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汽車設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)(論文) 題　目: HX6850前橋設(shè)計(jì)說明書 學(xué)生姓名 專 業(yè)_ 車輛工程 學(xué) 號(hào)_ 班 級(jí)_ 2009 級(jí) 2班 指導(dǎo)教師 成 績(jī)_ 工程技術(shù)學(xué)院 2012年 6 月 目 錄 一、前言 2 1、使用性能要求 2 2、結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 3 2.1、從動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式 3 2.2、選擇前橋結(jié)構(gòu)型式及參數(shù) 3 2.3、前輪定位角 3 二、前橋強(qiáng)度計(jì)算 5 1、前軸強(qiáng)度計(jì)算 5 1.1、前軸受力簡(jiǎn)圖 5 1.2、前軸載荷計(jì)算 5 1.3、彎矩及扭矩計(jì)算 7 2、轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度計(jì)算 16 2.1、截面系數(shù)計(jì)算 16 2.2、彎矩計(jì)算 17 2.3、應(yīng)力計(jì)算 16 2.4、轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 17 3、主銷強(qiáng)度計(jì)算 17 3.1、主銷作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6 17 3.2、計(jì)算載荷 18 3.3、彎矩計(jì)算 20 3.4應(yīng)力計(jì)算 20 3.5、主銷材料及許用應(yīng)力 21 三 結(jié)論 21 四 參考文獻(xiàn)： 21 一、前言 前橋一般位于汽車的前部，也稱轉(zhuǎn)向橋或從動(dòng)橋。前橋是汽車上一個(gè)重要的總成件，主要包括轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向主銷、前梁等零部件。前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(dòng)力和側(cè)向力以及這些力所構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運(yùn)動(dòng)。車橋通過懸架與車架連接，支撐著汽車大部分重量，并將車輪的牽引力或者制動(dòng)力，以及側(cè)向力經(jīng)過懸架傳給車架。在汽車使用中，轉(zhuǎn)向橋的受力狀況比較復(fù)雜，因此應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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。總之，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(fù)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和抗疲勞破壞的能前軸：是前橋的主要承重零部件，我公司有管式和鍛打式兩種結(jié)構(gòu)形式，但主要以鍛打式為主。? 前橋承受汽車的前部重量，把汽車的前進(jìn)推力從車架傳給車輪，并與轉(zhuǎn)向裝置的有關(guān)機(jī)件作關(guān)節(jié)式聯(lián)系，實(shí)施汽車的轉(zhuǎn)向。前橋是利用它的兩端通過主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)連接，用以轉(zhuǎn)向節(jié)的擺轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)汽車的方向。 1、使用性能要求 為使汽車在行駛中具有較好的直線行駛能力，前橋應(yīng)滿足下列要求： (1) 足夠的強(qiáng)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)正確的車輪定位，使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。前輪定位包括主銷內(nèi)傾，主銷后傾，前輪外傾和前輪前束。 (3) 足夠的剛度，使受力后變形要小，保證主銷和轉(zhuǎn)向輪有正確的定位角度保持不變。 (4) 轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)與前橋之間的摩擦力應(yīng)盡可能小，以保證轉(zhuǎn)向操作的輕便性，并有足夠的耐磨性。 (5) 轉(zhuǎn)向輪的擺振應(yīng)盡可能小，以保證汽車的正常，穩(wěn)定行使。 (6) 前橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能小，以減少非簧載質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 2、結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 HX6850A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) 91385 29547 2937 1400 4300 1170 740 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） 1480 1700 485 8° 1.5° 1° 10 2.1、從動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式 本前橋采用非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)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 （1）前輪定位角的作用：前輪定位的作用是減小前輪偏轉(zhuǎn)時(shí)的阻力矩，使轉(zhuǎn)向操縱輕便、靈活，且使前輪具有自動(dòng)回正的作用，保證拖拉機(jī)直線行駛的穩(wěn)定性，減少輪胎磨損。 （2）本型前輪定位角選擇見表1 二、前橋強(qiáng)度計(jì)算 1、前軸強(qiáng)度計(jì)算 1.1、前軸受力簡(jiǎn)圖 1.2、前軸載荷計(jì)算 1）緊急制動(dòng) 2）側(cè)滑 3）越過不平路面 載荷計(jì)算結(jié)果列表 1.3、彎矩及扭矩計(jì)算 1）緊急制動(dòng) 2）側(cè)滑 3）越過不平路面 彎扭矩計(jì)算結(jié)果 4) 斷面糸數(shù)計(jì)算 a) 斷面簡(jiǎn)圖 b)計(jì)算斷面糸數(shù) 2）Ⅱ--Ⅱ 斷面 （1）算斷面簡(jiǎn)圖 （2）垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) (3)水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) (4) 抗扭斷面系數(shù) 3) Ⅲ-Ⅲ斷面 (1) 換算斷面簡(jiǎn)圖如圖5 (2) 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) (3) 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)： (4) 抗扭斷面系數(shù) 4) Ⅳ-Ⅳ斷面 (1) 畫出斷面簡(jiǎn)圖 (2) 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)： (3) 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)： (4) 抗扭斷面系數(shù)： 5) 各斷面尺寸參數(shù)見表5： （5）應(yīng)力計(jì)算 1) 汽車緊急制動(dòng)時(shí) 2) 汽車側(cè)滑時(shí) 3) 汽車越過不平路面時(shí) 應(yīng)力值計(jì)算結(jié)果列表 HX6850A前軸材料的許用應(yīng)力 2、轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度計(jì)算 2.1、截面系數(shù)計(jì)算 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) 2.3、應(yīng)力計(jì)算 A）緊急制動(dòng) 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 2.4、轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 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 3.2、計(jì)算載荷 3.3、彎矩計(jì)算 3.4應(yīng)力計(jì)算 3.5、主銷材料及許用應(yīng)力 三 結(jié)論 四 參考文獻(xiàn) 二、前橋強(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 1）緊急制動(dòng) 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)前軸軸載質(zhì)量重新分配分配糸數(shù)m1===1.59 垂直反作用力：Z1l= Z1r==23489.87N 橫向反作用力：X1l=X1r= Ф=16442.91N 2）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 HX6850汽車前梁具工字形斷面，兩端為拳式、中部下沉。為便于各斷面系數(shù)的計(jì)算，需將各實(shí)際斷面形狀簡(jiǎn)化為換算斷面形狀。簡(jiǎn)化時(shí)，突緣厚度取為平均值。 圖3 前軸簡(jiǎn)化圖 b)計(jì)算斷面糸數(shù) 1)Ⅰ-Ⅰ斷面 如圖3所示 （1）垂直面內(nèi)抗彎斷面糸數(shù) （2）水平面內(nèi)抗彎斷面糸數(shù) 2）Ⅱ--Ⅱ 斷面 （1）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)： = = 40.30 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)： (4) 抗扭斷面系數(shù) 視工字形斷面由幾個(gè)矩形斷面組成。引用材料力學(xué)關(guān)于“矩形及狹長(zhǎng)形截面等直桿在純扭轉(zhuǎn)”時(shí)的公式進(jìn)行計(jì)算，任一個(gè)矩形截面的和為： 當(dāng)； 當(dāng)； 其中——矩形長(zhǎng)邊的長(zhǎng)，——矩形短邊的長(zhǎng) ——系數(shù) 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 6.0 8.0 10.0 0.140 0.294 0.457 0.790 1.123 1.789 2.456 3.123 0.208 0.346 0.493 0.801 1.150 1.789 2.456 3.123 1.0 0.859 0.795 0.753 0.745 0.743 0.742 0.742 對(duì)上方矩形截面 ， 對(duì)中間矩形截面 ，使用插值法得， ， 對(duì)下方矩形 ， 所以， 3) Ⅲ-Ⅲ斷面 (1) 換算斷面簡(jiǎn)圖如圖5 如圖5 III-III斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖 (2) 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) Ⅲ--Ⅲ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)： 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)： (4) 抗扭斷面系數(shù) 視工字形斷面由幾個(gè)矩形斷面組成。引用材料力學(xué)關(guān)于“矩形及狹長(zhǎng)形截面等直桿在純扭轉(zhuǎn)”時(shí)的公式進(jìn)行計(jì)算，任一個(gè)矩形截面的和為： 當(dāng)； 當(dāng)； 其中——矩形長(zhǎng)邊的長(zhǎng)，——矩形短邊的長(zhǎng) 對(duì)上方矩形截面 ，使用插值法得， ， 對(duì)中間矩形截面 ，使用插值法得， ， 對(duì)下方矩形 ，使用插值法得， ， 所以， 4) Ⅳ-Ⅳ斷面 (1) 畫出斷面簡(jiǎn)圖 (2) 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)： (3) 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)： (4) 抗扭斷面系數(shù)： ，使用插值法得， 5) 各斷面尺寸參數(shù)見表5： 單位： HX6850 Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ Ⅳ-Ⅳ B 75 108 75 60 84 40 16 16 20 b 75 68 65 65 60 44 30 16 16 25 t 15 24 35 h 60 60 25 H 92 92 70 70 表6 單位： Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ Ⅳ-Ⅳ 82321.74 85465.24 54315.03 53083.33 30450 40147.78 34008.89 49291.67 18142.494 21697.69 62958.33 （5）應(yīng)力計(jì)算 a)計(jì)算公式 1) 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： 2) 汽車側(cè)滑時(shí) 垂直面彎曲應(yīng)力 3) 汽車越過不平路面時(shí) 垂直面彎曲應(yīng)力 a) 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) 136.96 107.19 108.12 68.59 259.20 159.73 120.87 51.71 86.06 178.01 85.91 422.21 290.79 329.80 191.35 側(cè) 滑 78.88 45.86 -31.28 -94.18 越不平路 172.28 134.83 108.65 86.28 （6） HX6850A前軸材料的許用應(yīng)力 材料：45 調(diào)質(zhì)硬度 ： HB230—255 ：786—853 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)HX6850 ， ， 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) 860191.23 52.69 側(cè)滑 -8574720 -525.23 超越不平路 886410 54.30 2.4、轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 材料 HX6850A 40MnB 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 HX6850A 77.5 82.5 30 562.5 402.5 193 485 38 42 48 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 作用在主銷上端的 合力（圖14） 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) N.mm B) 汽車側(cè)滑時(shí) N.mm C) 汽車越過不平路面時(shí) N.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) mm3 B)主銷剪切面積 mm2 D) 主銷襯套擠壓面積 mm2 D:主銷外徑 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) 68 69 70 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) 61397.73 258704.66 478.93 54.16 33.66 側(cè)滑 26526.27 44720.71 1878269.82 348.84 39.45 24.52 越過不平路面 25391.95 1066461.9 198.07 22.40 13.92 3.5、主銷材料及許用應(yīng)力 HX6850: 許用應(yīng)力 按力作靜載荷計(jì)算時(shí)， 三 結(jié)論 根據(jù)各應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，說明該汽車前橋滿足強(qiáng)度要求及設(shè)計(jì)要求。 四 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。 4、《汽車設(shè)計(jì)》郭學(xué)訊，鄧亞東 2005.8 人民交通出版社 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 6、《汽車構(gòu)造》吉林大學(xué)汽車工程系 陳家瑞 2006.5 人民交通出版社 設(shè)計(jì)日志： 6 /17 認(rèn)真閱讀前橋設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，明確設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，并對(duì)重要的地方進(jìn)行標(biāo)注和詳細(xì)分析。對(duì)不對(duì)的地方認(rèn)真思考，并請(qǐng)教老師和同學(xué)。 6/18 根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書和網(wǎng)上資料進(jìn)行設(shè)計(jì)說明書 ，做了幾乎一整天，累了晚上看電影。 6/19 早上起來玩了下游戲，然后繼續(xù)做課程說明書。 6/20 三天的奮斗終于完成了說明書粗稿，晚上開始畫圖工作。 6/21 早上完成了總裝圖的主視圖，中午和下午繼續(xù)工作，終于用一天和一晚上的時(shí)間終于搞定了總裝圖，任務(wù)終于有所減緩。就剩下一張零件圖，零件圖準(zhǔn)備用電腦畫圖，用CAD慢慢搞定它。 6/22 用一天的時(shí)間把零件圖也弄好啦。 6/23 上午仔細(xì)檢查設(shè)計(jì)說明書、零件圖和總裝圖，下午復(fù)習(xí)大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo)考試。 6/24 中午考試，晚上回來完成課程設(shè)計(jì)的裝訂。 24