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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 0 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 輕型載貨汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 楊 永 佳 專 業(yè) 汽 車 設(shè) 計(jì) 與 制 造 班 級(jí) 1093211 學(xué) 號(hào) 1109321113 指 導(dǎo) 教 師 宋 立 偉 車 輛 工 程 系 二 一 三 年 十 月 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 0 載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)為載重汽車的轉(zhuǎn)向橋 此轉(zhuǎn)向橋需要適應(yīng)不同路況 不同速度下的穩(wěn)定行駛 因此對前橋的要求也越來越高 在汽車設(shè)計(jì) 制造 因此應(yīng)該本著既能有足夠的承載能 力 又能實(shí)現(xiàn)耐用經(jīng)濟(jì)的思想進(jìn)行方案的選擇 為了降低生產(chǎn)成本 又在結(jié)構(gòu)上滿足要 求的情況下應(yīng)盡量簡單 通過設(shè)計(jì) 1 保證有足夠的強(qiáng)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(shù)不變 3 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磨損 4 轉(zhuǎn)向橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能小 以 減少非簧上質(zhì)量 提高汽車行駛平順性 通過分析工作原理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向節(jié) 前軸 主銷等零件的尺寸 使各個(gè)零部件的強(qiáng)度滿 足校核 并運(yùn)用 caxa 等繪圖軟件繪制裝配圖和零件圖 關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)向橋 定位參數(shù) 轉(zhuǎn)向節(jié) 前軸 主銷 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 1 The design of the truck steering axle Abstract This design is Steering Axle for heavy trucks The design is need to adapt to different road and under different speeds so the stability of front axle higher requirements In car design manufacture and should be based on both have enough carrying capacity and can achieve durable economic thoughts options in order to reduce the production cost and meets the requirements in the structure of situations should as far as possible simple By design 1 To ensure adequate strength in order to ensure affordable and reliable force between wheel and frame By design 1 To ensure adequate strength in order to ensure affordable and reliable force between wheel and frame 2 Ensure adequate rigidity in order to change the wheel alignment parameters 3 To ensure the correct positioning of steering wheel angle to make the steering wheel movement and stability manipulating light and reduce tire wear 4 The steering axle of quality should be as small as possible to reduce the non sprung mass improve vehicle ride comfort Works by analyzing the design of steering knuckle front axle kingpin and other parts of the size so that the strength of the various components to meet the check and use other mapping software caxa assembly drawing and parts are drawing Key words steering axle positional parameters knuckle front axle kingpin 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 0 目錄 摘 要 1 1 汽車轉(zhuǎn)向橋的概況 3 1 1 汽車轉(zhuǎn)向橋目前狀況 3 1 1 1 汽車前橋的分類 3 1 1 2 前橋各參數(shù)對汽車穩(wěn)定性的作用與影響 3 1 2 從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式 7 1 2 1 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu) 7 1 2 2 載重汽車從動(dòng)橋 8 1 2 3 載重汽車從動(dòng)橋 9 1 2 4 設(shè)計(jì)意義 9 2 轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù) 10 2 1 結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 10 2 2 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu)選擇 10 2 3 確定前橋具體結(jié)構(gòu)型式 10 3 前軸設(shè)計(jì) 11 3 1 前軸強(qiáng)度計(jì)算 11 3 1 1 前軸受力分析簡圖 11 3 1 2 前軸載荷的計(jì)算 分三種工況分析 12 3 2 前軸彎矩及扭矩計(jì)算 13 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 1 3 2 1 前軸斷面分析圖 14 3 2 2 各個(gè)斷面彎扭矩計(jì)算 分三種工況分析 15 3 3 斷面系數(shù)計(jì)算 21 3 4 應(yīng)力計(jì)算 23 3 5 前軸材料的許用應(yīng)力 23 4 轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì) 23 4 1 截面系數(shù)計(jì)算 24 4 2 彎矩計(jì)算 24 4 3 應(yīng)力計(jì)算 24 4 4 轉(zhuǎn)向節(jié)的材料 許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 25 5 主銷設(shè)計(jì) 25 5 1 在汽車工況下計(jì)算 26 5 2 在汽車側(cè)滑下計(jì)算 27 6 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 6 1 推力軸承和止推墊片計(jì)算 28 6 2 桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 30 7 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 31 7 1 我國汽車車橋行業(yè)發(fā)展歷程 31 7 2 國內(nèi)汽車車橋產(chǎn)量和市場容量分析 31 7 3 汽車車橋業(yè)發(fā)展特征及問題透視 31 7 4 車橋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)解析 轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性分析 31 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 2 7 5 提高轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性 32 8 結(jié) 論 33 致 謝 34 參 考 文 獻(xiàn) 35 附 錄 36 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 3 第 1 章汽車轉(zhuǎn)向橋的概況 1 1 汽車轉(zhuǎn)向橋目前狀況 1 1 1 汽車前橋的分類 從動(dòng)橋即非驅(qū)動(dòng)橋 又稱從動(dòng)車橋 它通過懸架與車架 或承載式車身 相 聯(lián) 兩側(cè)安裝著從動(dòng)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 從動(dòng)橋還要承受和傳遞制動(dòng)力矩 根據(jù)從動(dòng)車輪能否轉(zhuǎn)向 從動(dòng)橋分為轉(zhuǎn)向橋與非轉(zhuǎn)向橋 一般汽車多以前 橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋 為提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性 有些轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向 多軸汽 車除前輪轉(zhuǎn)向外 根據(jù)對機(jī)動(dòng)性的要求 有時(shí)采用兩根以上的轉(zhuǎn)向橋直至全輪 轉(zhuǎn)向 一般載貨汽車采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)后橋驅(qū)動(dòng)的布置形式 故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向從動(dòng) 橋 轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前橋驅(qū)動(dòng) 越野汽車均為全輪驅(qū)動(dòng) 故它們的前橋 既是轉(zhuǎn)向橋又是驅(qū)動(dòng)橋 稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋 從動(dòng)橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同 也可分為非斷開式與斷開式兩種 與非獨(dú)立懸架相匹配的非斷開式從動(dòng)橋是一根支承于左 右從動(dòng)車輪上的剛性 整體橫梁 當(dāng)又是轉(zhuǎn)向橋時(shí) 則其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)相聯(lián) 斷開式從動(dòng) 橋與獨(dú)立懸架相匹配 非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋主要由前梁 轉(zhuǎn)向節(jié)及轉(zhuǎn)向主銷組成 轉(zhuǎn)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(dá)到車輪轉(zhuǎn)向的目的 在左轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳處安裝著轉(zhuǎn)向節(jié)臂 后者與轉(zhuǎn)向直拉桿相連 而在轉(zhuǎn)向節(jié)的 下耳處則裝著與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連接的轉(zhuǎn)向梯形臂 有的將轉(zhuǎn)向節(jié)臂與梯形臂連 成一體并安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處以簡化結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向輕便 在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng) 1 1 2 前橋各參數(shù)對汽車穩(wěn)定性的作用與影響 為了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 轉(zhuǎn)向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(gè) 角 稱為主銷后傾角 在橫向平面內(nèi) 主 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 4 銷上部向內(nèi)傾斜一個(gè) 角 稱為主銷內(nèi)傾角 圖 1 1 主銷內(nèi)傾角 Figure 1 1 Kingpin Inclination 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) 而且伴隨有車輪軸及 前橫梁向上的移動(dòng) 而當(dāng)松開方向盤時(shí) 所儲(chǔ)存的上升位能使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正 保證汽車作直線行駛 內(nèi)傾角一般為 主銷偏移距一股為 30 40mm 輕 8 5 型客車 輕型貨車及裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向車輪的自動(dòng)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(zhuǎn)向過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)向變得很沉重 為了克服因左 右前 輪制動(dòng)力不等而導(dǎo)致汽車制動(dòng)時(shí)跑偏 近年來出現(xiàn)主銷偏移距為負(fù)值的汽車 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 此力矩稱穩(wěn)定力矩 穩(wěn)定力矩也不宜過大 否則在汽車轉(zhuǎn) 向時(shí)為了克服此穩(wěn)定力矩需在方向盤上施加更大的力 導(dǎo)致方向盤沉重 后傾 角通常在 以內(nèi) 現(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 3 矩 故主銷后傾角就可以減小到接近于零 甚至為負(fù)值 但在采用子午線輪胎 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 時(shí) 由于輪胎的拖距較小 則需選用較大的后傾角 舉一個(gè)生活中的例子 我 們在騎自行車拐彎的時(shí)候 會(huì)自然地將車子向所轉(zhuǎn)的方向傾斜 讓車輪與地面 有一個(gè)夾角 學(xué)過物理的人知道 這樣做是為了產(chǎn)生足夠的向心力 汽車也是 一樣 右側(cè)車輪在右轉(zhuǎn)彎的時(shí)候在主銷內(nèi)傾角和后傾角的共同作用下會(huì)向右側(cè) 傾倒 而左側(cè)車輪雖也有主銷內(nèi)傾角 卻不會(huì)向左側(cè)傾倒 因?yàn)檫€有主銷后傾 角 把它又拉了回來 甚至也能向右微微傾斜 不僅如此 兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)還 使右側(cè)車身降低 左側(cè)車身抬高 整個(gè)車身也向右傾斜 于是產(chǎn)生了足夠的向 心力 圖 1 2 車輪外傾角和主銷后傾角 Figure 1 2 camber and caster angle 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(xiàng)參數(shù) 車輪外傾指轉(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 稱為車輪外傾角 此角約為 一般為 左 5 1 0 1 右 它可以避免汽車重載時(shí)車輪產(chǎn)生負(fù)外傾即內(nèi)傾 同時(shí)也與拱形路而相適應(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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 圖 1 3 前束 Figure 1 3 toe 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 具有外傾角的車輪在滾動(dòng)時(shí)猶如滾錐 因此當(dāng)汽車向前行駛時(shí) 左 右兩前輪的前端會(huì)向外張開 為此在車輪安裝時(shí) 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(shí)的滾動(dòng)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(zhuǎn)向橫拉桿的長度來調(diào)整 設(shè)定前束的名義值時(shí) 應(yīng)考慮轉(zhuǎn)向梯形中 的彈性和間隙等因素 在汽車的設(shè)計(jì) 制造 裝配調(diào)整和使用中必須注意防止可能引起的轉(zhuǎn)向車 輪的擺振 它是指汽車行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輪繞主銷不斷擺動(dòng)的現(xiàn)象 它將破壞汽車的 正常行駛 轉(zhuǎn)向車輪的擺振有自激振動(dòng)與受迫振動(dòng)兩種類型 前者是由于輪胎 側(cè)向變形中的遲滯特性的影響 使系統(tǒng)在一個(gè)振動(dòng)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(dòng)直至能量達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài) 這時(shí)系統(tǒng)將在某一振幅 下持續(xù)振動(dòng) 形成擺振 其振動(dòng)頻率大致接近系統(tǒng)的固有頻率而與車輪轉(zhuǎn)速并 不一致 且會(huì)在較寬的車速范圍內(nèi)發(fā)生 通常在低速行駛時(shí)發(fā)生的擺振往往屬 于自攝振動(dòng)型 當(dāng)轉(zhuǎn)向車輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動(dòng)的激勵(lì) 例如車輪失衡 端面跳動(dòng) 輪胎的幾何和機(jī)械特性不均勻以及運(yùn)動(dòng)學(xué)上的干涉等 在車輪轉(zhuǎn)動(dòng) 下都會(huì)構(gòu)成周期性的擾動(dòng) 在擾動(dòng)力周期性的持續(xù)作用下 便會(huì)發(fā)生受迫振動(dòng) 當(dāng)擾動(dòng)的激勵(lì)頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時(shí)便發(fā)生共振 其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向輪擺振 頻率與車輪轉(zhuǎn)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(shí)發(fā)生的擺振往往屬于受迫振動(dòng)型 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 轉(zhuǎn)向輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復(fù)雜 既有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因和制造方面 的因素 如車輪失衡 輪胎的機(jī)械特性 系統(tǒng)的剛度與阻尼 轉(zhuǎn)向輪的定位角 以及陀螺效應(yīng)的強(qiáng)弱等 又有裝配調(diào)整方面的影響 如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)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(guān)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(shè)計(jì)中提高轉(zhuǎn)向器總成與轉(zhuǎn)向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架的縱向剛度 提高輪胎的側(cè)向剛度 在轉(zhuǎn)向拉桿系中設(shè)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 1 2 從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式 1 2 1 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu) 各種車型的非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式基本相同 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(qiáng)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(dòng)機(jī)從而降低傳動(dòng)系的安裝位置以及傳動(dòng)軸萬向 節(jié)的夾角 為提高其抗扭強(qiáng)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(cè)還要鍛造出鋼板彈簧支座的加寬文承面 有的汽車的轉(zhuǎn)向從動(dòng) 橋的前梁采用組合式結(jié)構(gòu) 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(shè)備 轉(zhuǎn)向節(jié)多用中碳合金鋼模級(jí)成整體式結(jié)構(gòu) 有些大型汽車的轉(zhuǎn)向節(jié) 由于其尺寸過大 也有采用組焊式結(jié)構(gòu)的 即其輪軸部分是經(jīng)壓配并焊接上去 的 主銷的幾種結(jié)構(gòu)型式如下圖所示 其中比較常用的是 a b 兩種 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 a b c d 圖 1 4 主銷結(jié)構(gòu)形式 FIG 1 1 the kingpin structure a 圓柱實(shí)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(xì)的主銷 a Cylindrical solid model b cylindrical hollow c Ranging in diameter from top to bottom side columns the middle of the cone of the main sales d lower than the upper part of thin cylindrical kingpin 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向輕便可 采用滾動(dòng)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(dòng)軸承 也有采用滾針軸承的結(jié)構(gòu) 后者的效率高 轉(zhuǎn)向阻力小 且可延長使用壽命 1 2 2 載重汽車從動(dòng)橋 本設(shè)計(jì)為載重汽車的轉(zhuǎn)向前橋 因此應(yīng)該本著既能有足夠的承載能力 又 能實(shí)現(xiàn)耐用經(jīng)濟(jì)的思想進(jìn)行方案的選擇 為了降低生產(chǎn)成本 又在結(jié)構(gòu)上滿足 要求的情況下應(yīng)盡量簡單 轉(zhuǎn)向前橋有斷開式和非斷開式兩種 斷開式前橋與獨(dú)立懸架相配合 結(jié)構(gòu) 比較復(fù)雜但性能比較好 多用于轎車等以載人為主的高級(jí)車輛 非斷開式又稱 整體式 它與非獨(dú)立懸架配合 與斷開式前橋相比它的結(jié)構(gòu)簡單 經(jīng)濟(jì)性高 強(qiáng)度大 安裝維修方便的優(yōu)點(diǎn) 這種形式在現(xiàn)在汽車上得到廣泛應(yīng)用 因此本 次設(shè)計(jì)就采用了非斷開式從動(dòng)橋 轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的主要零件有前梁 轉(zhuǎn)向節(jié) 主銷 注銷上下軸承及轉(zhuǎn)向節(jié)襯 套 轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承 前梁采用中間部分為整體鍛件與兩端拳部組焊的形式 主銷采用結(jié)構(gòu)簡單的實(shí)心的圓柱形如上圖 a 所示 另外為了保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有車輪能繞一個(gè)轉(zhuǎn)向瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心 在不 同的圓周上作無滑動(dòng)的純滾動(dòng) 本次設(shè)計(jì)有進(jìn)行了轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì) 本方 案轉(zhuǎn)向梯形布置在前軸之后 進(jìn)行梯形的最佳參數(shù)和強(qiáng)度計(jì)算 目前國內(nèi)載重汽車前橋一般可以承受10噸左右的載重量 并且大部分都是 采用非斷開式轉(zhuǎn)向橋 像早期東風(fēng)汽車公司生產(chǎn)的EQ1090E型載重貨車 它采用 的是鋼材鍛造的并且斷面為工字型的前梁 采用非斷開式結(jié)構(gòu) 前梁的拳形部 分通過主銷相連轉(zhuǎn)向節(jié) 轉(zhuǎn)向節(jié)通過軸承與輪轂相連 這種方式連接穩(wěn)定 可 靠 可以完成車輪的靈活轉(zhuǎn)向 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 9 1 2 3 載重汽車從動(dòng)橋 本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù) 然后參考類似轉(zhuǎn)向橋 的結(jié)構(gòu) 確定出總體設(shè)計(jì)方案 最后對前梁 主銷 主銷上下軸承 轉(zhuǎn)向橋 調(diào)整墊片 轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承等及輪轂等零件的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì) 對強(qiáng)度進(jìn)行校核 以及對主要軸承進(jìn)行了壽命校核 對前橋進(jìn)行力學(xué)模型的建立 將物理力學(xué)模 型轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型 數(shù)學(xué)公式 2 主要解決的問題 對以往同類的轉(zhuǎn)向橋的資料進(jìn)行總結(jié)分析 得到一些新的觀點(diǎn)及思路 針對載 重車轉(zhuǎn)向橋的主要功用即對車身的支持作用 靈活轉(zhuǎn)向的作用 通過設(shè)計(jì)使前 橋更可靠 更靈活 1 2 4 設(shè)計(jì)意義 采用傳統(tǒng)方法對載重汽車轉(zhuǎn)向橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 使轉(zhuǎn)向橋滿足如下的 設(shè)計(jì)要求 1 保證有足夠的強(qiáng)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(shù)不變 3 保證轉(zhuǎn)向輪正確的定位角度 使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定 操縱輕便并減輕輪胎磨 損 4 從動(dòng)橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能小 以減少非簧上質(zhì)量 提高汽車行駛平順性 合理優(yōu)化前梁 轉(zhuǎn)向節(jié) 等零部件的結(jié)構(gòu) 使各個(gè)部分零件能夠合理的配合 以適應(yīng)復(fù)雜路況 盡可能降低整個(gè)橋身的質(zhì)量 從而減輕車的重量 并且對車 輪輪轂進(jìn)行配合設(shè)計(jì) 使其與轉(zhuǎn)向橋合理配合達(dá)到靈活轉(zhuǎn)向的目的 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 2 轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù) 2 1 結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)參數(shù)參照 CA1021 型號(hào)汽車前橋數(shù)據(jù)獲得 如表 2 1 所示 表 2 1 汽車總 質(zhì)量 Ga N 前軸軸載 質(zhì)量 G1 N 汽車質(zhì)心至 前軸中心線 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 24250 11100 1800 1120 3025 540 720 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 主銷后 傾角 前輪外 傾角 a 前輪前 束 1330 1460 314 6 2 1 2 4 2 2 從動(dòng)橋總體結(jié)構(gòu)選擇 本前橋采用非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋 2 3 確定前橋具體結(jié)構(gòu)型式 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 單列向心球軸承 7 前輪定位角選擇見表 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 3 前軸設(shè)計(jì) 3 1 前軸強(qiáng)度計(jì)算 3 1 1 前軸受力分析簡圖 如圖 3 1 所示 圖 3 1 轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的受力分析簡圖 Figure 3 1 Bridge in the braking and steering yaw driven condition of the force analysis diagram 1 制動(dòng)工況下的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖 2 側(cè)滑工況下的彎矩圖 1 braking and torque diagram of bending moment diagram 2 yaw moment map condition 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 12 3 1 2 前軸載荷的計(jì)算 分三種工況分析 一 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 對后輪接地點(diǎn)取矩得 取路面附著系數(shù) 0 7 制動(dòng)時(shí)前軸軸載質(zhì)量重新分配分配系數(shù) m1 1 34 3 1 12 Lhg1 5407 垂直反作用力 Z1l Z 1r 7437N21Gm034 橫向反作用力 X1l X 1r 5205 9N 3 2 1 二 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 G1 為保證不橫向翻車 須使 V 滑 V 翻 則有 gRVG 21 所以 得到 0 822 取 0 7hB21 hgB21 1 28 2 對車輪接地點(diǎn)取矩 垂直反作用力 Z 8436N 1 1BgGl 46 1705 20 Z 2664N 3 3 21hl 橫向反作用力 Y1l 5905 2N 1 1BgG Y1r 1864 8N 3 4 21h 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 三 越過不平路面 汽國越過不平路面時(shí) 因路面不平引起垂直動(dòng)載荷 至使垂直反作用力達(dá) 到最大值 取動(dòng)載荷系數(shù)因?yàn)槭禽d貨汽車所以 2 5 N 3 5 13875205 11 GZrl 載荷計(jì)算結(jié)果列表 如下表 3 2 表 3 2 單位 N Z1 7437 緊急制動(dòng) X1 5205 9 Z1l 8436 Z1r 2664 Y1l 5905 2 側(cè)滑 Y1r 1864 8 越過不平路面 Z1 13875 3 2 前軸彎矩及扭矩計(jì)算 3 2 1 前軸斷面分析圖 由于前軸為不規(guī)則工字型鋼鍛鑄形成 因此前軸的受力點(diǎn)是變化的 必須 取點(diǎn)分段進(jìn)行設(shè)計(jì)與力的校核 選擇下述三個(gè)部位計(jì)算分析其斷面的彎矩 扭矩 如下圖 3 2 所示 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 圖 3 2 三個(gè)不同的斷面部位計(jì)算分析其斷面的彎矩 扭矩 Figure 3 2 Calculation of three different sections of the cross section area moment torque A 斷面位于鋼板彈簧座內(nèi)側(cè) 屬于前軸中部最弱部位 此斷面內(nèi)彎矩最大 鋼板彈簧座可視為梁的固定端 故兩鋼板彈簧之間這段梁可不考慮受扭 B 斷面處的彎矩 扭矩均較大 C 斷面位于梁端 此斷面內(nèi)扭矩最大 而彎矩最小 各斷面的計(jì)算參數(shù)如下表 3 3 表 3 3 參數(shù) A B C 斷面長度 L 334 250 166 斷面高度 h 136 128 0 3 2 2 各個(gè)斷面彎扭矩計(jì)算 分三種工況分析 一 緊急制動(dòng) 垂直面內(nèi)彎矩 1MiZL 水平面內(nèi)彎矩 3 6 Xi 上式中 Li 對應(yīng)與 A B C 斷面分別帶入 La Lb Lc 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 鋼板彈簧外側(cè)扭矩 3 7 1riMnXh 上式中 hi 對應(yīng)與 A B C 斷面分別帶入 ha hb hc 二 側(cè)滑 左側(cè)各斷面垂直面內(nèi)彎矩 11ri ZY h 3 8 上式中 Li hi 帶入值與緊急制動(dòng)時(shí)一致 三 越過不平路面 垂直面內(nèi)彎矩 3 9 1iMZL 式中 Li 帶入與上面計(jì)算中一致 彎扭矩計(jì)算結(jié)果如下表 3 4 所示 表 3 4 單位 N 結(jié) 果 工況 A B CM 2483958 1859250 123454 2 1738770 6 1301475 864179 4 緊急制動(dòng) Mn 926650 2 968297 4 1634652 6 側(cè)滑 450482 4 470728 8 794671 2 越不平路 M4634250 3468750 2303250 3 3 斷面系數(shù)計(jì)算 A A 工字形斷面前軸 斷面簡圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 本汽車前軸簡化為換算斷面形狀后如圖 3 所示 圖 3 3 前軸簡化后 c 斷面計(jì)算圖 Figure 3 3 Front axle simplified calculation chart c section 如圖計(jì)算斷面系數(shù) 一 求 A 斷面 如圖 3 所示 1 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) 47117 57N mm 3 10 67376 331 HhbBWI 2 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) 3 11 mNBtht 7942016673132631 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 二 B 斷面 換算斷面簡圖如圖 4 圖 3 4 前軸 B 斷面計(jì)算簡圖 Figure 3 4 Front axle cross section diagram calculation 1 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) B 斷面為上 下翼緣不等長的工字形斷面 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) Fiy1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 3 12 hBbttHtBt 2 2 12 1 11 29 3 H2 y2 t2 27 7 H1 h h2 12 3 3 13 該斷面對形心軸的慣性矩 3 14 2 上翼面的抗彎斷面系數(shù) 3 15 3 15947 826 myJWxc 上 3 下翼面的抗彎斷面 系數(shù) 3 16 4 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) 432132131726 mhbyhByJxc 8 29376yH 1 324816 07 myJxc 下 33212896 mhtbtBW 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 3 17 5 抗扭斷面系數(shù) 由經(jīng)驗(yàn)公式得 3 18 3 33323 218 74467 9 18 0 1 3 467589218 3467 104760 2 1 3 2047 6 16 mbBChHWntbBbBhHCB 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 20 三 C 斷面 C 斷面計(jì)算簡圖如圖 如圖 3 5 前軸 C 斷面計(jì)算簡圖 Figure 3 5 front axle diagram of a cross section calculation 1 垂直面內(nèi) 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù) 3 19 2 抗扭斷面系數(shù) 3 20 各斷面尺寸參數(shù)見表 3 5 表 3 5 單位 mm A A B B C C B 76 94 B1 76 601t 13 13 322 4 7 1604536 98mHbW 333 4 4 209146 mbW 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 21 b 76 58 431 63 442t 13 13 t 13 42 h 37 40 H 66 70 52 斷面系數(shù)計(jì)算結(jié)果列表見表 3 6 表 3 6 單位 3m A A B B C CW 47117 57 59475 98 19378 7 79420 16 42816 86 16024 7n 28896 39 20910 34 3 4 應(yīng)力計(jì)算 一 汽車緊急制動(dòng)時(shí) 垂直面內(nèi)彎曲應(yīng)力 3 21 WM 水平面內(nèi)彎曲應(yīng)力 3 22 合成應(yīng)力 3 23 合 計(jì)算扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 在矩形長邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 3 24 nWMmax 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 22 在矩形短邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 3 25 max 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 對于上翼面長邊中點(diǎn) 其相當(dāng)應(yīng)力 23 合d 3 26 二 汽車側(cè)滑時(shí) 垂直面彎曲應(yīng)力 WM 三 汽車越過不平路面時(shí) 垂直面彎曲應(yīng)力 應(yīng)力值計(jì)算結(jié)果如表 3 7 所示 表 3 7 單位 28 10mN A A B B C C 52 7 31 3 26 06 21 8 30 3 36 7max 33 5 31 8緊急制動(dòng) d 372 59 95 1 94 56 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 23 側(cè) 滑 9 6 7 9 16 7 越不平路 58 36 81 9 7 3 5 前軸材料的許用應(yīng)力 一 材料 30Cr 調(diào)質(zhì)硬度 HB241 281 800 937 2mNb 二 許用應(yīng)力 bs 7 06 合 ss 7 0 4 轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì) 圖 4 1 轉(zhuǎn)向節(jié) 主銷 及轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的受力計(jì)算用圖 Figure 4 1 knuckles kingpins and the steering knuckle bushing diagram for calculating the force 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 24 計(jì)算所需作用力 按表 1 1 取值1ZX1Y 4 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 12 4578326 dW 4 1 4 2 彎矩計(jì)算 一 緊急制動(dòng)時(shí) 4 9 18542074320121 XZCM制 2 二 側(cè)滑時(shí) 16854059861 rY制 4 3 三 超越不平路面時(shí) 2750138 CZM制 4 4 4 3 應(yīng)力計(jì)算 一 緊急制動(dòng) 6 3912 4578 WM制 4 5 二 側(cè)滑時(shí) 5 3612 45780 側(cè) 4 6 三 越不平路面時(shí) 61 02 4578 WM越 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 25 4 7 彎矩 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果列表見表 4 1 表 4 1 功 況 M 緊急制動(dòng) 181549 99 39 66 側(cè) 滑 1685450 368 15 超越不平路 277500 60 61 4 4 轉(zhuǎn)向節(jié)的材料 許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 轉(zhuǎn)向節(jié)材料選用 40Gr 許用應(yīng)力 查 YB6 71 s 2 980 mNb 75 6 bS 5 主銷設(shè)計(jì) 在制動(dòng)和側(cè)滑工況下 在轉(zhuǎn)向節(jié)上 下襯套的中點(diǎn) 即與輪軸中心線相 距分別為 c d 的兩點(diǎn)處 在側(cè)向平面和縱向平面內(nèi) 對主銷作用有垂直其軸線 方向的力 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 26 5 1 在汽車制動(dòng)工況下的計(jì)算 地面對前輪的垂向支承反力 Z1 所引起的力矩 Z1l1 由位于通過主軸線的側(cè)平 面內(nèi)并在轉(zhuǎn)向節(jié)上 下襯套中點(diǎn)處垂直地作用于主銷的力 QMZ 所形成的力偶 QMZ c d 所平衡 故有 QMZ 7590 N 3 30 1dclZ 5 48 973 制動(dòng)力矩 Prrr 由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷的力 Qmr 所形成的力偶 Qmr c d 所平衡 故有 Qmr Prrr c d Z 1 rrr c d 7437 1 0 314 48 5 48 5 24074N 3 31 而作用于主銷的制動(dòng)力 Pr 則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上 下襯套中點(diǎn)出作用的主銷的力 Qru Q rl 所平衡 且有 Qru 3718 5 N 3 32 rdc 5 48 73 Qrl 3718 5 N 3 33 Pr 由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖可知 制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向橫拉桿的作用力 N 為 N 6402 N 3 34 51rl9743 力 N 位于側(cè)向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為 l4 如將 N 的著力點(diǎn)移至主 銷中心線與輪軸中心線交點(diǎn)處 則需對主銷作用一側(cè)向力矩 Nl 力矩 Nl4 由 位于側(cè)向平面內(nèi)并作用于主銷的力偶 QMN c d 所平衡 故有 QMN 6534 N 3 35 4dcNl 5 8 9602 而力 N 則在轉(zhuǎn)向節(jié)上 下襯套中點(diǎn)處作用于主銷的力 QNu QNl 所平衡 且有 QNu 3201 N 3 36 dc 5 48 602 QNl 3201 N 3 37 N 由圖 3 3 可知 在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點(diǎn)作用于主銷的合力 Qu 和在下襯套的中 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 27 點(diǎn)作用于主銷的合力 Ql 分別為 Qu 22 ruMNuMZQ 5 37184031654790 23097 52 N 3 38 Ql 22 rlMNlMZQ 22 5 371840 31654790 32750 25N 3 39 由上兩式可見 在汽車制動(dòng)工況下 主銷的最大載荷發(fā)生在轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套 的中點(diǎn)處 其值計(jì)算所得到的 Ql 5 2 在汽車側(cè)滑工況下的計(jì)算 僅有在側(cè)向平面內(nèi)起作用的力和力矩 且作用于左 右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷的力 QMZ 是不相等的 他們分別按下式求得 QMZL 1dcrYlZL 5 48 95031486 21281 54N 3 40 QMZR 1dcrYlZR 5 48 91864326 6721 N 3 41 式中 Z 1L Z1R 汽車左 右前輪承受的地面垂向反作用力 N l1 輪胎中心線至主銷軸線的距離 mm rr 輪胎的滾動(dòng)半徑 mm Y1L Y 1R 左 右前輪承受地面的側(cè)向反力 N G1 汽車靜止于水平路面時(shí)的前橋的軸荷 N 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 28 hg 汽車質(zhì)心高度 mm B1 汽車前輪輪距 mm 輪胎與路面的側(cè)向附著系數(shù) 計(jì)算時(shí)可取 1 0 取 Ql QMZL QMZR 中最大的作為主銷的計(jì)算載荷 Qj 計(jì)算主銷在前梁拳部下 端處的彎曲力 w 和剪應(yīng)切力 s w 497 5 MPa 3 42 301 d hj 324 175 s 72 5 MPa 3 43 20 4Qj 2 式中 d 0 主銷直徑 mm h 轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)至前梁拳部下端面的距離 mm 主銷的許用應(yīng)力彎曲力 w 413MPa 許用剪切應(yīng)力 s 66MPa 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 6 1 推力軸承和止推墊片的計(jì)算 計(jì)算時(shí)首先要確定推力軸承和止推墊片的當(dāng)量靜載荷 推力軸承計(jì)算 對轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承 文獻(xiàn)推薦取汽車以等速 va 40km h 沿半徑 R 50m 或 以 va 20km h 沿半徑 R 12m 的圓周行使的工況作為計(jì)算工況 如果汽車向右轉(zhuǎn) 彎則其前外輪即前左輪的地面垂向反力 Z1L 增大 汽車前橋的側(cè)滑條件為 P1 m1 Y 1L Y1R G1 1 m1g 1 820 10 1 0 8200N 3 46 Rva 2 式中 P 1 前橋所受的側(cè)向力 N m1 汽車滿載時(shí)的整車質(zhì)量分配給前橋的部分 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 29 R 汽車轉(zhuǎn)彎半徑 mm va 汽車行使速度 mm s g 重力加速度 mm s 2 Y1L Y 1R 地面給左 右前輪的側(cè)向反作用力 N 1 輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù) G1 汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷 N 由上式可得 1 3 47 gaR v2 Z1L 3 48 2 211gaBhG 將上述計(jì)算工況的 va R 等的有關(guān)數(shù)據(jù)代入 3 44 3 45 式 并 hg B 0 5 則有 Z1L 1 25G1 2 0 625G1 可近似地認(rèn)為推力軸承的軸向載荷 F 等于上述前輪的地面垂向反力 即有 Fa 0 6256G1 0 625 6150 3844 N 3 49 鑒于轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承在工作中的相對轉(zhuǎn)角不大的及軸承滾道圈破壞帶來的 危險(xiǎn)性 軸承的選擇按其靜承載容量 C0 進(jìn)行 且取當(dāng)量靜載荷 P0 為 P0 0 5 0 33 C 0 轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計(jì)算 當(dāng)采用青銅止推墊片代替轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承時(shí) 在汽車滿載情況下 止推墊 片的靜載荷可取為 Fa 3075 N 3 50 21G650 這時(shí)止推墊片的擠壓力為 c 1 MPa 3 51 42dDa 式中 d D 止推墊片的內(nèi) 外徑 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 30 通常取 c 30MPa 6 2 桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果如表 6 2 所示 表 6 2 設(shè)計(jì)零件 長度 右轉(zhuǎn)向節(jié)臂 mm 128 左轉(zhuǎn)向節(jié)臂 mm 128 轉(zhuǎn)向橫拉桿 mm 922 7 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 7 1 我國汽車車橋行業(yè)發(fā)展歷程 我國汽車車橋行業(yè)發(fā)展迅速 經(jīng)過幾十年的時(shí)間 已經(jīng)形成了一定的市場規(guī)模 雖然目前我國汽車力橋行業(yè)與國外先進(jìn)技術(shù)相比還有所差別 但是相信隨著社 會(huì)的不斷發(fā)展 我國汽車車橋行業(yè)將會(huì)有更大的進(jìn)步 7 2 國內(nèi)汽車車橋產(chǎn)量和市場容量分析 2003 年我國車橋產(chǎn)量達(dá)到800 萬只 2004 年我國車橋產(chǎn)量超過1000 萬只 達(dá) 到1080 萬只 2005 年我國車橋產(chǎn)量達(dá)到1800 萬只 市場容量達(dá)到2000 萬只 左右 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 31 7 3 汽車車橋業(yè)發(fā)展特征及問題透視 我國汽車車橋業(yè)發(fā)展迅速 市場規(guī)模也在逐漸增長 在發(fā)展的同時(shí)也存在一定 的問題 如技術(shù) 質(zhì)量 外觀 功能等眾多問題 與國際產(chǎn)品相比 都有一定 的差距 市場競爭激烈 要想在競爭的市場當(dāng)中占有一席之地 我國車橋生產(chǎn) 企業(yè)產(chǎn)品還需要進(jìn)一步改善 7 4 車橋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)解析 轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性分析 行駛系分為四大主要部分 車橋 車輪 車架和懸架 車橋 也稱車軸 通 過懸架和車架 或承載式車身 相連 兩端安裝汽車車輪 其功能是傳遞車架 或 承載式車身 與車輪之間各方向作用力 車橋可以是整體式的 有如一個(gè)巨大的杠鈴 兩端通過懸架系統(tǒng)支撐著車 身 因此整體式車橋通常與非獨(dú)立懸架配合 車橋也可以是斷開式的 象兩把 雨傘插在車身兩側(cè) 再各自通過懸架系統(tǒng)支撐車身 所以斷開式車橋與獨(dú)立懸 架配用 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同 車橋也分成轉(zhuǎn)向橋 驅(qū)動(dòng)橋 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋 四種 其中轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋 大多數(shù)汽車采用前置后驅(qū)動(dòng) FR 因此前橋作為轉(zhuǎn)向橋 后橋作為驅(qū)動(dòng)橋 而前置前驅(qū)動(dòng) FF 汽車則前橋成為轉(zhuǎn) 向驅(qū)動(dòng)橋 后橋充當(dāng)支持橋 轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)基本相同 由兩個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)和一根橫 梁組成 如果把橫梁比做身體 轉(zhuǎn)向節(jié)就是他左右搖晃的腦袋 脖子就是我們 常說的主銷 車輪就裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上 仿佛腦袋上帶了個(gè)草帽 不過 行駛的時(shí) 候草帽轉(zhuǎn) 腦袋卻不轉(zhuǎn) 中間用軸承分隔開 腦袋只管左右晃動(dòng) 汽車轉(zhuǎn)向橋是汽車主要的部件之一 它包括承載車身負(fù)荷及完成靈活轉(zhuǎn)向的目 的 本次設(shè)計(jì)主要完成以下任務(wù) 1 保證有足夠的強(qiáng)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(shù)不變 3 保證轉(zhuǎn)向輪正確的定位角度 使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定 操縱輕便并減輕輪胎磨 損 4 從動(dòng)橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能小 以減少非簧上質(zhì)量 提高汽車行駛平順性 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 32 合理優(yōu)化前梁 轉(zhuǎn)向節(jié) 等零部件的結(jié)構(gòu) 使各個(gè)部分零件能夠合理的配 合 以適應(yīng)復(fù)雜路況 盡可能降低整個(gè)橋身的質(zhì)量 從而減輕車的重量 并且 對車輪輪轂進(jìn)行配合設(shè)計(jì) 使其與轉(zhuǎn)向橋合理配合達(dá)到靈活轉(zhuǎn)向的目的 7 5 提高轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性 1 優(yōu)化零件設(shè)計(jì) 對轉(zhuǎn)向節(jié) 主銷 前軸的設(shè)計(jì)要合理 進(jìn)行充分的受力分析 在保證滿足載荷需求的前提下 盡量減小各個(gè)零件的尺寸 2 使用合適的材料 材料的選擇要根據(jù)受力 零件的接觸方式 及各個(gè)零件的 配合運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行選擇 本著低成本 高性能的要求進(jìn)行選擇 建議選擇高強(qiáng) 度合金鋼 如 20CrNi 等材料 本次設(shè)計(jì)根據(jù)以上兩個(gè)方法 對轉(zhuǎn)向橋的各個(gè)零件進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì) 并且選 擇了較為合適的材料 這樣就大大的提高了轉(zhuǎn)向橋的經(jīng)濟(jì)性 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 33 8 結(jié)論 近年來隨著生產(chǎn)水平汽車水平和路面的改善 汽車行使速度的不斷提高 同時(shí)人們對客車的性能要求也越來越高 如何保證既要具有高的行使速度又要 具有良好的轉(zhuǎn)向性能以滿足用戶的要求 是亟待解決的問題 針對此現(xiàn)象 本 論文選擇汽車的主要組成部分轉(zhuǎn)向橋來進(jìn)行設(shè)計(jì)并以 CA1021 輕型貨車轉(zhuǎn)向橋作 為研究對象 本設(shè)計(jì)以 汽車設(shè)計(jì) 為理論基礎(chǔ) 在設(shè)計(jì)中確定了轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)方案 設(shè) 計(jì)了轉(zhuǎn)向橋及其零件組成 通過計(jì)算設(shè)計(jì)出了主要零件的尺寸 強(qiáng)度和合理的 整體布局 設(shè)計(jì)后的轉(zhuǎn)向橋具有結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 重量輕 轉(zhuǎn)向靈敏的特點(diǎn) 制造容易 成本低 廣泛用于微 輕型載貨汽車 本文所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向橋?qū)ν愋偷霓D(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 34 致謝 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過十幾周的努力已經(jīng)結(jié)束了 在這十幾周的時(shí)間里我已經(jīng) 按照預(yù)期的目的設(shè)計(jì)好了前期老師所給定的題目 已經(jīng)基本完成了老師所布置 的任務(wù) 由于水平有限 缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 本設(shè)計(jì)還有很多不足之處 本設(shè)計(jì)是 在指導(dǎo)老師的積極鼓勵(lì)和精心指導(dǎo)下完成的 指導(dǎo)老師豐富的理論知識(shí) 實(shí)踐 經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我在專業(yè)知識(shí)方面受益 在此要非常感謝指導(dǎo)老師長 時(shí)間的幫助與指導(dǎo) 我要感謝幫助所有汽車工程系的老師 你們豐富的理論知識(shí) 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我在專業(yè)知識(shí)方面受益匪淺 你們無微不至的關(guān)懷對我論文 的完成起到了極大的幫助作用 在這里 我要特別感謝在設(shè)計(jì)中給予我大力支持的所有老師 他們淵博的 專業(yè)知識(shí) 精益求精的工作作風(fēng) 嚴(yán)以律己 寬以待人的崇高風(fēng)范 將一直是 我工作 學(xué)習(xí)中的榜樣 本設(shè)計(jì)過程中遇到了很多困難 老師們的辛勤指導(dǎo)對 本論文的完成起到了至關(guān)重要的作用 在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段 從開始的 查閱資料 到設(shè)計(jì)草案的確定和修改 中期檢查 后期詳細(xì)設(shè)計(jì) 裝配草圖等 整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo) 我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣 但是指導(dǎo)教師仍 然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤 在本畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中 我向老師學(xué)習(xí)到的不僅 僅是專業(yè)知識(shí) 面對困難時(shí)的堅(jiān)韌性格 更學(xué)到了如何做人 欲做事 先做 人 將在我今后的學(xué)習(xí)和工作中成為我做人的準(zhǔn)則 成為我人生路上的寶貴財(cái) 富 能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 在此對各位老師和同學(xué)以及在設(shè)計(jì)期間 曾經(jīng) 對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)給予幫助的領(lǐng)導(dǎo) 老師 同學(xué)表示最誠摯的謝意 最后 我要向在百忙之中抽時(shí)間對本文進(jìn)行審閱 評議和參加本人論文答辯 的各位老師再次表示感謝 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 35 參考文獻(xiàn) 1 王洪欣 機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué) M 徐州 中國礦業(yè)大學(xué)出版社 2001 2 王洪欣 機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué) M 徐州 中國礦業(yè)大學(xué)出版社 2001 3 竺延年 最新車橋設(shè)計(jì) 制造 質(zhì)量檢測及國內(nèi)外實(shí)用手冊 M 中國知識(shí)出版社 2005 4 陳家瑞 汽車結(jié)構(gòu) M 吉林工業(yè)大學(xué) 2000 5 徐清富 國外汽車最近結(jié)構(gòu)手冊 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1996 6 D J Segal Highway Vehic Object Simulation Model M Programmers Manual 1976 7 程振彪 世界載貨汽車工業(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài) M 汽車科技 2001 8 謝衛(wèi)國 汪紅心 貨車平順性預(yù)測與優(yōu)化 J 汽車工程 1991 3 69 79 9 神龍汽車有限公司著編 中國轎車叢書 富康 M 北京 北京理工大學(xué)出版社 1998 10 中國第一汽車集團(tuán)公司著編 中國轎車叢書 紅旗 M 北京 北京理工大學(xué)出版社 1998 11 李卓森等編 中外汽車圖冊車身分冊 一 M 長春 吉林科學(xué)技術(shù)出版社 1995 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 36 附錄 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷史及未來技術(shù)趨勢 屈裕豐 合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械汽車工程學(xué)院 摘要 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)中必不可少的最基本的組成系統(tǒng) 駕駛者通 過方向盤來操縱和控制汽車的行進(jìn)方向 從而實(shí)現(xiàn)自己的駕駛意圖 一百多年 來 汽車工業(yè)隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展而不斷前進(jìn) 到今天 汽車已經(jīng)不是 單純機(jī)械意義上的汽車了 它是機(jī)械 電子 材料等學(xué)科的綜合產(chǎn)物 汽車轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)也隨著汽車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長時(shí)間的演變 本文介紹了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 的歷史及未來的技術(shù)發(fā)展趨勢 關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 轉(zhuǎn)向器 液壓助力 傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是機(jī)械式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車的轉(zhuǎn)向由駕駛員控制方向 盤 通過轉(zhuǎn)向器等一系列機(jī)械轉(zhuǎn)向部件實(shí)現(xiàn)車輪的偏轉(zhuǎn) 從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向 隨著 上世紀(jì)五十年代起 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用 標(biāo)志著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)革命 的開始 汽車轉(zhuǎn)向動(dòng)力的來源由以前的人力轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆右簤褐?液壓助力 系統(tǒng) HPS Hydraulic Power Steering 是在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了 一個(gè)液壓系統(tǒng)而成 該液壓系統(tǒng)一般與發(fā)動(dòng)機(jī)相連 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候 一 部分發(fā)動(dòng)機(jī)能量提供汽車前進(jìn)的動(dòng)能 另外一部分則為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力 由 于其工作可靠 技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用 這種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要的特點(diǎn)是 液壓力支持轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng) 減小駕駛者作用在方向盤上的力 改善了汽車轉(zhuǎn)向的輕 便性和汽車運(yùn)行的穩(wěn)定性行的穩(wěn)定性 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 37 但同時(shí)液壓助力系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn) 在車輛設(shè)計(jì)制造完成后 車輛轉(zhuǎn)向的助力特性不能改變 直接后果是 當(dāng)助力 特性偏向于低速助力時(shí) 汽車在低速段可以得到很好的助力 但是在高速段需 要有較好路感的時(shí)候 由于助力特性不能調(diào)節(jié) 使得駕駛者沒有較好的路感 當(dāng)助力特性偏向于高速助力時(shí) 在低速段得不到很好的助力效果 即使車輛不 轉(zhuǎn)向 液壓系統(tǒng)也必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下工作 其結(jié)果是 消耗發(fā)動(dòng)機(jī)能量 增加油耗 存在液壓油泄漏問題 不僅對環(huán)境造成污染 而且容易使其他部件損壞 在低 溫下 液壓系統(tǒng)的工作性能比較差 近年來 隨著電子技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中也愈來愈多地采 用電子器件 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因此進(jìn)入了電子控制時(shí)代 相應(yīng)的就出現(xiàn)了電液助力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng) 電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩類 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EHPS Electro Hydraulic Power Steering 和電控液壓助力轉(zhuǎn)向 ECHPS Electronically Controlled Hydraulic Power Steering 電動(dòng)液壓 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 與液壓助力系統(tǒng)不同的是 電動(dòng)液壓助力系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的動(dòng)力來源不是發(fā)動(dòng)機(jī)而是電機(jī) 由電機(jī)驅(qū)動(dòng)液 壓系統(tǒng) 節(jié)省了發(fā)動(dòng)機(jī)能量 減少了燃油消耗 電控液壓助力轉(zhuǎn)向也是在傳統(tǒng) 液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來 它們的區(qū)別是 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)增加了 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 38 電子控制裝置 電子控制裝置可根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向速率 車速等汽車運(yùn)行參數(shù) 改變液壓系統(tǒng)助力油壓的大小 從而實(shí)現(xiàn)在不同車速下 助力特性的改變 而 且電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的液壓系統(tǒng) 在沒有轉(zhuǎn)向操作時(shí) 電機(jī)可以停止轉(zhuǎn)動(dòng) 從而降低 能耗 雖然電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)克服了液壓助力轉(zhuǎn)向的一些缺點(diǎn) 但是由于液壓 系統(tǒng)的存在 它一樣存在液壓油泄漏的問題 而且電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)引入了驅(qū) 動(dòng)電機(jī) 使得系統(tǒng)更加復(fù)雜 成本增加 可靠性下降 為了規(guī)避電液助力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的缺點(diǎn) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EPS Electric Power Steering 便應(yīng)時(shí)而生 它與前述各種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的區(qū)別在于 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中已經(jīng)沒有液 壓系統(tǒng)了 原來由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向助力由電動(dòng)機(jī)來完成 電動(dòng)助力式轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器 微處理器 電動(dòng)機(jī)等組成 基本工作原理是 當(dāng)駕駛 者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器便將轉(zhuǎn)矩信號(hào) 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并傳送至微處理器 微處理器根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號(hào)并結(jié)合車速等其他車 輛運(yùn)行參數(shù) 按照事先在程序中設(shè)定的處理方法得出助力電動(dòng)機(jī)助力的方向和 助力的大小 自 1988 年日本鈴木公司首次在其 Cervo 車上裝備該助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 至今 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)