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摘 要
中國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，在農(nóng)村實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)空前活躍。農(nóng)村的貨運(yùn)量和人口流動(dòng)量急劇增加，加快了運(yùn)輸機(jī)械化成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，隨之小型載貨汽車也就應(yīng)運(yùn)而生，而前橋作為汽車上一個(gè)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(guò)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)向力以及這些力構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運(yùn)動(dòng)。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(qiáng)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(gè)重要問(wèn)題。于是就有了本課題的研究和設(shè)計(jì)。本文首先對(duì)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(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了相關(guān)的描述，詳細(xì)分析了前橋的組成和各部件的作用，之后對(duì)轉(zhuǎn)向前橋做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要計(jì)算了前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)等在制動(dòng)和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。本次設(shè)計(jì)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)
Abstract
The 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 1
1.1 汽車前橋的發(fā)展簡(jiǎn)史 1
1.2課題的研究現(xiàn)狀 1
1.3 前橋的作用與組成 1
1.4 前橋的設(shè)計(jì)步驟 2
1.4.1前橋的結(jié)構(gòu)形式 2
1.4.2前橋設(shè)計(jì) 2
2、前橋的概述和設(shè)計(jì)要求 2
2.1 前橋簡(jiǎn)介 2
2.2前橋的基本參數(shù) 2
2.3前橋的設(shè)計(jì)要求 3
2.3.1設(shè)計(jì)要求 3
2.3.2結(jié)構(gòu)參數(shù) 3
3、前橋的結(jié)構(gòu) 4
3.1 前橋的結(jié)構(gòu)概述 4
3.2前橋的選擇 5
3.3 整車參數(shù) 5
4、汽車前橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 6
4.1前橋在不同工作條件下的受力分析 6
4.1.1汽車在制動(dòng)時(shí)前梁的應(yīng)力計(jì)算…………......………...………...……………………………...7
4.1.2汽車在側(cè)滑時(shí)前梁的應(yīng)力計(jì)算 9
4.2轉(zhuǎn)向節(jié)在受力分析 10
4.2.1汽車在制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算 10
4.2.2汽車在側(cè)滑時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算 11
4.3其他零部件的選用 11
5、結(jié)論 12
6、參考文獻(xiàn) 13
7、致 謝 14
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 汽車前橋的發(fā)展簡(jiǎn)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(gè)操縱桿或手柄來(lái)使前輪偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。由于操縱費(fèi)力且不可靠，以至于時(shí)常發(fā)生車毀人亡的事故。第一輛不用馬拉的四輪車問(wèn)世時(shí)，已經(jīng)把前橋和前輪組成一個(gè)總成，此總成安裝在曲軸上，可以繞前橋的中心的一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用一個(gè)桿柱,連接前橋的重點(diǎn)，通過(guò)地板往上延伸，方向盤(pán)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(guò)馬車的速度時(shí)，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(guó)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(dú)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(lái)，轉(zhuǎn)向節(jié)又用可轉(zhuǎn)動(dòng)的銷軸與前軸連接，從而發(fā)明了現(xiàn)代轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。
1.2課題的研究現(xiàn)狀
中國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，在農(nóng)村實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)空前活躍。農(nóng)村的貨運(yùn)量和人口流動(dòng)量急劇增加，加快了運(yùn)輸機(jī)械化成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，也正是這一市場(chǎng)的需要使具有中國(guó)特色的運(yùn)輸機(jī)械——小型載貨汽車的應(yīng)運(yùn)而生。它解決了農(nóng)村運(yùn)輸?shù)募毙?，填補(bǔ)了村際、鄉(xiāng)際，城鎮(zhèn)及城鄉(xiāng)結(jié)合部運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的空白，活躍了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，為農(nóng)村富裕勞動(dòng)力找了一條出路，從而使數(shù)以萬(wàn)計(jì)的農(nóng)民走上了小康之路。
小型載貨汽車制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，購(gòu)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(jìn)了小型載貨汽車的發(fā)展，目前全國(guó)98%的鄉(xiāng)村都通上了公路，使得全國(guó)小型載貨汽車有了用武之地。
我們要開(kāi)發(fā)的小型載貨汽車要多進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)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(gè)重要問(wèn)題。于是就有了本課題的研究和設(shè)計(jì)。
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(guò)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(dòng)來(lái)實(shí)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(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的車橋稱為轉(zhuǎn)向橋，一般汽車都以前橋?yàn)檗D(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)
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一定的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，還應(yīng)能承受垂直載荷和由道路、制動(dòng)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(qiáng)度和剛度。車輪轉(zhuǎn)向過(guò)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(jì)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(kāi)式與斷開(kāi)式兩種。小型載貨汽車要求價(jià)廉，所以多采用非斷開(kāi)式前橋。非斷開(kāi)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(jì)
轉(zhuǎn)向前橋主要零件尺寸的確定，前梁、無(wú)縫鋼管型斷面，可采用常規(guī)設(shè)計(jì)。
零件工作應(yīng)力計(jì)算:制動(dòng)時(shí)前梁應(yīng)力計(jì)算；最大側(cè)壓力的情況下的應(yīng)力計(jì)算；其他零件的選用。
2、前橋的概述和設(shè)計(jì)要求
2.1 前橋簡(jiǎn)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(guò)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)向力以及這些力構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運(yùn)動(dòng)。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(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。
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)式的聯(lián)系，實(shí)施汽車的轉(zhuǎn)向。越野汽車的前橋同時(shí)還承擔(dān)著與驅(qū)動(dòng)后橋同樣的驅(qū)動(dòng)任務(wù)。一般載貨汽車采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(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(dòng)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)，
主銷上部向后傾斜一個(gè)角，稱為后傾角γ。主銷后傾使主銷軸線與路面的交點(diǎn)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(shí)的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時(shí)，汽車就偏離直線行駛而有所轉(zhuǎn)向，這時(shí)引起的離心力使路面對(duì)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(guò)大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)為了克服此穩(wěn)定力矩，需要在方向盤(pán)上施加更大的力，導(dǎo)致方向盤(pán)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(gè)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(diǎn)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(shí)需加在方向盤(pán)上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時(shí)也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤(pán)上的沖擊力。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向時(shí)不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且伴隨車輪軸及前橫梁向上的移動(dòng)，當(dāng)松開(kāi)方向盤(pán)時(shí)，所儲(chǔ)存的上升位能能使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)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?？蛙嚒⑤p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(guò)大，即主銷偏移距不宜過(guò)小，否則在轉(zhuǎn)向過(guò)程中車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)時(shí)，隨著滾動(dòng)，將伴隨著沿路面的滑動(dòng)，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(shí)，其輪胎中心平面不是垂直于地面，而是向外傾斜一個(gè)角度，這個(gè)角度稱為車輪外傾角α。這個(gè)角一般為5°~1.5°，一般為1°左右。它可以避免汽車載重時(shí)車輪產(chǎn)生內(nèi)傾，同時(shí)也和弓形的路面相適應(yīng)。由于車輪外傾使輪胎接地點(diǎn)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(dòng)時(shí)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(kāi)的不利影響，消除因前輪外傾使汽車行駛時(shí)向外張開(kāi)的趨勢(shì)，減少輪胎磨損和燃料消耗。
2.3前橋的設(shè)計(jì)要求
2.3.1設(shè)計(jì)要求
保證有足夠的設(shè)計(jì)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)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
貨箱尺寸 3300*1600*360
前輪為單輪胎，后輪為雙輪胎
有關(guān)國(guó)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(shí)當(dāng)今汽車的基本趨勢(shì)。從動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)機(jī)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(dòng)力性，對(duì)長(zhǎng)頭式駕駛室汽車又可加寬?cǎi){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(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼整體鍛造，其抗彎強(qiáng)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(wú)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(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼或用30Cr、40Cr剛制造，在鍛造和回火后，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。
轉(zhuǎn)向節(jié)：轉(zhuǎn)向節(jié)俗稱羊角，它通過(guò)主銷將前軸與車輪相連接，并驅(qū)使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向節(jié)由固定制動(dòng)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(shí)心兩種。轉(zhuǎn)向節(jié)主銷承受強(qiáng)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(guò)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(shí)心型和圓柱空心型兩種。
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(fù)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(fù)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(guò)兩個(gè)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(jìn)行調(diào)整，并用鎖緊裝置鎖緊。為防止?jié)櫥M(jìn)入制動(dòng)鼓內(nèi)，輪轂內(nèi)側(cè)裝有雙外刃油封和擋油盤(pán)。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(qiáng)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(kāi)式和非斷開(kāi)式兩種，非斷開(kāi)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)就采用非斷開(kāi)式前橋。
前橋結(jié)構(gòu)形式：無(wú)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(shí)心主銷
轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承結(jié)構(gòu)：調(diào)心球軸承
3.3 整車參數(shù)
汽車總質(zhì)量（kg）:2500
前橋軸載重量(N):8500
汽車質(zhì)心至前橋中心線距離(mm):1800
汽車質(zhì)心至后軸中心線距離(mm):1000
軸距 (mm):2800
前輪距 (mm):1350
前鋼板彈簧座中心距 (mm):650
主銷中心距 (mm):1200
汽車質(zhì)心高度(mm):850
車輪滾動(dòng)半徑(mm):350
主銷內(nèi)傾角: 6°
主銷后傾角: 2°
前輪外傾角: 1°
前輪前束(mm): 2
4、汽車前橋的設(shè)計(jì)計(jì)算
轉(zhuǎn)向前橋的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是計(jì)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(dòng)和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。
繪制計(jì)算用簡(jiǎn)圖時(shí)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
圖2前橋的受力彎矩圖
1為制動(dòng)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）
—作用在前橋左、右車輪上的制動(dòng)力（垂直前橋，貼于路面）
、—作用在前橋左、右車輪上的側(cè)向力（平行前橋，貼于路面）
—前橋滿載靜負(fù)荷(本車為8500N)
—前車輪輪胎滾動(dòng)半徑（本車350mm）
—車輪滿載重心高度（本車850mm）
—前輪距（本車1350mm）
—前橋兩板簧座中心距（本車650）
—兩轉(zhuǎn)向節(jié)銷孔中心線與轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸中心線交點(diǎn)間的距離（本車1200mm)
4.1.1制動(dòng)時(shí)前梁應(yīng)力計(jì)算
制動(dòng)時(shí)前輪承受的制動(dòng)力和垂直力傳給前橋，使前橋承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。此時(shí)制動(dòng)力最大，側(cè)向力、為0。
制動(dòng)時(shí)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
= （公式1）
—汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷，
—汽車制動(dòng)時(shí)對(duì)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1.5，質(zhì)量分配到前橋35%。
=6375N
前輪所承受的制動(dòng)力
==3825N （公式2）
由《汽車設(shè)計(jì)》查的，—輪胎與地面的附著系數(shù)取0.6
和對(duì)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(dá)到最大值，分別為：
=(-) （公式3）
= （公式4）
其中， =，見(jiàn)圖4-1，
圖中 =(-)/2
----車輪所受的重力，N，取=900N
則=1916250 N·mm
=1338750 N·mm
制動(dòng)力還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩T
N·mm
T=1338750 N·mm
前梁在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)截面處的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為：
=
=（++） （公式5）
（公式6）
其中，是鉛直反力在垂直平面內(nèi)的彎矩；為制動(dòng)力在水平面內(nèi)的彎矩；W為前梁彎曲截面系數(shù)，
(-)/32 （公式7）
設(shè)計(jì)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(yàn)公式
=/2200 （公式8）
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=
所以=29432，
對(duì)于圓形截面
/32 （公式9）
則可初步預(yù)算出D=67mm，取D=70，d=50mm。
(-)/32 ，(1-)
則=12470， =30999，
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(xiǎn)截面為圓面），
前軸可采用40Cr制造，硬度為HB241-285，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可查得
[]=355MPa;
[]=200MPa。
經(jīng)校核，強(qiáng)度符合強(qiáng)度要求，故選取尺寸為D=70mm，d=50mm的無(wú)縫鋼管可符合要求。
4.1.2汽車在側(cè)滑時(shí)前梁的應(yīng)力計(jì)算
設(shè)汽車高速行駛時(shí)，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(shí)，橫向反作用力等于離心力，并達(dá)到最大值
=/ （公式10）
最大側(cè)向力 ： = （公式11）
為保證汽車不會(huì)橫向翻車，須使<，
則有<，<，
即<0.79，取為0.65 。
汽車承受最大側(cè)向力時(shí)無(wú)縱向力的作用，此時(shí)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12）
= （公式13）
得， =7728.7N ； =771.3N
所承受的方向向右的橫向側(cè)向反力：
= （公式14）
= （公式15）
得，=5023.7N ；=501.3N
此時(shí)，，向右作用。
汽車向左側(cè)滑時(shí)，由彎矩圖可見(jiàn)，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
=-
=-
得，=-1178642.5 N·mm ；=94500 N·mm
彎曲應(yīng)力分別為：
=
=
得，=94.5MPa ；=7.6MPa
又有[]=355MPa; []=200MPa。
所以符合強(qiáng)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(xiǎn)截面在軸徑為的輪軸根部，即Ⅲ-Ⅲ處。
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(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算
轉(zhuǎn)向節(jié)在Ⅲ-Ⅲ處僅受垂向彎矩和水平彎矩，制動(dòng)力矩直接由制動(dòng)底板傳給轉(zhuǎn)向節(jié)的安裝平面。
=(-)* （公式16）
== （公式17）
/32
其中，為轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑，取為45mm，如圖所示，取為30mm
得，=164250 N·mm;
=114750 N·mm;
8947.3
合成彎曲應(yīng)力
=(+) （公式18）
得，=22.4MPa
<[]，所以符合要求。
4.2.2汽車在側(cè)滑時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算
汽車側(cè)滑時(shí)，左右轉(zhuǎn)向節(jié)在Ⅲ-Ⅲ處彎矩是不相等的，則有：
=- ;
=+ ;
彎曲應(yīng)力分別為：
= ;
=;
其中，
可得，=167.5MPa ；
=16.7MPa ，
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(hào)
主銷
20Cr，滲碳淬火處理，直徑為25mm，長(zhǎng)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》
5、結(jié)論
本文首先對(duì)汽車前橋的發(fā)展歷史和小型載貨汽車的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了相關(guān)的描述后，詳細(xì)分析了前橋的組成和各部件的作用，由于汽車在制動(dòng)和側(cè)滑時(shí)前橋上所受的工作應(yīng)力最大，所以本文主要計(jì)算了前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)等在制動(dòng)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(qiáng)度和保證汽車行駛時(shí)的平穩(wěn)性的基礎(chǔ)上，還對(duì)小型載貨汽車進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(wú)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(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，忘大家批評(píng)指正，進(jìn)一步的深入的研究還有待進(jìn)行。
6、參考文獻(xiàn)
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7、致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次比較完整的設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。
本設(shè)計(jì)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(zhǎng)和同學(xué)在整個(gè)過(guò)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。