KD1060型货车设计（转向及前桥设计）【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 货车设计（转向及前桥设计） 摘 要 汽车在行驶过程中，需要经常改变行驶方向，这就需要有一套能够按照司机意志来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮的偏转动作，这就是所谓的转向系统。转向性能是保证车辆安全，减轻驾驶员劳动强度和提高作业效率的重要因素。 由于转向系统是汽车的重要组成部分，它直接与汽车的行驶稳定性有重要的关系，与前悬架和车轮关系亦十分密切，故转向系统的设计也是整车设计中的关键一环。 本设计为 转向系统设计内容主要包括转 向系统形式的选择、转向器的选择、转向梯形的选择及其布置。 在本次设计中采用了机械式转向系统，机械式转向系统的特点是重量轻 ,结构紧凑 ,布置方便 ,维修容易 ,操纵轻便 ,稳定性好 ,成本低廉，不易出现直线行驶时的蛇形现象。机械式转向系统还具有维修方便，容易安装调整的优点。转向系统的转向器选用的是整体式循环球转向器 , 整体式循环球转向器的特点是可以将传递力矩机构之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦 ,这就使得转向传动效率提高 ,使用寿命增长 ,传动比可以改变 ,转向工作平稳可靠。转向传动机构选用整体式梯形 ,这样有利于保证 并且机构简单 , 容易调整前轮前束。 在说明书的计算部分，对 转向器和转向梯形 主要参数选择进行了计算。此外，还校核了主要零件的强度。 关键词 ： 转向系统 ,机械转向 ,前桥 ,转向器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 he to in a of or s to s is to to of of is as of is to s of is of an It an on of it so of is a in of is to of of to is in s s in It is as in of of is to of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 is to s of is it is to of is In of in 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 目 录 前言 .一章 概述 .二章 从动桥的方案确定 .三章 转向系的方案确定 . 向系整体方案确定 . 向系结构形式及选择 . 环球式转向器结构及选择 .四章 从动桥的设计计算 . 动桥主要零件尺寸的确定 . 动桥主要零件工作应力的计算 . 最大侧向力 (侧滑 )工况下的前梁应力计算 . 向节在制动和侧滑工况下的应力计算 . 销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算 . 向节推力轴承的计算 .五章 转向系统的设计计算 . 向系主要性能参数 . 要参数的确定 . 向梯形的选择设计 . 环球式转向器的设计 . 向系主要性能参数确定 . 向系其他元件的选择及材料的确定 .六章 转向系主要零件的强度计算 . 算载荷的确定 . 要零件的强度计算 . 第七章 结论 .考文献 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 前言 在目前金融危机的大环境下，伴随着汽车行业的发展，轻型货运汽车在国民生产中扮演着更重要的角色。 轻型载货汽车各个领域得到了广泛应用，对于它的设计是依据以往理论知识及实 践经验，在满足其功用的前提下来进行的。转向系统是用来保持或改变汽车行驶方向的机构，它在整体设计中亦有其重要地位，对转向时车轮正确运动和汽车的安全行驶有重大影响，这就要求其工作可靠、操纵轻便。 在目前的设计和使用方面，转向系统由机械式和动力式两类，由于动力式转向系统能减轻驾驶员的负担，而且操作方便，所以到广泛使用。机械式转向系统由于造价低廉，而且能够满足轻型货车等一大部分汽车的转向需要，固也得到了广泛的使用。机械式转向系由操纵机构、转向器和转向传动机构组成，其重点是转向器和传动机构的设计。现今国内轻型汽车多才 用整体式循环球式转向器，整体式后置梯形。 本毕业设计说明书，主要讲述了前桥和转向系统的选择设计和方案分析。对前桥和转向系统的分类和工作原理进行了深入的对比和分析，选出最优方案来进行设计；对于转向系统的重要组成部分转向器和转向传动机构进行分析设计，选择合适的机构和零件。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 第一章 概述 从动桥通过悬架与车架相联，两侧安装着从动车轮，用以在车架与车轮之间传递铅垂力、纵向力和横向力。从动桥还要承受和传递制动力矩。 根据从动车轮能否转向，从动桥分为转向桥与非转向桥。一般汽车多以前桥为 转向桥。为提高操纵稳定性和机动性，有些轿车采用全四轮转向。多轴汽车除前轮转向外，根据对机动性的要求，有时采用两根以上的转向桥直至全轮转向。 一般载货汽车采用前置发动机后桥驱动的布置形式，故其前桥为转向从动桥。轿车多采用前置发动机前桥驱动，越野汽车均为全轮驱动，故它们的前桥既是转向桥又是驱动桥，称为转向驱动桥。 从动桥按与其匹配的悬架结构的不同，也可分为非断开式与断开式两种。与非独立悬架相匹配的非断开式从动桥是一根支承于左、右从动车轮上的刚性整体横梁，当又是转向桥时，则其两端经转向主销与转向节 相联。断开式从动桥与独立悬架相匹配。 为了保持汽车直线行驶的稳定性、转向轻便性及汽车转向后使前轮具有自动回正的性能，转向桥的主销在汽车的纵向和横向平而内都有一定倾角。在纵向平面内，主销上部向后倾斜一个 角，称为主销后倾角。在横向平面内，主销上部向内倾斜一个角，称为主销内倾角。还有车轮外倾角及前束。 在汽车的设计、制造、装配调整和使用中必须注意防止可能引起的转向车轮的摆振，它是指汽车行驶时转向轮绕主销不断摆动的现象，它将破坏汽车的正常行驶。转向车轮的摆振有 自激振动与受迫振动两种类型。前者是由于轮胎侧向变形中的迟滞特性的影响，使系统在一个振动周期中路面作用于轮胎的力对系统作正功，即外界对系统输入能量。如果后者的值大于系统内阻尼消耗的能量，则系统将作增幅振动直至能量达到动平衡状态。这时系统将在某一振幅下持续振动，形成摆振。其振动频率大致接近系统的固有频率而与车轮转速并不一致，且会在较宽的车速范围内发生。通常在低速行驶时发生的摆振往往属于自摄振动型。当转向车轮及转向系统受到周期性扰动的激励，例如车轮失衡、端面跳动、轮胎的几何和机械特性不均匀以及运动学买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 上的干涉等，在 车轮转动下都会构成周期性的扰动。在扰动力周期性的持续作用下，便会发生受迫振动。当扰动的激励频率与系统的固有频率一致时便发生共振。其特点是转向轮摆振频率与车轮转速一致，而且一般都有明显的共振车速，共振范围较窄 (3 5km/h)。通常在高速行驶时发生的摆振往往属于受迫振动型。 转向轮摆振的发生原因及影响因素复杂，既有结构设计的原因和制造方面的因素如车轮失衡、轮胎的机械特性、系统的刚度与阻尼、转向轮的定位角以及陀螺效应的强弱等；又有装配调整方面的影响，如前桥转向系统各个环节间的间隙 (影响系统的刚度 )和摩擦系数 (影响阻尼 )等。合理地选择这些有关参数、优化它们之间的匹配，精心地制造和装配调整，就能有效地控制前轮摆振的发生。在设计中提高转向器总成与转向拉杆系统的刚度及悬架的纵向刚度，提高轮胎的侧向刚度，在转向拉杆系中设置横向减震器以增加阻尼等，都是控制前轮摆振发生的一些有效措施。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第二章 从动桥的方案确定 动桥总体方案确定 转向从动桥的主要零件有前梁，转向节，主销，注销上下轴承及转向节衬套，转向节推力轴承，轮毂等。 转向前桥有断开式和非断开式两种。断开式前桥与独立悬架相配合，结构 比较复杂但性能比较好，多用于轿车等以载人为主的高级车辆。非断开式又称整体式，它与非独立悬架配合。它的结构简单，承载能力大，这种形式再现在汽车上得到广泛应用。因此本次设计就采用了非断开式从动桥。 作为主要零件的前梁是用中碳钢或中碳合金钢的，其两端各有一呈拳形的加粗部分为安装主销的前梁拳部；为提高其抗弯强度，其较长的中间部分采用工字形断面并相对两端向下偏移一定距离，以降低发动机从而降低传动系的安装位置以及传动轴万向节的夹角。为提高其抗扭强度，两端与拳部相接的部分采用方形断面，而靠近两端使拳部与中间部分相联接的向 下弯曲部分则采用两种断面逐渐过渡的形状。中间部分的两侧还要锻造出钢板弹簧支座的加宽文承面。 转向节用中碳合金钢模级成整体式结构。转向节通过主销与前梁的拳部相连，使前轮可以绕主销偏转一定的角度使汽车转向。为减小磨损，转向节销孔内设计时压入青铜衬套，衬套上的润滑油槽在上面端部是切通的，用装在转向节上的油嘴注入润滑脂润滑，为使转向轻便，在转向节和前梁拳部设有圆锥推力滚子轴承。 主销的几种结构型式如下图所示，本次设计用 (a)。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 （ a） (b) (c) (d) 图 2销结构形式 （ a）圆柱实心型 (b) 圆柱空心型 (c) 上，下端为直径不等的圆柱，中间为锥体的主销 (d)下部圆柱比上部细的主销 车轮轮毂通过两个圆锥滚子轴承支撑在转向节外端的轴颈上，轴承的松紧度可通过调整螺母进行调整。轮毂外端用冲压的金属外罩罩住。轮毂内侧有油封，以防润滑油进入制动器内。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 第三章 转向系的方案确定 向系整体方案确定 用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机 构即称作汽车的转向系。 转向系可按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。在现代汽车结构中，常用机械式转向系。机械式转向系依靠驾驶员的手力转动方向盘，经过转向器和转向传动机构使转向轮偏转。有些汽车装有防伤机构和转向减振装置。还有一些汽车的专门装有动力转向机构，并借助此机构来减轻驾驶员的手力，以降低驾驶员的劳累程度。 本次设计采用机械式转向器。 对转向系的主要要求有： 一、操纵轻便。转向时加在方向盘上的力对轿车不超过 200N，对轻型货车不超过 360N,对中型货车不超过 450N,方向盘的回转圈数要少。 二、工作安全可靠。 三、在转向后，方向盘有自动回正能力，能保持汽车有稳定的直线行驶能力。 四、在前轮受到冲击时，转向系传递反向冲击到方向盘上要小。 五、应尽量减小转向系统连接处的间隙，间隙应能自动补偿即调整，除了设计应正确的选择导向轮的定位角外，转向盘在中间式的自由行程应当保证直线行驶的稳定性和转向盘相对导向轮偏转角的灵敏度。 3. 2 转向器结构形式及选择 根据转向器所用传动副的不同，转向器有多种。常见的有循环球式球面蜗杆蜗轮式、蜗杆曲柄销式和齿轮齿条式等。 转向器的结构形式，决定了其效率 特性以及对角传动比变化特性的要求。选用那种效率特性的转向器应有汽车用途来决定，并和转向系方案有关。经常行驶在好路面上的轿车和市内用客车，可以采用正效率较高的、可逆程度大的转向器。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 效率高、工作可靠、平稳，蜗杆和螺母上的螺旋槽在淬火后经过磨削加工，所以耐磨且寿命较长。齿扇和齿条啮合间隙的调整工作容易进行。和其它形式转向器比较，其结构复杂，对主要零件加工精度要求较高。 蜗杆曲柄销式转向器角传动比的变化特性和啮合间隙特性变化受限制，不能完全满足设计者的意图。 齿轮齿条式转向器的结构简单 ，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。为了防止和缓和反向冲击传给方向盘，必须选择较大的传动比，或装有吸振装置的减振器。 本设计采用循环球式转向器。 环球式转向器结构及工作原理 循环球式转向器中一般有两级传动副。第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。 转向螺杆的轴颈支撑在两个圆锥滚子轴承上。轴承紧度可用调整垫片调整。转向螺母的下平面上加工成齿条，与齿扇轴内的齿扇部分相啮合。通过转向盘转动转向螺杆时，转向螺母不转动，只能轴向移动，并驱使齿扇轴转动。为了减小转向螺 杆和转向螺母之间的摩擦，其间装有小钢球以实现滚动摩擦。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面轮廓的螺旋管状通道。转向螺母外有两根导管，两端分别插入螺母的一对通孔。导管内装满了钢球。两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球流道。转向器工作是两列钢球只是在各自封闭的流道内循环，而不脱出。 转向螺母上的齿条式倾斜的，因此与之啮合的齿应当是分度圆上的齿厚沿齿扇轴线按线性关系变化的变厚齿扇。因为循环球转向器的正传动效率很高，操作轻便，使用寿命长。经常用于各种汽车。 综上最后本次设计选定循环球式转向器。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 第四章 从动桥的设计计算 动桥主要零件尺寸的确定 转向从动桥采用工字形断面的前梁 ， 可保证其质量最小而在垂向平面内的刚度大，强度高。工字形断面尺寸的推荐值，见图 4中虚线绘出的是其当量断面。该断面的垂向弯曲截面系数位为 3可近似取为 (4式中 由经验公式： 2200式中 33 0 0 103 0 44 9 0 求得 5 动桥主要零件工作应力的计算 主要是计算前梁、转向节、主销、主销上下轴承 (即转向节衬套 )、转向节推力轴承或止推垫片等在制动和侧滑两种工况下的工作应力。绘制计算用简图时可忽略车轮的定位角，即认为主销内倾角、主销后倾角，车轮外倾角均为零，而左右转向节轴线重合且与主销轴线位于同一侧向垂直平面内。如下所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 图 4 2 转向从动桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图 1 2制动工况下的前梁 应力计算： 制动时前轮承受的制动力Z 传给前梁，使前梁承受弯矩和转矩。考虑到制动时汽车质量向前，转向桥转移，则前轮所承受的地面垂直反力为： 2 111 式中： 1G 汽车 满载静止于水平路面时前桥给地面的载荷， N； 1m 汽车制动时对前桥的质量转移系数，对轿车和载货汽车的前桥可取 量分配给前桥 35%； 2 111 = 轮所承受的制动力 1式中： 轮胎与路面的附着系数取为 由于 1Z 和 前梁引起的垂向弯矩别为： 2)2()( 1121 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 22 11212 N 中： 2l 见图 3 1，取 2l =397 mm 车轮 (包括轮毅、制动器等 )所受的重力， N；取80N； B 前轮轮距取 B=1567 S 前梁上两钢板弹簧座中心间的距离取为 767 57842902 7671567)98015550(3 7 0 4 0 1 64 0 5 5 0 动力 使前梁在主销孔至钢板弹簧座之间承受转矩 T： T= rz N 中： r 轮胎的滚动半径取 410 有 T=9330 410=3825300 N 梁在钢板弹簧座附近 危险断面处的弯曲应力w（单位为 ： 式中 : vW，T 见式（ 4 前梁应力的许用值为 w=300 500 a=15， w= 得： 故 a=15足使用条件。 在最大侧向力 (侧滑 )工况下的前梁应力计算 当汽车承受最大侧向力时无纵向力作用，左、右前轮承受的地面垂向反力 与侧向反力 不相等，前轮的地面反力 (单位都为 N)分别为： )21(2111 1 )21(21111 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 11 111 )21(2 1)21(2 1 111 式中：汽车质心高度取为 1100 1 车轮与地面附着系数取为 此时 右作用。则有： 0)1567 41 4254)1567 567 567 41 侧滑时左、右钢板弹簧对前梁的垂直作用力为： )(111 )(112 式中 : 1G 满载时车厢分配给前桥的垂向总载荷 1G = 则有 0 0 87 6 7)5 0 01 1 0 0( 7 3 0 6 6 97 6 7)5 0 01 1 0 0( 7 3 0 6 向节在制动和侧滑工况下的应力计算 如图 4 2 所示，转向节的危险断面在轴径为1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 图 4 2 转向节，主销及转向节衬套的计算用图 一 、 在制动工况下 面处的轴径仅受垂向弯矩制动力矩不经转向节的轮轴传递而直接由制动底板传给在转向节上的安装平面。这时的vM，面处的合成弯矩应力w（ ： 31 )( 3 = 312213 1.0 式中： 1d 转向节的轮轴根部轴径取为 50l=30 w=550 则 = 3 3309801555030 =： 故 50轴颈满足要求。 转向节采用 3040中碳合金钢制造，心部硬度 285，高频淬火后表面硬度 65，硬化层深 轴根部的圆角液压处理。 二 、 在侧滑工况下 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 在侧滑时左、右转向节在危险断面 的弯矩是不等的，可分别下式求得： 4 3 1 9 9 9 0 1 6 84 1 8 6304 2 5 4131 许用弯矩 6105 因此左右转向节都符合要求。 销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算 在制动和侧滑工况下，在转向节上、下衬套的中心，即与轮轴中心线相距分别为 c， d 的两点处，在侧向平面 (图 4 2(c)和纵向平面 (图 4 2(d)内，对主销作用有垂直其轴线方向的力。 一、在制 动工况下 地面对前轮的垂向支承反力 1Z 所引起的力矩 11由位于通过主销轴线的侧向平面内并在转向节上下衬套中点处垂直地作用于主销的力c+d）所平衡 (见图 4 2(b)，故有 501555011 dc N 式中 1l 取 150， c 取 91， d 取 98 制动力矩 位于纵向平面内并作用于主销的力c+d）所平衡 (见图 4 2(c)。故有 而作用于主销的制动力 则由在转向节上下衬套中点处作用于主销的力见图 4 2(c)，且有： 89330 19330 由转向桥的俯视图 (图 4 2(d)的下图 )可知，制动时转向横拉杆的作用力 109330 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 N= Nl lP z 0 49891 1 5 09 3 3 05 1 力 N 位于侧向平面内且与轮轴中心线的垂直距离为 4l （取为 100 将 N 的着力点移至主销中心线与轮铀中心线的交点处则需对主销作用一侧向力矩 N 4l (见图 4 2(b)。力矩 位于 侧向平面内并作用于主销的力偶矩所平c+d）衡，故有 N 179891 044 而力 N 则内存整向节上下衬套中点处作用于主销的力有：= = 由图 4 2(b)可 知，在转向节上衬套的中点作用于主销的合力Q 分别为： 22 = 221 =上两式可见，在汽车制动时，主销的最大载荷发生在转向节下衬套的中点处，其值为 1Q = 二、在侧滑工况下 仅有在侧向平面内起作用的力和力矩，且作用于 左右转向节主销的力们可分别按下式求得： L R 5 29891 4 1 8 61 5 01 5 5 4111 取 ,1 中最大的作为主销的计算载荷 ，计算主销在前梁拳部下端面应力w和剪切应力s： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 ； 204 式中：0d 主销直径取为 32 h 转向节下衬套中点至前梁拳部下端面的距离，见图 4 2(a),取 h=36 P a ; M P 7 0 84 2 is or in s to of 90, if is in is of 2) to be in be in to be 3) s is to or It to is In or of is in is 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 40 m 转向系统 汽车转向系统：汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。汽车的转向系统是用来改变汽车行驶方向和保持汽车直线行驶的机构 基本组成 (1)转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。 (2)转向器将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通 过转向器后一般还会改变传动方向。 (3)转向传动机构将转向器输出的力和运动传给车轮 (转向节 )，并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构。 类型 按转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。 机械转向系：由转向器和转向传动机构组成 . 转向器：由方向盘，方向盘转向轴，转向啮合付 (转向器 )组成 . 转向传动机构：由转向臂 (转向垂臂 )，直拉杆，直拉杆臂，左右梯形臂，横拉杆，若干球头关节组成 . 动力转向系：由机械转向系加转向加力装置构成 . 1机械转向系 机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源， 其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。 （ 1）转向操纵机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 41 转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。 （ 2 ）转向器 转向器 (也常称为转向机 )是完成由旋转运动到直线运动 (或近似直线运动 )的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。 目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球 杆滚轮式等。我们主要介绍前几种。 1）齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式 转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。 两端输出的齿轮齿条式转向器，作为传动副主动件的转向齿轮轴通过轴承和安装在转向器壳体中，其上端通过花键与万向节叉和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条水平布置，两端通过球头座与转向横拉杆相连。弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。 弹簧的预紧力可用调整螺塞调整。当转动转向盘时，转向器齿轮转动，使与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。 中间输出的齿轮齿条式转向器，其结构及工 作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓与左右转向横拉杆相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。 2）循环球式转向器 循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一， 一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。 为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺