設計中去。 這三個多月的畢業(yè)設計我過得十分充實，在畢業(yè)設計過程中，我廣泛地查找和閱讀相關資料，大大豐富了我對汽車前橋的認識，加深了對汽車的了解；提高了解決實際問題的能力,增強了繪圖和使用技術資料的技能。當看著自己獨立設計完成的效果圖和設計圖時，我充分體會到了工作帶給我的快樂。對于設計中我沒有發(fā)現(xiàn)但仍然存在的問題，我會虛心接受老師批評指正。 參考文獻 [1] 劉濤.汽車設計.北京：北京大學出版社,2000 [2] 王望予.汽車設計(第三版). 北京：機械工業(yè)出版社,2000 [3] 陳家瑞.汽車構造(下冊). 北京：機械工業(yè)出版社,2005 [4] 朱輝，唐保寧，陳大復等.畫法幾何級工程制圖（第五版）.上海：上?？茖W出版社，2006 [5] 張洪欣.汽車設計(第二版). 北京：機械工業(yè)出版社,1996 [6] 吳宗澤.機械設計實用手冊. 北京：化學工業(yè)出版社,1999 [7] 小林明.汽車工程手冊. 北京：機械工業(yè)出版社,1996 [8] 劉鴻文.材料力學. 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