重型自卸汽车设计转向系及前桥设计

河 南 科 技 大 学毕 业 设 计（论 文）题目重型自卸汽车设计（转向系及前桥设计）车辆与交通工程学院毕业设计说明书1重型自卸汽车设计（转向系及前桥设计）摘 要汽车的转向就是驾驶员按照自己的意志使行驶中的汽车行驶方向改变。使汽车行驶方向恢复或者改变的一套专用机构，即所谓的汽车转向系统。接下来我们来讨论重型自卸车转向系及前桥设计。本次设计采用的是整体式转向机构，与非独立悬架相匹配。首先通过发动机型号选择相应车型，再查找转向系结构及计算公式的相关书籍，根据已选车型，找出相关的基本数据，运用机构运动、汽车设计的知识，对转向系进行参数设计，再选用相关的转向机构，对轴、齿轮等进行强度校核，最后用汽车专用软件CAD进行图纸设计。由于这次是重型自卸，那么在转向时，就要有转向助力缸，帮助司机转弯。在参考往年的资料的基础上，先选用液压式的助力缸。前桥转向轮，一边靠转向直拉杆、转向节臂，另一边靠助力缸助力，把力平分到车轮上，这样液压助力缸可以做的小一点。转向梯形就是由前桥、左右转向节臂、转向横拉杆组成的梯形。其作用就是保证转向时左右车轮按一定的比例转过一个角度。本次设计采用整体式转向梯形，参考往年毕业设计及同类汽车设计经验初选转向梯形的尺寸。用内轮最大实际偏转角减去外轮理想最大偏转角，得出的差值进行检验，检验是否符合计算要求，从而进行设计。在吸收、参考各类重型汽车转向系，在此基础上略作改进。为重型自卸汽车转向系提供了一种思路。关键词：转向系，转向梯形，转向器，转向助力缸车辆与交通工程学院毕业设计说明书2THE DESIGN OF HEAVY DUMP (THE DESIGN OF STEERING SYSTEM AND RRONT AXLE)ABSTRACTThe steering of the car is the driver in accordance with their own will make the driving direction change. A set of special mechanisms that enable the vehicle to move in or out of a vehicles steering system. Next, we discuss the design of the steering system and the front axle of heavy dump truck. This design uses the integral steering mechanism, and the non independent suspension. First through the engine model to select the appropriate models, then find the books related to the steering system structure and calculation formula, according to the selected models, find out the related basic data, using the knowledge of mechanism motion, car design, design the parameters of the steering system, and the related to institutions, to check the strength of shaft, gear and so on. The final design drawings with the special software of automobile CAD. This paper introduces the application of the recirculating ball rack and pinion steering device in the design of the steering gear. Recirculating ball type steering gear rack with two level gear transmission pair in the first stage, in order to reduce the friction between the steering and steering screw nut, the rolling friction; in the second stage transmission pair, to adjust the meshing clearance and the gear rack. Wherein, the steering nut follower is a first stage transmission pair, and the driving part is in the second stage transmission pair. The steering trapezium is composed of front axle, left and right steering knuckle arm and steering tie rod. Its role is to ensure that the steering wheel left and right wheels in a certain proportion of an angle. The design of the whole steering ladder, reference to previous years of graduation design and similar car design experience of the size of the steering trapezium. The maximum deflection angle 车辆与交通工程学院毕业设计说明书3of the inner wheel is subtracted from the maximum deflection angle of the outer wheel, and the difference is tested. In the absorption and reference of all kinds of heavy vehicle steering system, on the basis of improvement. This paper provides an idea for heavy duty truck steering system. KEY WORDS: steering system ,steering trapezium, steering gear, steering booster cylinder车辆与交通工程学院毕业设计说明书4目 录前言 .1第一章 从动桥结构方案的确定 .21.1从动桥总体方案确定 .2第二章 转向系结构方案的确定 .32.1转向系整体方案的分析 .32.1.1转向器方案的分析 .32.1.2 循环球式转向器结构及工作原理 .42.1.3动力转向系统分类 .42.1.4转向加力装置 .62.1.5转向加力装置的转向控制阀 .82.1.6转向加力装置的结构布置方案 .92.2转向系整体方案的分析 .9第三章 从动桥的设计计算 .113.1从动桥主要零件尺寸的确定 .113.2 从动桥主要零件工作应力的计算 .113.2.1 制动工况下的前梁应力计算 .123.2.2 在最大侧向力(侧滑)工况下的前梁应力计算 .143.3 转向节在制动和侧滑工况下的应力计算 .153.3.1 在制动工况下 .153.3.2 在侧滑况下 .163.4 主销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算 .173.4.1 在制动工况下 .173.4.2 在侧滑工况下 .19第四章 转向系统的设计计算 .204.1 转向系主要性能参数 .204.1.1 转向器的效率 .204.1.2 传动比的变化特性 .20车辆与交通工程学院毕业设计说明书54.1.3 给定的主要计算参数 .214.1.4 转向盘回转总圈数 n.214.2 转向系计算载荷的确定 .224.3 循环球式转向器的计算 .224.3.1 循环球式转向器主要参数 .224.3.2 螺杆、钢球和螺母传动副 .234.3.3 齿条、齿扇传动副设计 .234.4 循环球式转向器零件强度的校核 .254.4.1 钢球与滚道间的接触应力 .254.4.2 齿的弯曲应力 .264.5 液压动力转向机构的计算 .274.5.1 动力转向系统的工作原理 .274.5.2 转向动力缸的工作分析 .274.5 转向梯形机构确定、计算及优化 .304.5.1 转向梯形结构方案分析 .314.5.2 整体式转向梯形机构优化设计 .32第五章 结论 .35参考文献 .36致 谢 .37车辆与交通工程学院毕业设计说明书1前 言自卸车能将汽车用来承载货物或者人的东西按必然的角度来卸货，并靠自身的重量让汽车用来承载货物或者人的东西自动回到原来位置的专用汽车。自卸车常用的驱动模式有6x4，8x4，按用途分为矿用自卸车、环卫绿化自卸车，根据车厢翻斗方向分为前举式和侧翻式自卸车。自卸车具有运输时间短，节省劳动力，机动性高，机械化卸货等优点，其主要作用是装卸堆积性货物，比如石块、泥土、沙子。自卸车广泛应用于工厂、车站、码头、矿山等场所，与矿山建筑事业、冶金、交通建设、矿山有较大关系，在经济建设中起着重要作用。自卸车使用条件有两个，第一个条件是自卸车要与皮带运输机或铲式装载机配套使用，以提高运输生产效率；第二个条件是自卸车一般运距较短，以发挥自卸车卸货机械化的优点。由于要计重型自卸汽车的转向系及前桥，在根据发动机型号选定车型后，由于转向要求轻便、灵敏，来选用适合的转向梯形及相关结构，根据已知型号汽车的基本参数，计算所需的尺寸，在布置整车，调整进行强度等检验，从而得出合适的转向器及转向传动机构。第一章 从动桥结构方案的确定车辆与交通工程学院毕业设计说明书21.1从动桥总体方案确定本次我们所选的车型为奥奇重工，在选定车型之后，我们首先对从动桥进行选择。 多汽 车 前 桥 为 转 向 桥 的 较， 转 向 桥所 以 这 次 设 计 的 前 桥 为 。由于前桥要实现转向任务，当司机要转弯时，力会传到前桥上，使转向节臂移动，从而使转向梯形转向，实现汽车的转弯。由于要计重型自卸汽车的转向系及前桥，在根据发动机型号选定车型后，由于转向要求轻便、灵敏，来选用适合的转向梯形及相关结构，根据已知型号汽车的基本参数，计算所需的尺寸，在布置整车，调整进行强度等检验，从而得出合适的转向器及转向传动机构。在确定从动桥后，要考虑选用什么类型的悬架。有不是独立的悬架，即不是一个整体，是分开的；有做成一个整体的，一动而带动其它运动的。由于前桥要实现汽车的转弯，那么在转向时会受到阻力，它的受力很复杂。一般采用的是整体的不是断开的结构，所以用到整体的前桥。前桥选定后，我们要选择其截面形状，因为前桥要实现转向，转向时由于地面的阻力等因素，和汽车自身特别的重，要采用特别结实的结构。我前面选用的是整体的。根据经验和查找资料，整体的一般是实心梁或者空心的梁。由于都是三维立体的结构，那么在工作时受力就是x、y、z方向都有受力，不可避免会产生力矩，作用在梁上。那么对于实心的梁来说，在强度方面，不是相等的，那么寿命相对于相等的强度的空心的梁来说，要小，不耐用。于是我们在这里设计为空心的梁，它的截面为工字型的。前梁在接近两端位置，是力和力矩传递的接触点，所以在梁的两端位置，要适当加粗。材质，一般选用中碳钢材料，锻造即可， 提 高 材料的抗弯抗扭 强 度 。车辆与交通工程学院毕业设计说明书3第二章 转向系结构方案的确定2.1转向系整体方案的分析司机使汽车按照自己的意志或者操作使其在指定的位置行驶，改变方向就是转向。车辆在转弯过程中会受到各种阻碍其转向的力，如来自地面对其的力，行驶阻力等，因此靠车辆转弯所组成的一套系统来提高车辆转弯的转稳定性能。转向系分为机械式和动力式转向两种，机械式转向要依靠驾驶员的体力为动力来转向，相对于重型自卸车来说，光靠体力，人体难以实现汽车的转向；动力式转向是发动机动力和人体体能共同作用的，人体动力只占一小部分，在外在动力下实现汽车转向，因此自卸车要采用动力式转向。2.1.1转向器方案的分析在转向过程中，由于传动件之间都存在间隙，所以不可能保证，方向盘和转向节同时开始且终止。所以为了避免驾驶员过度紧张，所以要有合适的转向器自由行程，来缓解路面的冲击，同时自由行程不要选的过大，影响灵敏性。车辆在行驶中，当司机转向时会存在一个转弯效率问题，效率高那么在此损失的能量比较少，所以我们要讨论一下用什么结构，来使转弯时效率提高，从而减少能量的损失。所以在这里选用可逆式的。齿轮齿条式转向器能够让司机在转弯时，感到自己有手感（转弯），有路感，同时能让转向盘慢慢回正。它是靠齿轮和齿条的啮合来实现工作的，一般用在轿车上。要有减震器来缓和地面传给方向盘的冲击。循环球式转向器相对前面来说，由于机构相对复杂，在现在的轿车上不常用，广泛用在最新的助力转向上，符合自卸车的要求，同时工作比较平稳、可靠。蜗杆曲柄指销式转向器相对前面来说，它的构造更加复杂，零件比较多，相对于前两个成本会高，对其精度方面的要求会高一点，加工制作的难度高一点。相对前两个不划算，且传动比和啮合间隙的变化特性受限制，所以在这不采用。2.1.2 循环球式转向器结构及工作原理循环球式转向器 有 两 个 传 动 副 ， 副 的 从 动 件其 中 螺 母 是 第 一 级 传