毕业设计（论文）-载重汽车转向梯形结构分析与计算.pdf

太原工业学院毕业设计 诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导 下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中 列出。 本人签名：年月日 太原工业学院毕业设计 毕业设计任务书毕业设计任务书 设计题目：载重汽车转向梯形结构分析与计算 系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学号： 112011126 学生：林则旭指导教师（含职称） ：雷占元（高工） 1课题意义及目标 通过调研和查阅相关资料文献，掌握汽车转向梯形主要用途和工作原理，应用所 学相关基础知道和专业知识，分析转向梯形结构，应用 CAD 三维技术动态模拟转向机 构工作原理与运动轨迹，编写计算说明书，编写毕业设计论文。 2主要任务 掌握汽车转向梯形的结构及其工作原理。绘制结构简图和原理简图，绘制转向梯 形横拉杆总图，了解横拉杆失效模式并分析原因，了解横拉杆球头常用材料及制造、 热处理工艺要求，动态模拟转向机构工作原理与运动轨迹。 3主要参考资料 1王望予. 汽车设计M. 北京：机械工业出版社，2011：144-147. 2余志生. 汽车原理M. 北京：机械工业出版社，2009：100-109. 3陈家瑞. 汽车构造M. 北京：机械工业出版社，2009：72-85. 4闻邦榕. 机械工程设计手册M. 北京：机械工业出版社，2010：37-48. 4进度安排 设计各阶段名称起止日期 1 调研、查阅参考文献，收集资料，理解课题目 标，确定设计思路，完成开题报告 3 月 03 日至 3 月 23 日 2 毕业设计开题报告检查，毕业设计开题辅导3 月 24 日至 4 月 13 日 3 结构原理分析与计算，设计毕业，准备中期检 查 4 月 14 日至 5 月 04 日 4 编写毕业设计论文，准备中期检查5 月 05 日至 6 月 01 日 5 毕业设计论文整理，完成毕业论文答辩6 月 02 日至 6 月 22 日 审核人审核人：年月日 太原工业学院毕业设计 I 载重汽车转向梯形的结构分析与计算载重汽车转向梯形的结构分析与计算 摘要：摘要：在这个汽车行业迅速发展的大环境下，汽车的前轮转向梯形结构仍 然是汽车转向机构的重要组成之一，它控制着汽车的转向，是汽车转向系中 不可缺少的部分。本人通过对载重汽车的转向梯形结构原理的分析，对转向 梯形结构简图的绘制与分析，对主要零部件如：转向梯形的横拉杆总图的绘 制及横拉杆球头的了解得到了以下几个方面：汽车在转向的时候，内轮与外 轮必须要有正确的转角关系，这个关系对汽车轮胎的磨损，转向半径和转向 力都有着十分重要的影响。在实际中不可能完全使轮胎保持纯滚动所以要对 实际转角进行优化计算。转向横拉杆是转向梯形的转向传动机构中十分重要 的零部件，它的作用就是连接左梯形臂和右梯形臂的，并且致使左梯形臂和 右梯形臂协调的进行工作。转向横拉杆的断裂失效平衡模式的相关问题转向 横拉杆球头的加工工艺问题转向梯形机构的动态模拟的相关问题。 关键词：转向梯形，转向横拉杆，转向横拉杆球头，动态模拟 Abstract ： Under the environment of the rapid development of automobile industry, the front wheels of the car steering trapezoidal structure is still one of the important parts in the automobile steering mechanism, which controls the car steering, automotive steering system is an indispensable part of. I through the truck steering trapezoid structure principle analysis, of steering trapezium structure schematic drawing and analysis, Understanding of the main components such as steering trapezoidal cross rod of general layout of draw and tie rod ball head has been as follows:Car when steering, wheel and the outer wheel must to have a right angle relationship, the relationship of automobile tire wear, turning radius, steering force has a very important influence.In practice, it is impossible to keep the tire pure and rolling so the actual corner should be optimizeda steering cross rod is steering trapezoid steering transmission mechanism is a very important component, its role is to connect the left trapezoid arm and the right trapezoid arm and, as a result, left trapezoidal arm and the right trapezoid arm 太原工业学院毕业设计 II coordination work. the tie rod ball head applihigh-frequencyquenching for processing.the machining process of the ball head of the turning tie rod.the related problem of the dynamic simulation of steering ladder mechanism. 太原工业学院毕业设计 III 目录目录 1绪论1 1.1国内外研究进度1 1.2汽车转向梯形机构的设计背景2 1.3转向机构的简介3 1.4转向梯形机构的自由度的分析与计算3 1.5转向梯形机构的机构选择4 2转向梯形机构的结构及其工作原理7 2.1整体式转向梯形7 2.2转向梯形机构的工作原理8 2.3汽车左转时的理想情况9 2.4转向梯形机构的实际特性曲线10 3转向梯形在实际转向中的应用12 3.1汽车在理论转弯行驶过程的分析12 3.2根据转向梯形机构的理想模型进行的分析和计算12 3.3汽车实际转向过程中的角度分析与计算13 3.4如何建立传动角、梯形臂 m、梯形底角的可行域问题.14 3.5通过确定可行域，对比阿克曼实际与理论特性曲线得出结论16 4转向梯形机构的转向横拉杆的研究17 4.1转向横拉杆的简介及其常用制作材料17 4.2转向横拉杆的组成18 5横拉杆的失效模式及其原因分析19 5.1转向横拉杆的重要性及其在汽车转向行驶的作用19 5.2横拉杆失效模式的分析19 5.3制作横拉杆工艺的改进20 6横拉杆球头的加工工艺问题21 7转向梯形机构的动态模拟22 7.1Pro-E 软件的简介.22 7.2Pro-E 软件简单的机构仿真.22 太原工业学院毕业设计 IV 参考文献24 致谢25 太原工业学院毕业设计 1 1绪论1绪论 1.1国内外研究进度1.1国内外研究进度 随着汽车车速的提高，随着汽车行业的蓬勃发展，驾驶员和乘客的安全非 常重要，怎么能说非常重要呢？那是相当的重要啊。在目前国内和国外在许 多汽车上已经普遍增设了能量的吸收装置，不仅如此国外的汽车要么就马力 强劲，要么就质量很过关，在这个方面国产车确实存在着许多的不足之处， 毕竟我国 1949 年才建国，二许多的西方发达国家早早的就开始了工业革命， 早早的进入了工业化，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等等，并且 逐步推广转向系统在国外实现可专业化生产，以专业厂为主、人力进行试验 和研究，国外大部分的国家对真正的有技术性的工程师的待遇是十分好的， 在人才的培养这一方面上我们国内确实存在着不足，这就大大提高了产品的 产量和质量。反观国内，虽然近几年也在重视人才的培养，重视工业的发展 了，但是存在着许多的大型国企效益不是很高，导致现在都是民营和国企混 办的了，不过我感觉现在情况好了很多了，这真的是一个越来越看重能力的 社会了，一些混吃等死的关系户也不会再去放到关键的岗位上，国内的情况 整体也是在变好吧。在日本精工公司的转向系统就以成本低、质量好、产量 大，专业广著称于世界。但是日本的上班族其实日子很辛苦的，他们国家非 常的注重额外的工作时间用我们自己的话说就是加班，不停的加班，虽然也 许效率不是很高，但是时间一定要跟的上，可能和一个国家的民族习惯有关 吧，在日本家庭里男人的地位是十分高的，因为在男女结婚以后，女人在很 多的情况下都选择了作为一名家庭主妇，所有的养家的经济来源就全部的放 到了男人的身上，还有就是自古以来日本的男尊女卑现象都是十分严重的。 它从 1948 年开始生产 ZF 型转向系统，年产各种转向系统 200 多万台。还有 一些比较大的转向系统生产厂，如美国德尔福公司 SAGINAW 分部，英国 BURMAN 公司都是比较有名的专业生产厂家，都有很大的产量和销售面，反观 国内也得到了很快的发展，在整体转向，半分置转向这两个方面上下足了功 夫，而整体式转向多用于前桥负荷 3-8t 的汽车。 太原工业学院毕业设计 2 从整体的发展趋势看，国外整体的转向系统发展较快，国内紧随其后，因 为我国现在越来越重视了实体也的发展，即也是工业方面的发展。有一句话 说的好，实干兴邦，空想误国，只有把工业发展好了我们的国家才能强大， 只有努力的在追赶国外优秀生产厂家的脚步，并且不能轻易的停下来，毕竟 我国的工业相对于其他发达国家比还是有这差别的，从一个小小的转向梯形 机构在到整个大大的车身都是有区别的，正所谓不积跬步无以至千里，所说 的就是这么一个道理。 1.2汽车转向梯形机构的设计背景1.2汽车转向梯形机构的设计背景 在汽车行业飞速发展的大环境下，汽车的前轮的定位参数的确定仍然是困 扰着汽车行业中的很难的一个问题。汽车前轮的定位参数是汽车的重要参数 之一，前轮的定位参数是否是合理的，这个问题将会严重影响到车辆的很多 性能， 造成汽车行驶转向上的安全问题， 这个问题感觉上是一个很小的问题， 但是它却是不能忽略的，我们来举一个例子：例如主销后倾角和内倾角将会 直接影响到车辆的直线行驶过程中的行驶稳定性和高速制动时候的控制方 向的稳定性，转向前轮的外倾角和前束值的是否能够合理匹配将会会影响到 前轮的策划问题和异常的损耗问题，于此同时转向轮外倾角上面的问题也会 间接的影响到车辆的动力问题和燃油的的经济性。而后倾角的问题是否出现 将影响到前轮的振摆。从而导致了车辆方向的操纵稳定性的变坏，并且增加 了许多与之相关零部件的负载，因此降低了车辆的行驶安全稳定性和车辆行 驶的安全性，只有保证了汽车行驶的安全性，才能够保证驾驶员的人身安全 问题。因此，如果前轮定位参数定位的不合理这种情况出现的话，就会大大 的降低了汽车的使用性能，增加了驾驶员的驾驶难度，并且由于汽车转向前 轮的定位参数的确定必须考虑到多种相关问题上的影响，从而导致了汽车转 向前轮的定位的各个参数对汽车性能的影响不可能是完全独立的，所以上述 的这些相关的问题就对汽车转向前轮的参数定位增加了许多的困难，这种感 觉就像一个人走到了撒哈拉沙漠，但是水资源缺严重不足，必须想办法努力 的去解决的。 汽车的转向传动机构的主要作用就是使用汽车在转向时期内转向轮和外 太原工业学院毕业设计 3 转向轮具有正确的转角关系，这个关系对汽车轮胎的磨损和破坏，转向半径 和转向力都有着重要的影响。汽车在转向行驶的这一过程中，由于主销后倾 角和主销内倾角的存在，从而导致了汽车转向系统机构的运动其实并不是完 全在同一个平面内的，上述的这种情况就增加了转向研究的难度。所以人们 在研究传统的整体式转向机构的问题研究的时候就会去采用近似的平面运 动的分析方法，但是实际上转向梯形机构的运动其实并不是在同一个平面内 的，理想情况与实际情况的研究过程中就会必然存在着误差。 1.3转向机构的简介1.3转向机构的简介 转向机构的作用：把转向器的输出力交给转向轮，并一定要使两个转向前轮 偏转角按照一定的关系进行变化，从而实现了汽车的顺利转向，保证了汽车转向 的安全性。 转向机构的一般组成：1、转向直拉杆 2、转向节臂 3、转向横拉杆 4、转 向机构左梯形臂，转向机构右梯形臂。 因为两个转向前轮转动的角度不同，所以由前轴、转向横拉杆、左右梯形臂 所形成的四边形为梯形，这个梯形就是本文主要研究的转向梯形。 1.4转向梯形机构的自由度的分析与计算1.4转向梯形机构的自由度的分析与计算 转向梯形机构是以机械原理中平面四连杆机构为原型的， 并且是属于平面四 连杆机构中的双摇杆机构。下面我们就首先来分析一下转向梯形机构的自由度， 将转向梯形机构的结构简图做出如下图所示： 图中 AB 为转向梯形机构的横拉杆， AC、 BD 分别为转向梯形机构的左梯形臂和右梯形臂，CE 为转向梯形的转向节臂。 下图所示的简图完全的将转向梯形机构简化到平面上了， 方便了人们的分析与计 算，并且结果一目了然，做起计算、分析、都是十分方便的，因此我们并不是选 择转向梯形机构的完整零件图来进行分析和计算， 而是选择了简单明了的转向梯 形机构的结构简图。 太原工业学院毕业设计 4 图 1.4 转向梯形机构简图 转向梯形机构简图如图 1.4 所示 转向直拉杆是用来带动 CE 运动的构件，在分析自由度的时候不能把转向 直拉杆和转动副 E 算进去，所以上图所示机构的自由度为： F=3n-2P1-Ph=3*3-2*4=1 即，机构的自由度为 1. 1.5转向梯形机构的机构选择1.5转向梯形机构的机构选择 本论文主要采用结构简单、 工作可靠的整体式转向梯形机构， 如下图所示为： Pro-E 建模转向梯形机构的实体模型。 太原工业学院毕业设计 5 图 1.5. 转向梯形机构三维图 图 1.5 转向梯形机构三维俯视图 太原工业学院毕业设计 6 图 1.5 转向梯形机构三维底面结构图 太原工业学院毕业设计 7 2转向梯形机构的结构及其工作原理2转向梯形机构的结构及其工作原理 下图 2.0 为转向梯形机构的实体缩小图，加深了我们对转向梯形机构的认识 和了解，让转向梯形机构一面了然的出现在我们的面前，并且对下面的分析与计 算起到了很大的帮助，让我们对汽车的转向梯形机构有了更好的认识。 图 2.0 转向梯形机构的实体图 2.1整体式转向梯形2.1整体式转向梯形 因为整体式转向梯形结构简单，使用方便，经济型及其实际应用价值较高， 最主要的是应用范围较广，具有较高的研究价值。 图 2.1 转向梯形机构的结构简图 1、转向器2、转向摇臂3、转向直拉杆4、转向节臂5、梯 形臂6、转向横拉杆 太原工业学院毕业设计 8 2.2转向梯形机构的工作原理2.2转向梯形机构的工作原理 图 2.2 转向梯形机构的原理图 载重汽车的转向梯形是基于机械原理中的四连杆机构而来的， 而在转向梯形 机构中的两个连接架都是摇杆，所以转向梯形在四连杆机构中是属于双摇杆机 构，并且在双摇杆结构中，如果两摇杆长度相等并最短，则构成等腰梯形结构。 如图 2.2 所示，汽车在前轮转向行驶的时候是通过上图等腰梯形 ABCD 驱使 其前轮的转动来完成的。汽车的两个前轮分别与两摇杆 AB、CD 相连，当汽车沿 直线行驶的时候，即汽车的转弯半径 R=的时候，汽车前轮的左轴和右轴的轮 线与汽车的机架 AD 能够形成一条直线，当汽车在转向的时候，要求汽车的左轮 和右轮需要转过不能相同的角度、。理论上是希望汽车前轮两轴的延长线的 交点 P 始终能够落在汽车后轮轴的延长线上。这样的话，整个车的车身就能够绕 着 P 点转动，使得汽车的四个车轮都能够与地面形成纯滚动，从而减少了轮胎的 磨损，减少了油耗，延长了汽车轮胎的使用寿命，降低了成本。 现在我们以汽车的两轮转向为例，见上图，汽车的两个转向轮的轮轴延长线 太原工业学院毕业设计 9 应在后轴延长线上， 由上图就可以明显的看出前轴内侧的转向轮偏转角大于外侧 的转向轮偏转角，并且两者的关系为： L K cotcot 式中： L 为汽车轮距， K 为两侧转向轮主销轴线延长线与地面交点 A、 B 之 间 的距离， 上述公式为理想的内外轮的转角的关系， 也称之为转向梯形的理论特性， 它是汽车顺利转向的理论依据。 转向梯形机构虽然能够使得内转向轮和外转向 轮按照一定的偏转角比例的转动， 但是它不能完全保证内转向轮和外转向轮在任 何的偏转角都符合上述要求的理论特性， 所以汽车在转向的时候转向轮可能会出 现滑移而不是纯滚动， 但是这种滑移在汽车使用过程中经常会引起转向梯形机构 的轻微变形， 这种轻微的变形不仅仅破坏了转向梯形机构的各相关参数之间的正 确关系，而且也改变了前轮的定位，而且又改变了转向梯形机构的实际性能，降 低了转向梯形机构的可操作性，大大增加了汽车在转向行驶过程中的行驶阻力， 增大了汽车驾驶员的疲劳感，加剧了轮胎的损耗。因此，在汽车行驶中应尽量避 免超载、超速、起步过猛和不必要的刹车即紧急制动。以免前轴发生弯曲和扭转 的变形。如果前轴发生变形了，一定要及时矫正。避免发生安全事故。增加了驾 驶员的安全系数，保证其驾驶的安全。 2.3汽车左转时的理想情况2.3汽车左转时的理想情况 图 2.3 汽车左转行驶时候的理想图 太原工业学院毕业设计 10 首先明确两主销中心线的延长线和地面的交点 A 和 B，然后向后轴作两条直 线，并且这两条直线要与汽车的纵轴线是平行的，然后交汽车的后轴轴线到 C、 D 两点，然后连接汽车前轴轴线的中点 E 和后轴轴线上的 C 点在 EC 线上随便选 一个点 F（主意：F 点是任意选择的，只是方便上图的计算）然后将 F 点分别与 A、B 点相连接，并且过 F 点作汽车前轴轴线的垂线 FG。得到下述关系： 在AFG 与BFG 中： coti=AG/GF=（AE-EG)/GF cotH=BG/GF=(BE+EG)/GF cotH-coti=2EG/GF GFEAEC 2EG/GF=2AE/AC=K/L 由上述关系可以知道，EC 线上任意一点与 A,B 两点相连线然后所成的角度 i 和H 在理论上都符合转向梯形机构的理论特性。 所以可以知道 EC 为左向时 转向梯形的理论特性曲线，也称之为转向轮正确转角关系的理论特性曲线。 2.4转向梯形机构的实际特性曲线2.4转向梯形机构的实际特性曲线 转向梯形机构的实际特性曲线普遍情况下用作图法求出，步骤为： 根据给定的外轮转角求出相应的内轮转角 如图 2.4.1 所示：按已经知道的假设梯形臂长度为 m 和横拉杆长度 n，做出 中间位置时的转向梯形图， 再将一系列的外轮偏转角H 值给出， 以 B 点为圆心， 以 m 为半径画弧，与一系列外轮的偏转角H 相交。再以这些交点为圆心、再以 横拉杆长度 n 为半径画弧，它与以 A 点为圆心、以 m 为半径的圆弧相交，将这些 交点分别与 A 点相连，即得出相对应的内轮偏转角i 的取值。 太原工业学院毕业设计 11 图 2.4.1 转向梯形机构的实际特性曲线 图 2.4.2 转向梯形机构的实际转向曲线 如图 2.4.2 所示分别将一系列外轮转角H 画到以 AB 为角的始边， B 点为角 的顶点的位置上，再将各对应的的内轮转角i 画到以 A 为角顶点的位置上，再 将与之相对应的偏转角的射线的交点连接起来以后所得到的上图， 这便就是转向 梯形机构的实际的特性曲线。 由以上的图解分析可以明显的看出转向机构的实际特性曲线不一定与转向 梯形机构的实际特性曲线重合， 在实际的汽车行驶的过程中只是尽量的使两者接 近而已。 太原工业学院毕业设计 12 3转向梯形在实际转向中的应用3转向梯形在实际转向中的应用 3.1汽车在理论转弯行驶过程的分析3.1汽车在理论转弯行驶过程的分析 理论上是要保证汽车内外转向轮的转角应该要符合阿克曼关系式的， 但是在 实际中的汽车转向行驶的这一过程中却无法完全保证汽车内转向轮和外转向的 轮转角关系始终满足阿克曼公式， 而只是在汽车转弯行驶一定的角度范围内比较 接近而已。 下面我们就来分析一下在车辆实际的转弯情况， 汽车的实际转向行驶的过程 中转弯角时不能过大的， 下面就根据汽车的实际转弯行驶情况和汽车实际转弯的 经验来进行分析与计算，最后得出我们所要的结论，即载重汽车应该选择哪个范 围才是最好，实用性才是最高的： 图 3.2 转向梯形机构理论转向图 3.2根据转向梯形机构的理想模型进行的分析和计算3.2根据转向梯形机构的理想模型进行的分析和计算 如图 3.2 所示： 设i、o 分别为汽车的内、外转向车轮的转角，L 为汽 太原工业学院毕业设计 13 车前轴到后轴的轴距，K 为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离。如果想 要保证载重汽车的全部车轮都要绕一个瞬时转向中心行驶的话， 那么载重汽车转 向梯形机构应该要保证内转向车轮、外转向车轮的转角关系要满足阿克曼关系 式，所以下式为： L K iocotcot 若自变角为o，则因变角i 的期望值为： )cot(cot)( L K oarcofi-公式 1 3.3汽车实际转向过程中的角度分析与计算3.3汽车实际转向过程中的角度分析与计算 以图 3.2 所示的转向梯形机构作为例子， 利用余弦定理便可推导出转向梯形 所给出的实际因变角 i为： )cos(21 2cos)cos(cos2 arccos )cos(21 )sin( arcsin 22 o m k m k o m k o m k m k o i 公式 2 式中，m 为梯形臂长：为梯形底角。 通过上述转向梯形所给出的实际因变角i，应该尽可能的去接近理论上的 期望值。实际因变角i 偏差在最常用中间位置附近小角范围内应尽量小，目的 是为了减少汽车在高速行驶这一过程的时候轮胎的磨损， 无形中增加了汽车轮胎 的使用寿命，而在不常使用并且在汽车车行驶车速速比较低的最大转角的时候， 可以适当的增大一点偏差。因此，我们引入了加权因子o（o） ，构成的目标 函数 f（x）为 o oii oiioii oixf o o oi 100 )( )()( )()( max 1 将公式 1，公式 2 代入上式可得： 太原工业学院毕业设计 14 0 0 1001 )cot(cot )cos(21)( 2cos)cos(cos2 arccos )cot(cot )cos(21)( )sin( arcsin )()( max 1 22 o oi L K oiarc oi m k m k oi m k L K oiarc oi m k m k oi ixf 式中，x 为变量，即xx1，x2=，m；omax 为外转向车轮最大转角， 于是可得： a D L o 2 min arcsinmax 式中，Dmin 称为汽车转弯行驶过程中的最小的转弯直径；a 为主销偏移距。 考虑到多数使用的汽车行驶转向情况下的转角o 小于 20 度，并且 10 度以内的 小转角使用的次数会更多，所以可以得到下列取值： （o）=1.50o10 （o）=1.010o20 （o）=0.520oomax 3.4如何建立传动角、梯形臂 m、梯形底角的可行域问题3.4如何建立传动角、梯形臂 m、梯形底角的可行域问题 在建立约束条件的时候应该考虑到：变量 m 以及变量比较小的时候，则 会将使得转向梯形机构中的横拉杆上的转向力过大， 如果仅仅当变量 m 过大的时 候， 则将会使得转向梯形的合理布置成为一个比较难处理的问题，所以对于变量 太原工业学院毕业设计 15 m 的上极限、下极限，以及对于变量的下极限应该必须去设置约束条件。 ，因 为没有必要对变量的上限加以限制， 所以可以根据变量的取值范围从而构成以 下的约束条件 0 min mm 0 max m m 0 min 梯形臂长度 m 常取值在K m 11 . 0 min ，K m 15 . 0 max ， 梯形底角 0 min 70 。 另外， 根据机械原理的平面四连杆机构可以知道，四连杆机构的传动角不应该过 于小，通常取 0 min 40。正如图上，当转向梯形机构在汽车向右转弯达到极 限位置时，传动角已经达到了其最小值，所以只要考虑汽车右转弯行驶时 min 便可。 利用余弦定理，可推导出最小传动角约束条件为 k m o 2 cos)cos(cos min)(cos2cos min min 0，式中，min 为最小传动角 已知了 a D L o 2 min arcsin max ，又因为min 为变量 m 以及变量的函数，所 以便可确定了可行域 太原工业学院毕业设计 16 3.5通过确定可行域，对比阿克曼实际与理论特性曲线得出结3.5通过确定可行域，对比阿克曼实际与理论特性曲线得出结 论论 由以上 a，b，c 确定的可行域以及图 3.5 所示的阿克曼梯形特性曲线与阿克 曼理论特性曲线的对比情况： 图 3.5 阿克曼理论曲线与实际曲线对比图 便能确定了 b 图的可行域适合载重汽车的使用，因为 b 图的可行域对于min 的 较大， 并且min 较小是适用的， 所以 b 可行域适合载重汽车使用 （普遍情况下） 。 太原工业学院毕业设计 17 4转向梯形机构的转向横拉杆的研究4转向梯形机构的转向横拉杆的研究 图 4.0 横拉杆总图 4.1转向横拉杆的简介及其常用制作材料4.1转向横拉杆的简介及其常用制作材料 转向横拉杆是转向传动机构中十分重要的组成部分， 它的作用就是连接左梯 形臂和右梯形臂的，并且使左右梯形臂协调的进行工作。转向梯形横拉杆在汽车 的行驶过程中反复的去承受拉力和压力， 所以在制造横拉杆的材料上会更多的去 选用高强度冷拉刚管。 太原工业学院毕业设计 18 图 4.1 横拉杆部分实体图 4.2转向横拉杆的组成4.2转向横拉杆的组成 转向横拉杆由转向横拉杆体 1 和两端的横拉杆接头 3 组成， 转向横拉杆的两 端是具有正反旋向螺纹（一端为右旋，另一端为左旋）转向横拉杆体在汽车的行 驶转向的时候是可以调节自身的长度的，从而去调整转向轮的前束值。转向横拉 杆接头 3 的螺纹部分是必须具有缺口的，目的是使横拉杆接头上的螺纹具有弹 性。当横拉杆接头旋转安装到横拉杆体上后，这样便会更好的将螺母 2 夹紧，防 止造成不必要的脱落。 接头中的球头销 6 的尾部与梯形臂或者梯形的转向节臂相 连。球头座要用聚甲醛材料制成，使球头座具有很好的耐磨性。装配的时候要使 两球头座的凸凹部分互相嵌合， 横拉杆上的弹簧的作用是保证球头座与球头紧密 的配合，并且起到一定的缓冲作用，减小其承受的受力变形，而弹簧本身的预紧 力是由螺塞调整的。 太原工业学院毕业设计 19 5横拉杆的失效模式及其原因分析5横拉杆的失效模式及其原因分析 5.1转向横拉杆的重要性及其在汽车转向行驶的作用5.1转向横拉杆的重要性及其在汽车转向行驶的作用 汽车转向横拉杆对汽车的行驶安全起着至关重要的作用， 所以转向横拉杆发 生断裂时，轻则会使汽车的转向系统失去控制即转向系统失灵，严重的情况会造 成交通事故，后果不堪设想，这就说明了汽车的转向机构很直接的在影响着汽车 操纵的稳定性，汽车行驶运行的安全性能，也影响着汽车车轮的使用寿命，正确 的转向机构的设计，才能够使得汽车在转弯行驶的这一过程中，汽车全部的车轮 都会绕瞬时转向中心旋转， 这就保证了在不同的圆周上运动着的车轮在作无滑动 的纯滚动的运动，上述情况就大大的减小了轮胎的损耗和动力的消耗，无形中延 长了轮胎的使用寿命。 而且汽车转向横拉杆是汽车转向机构中的十分重要的零部 件。 转向横拉杆还是联系着转向梯形左梯形臂和右梯形臂的主要零部件并且致使 左、 右梯形臂协调的进行运动，而且横拉杆在汽车行驶转弯的过程中不断反复的 承受着拉应力或者压应力， 一旦横拉杆出现失效的话常常就会造成十分严重的后 果，甚至出现交通事故，对驾驶员的安全造成了很大的威胁。 5.2横拉杆失效模式的分析5.2横拉杆失效模式的分析 下面我们详细的介绍下横拉杆断裂失效模式： 图 5.2 已经失效断裂的部分横拉杆图 太原工业学院毕业设计 20 在一般情况下，即在汽车正常的形式转弯的过程中横拉杆在汽车左转时受到压 力，右转向的时候受到拉力。当横拉杆中心与球销中心重合的时候，这种情况属 于杆系受力。在某种特殊的情况下，由于某些车型的油底壳与横拉杆进行干涉， 就有机会导致部分横拉杆中间的部位下沉，但是这种情况人为是可以避免的。图 5.2 是发生断裂失效的横拉杆的示意图，由图可知：已经产生断裂失效的横拉杆 接头与横拉杆的正确旋合位置发生了一定程度上的偏移。 我们在通过人为的外力多次进行破坏，从而导致横拉杆出现断裂失效的现 象， 在外力的剧烈冲击下会观察到转向横拉杆将会产生弯曲的现象，然后因为转 向横拉杆自身的结构发生改变后从而受到了不对称的双向弯曲应力， 最终导致材 料达到了弯曲疲劳极限从而断裂， 在横拉杆发生断裂的过程中会观察到首先出现 上述的偏移现象。 结论： 其实在上图出现断裂失效的转向横拉杆以及大多数出现断裂失效情况 的横拉杆其根本原因就是在断裂处产生了应力集中的现象， 导致该处应力过大超 过了材料的极限疲劳应力。 所以在实际生产的过程中我们尽量要避免这种情况的 发生。 5.3制作横拉杆工艺的改进5.3制作横拉杆工艺的改进 并从以下几个方面进行改进： 1保证零部件的加工尺寸在图纸要求的范围内。 2确保螺纹精度并且要将毛刺清理干净， 装配时保证左右接头旋合长度对 称。 3适当的改变横拉杆局部尺寸， 保证横拉杆上容易出现应力集中的部位错 开一定的距离。 太原工业学院毕业设计 21 6横拉杆球头的加工工艺问题6横拉杆球头的加工工艺问题 在开始加工球头零件时大多数都是单件小批量的生产， 单随着生活节奏的加 快，生产量不断的增加，随之产生了新的加工工艺。 新的加工工艺为：下料， 锻造，正火，车削，铣削（粗铣，精铣） ，高频淬火，装配。 球面的铣削，提高了生产效率，提高了漆面质量的稳定性，在大批量生产横 拉杆球头的时候，便会采用高频淬火，因为高频淬火在大批量生产的时候可以保 证其球头表面硬度均匀， 对淬硬层深容易控制， 但是对操作者的技术要求比较高。 那么我们在简单的介绍一下高频淬火： 图 6.0 高频淬火的原理示意图 图 6.0 为高频淬火的示意图：当所加工的球头类型零部件旋转到与感应器同 一平面时工件被加热，随着工件不断旋转则不断被加热一直达到淬火温度的时 候，将感应器断电停止加热，并同时喷水迅速冷却。 太原工业学院毕业设计 22 7转向梯形机构的动态模拟7转向梯形机构的