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载重汽车转向桥设计【汽车类】【4张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: 载重汽车转向桥设计载重汽车转向桥 cad图纸毕业论文

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载重汽车转向桥设计

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载重汽车转向桥设计

摘要

本设计为载重汽车的转向桥，此转向桥需要适应不同路况，不同速度下的稳定行驶，因此对前桥的要求也越来越高。在汽车设计、制造、因此应该本着既能有足够的承载能力，又能实现耐用经济的思想进行方案的选择，为了降低生产成本，又在结构上满足要求的情况下应尽量简单。

通过设计：（1）保证有足够的强度：以保证可靠的承受车轮与车架之间的作用力。（2）保证有足够的刚度：以使车轮定位参数不变。（3）保证转向轮有正确的定位角度：以使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损。（4）转向桥的质量应尽可能小：以减少非簧上质量，提高汽车行驶平顺性。

通过分析工作原理设计转向节、前轴、主销等零件的尺寸，使各个零部件的强度满足校核，并运用caxa等绘图软件绘制装配图和零件图。

关键词: 转向桥；定位参数；转向节；前轴；主销

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

前言1

1.汽车转向桥的概况2

1.1汽车转向桥目前状况2

1.1.1汽车前桥的分类2

1.1.2前桥各参数对汽车稳定性的作用与影响2

1.2从动桥的结构形式5

1.2.1 从动桥总体结构5

1.2.2 载重汽车从动桥6

1.2.3 载重汽车从动桥7

1.2.4设计意义7

2.转向桥的设计结构参数8

2.1结构参数选择8

2.2从动桥总体结构选择8

2.3确定前桥具体结构型式8

3.前轴设计9

3.1前轴强度计算9

3.1.1前轴受力分析简图9

3.1.2前轴载荷的计算（分三种工况分析）10

3.2前轴弯矩及扭矩计算11

3.2.1前轴断面分析图11

3.2.2各个断面弯扭矩计算（分三种工况分析）12

3.3断面系数计算13

3.4应力计算19

3.5前轴材料的许用应力20

4.转向节设计21

4.1截面系数计算21

4.2弯矩计算21

4.3应力计算22

4.4转向节的材料、许用应力及强度校核22

5.主销设计23

5.1主销受力计算参数23

5.2计算载荷23

5.3弯矩计算25

5.4抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积的计算25

5.5应力计算26

5.6主销材料及许用应力27

6.转向传动机构设计28

6.1转向传动机构强度计算28

6.1.1球头销29

6.1.2转向拉杆29

6.1.3转向摇臂29

6.2杆件设计结果30

7.经济技术分析31

7.1我国汽车车桥行业发展历程31

7.2国内汽车车桥产量和市场容量分析31

7.3汽车车桥业发展特征及问题透视31

7.4车桥产品结构解析－转向桥经济性分析31

7.5提高转向桥经济性32

8.结论33

致谢34

参考文献35

附录36

主销内倾也是为了保证汽车直线行驶的稳定性并使转向轻便。主销内倾使主销轴线与路面的交点至车轮中心平面的距离即主销偏移距减小，从而可减小转向时需加在方向盘上的力，使转向轻便，同时也可减小转向轮传到方向盘上的冲击力。主销内倾使前轮转向时不仅有绕主销的转动，而且伴随有车轮轴及前横梁向上的移动，而当松开方向盘时，所储存的上升位能使转向轮自动回正，保证汽车作直线行驶。内倾角一般为；主销偏移距一股为30～40mm。轻型客车、轻型货车及装有动力转向的汽车可选择较大的主销内倾角及后倾角，以提高其转向车轮的自动回正性能。但内倾角也不宜过大，即主销偏移距不宜过小，否则在转向过程中车轮绕主销偏转时，随着滚动将伴随着沿路面的滑动，从而增加轮胎与路面间的摩擦阻力，使转向变得很沉重。为了克服因左、右前轮制动力不等而导致汽车制动时跑偏，近年来出现主销偏移距为负值的汽车。

主销后倾使主销轴线与路面的交点位于轮胎接地中心之前，该距离称为后倾拖距。当直线行驶的汽车的转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转时，汽车就偏离直线行驶而有所转向，这时引起的离心力使路面对车轮作用着一阻碍其侧滑的侧向反力，使车轮产生绕主销旋转的回正力矩，从而保证了汽车具有较好的直线行驶稳定性。此力矩称稳定力矩。稳定力矩也不宜过大，否则在汽车转向时为了克服此稳定力矩需在方向盘上施加更大的力，导致方向盘沉重。后倾角通常在以内。现代轿车采用低压宽断面斜交轮胎，具有较大的弹性回正力矩，故主销后倾角就可以减小到接近于零，甚至为负值。但在采用子午线轮胎时，由于轮胎的拖距较小，则需选用较大的后倾角。举一个生活中的例子：我们在骑自行车拐弯的时候，会自然地将车子向所转的方向倾斜，让车轮与地面有一个夹角，学过物理的人知道，这样做是为了产生足够的向心力。汽车也是一样，右侧车轮在右转弯的时候在主销内倾角和后倾角的共同作用下会向右侧倾倒，而左侧车轮虽也有主销内倾角，却不会向左侧倾倒，因为还有主销后倾角，把它又拉了回来，甚至也能向右微微倾斜。不仅如此，两侧车轮的转动还使右侧车身降低，左侧车身抬高，整个车身也向右倾斜，于是产生了足够的向心力。1.2.4设计意义：

采用传统方法对载重汽车转向桥进行结构尺寸设计，使转向桥满足如下的设计要求：

（1）保证有足够的强度：以保证可靠的承受车轮与车架之间的作用力。

（2）保证有足够的刚度：以使车轮定位参数不变。

（3）保证转向轮正确的定位角度：使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎磨损。

（4）从动桥的质量应尽可能小：以减少非簧上质量，提高汽车行驶平顺性。

合理优化前梁、转向节、等零部件的结构，使各个部分零件能够合理的配合，以适应复杂路况。尽可能降低整个桥身的质量，从而减轻车的重量。并且对车轮轮毂进行配合设计，使其与转向桥合理配合达到灵活转向的目的2.转向桥的设计结构参数

2.1结构参数选择

转向桥设计参数参照东风EQ140型号汽车前桥数据获得，如表2-1所示

表2-1

汽车总质量Ga（N）前轴轴载质量G1（N）汽车质心至前轴中心线距离L1（mm）汽车质心至后轴中心线距离L2(mm)轴距 L（mm）汽车质心高度hg(mm)前钢板弹簧座中心距B(mm)

42140231282200127039001100850

主销中心距B′(mm)前轮距B1(mm)车轮滚动半径rr(mm)主销内倾角 β主销后倾角 ?前轮外倾角a前轮前束

167018004906°2°1°2～4

2.2从动桥总体结构选择

本前桥采用非断开式转向从动桥

2.3确定前桥具体结构型式

（1）前轴结构形式：工字形断面加叉形转向节主销固定在前轴两端的拳部里。

（2）转向节结构型式：整体锻造式。

（3）主销结构型式：圆柱实心主销。

（4）转向节止推轴承结构形式：止推滚柱轴承。

（5）主销轴承结构形式：滚针轴承

（6）轮毂轴承结构形式：单列向心球轴承

（7）前轮定位角选择见表1本设计参考汽车的转向从动桥的两种形式既断开与非断开式而确定载重汽车转向从动桥的方案:主销采用实心圆柱形,前轴为工字钢的组焊形式。并对其内部参数进行设计计算和对主销、前轴、转向节等零件强度进行计算，并最终设计出一个经济耐用且能够与转向节和主销配合紧密，可以在正常环境下工作的系统。

车辆在制动和侧滑情况下,出现重量前移的现象,此时转向从动桥受力最大。因此本次设计在制动和侧滑两中工况下对前轴,转向节主销,转向节衬套,转向推力轴承进行应力校核。

前轴校核:前两钢板弹簧座附近断面处的应力最大,在此处校核其弯曲应力和扭转应力的大小。主销:在汽车制动时它的最大载荷发生在下转向节衬套的中点,对其进行校核。转向节衬套进行挤压应力校核。推力轴承进行最大当量载荷校核。！

参考文献

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[10].余志生.汽车理论 [M].高等教育出版社，2004.1

内容简介：: 附录2中文翻译汽车转向系统的发展历史及未来技术趋势屈裕丰（合肥工业大学，机械汽车工程学院）摘要：转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统，驾驶者通过方向盘来操纵和控制汽车的行进方向，从而实现自己的驾驶意图。一百多年来，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。本文介绍了汽车转向系统的历史及未来的技术发展趋势。关键词：转向系统；转向器；液压助力传统的汽车转向系统是机械式的转向系统，汽车的转向由驾驶员控制方向盘，通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转，从而实现转向。随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。汽车转向动力的来源由以前的人力转变为人力加液压助力。液压助力系统HPS（Hydraulic Power Steering）是在机械式转向系统的基础上增加了一个液压系统而成。该液压系统一般与发动机相连，当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。这种助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减小驾驶者作用在方向盘上的力，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性行的稳定性。但同时液压助力系统也存在一些缺点：在车辆设计制造完成后，车辆转向的助力特性不能改变。直接后果是，当助力特性偏向于低速助力时，汽车在低速段可以得到很好的助力，但是在高速段需要有较好路感的时候，由于助力特性不能调节，使得驾驶者没有较好的路感；当助力特性偏向于高速助力时，在低速段得不到很好的助力效果；即使车辆不转向，液压系统也必须在发动机的带动下工作。其结果是，消耗发动机能量，增加油耗；存在液压油泄漏问题，不仅对环境造成污染，而且容易使其他部件损坏；在低温下，液压系统的工作性能比较差。近年来，随着电子技术在汽车中的广泛应用，转向系统中也愈来愈多地采用电子器件。转向系统因此进入了电子控制时代，相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两类：电动液压助力转向系统EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和电控液压助力转向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。电动液压助力转向系统是在液压助力系统基础上发展起来的，与液压助力系统不同的是，电动液压助力系统中液压系统的动力来源不是发动机而是电机，由电机驱动液压系统，节省了发动机能量，减少了燃油消耗。电控液压助力转向也是在传统液压助力系统基础上发展而来，它们的区别是，电控液压助力转向系统增加了电子控制装置。电子控制装置可根据方向盘转向速率、车速等汽车运行参数，改变液压系统助力油压的大小，从而实现在不同车速下，助力特性的改变。而且电机驱动下的液压系统，在没有转向操作时，电机可以停止转动，从而降低能耗。虽然电液助力转向系统克服了液压助力转向的一些缺点。但是由于液压系统的存在，它一样存在液压油泄漏的问题，而且电液助力转向系统引入了驱动电机，使得系统更加复杂，成本增加，可靠性下降。为了规避电液助力转向系统的缺点，电动助力转向系统EPS（Electric Power Steering）便应时而生。它与前述各种助力转向系统最大的区别在于，电动助力转向系统中已经没有液压系统了。原来由液压系统产生的转向助力由电动机来完成。电动助力式转向系统一般由转矩传感器、微处理器、电动机等组成。基本工作原理是：当驾驶者转动方向盘带动转向轴转动时，安装在转动轴上的转矩传感器便将转矩信号转化为电信号并传送至微处理器，微处理器根据转矩信号并结合车速等其他车辆运行参数，按照事先在程序中设定的处理方法得出助力电动机助力的方向和助力的大小。自1988年日本铃木公司首次在其Cervo车上装备该助力转向系统至今，电动助力转向系统己经得到人们的广泛认可。助力转向系统优点主要体现在以下几个方面：电动助力转向系统能在不同车速下提供不同的助力特性。在低速行驶时，增加转向助力，使得转向更加轻便；在高速行驶时减少转向助力，甚至为了提高路感增加转向阻尼。电动助力转向系统只在转向时电动机才工作，为转向提供助力，因而能减少能耗。电动机由蓄电池供电，因此电动助力转向系统可以在发动机不工作的情况下工作。电动助力转向系统没有液压系统，与液压助力系统相比，装配自动化程度更高。而且电动助力转向系统可以通过改变微处理器中的助力程序算法，很容易实现助力特性的改变。科学技术的发展总是日新月异的，传统的转向系均由转向操纵机构（方向盘）、转向器、转向传动机构三大部分组成。但是思想的火花总是能给人带来惊喜！电子转向系统SBW（Steering-By-Wire）的诞生颠覆了转向系三大部分的旧有观念，它用微控制器取代了转向传动机构，由三大部分变为了两部分。电子转向系统是汽车转向系统最为先进和前沿的技术之一。它主要由方向盘控制模块、转向执行模块以及微控制器三大模块组成。方向盘控制模块的主要功能是通过转向力矩传感器检测驾驶员的转向意图，并将检测到的信号（包括旋转方向以及旋转速度等）通过总线传递给微控制器，然后微控制器根据此信号，并结合车速信号反馈给方向盘控制模块一个回正力矩，使得驾驶员能够感受到路感。但是这种路感是虚拟的，是开发人员根据千万次的试验数据综合起来，形成的“经验路感”，并以程序的形式固化在微控制器内的。因此它与车速、转向速率以及转向力矩的大小存在着某种对应关系。转向执行机构包括转角传感器、转向电机、转向电机控制器等组成。它的功能是根据微控制器的控制命令，驱动转向执行电机旋转一定角度，完成转向动作。同时转角传感器监测转角的大小，反馈给微控制器，形成一个闭环控制系统，完成精确的转向动作。微控制器是电子转向系统的核心。它接收检测信号，经过处理发送相应的控制信号。由于微控制器取代了转向传动机构，因此各部件之间的机械连接减少了，使转向系统的响应速度和响应的准确性得以提高。而且可以对转向策略进行软件编程控制，实现传动比的任意设置；可与其他设备，如ABS、自动导航设备进行整合。传动机构的减少还带来了更大的汽车内部空间，给驾乘带来更大的乐趣。而且转向行为可以被软件记录下来，保存在EEPROM中，有助于以后进一步完善转向控制策略，甚至还可以为交通肇事提供证据。汽车的安全问题一直是大众关注的焦点。转向系统与灯光系统的结合能给在夜间行驶的车辆带来更好的安全性。如上页左图所示，传统的车辆灯光系统是向车辆正前方直线照射的，如果行人在弯角处，驾驶者将很难发现弯角中的行人，极易造成交通事故。如果灯光系统与转向系统结合起来，如上图所示，当驾驶者在向右打方向盘的时候，灯光随着方向盘角度的变化而向右照射，弯道内侧照明更宽，照明范围更大，那么在道路弯角中的行人将很容易被发现。目前该项灯光照明技术已经在中档的雪铁龙凯旋、丰田凯美瑞上得到应用。目前电子转向系统的可靠性和成本是阻挠其发展的主要因素。主要表现在如果微控制器出现问题，转向系统将完全失灵，其不像电动助力转向系统、电液助力转向系统，在电机或者液压系统出现问题时，还可以以人力来控制汽车。电子转向系统的微控制器出现故障的话，因为没有机械系统能连接方向盘和转向器，因此根本不可能控制汽车的转向。但是尽管如此电子转向系统依然是未来转向系统的发展方向之一。现代汽车转向装置的设计趋势： 1.1 适应汽车高速行驶的需要从操纵轻便性、稳定性及安全行驶的角度，汽车制造广泛使用更先进的工艺方法，使用变速比转向器、高刚性转向器。“变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。1.2 充分考虑安全性、轻便性随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。 1.3 低成本、低油耗、大批量专业化生产随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。 1.4 汽车转向器装置的电脑化汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。 2 现代汽车转向装置的发展趋势 2.1 现代汽车转向装置的使用动态随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。汽车转向器的结构很多，从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有4种：有蜗杆肖式(WP型)、蜗杆滚轮式(WR型)、循环球式(BS型)、齿条齿轮式(RP型)。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占45左右，齿条齿轮式转向器占40左右，蜗杆滚轮式转向器占10左右，其它型式的转向器占5。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的625，发展到现今的100了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占65，齿条齿轮式占 35。2.2 循环球式转向器特点循环球式转向器的特点是：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线。布置方便。特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一些，以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。变速比结构具有较高的刚度，特别适宜高速车辆车速的提高。高速车辆需要在高速时有较好的转向稳定性，必须保证转向器具有较高的刚度。齿条齿扇副磨损后可以重新调整间隙，使之具有合适的转向器传动间隙，从而提高转向器寿命，也是这种转向器的优点之一。我国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆#0;滚轮式转向器，东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出，我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。 2.3 转向器生产专业化循环球式转向器在国外实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本“精工”(NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国ZF公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世。它从1948年开始生产ZF型转向器，年产各种转向器200多万台。还有一些比较大的转向器生产厂，如美国德尔福公司SAGINAW分部；英国BURM#0;AN公司都是比较有名的专业厂家，都有很大的产量和销售面。专业化生产已成为一种趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。 2.4动力转向是发展方向动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的也较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵轻便性和稳定性出发。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于优点明显，还是得到很快的发展。动力转向有3种形式：整体式、半分置式及联阀式动力转向结构。目前3种形式各有特点，发展较快，整体式多用于前桥负荷38t汽车。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。附录附录1英文论文辽宁工程技术大学本科毕业设计开题报告题目载重汽车转向桥设计指导教师院（系、部）机械工程学院专业班级学号姓名日期教务处印制一、选题的目的、意义和研究现状1.研究目的从动桥也称非驱动桥，又称从动车轴。它通过悬架与车架（或承载方式车身）相联，两端安装从动车轮，用以承受和传递车轮与车架之间的力（垂直力、纵向力、横向力）和力矩，并保证转向轮作正确的转向运动。根据从动桥能否转向分为转向桥与非转向桥，本次设计的转向桥是从动桥的一种。一般载货汽车多以前桥为转向桥。本次设计是针对载重汽车的转向桥设计，转向桥作为汽车地盘主要组成之一，它的性能的好坏直接影响整车性能，而对于载重汽车显得尤为重要。当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载重汽车的快速、重载的高效率、高效益的需要时，必须要搭配一个稳定、可靠的转向桥。所以应该采用非断开式转向桥在现代重载汽车上。本文参照传统转向桥的设计方法进行了载重汽车转向桥的设计。2.研究意义：采用传统方法对载重汽车转向桥进行结构尺寸设计，使转向桥满足如下的设计要求：（1）保证有足够的强度：以保证可靠的承受车轮与车架之间的作用力。（2）保证有足够的刚度：以使车轮定位参数不变。（3）保证转向轮有正确的定位角度：以使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损。（4）从动桥的质量应尽可能小：以减少非簧上质量，提高汽车行驶平顺性。合理优化前梁、转向节、等零部件的结构，使各个部分零件能够合理的配合，以适应复杂路况。尽可能降低整个桥身的质量，从而减轻车的重量。并且对车轮轮毂进行配合设计，使其与转向桥合理配合达到灵活转向的目的。3.研究现状目前国内载重汽车前桥一般可以承受10吨左右的载重量，并且大部分都是采用非断开式转向桥。像早期东风汽车公司生产的EQ1090E型载舟货车，它采用的是钢材锻造的并且断面为工字型的前梁，采用非断开式结构。前梁的拳形部分通过主销相连转向节，转向节通过轴承与轮毂相连。这种方式连接稳定、可靠，可以完成车轮的灵活转向。二、研究方案及预期结果（设计方案或论文主要研究内容、主要解决的问题、理论、方法、技术路线及论文框架等）1.研究内容本文首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数，然后参考类似转向桥的结构，确定出总体设计方案，最后对前梁、主销、主销上下轴承、转向桥、调整垫片，转向节推力轴承等及轮毂等零件的尺寸进行设计，对强度进行校核以及对主要轴承进行了寿命校核。对前桥进行力学模型的建立，将物理力学模型转化成数学模型（数学公式）。2.主要解决的问题：对以往同类的转向桥的资料进行总结分析，得到一些新的观点及思路，针对载重车转向桥的主要功用即对车身的支持作用、灵活转向的作用。通过设计使前桥更可靠、更灵活。3. 运用的理论、方法：对主要承受压力的前梁进行了力学模型建立，分析具体受力特点。对其他的各个部分零件通过设计手册，运用经过统计取得的经验公式确定设计。在对各个部分零件的应力计算时需要考虑两种不同的工况下的工作应力。绘制受力简图，运用物理模型对转矩和弯矩进行计算，从而确定各个零件的的尺寸及承载应力。3.技术路线运用材料力学的理论进行转矩、弯矩计算，通过机械设计手册查找对应零件标准。根据经验公式进行强度校核。运用caxa等绘图软件进行零件图、装配图的绘制。3.预期结果通过对载重汽车转向桥的设计，使其能够达到预期的设计目的，能够很好的承载车身的重量，并且实现灵活稳定的转向。4.论文框架第一章：绪论第一章：载重汽车参数选择第二章：确定前桥结构形式及设计参数第三章：前梁强度计算第四章：转向器、主销强度计算第五章：总结三、研究进度第12周:毕业实习、收集资料、撰写开题报告第34周:完成总体方案设计；第56周:完成桥壳、前梁、转向器、主销零件尺寸的设计计算；第78周:完成主销上下轴承、转向节推力轴承等的尺寸与转向梯形设计计算；第910周:绘制转向桥的各个部分的零件图；第1112周:绘制转向桥的总装配图；第1314周:整理文档，图纸，完成毕业设计说明书；第1516周:校对所有设计内容，准备参加毕业设计论文答辩四、主要参考文献1.刘惟信.汽车设计 M. 清华大学出版社,2001.72.邱宜怀.机械设计手册 M. 机械工业出版社,1997.3.刘惟信.汽车车桥设计 M. 清华大学出版社,2004.4 4.王望予.汽车设计 M. 机械工业出版社,2004.85.陈家瑞.汽车构造 M. 机械工业出版社,2006.16.单辉祖.材料力学教程 M.高等教育出版社，2004.17.汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册M.北京理工大学出版社，2001.128.郑泉等.汽车前桥力学分析与软件开发 J.拖拉机与农用运输车,2008，35（4）:469.韩正铜等.机械精度设计与检测 M. 中国矿业大学出版社,2007.810.余志生.汽车理论 M.高等教育出版社，2004.1五、指导教师意见指导教师签字：5 辽宁工程技术大学毕业设计（论文）中文题目：载重汽车转向桥设计外文题目：THE DESEGH OF THE TRUCK STEERING AXLE载重汽车转向桥设计摘要本设计为载重汽车的转向桥，此转向桥需要适应不同路况，不同速度下的稳定行驶，因此对前桥的要求也越来越高。在汽车设计、制造、因此应该本着既能有足够的承载能力，又能实现耐用经济的思想进行方案的选择，为了降低生产成本，又在结构上满足要求的情况下应尽量简单。通过设计：（1）保证有足够的强度：以保证可靠的承受车轮与车架之间的作用力。（2）保证有足够的刚度：以使车轮定位参数不变。（3）保证转向轮有正确的定位角度：以使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损。（4）转向桥的质量应尽可能小：以减少非簧上质量，提高汽车行驶平顺性。通过分析工作原理设计转向节、前轴、主销等零件的尺寸，使各个零部件的强度满足校核，并运用 caxa 等绘图软件绘制装配图和零件图。关键词关键词: : 转向桥；定位参数；转向节；前轴；主销转向桥；定位参数；转向节；前轴；主销辽宁工程技术大学毕业设计（论文）IThe design of the truck steering axleAbstractThis 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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）目录前言.11.汽车转向桥的概况.21.1 汽车转向桥目前状况.21.1.1 汽车前桥的分类.21.1.2 前桥各参数对汽车稳定性的作用与影响.21.2 从动桥的结构形式.51.2.1 从动桥总体结构.51.2.2 载重汽车从动桥.61.2.3 载重汽车从动桥.71.2.4 设计意义.72.转向桥的设计结构参数.82.1 结构参数选择.82.2 从动桥总体结构选择.82.3 确定前桥具体结构型式.83.前轴设计.93.1 前轴强度计算.93.1.1 前轴受力分析简图.93.1.2 前轴载荷的计算（分三种工况分析）.103.2 前轴弯矩及扭矩计算.11辽宁工程技术大学毕业设计（论文）13.2.1 前轴断面分析图.113.2.2 各个断面弯扭矩计算（分三种工况分析）.123.3 断面系数计算.133.4 应力计算.193.5 前轴材料的许用应力.204.转向节设计.214.1 截面系数计算.214.2 弯矩计算.214.3 应力计算.224.4 转向节的材料、许用应力及强度校核.225.主销设计.235.1 主销受力计算参数.235.2 计算载荷.235.3 弯矩计算.255.4 抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积的计算.255.5 应力计算.265.6 主销材料及许用应力.276.转向传动机构设计.286.1 转向传动机构强度计算.286.1.1 球头销.296.1.2 转向拉杆.2926.1.3 转向摇臂.296.2 杆件设计结果.307.经济技术分析.317.1 我国汽车车桥行业发展历程.317.2 国内汽车车桥产量和市场容量分析.317.3 汽车车桥业发展特征及问题透视.317.4 车桥产品结构解析转向桥经济性分析.317.5 提高转向桥经济性.328.结论.33致谢.34参考文献.35附录.360前前言言随着我国交通运输事业的迅速发展，汽车运输的承载重量和运行速度都在不断增加，于是人们对汽车的安全运行也越来越重视，所以对汽车车桥的设计也提出了更高的要求。前桥通过悬架与车架相连，两端安装车轮，其功用是传递车架与车轮之间各方向的作用力及其力矩，因前轮受到垂直力和垂直反力及由其形成的弯矩；水平方向的道路阻力和侧向制动力以及其形成的水平方向的弯矩；由制动力引起的转矩等各种力均需经过前桥前梁传递给悬架，然后再传递给车架，故对前桥前梁有以下的要求：必须有足够的强度和刚度，保证可靠的承受和传递车轮与车架间的最大作用力。应使转向节与主销和前梁间的摩擦力尽可能小。应保证车轮正确的定位角和合适的转向角；从而保证汽车的行驶稳定性和操纵轻便性，减轻轮胎磨耗，以延长前桥的使用寿命。本次设计针对前桥的使用功能方面进行了设计，本着尽量减少车身重量的目的进行设计，随着我国汽车行业的飞速发展，转向桥的制作及设计技术在不久的将来会全面发展，逐渐赶超欧美、日本等先进汽车生产国。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11.汽车转向桥的概况汽车转向桥的概况1.1 汽车转向桥目前状况汽车转向桥目前状况1.1.1 汽车前桥的分类汽车前桥的分类从动桥即非驱动桥，又称从动车桥。它通过悬架与车架(或承载式车身)相联，两侧安装着从动车轮，用以在车架(或承载式车身)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。非断开式转向从动桥主要由前梁、转向节及转向主销组成。转向节利用主销与前梁铰接并经一对轮毂轴承支承着车轮的轮毂，以达到车轮转向的目的。在左转向节的上耳处安装着转向节臂，后者与转向直拉杆相连；而在转向节的下耳处则装着与转向横拉杆相连接的转向梯形臂。有的将转向节臂与梯形臂连成一体并安装在转向节的下耳处以简化结构。转向节的销孔内压入带有润滑油槽的青铜衬套以减小磨损。为使转向轻便，在转向节上耳与前梁拳部之间装有调整垫片以调整其间隙。带有螺纹的楔形锁销将主销固定在前梁拳部的孔内，使之不能转动。1.1.21.1.2 前桥各参数对汽车稳定性的作用与影响前桥各参数对汽车稳定性的作用与影响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。2图 1-1 主销内倾角Figure 1-1 Kingpin Inclination主销内倾也是为了保证汽车直线行驶的稳定性并使转向轻便。主销内倾使主销轴线与路面的交点至车轮中心平面的距离即主销偏移距减小，从而可减小转向时需加在方向盘上的力，使转向轻便，同时也可减小转向轮传到方向盘上的冲击力。主销内倾使前轮转向时不仅有绕主销的转动，而且伴随有车轮轴及前横梁向上的移动，而当松开方向盘时，所储存的上升位能使转向轮自动回正，保证汽车作直线行驶。内倾角一般为；85主销偏移距一股为 3040mm。轻型客车、轻型货车及装有动力转向的汽车可选择较大的主销内倾角及后倾角，以提高其转向车轮的自动回正性能。但内倾角也不宜过大，即主销偏移距不宜过小，否则在转向过程中车轮绕主销偏转时，随着滚动将伴随着沿路面的滑动，从而增加轮胎与路面间的摩擦阻力，使转向变得很沉重。为了克服因左、右前轮制动力不等而导致汽车制动时跑偏，近年来出现主销偏移距为负值的汽车。主销后倾使主销轴线与路面的交点位于轮胎接地中心之前，该距离称为后倾拖距。当直线行驶的汽车的转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转时，汽车就偏离直线行驶而有所转向，这时引起的离心力使路面对车轮作用着一阻碍其侧滑的侧向反力，使车轮产生绕主销旋转的回正力矩，从而保证了汽车具有较好的直线行驶稳定性。此力矩称稳定力矩。稳定力矩也不宜过大，否则在汽车转向时为了克服此稳定力矩需在方向盘上施加更大的力，导致方向盘沉重。后倾角通常在以内。现代轿车采用低压宽断面斜交轮胎，3具有较大的弹性回正力矩，故主销后倾角就可以减小到接近于零，甚至为负值。但在采用子午线轮胎时，由于轮胎的拖距较小，则需选用较大的后倾角。举一个生活中的例子：我们在骑自行车拐弯的时候，会自然地将车子向所转的方向倾斜，让车轮与地面有一个夹角，学过物理的人知道，这样做是为了产生足够的向心力。汽车也是一样，右侧车轮辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3在右转弯的时候在主销内倾角和后倾角的共同作用下会向右侧倾倒，而左侧车轮虽也有主销内倾角，却不会向左侧倾倒，因为还有主销后倾角，把它又拉了回来，甚至也能向右微微倾斜。不仅如此，两侧车轮的转动还使右侧车身降低，左侧车身抬高，整个车身也向右倾斜，于是产生了足够的向心力。图 1-2 车轮外倾角和主销后倾角Figure 1-2 camber and caster angle前轮定位除上述主销后倾角、主销内倾角外，还有车轮外倾角及前束，共 4 项参数。车轮外倾指转向轮在安装时，其轮胎中心平面不是垂直于地面，而是向外倾斜一个角度，称为车轮外倾角。此角约为，一般为左右。它可以避免汽车重载时车轮5 . 15 . 01产生负外倾即内倾，同时也与拱形路而相适应。由于车轮外倾使轮胎接地点向内缩，缩小了主销偏移距，从而使转向轻便并改善了制动时的方向稳定性。4图 1-3 前束Figure 1-3 toe前束的作用是为了消除汽车在行驶中因车轮外倾导致的车轮前端向外张开的不利影响(具有外倾角的车轮在滚动时犹如滚锥，因此当汽车向前行驶时，左右两前轮的前端会向外张开)，为此在车轮安装时，可使汽车两前轮的中心平面不平行，且左右轮前面轮缘间的距离 A 小于后面轮缘间的距离 B，以使车轮在每一瞬时的滚动方向是向着正前方。前束即(B-A)，一般汽车约为 35mm，可通过改变转向横拉杆的长度来调整。设定前束的名义值时，应考虑转向梯形中的弹性和间隙等因素。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(35km/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。1.2 从动桥的结构形式从动桥的结构形式1.2.11.2.1 从动桥总体结构从动桥总体结构各种车型的非断开式转向从动桥的结构型式基本相同。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；为提高辽宁工程技术大学毕业设计（论文）5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。有的汽车的转向从动桥的前梁采用组合式结构，即由其采用无缝钢管的中间部分与采用模锻成形的两端拳形部分组焊而成。这种组合式前梁适于批量不太大的生产并可省去大型缎造设备。转向节多用中碳合金钢模级成整体式结构。有些大型汽车的转向节，由于其尺寸过大，也有采用组焊式结构的，即其轮轴部分是经压配并焊接上去的。主销的几种结构型式如下图所示，其中比较常用的是(a)，(b)两种。（a） (b) (c) (d)图 1-4 主销结构形式FIG. 1-1 the kingpin structure(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 (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转向节推力轴承承受作用于汽车前梁上的重力，为减小摩擦使转向轻便可采用滚动轴承，例如推力球轴承、推力圆锥滚子轴承或圆锥波子轴承等。也有采用青铜止推垫片的。主销上、下轴承承受较大的径向力，多采用滑动轴承，也有采用滚针轴承的结构。后者的效率高，转向阻力小，且可延长使用寿命。1.2.21.2.2 载重汽车从动桥载重汽车从动桥本设计为载重汽车的转向前桥，因此应该本着既能有足够的承载能力，又能实现耐用经济的思想进行方案的选择，为了降低生产成本，又在结构上满足要求的情况下应尽量简单。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6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。与断开式前桥相比它的结构简单，经济性高，强度大、安装维修方便的优点，这种形式在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。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。前梁采用中间部分为整体锻件与两端拳部组焊的形式。主销采用结构简单的实心的圆柱形如上图 a 所示。另外为了保证汽车转弯行驶时所有车轮能绕一个转向瞬时转向中心，在不同的圆周上作无滑动的纯滚动，本次设计有进行了转向梯形的优化设计。本方案转向梯形布置在前轴之后，进行梯形的最佳参数和强度计算。目前国内载重汽车前桥一般可以承受10吨左右的载重量，并且大部分都是采用非断开式转向桥。像早期东风汽车公司生产的EQ1090E型载重货车，它采用的是钢材锻造的并且断面为工字型的前梁，采用非断开式结构。前梁的拳形部分通过主销相连转向节，转向节通过轴承与轮毂相连。这种方式连接稳定、可靠，可以完成车轮的灵活转向。1.2.31.2.3 载重汽车从动桥载重汽车从动桥本文首先确定主要部件的结构型式和主要设计参数，然后参考类似转向桥的结构，确定出总体设计方案，最后对前梁、主销、主销上下轴承、转向桥、调整垫片，转向节推力轴承等及轮毂等零件的尺寸进行设计，对强度进行校核以及对主要轴承进行了寿命校核。对前桥进行力学模型的建立，将物理力学模型转化成数学模型（数学公式）。2.主要解决的问题：对以往同类的转向桥的资料进行总结分析，得到一些新的观点及思路，针对载重车转向桥的主要功用即对车身的支持作用、灵活转向的作用。通过设计使前桥更可靠、更灵活1.2.41.2.4 设计意义：设计意义：采用传统方法对载重汽车转向桥进行结构尺寸设计，使转向桥满足如下的设计要求：（1）保证有足够的强度：以保证可靠的承受车轮与车架之间的作用力。（2）保证有足够的刚度：以使车轮定位参数不变。（3）保证转向轮正确的定位角度：使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎磨损。（4）从动桥的质量应尽可能小：以减少非簧上质量，提高汽车行驶平顺性。合理优化前梁、转向节、等零部件的结构，使各个部分零件能够合理的配合，以适应复杂路况。尽可能降低整个桥身的质量，从而减轻车的重量。并且对车轮轮毂进行配合设辽宁工程技术大学毕业设计（论文）7计，使其与转向桥合理配合达到灵活转向的目的2 2. .转向桥的设计结构参数转向桥的设计结构参数2.1 结构参数选择结构参数选择转向桥设计参数参照东风 EQ140 型号汽车前桥数据获得，如表 2-1 所示表 2-1汽车总质量Ga（N）前轴轴载质量G1（N）汽车质心至前轴中心线距离L1（mm）汽车质心至后轴中心线距离L2(mm)轴距 L（mm）汽车质心高度hg(mm)前钢板弹前钢板弹簧座中心簧座中心距距 B(mm)B(mm)42140231282200127039001100850主销中心距B(mm)前轮距B1(mm)车轮滚动半径rr(mm)主销内倾角主销后倾角前轮外倾角 a前轮前束16701800490621242.2 从动桥总体结构选择从动桥总体结构选择本前桥采用非断开式转向从动桥2.3 确定前桥具体结构型式确定前桥具体结构型式（1）前轴结构形式：工字形断面加叉形转向节主销固定在前轴两端的拳部里。（2）转向节结构型式：整体锻造式。（3）主销结构型式：圆柱实心主销。（4）转向节止推轴承结构形式：止推滚柱轴承。（5）主销轴承结构形式：滚针轴承（6）轮毂轴承结构形式：单列向心球轴承（7）前轮定位角选择见表 183.3.前轴设计前轴设计3.1 前轴强度计算前轴强度计算3.1.13.1.1 前轴受力分析简图前轴受力分析简图如图 3-1 所示：图 3-1 转向从动桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图Figure 3-1 Bridge in the braking and steering yaw driven condition of the force analysis diagram1制动工况下的弯矩图和转矩图； 2侧滑工况下的弯矩图1 - braking and torque diagram of bending moment diagram2 - yaw moment map condition辽宁工程技术大学毕业设计（论文）93.1.23.1.2 前轴载荷的计算（分三种工况分析）前轴载荷的计算（分三种工况分析）一、紧急制动汽车紧急制动时，纵向力制动力达到最大值，因质量重新分配，而使前轴上的垂直载荷增大，对后轮接地点取矩得取路面附着系数 =0.7制动时前轴轴载质量重新分配分配系数 m1=1.655（3-1）12Lhg1175. 11 . 17 . 0垂直反作用力：Z1l= Z1r=19138.2N21Gm223128655. 1横向反作用力：X1l=X1r= =13396.89N（3-2）21Gm二、侧滑汽车侧滑时，因横向力的作用，汽车前桥左右车轮上的垂直载荷发生转移。（1）确定侧向滑移附着糸数：在侧滑的临界状态，横向反作用力等于离心力 F 离，并达到最大值 F离=,Ymax=G1，为保证不横向翻车，须使 V 滑V翻，则有：，所以gRVG21hggRBgR21，得到=0.822，取=0.7hgB211 . 128 . 1（2）对车轮接地点取矩垂直反作用力：Z=21402.9N)121 (211BhgGl)8 . 17 . 01 . 121 (223128Z=1725N（3-3）)121 (211BhgGl横向反作用力Y1l=14982.03N )121 (21BhgGY1r=1207.5（3-4）)121 (21BhgG10三、越过不平路面汽国越过不平路面时，因路面不平引起垂直动载荷，至使垂直反作用力达到最大值取动载荷系数因为是载货汽车所以=2.5N （3-5）289102231285 . 22111GZZrl载荷计算结果列表，如下表 3-2：表 3-2 单位 NZ119138.42紧急制动X113396.89Z1l21402.9Z1r1725Y1l14982侧滑Y1r1207.5越过不平路面Z1289103.2 前轴弯矩及扭矩计算前轴弯矩及扭矩计算3.2.13.2.1 前轴断面分析图前轴断面分析图由于前轴为不规则工字型钢锻铸形成，因此前轴的受力点是变化的，必须取点分段进行设计与力的校核。选择下述三个部位计算分析其断面的弯矩、扭矩如下图 3-2 所示辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11图 3-2 三个不同的断面部位计算分析其断面的弯矩、扭矩Figure 3-2 Calculation of three different sections of the cross section area moment, torqueA 断面位于钢板弹簧座内侧，属于前轴中部最弱部位。此断面内弯矩最大（钢板弹簧座可视为梁的固定端），故两钢板弹簧之间这段梁可不考虑受扭）B 断面处的弯矩，扭矩均较大C 断面位于梁端，此断面内扭矩最大，而弯矩最小各断面的计算参数如下表 3-3表 3-3参数ABC断面长度 L424325187断面高度 h13612803.2.23.2.2 各个断面弯扭矩计算（分三种工况分析）各个断面弯扭矩计算（分三种工况分析）一、紧急制动垂直面内弯矩 1MiZ L 水平面内弯矩（3-6）1MXiL 上式中 Li 对应与 A、B、C 断面分别带入 La、Lb、Lc、12钢板弹簧外侧扭矩（3-7）1riMnXrh上式中 hi 对应与 A、B、C 断面分别带入 ha、hb、hc。二、侧滑左侧各断面垂直面内弯矩（3-11111riM(ZY ) (rh ) 8）上式中 Li,hi 带入值与紧急制动时一致三、越过不平路面垂直面内弯矩（3-9）1iMZL式中 Li 带入与上面计算中一致弯扭矩计算结果如下表 3-4 所示：表 3-4 （单位：N）结果工况ABCM8114960.0862199283578884.54M 5680281.364353989.252505218.43紧急制动Mn4742499.064849674.186028600.5侧滑M 2272998.61682275.8-2889405越不平路M12225784939575054061703.3 断面系数计算断面系数计算 AA 工字形断面前轴断面简图本汽车前轴简化为换算断面形状后如图 3 所示辽宁工程技术大学毕业设计（论文）13图 3-3 前轴简化后 c 断面计算图Figure 3-3 Front axle simplified calculation chart c section如图计算断面系数一、求 A 断面如图 3 所示1）垂直面内抗弯断面系数=46584.9N.mm（3-10）66683266667633313HhbBHWII2）水平面内抗弯断面系数（3-11）二、B 断面换算断面简图如图 4mmNBthBtW.33.862926763814671426233331 14图 3-4 前轴 B 断面计算简图Figure 3-4 Front axle cross section diagram calculation1）垂直面内抗弯断面系数 B 断面为上，下翼缘不等长的工字形断面。计算其垂直面内抗弯断面系数的关系是确定出形心轴坐标。形心轴 Xc-Xc 的坐标：FiFiyiy1 =（3-12）hBBbtBththBBtHbttBt)()2/(*)()2/1(2/1*121112211=37.2辽宁工程技术大学毕业设计（论文）15222 hyt29.8 1415.8 （3-12 hhh42 15.826.213）该断面对形心轴的惯性矩：（3-14）2）上翼面的抗弯断面系数：（3-15）3114.495652 .3737.1843823myJWxc上3）下翼面的抗弯断面系数：（3-16）4）水平面内抗弯断面系数：（3-17）4321323113137.1843823)(31mmhbbyhBByJxc8 .292 .3767yHy 123226.618738 .2937.1843823myJWxc下3323133 .32865)(61mmhttbtBBW165）抗扭断面系数由经验公式得（3-18）三、C 断面 C 断面计算简图如图333323214 .837783487)3487(39. 412)22472( 1 . 71331)()2( 1314344878726069239. 421)3487(76. 12247267. 172)(76. 1)2(67. 11 . 713)22472(26. 1872)2(26. 12mmbBbBChHCWntBbbBBbBhHHChHBC辽宁工程技术大学毕业设计（论文）17如图 3-5 前轴 C 断面计算简图Figure 3-5 front axle diagram of a cross section calculation1）垂直面内，水平面内抗弯断面系数：（3-19）2）抗扭断面系数：（3-20）各断面尺寸参数见表 3-5：表 3-5 单位： mmA-AB-BC-CB7696B160501t12.512.5b7658431b60162t12.512.5t1242h3643H616852断面系数计算结果列表见表 3-6 表 3-6 单位： 3mmA-AB-BC-CW46584.940327.219378.7322432247 .160246524367 .19378652436mmHbWmmbHW333434.2091043263. 0mmbW18W28629.3332865.316024.7nW83778.420910.343.4 应力计算应力计算一、汽车紧急制动时垂直面内弯曲应力（3-21）WM水平面内弯曲应力（3-22）WM合成应力（3-23）合计算扭转应力：在矩形长边中点上的扭转应力（3-24）nnWMmax在矩形短边中点上的扭转应力（3-25）max工字形断面中所产生的最大应力和最大扭转应力是作用在梁断面上的不同点处。对于上翼面长边中点，其相当应力：（3-223合d26）二、汽车侧滑时垂直面弯曲应力 WM三、汽车越过不平路面时垂直面弯曲应力 WM辽宁工程技术大学毕业设计（论文）19应力值计算结果如表 3-7 所示：表 3-7 单位： 28/10mmNA-AB-BC-C174.19154.2120.379198.4132.47101.89max57.88251.40紧急制动d372.59373.49496.14侧滑48.7941.7-106.81越不平路262.4232.98184.503.5 前轴材料的许用应力前轴材料的许用应力一、材料：30Cr 调质硬度： HB241281 ：800937)/(2mmNb 二、许用应力： bs)7 . 06 . 0(合ss7 . 0204.转向节设计转向节设计图 4-1：转向节、主销、及转向节衬套的受力计算用图Figure 4-1: knuckles, kingpins, and the steering knuckle bushing diagram for calculating the force 计算所需作用力、按表 1-1 取值11Z11X11Y4.1 截面系数计算截面系数计算取轮毂内轴承根部处指轴为计算断面（4-64.894132453233dW1）4.2 弯矩计算弯矩计算一、紧急制动时辽宁工程技术大学毕业设计（论文）21 （4-22.825303211830287.16902202221211XZCM制2）二、侧滑时（4-60.56583248049.125962022.1937911111rrYCZM制3）三、超越不平路面时（4-5181752075.2590811CZM制4）4、计算用参数 d1=50 ， c=50 ，d=55，h=364.3 应力计算应力计算一、紧急制动时（4-3 .9264.894122.82530WM制5）二、侧滑时（4-85.60264.894160.56588732WM侧6）三、越不平路面时（4-951.5764.8941518175WM越7）弯矩、应力计算结果列表见表 4-1表 4-1功况M紧急制动825303.22155.8侧滑-5658732.69-602.85超越不平路51817557.951224.4 转向节的材料、许用应力及强度校核转向节的材料、许用应力及强度校核转向节材料选用：40Gr 许用应力查 YB6-71： s2/980mmNb )75. 065. 0(bS5.主销设计主销设计主销作用力计算简图如图 6如图 5-1 主销作用力计算简图Figure 5-1 diagrams the main sales force calculation辽宁工程技术大学毕业设计（论文）235.1 主销受力计算参数主销受力计算参数主销计算参数如下表 5-1 所示：表 5-1单位：mm参数车行abcefl1lnrrDhH参考参数67702050036021BB15521BB 4903038455.2 计算载荷计算载荷计算时，忽略主销倾角的影响，并假定力的作用点位于主销衬套中点。一、按表 1 取值1Z1X1Y 二、汽车紧急制动时力在主销的支承反力和。1Z1S1S （5-NbalZSS27.908070676542.191381111）主销受到和 u 的作用，力 u 由下式求得：1X （5-56.52771556589.1339611llXu2）力在主销的两个支承上反作用力和1X2S2S （5-NbabXS12.458670677013396.89123）NbaaXS76.655170676789.1339612力 u 在主销的两个支承上反作用力和3S3S 24 （5-4）NbabSNbabS99.25801376756.527756.26961377056.527733由制动力矩的作用，在主销的两个支撑上产生反作用力和rrX14S4SNbarXSSr8 .4791513749089.13396144作用在主销下端的合力（图 14）（5-5）NSSSSS88.55701)18.4145145.5786()36.29635 .10425()()(22242231（5-6）三、汽车侧滑时左主销上支承的反作用力（5-7）左主销下支承的反作用力（5-8）右主销上支承的反作用力（5-9）NbalZfYSrr4 .39911376517253605 .120711上右主销下支承的反作用力（5-NbalZeYSrr36.52251376517255005 .120711下10）四、汽车越过不平路面时动载荷在主销上、下支承上产生的作用反力和。（5-11）1S1S NbaZfYSll29214137659 .2140236014982l11上NbalZeYSll17.44524137659 .214025001498211下辽宁工程技术大学毕业设计（论文）25NbalZSS4 .1371613765289101115.3 弯矩计算弯矩计算在紧急制动和侧滑时，主销下支承的反作用力为最大，在越过不平路面时，因主销下端的作用力臂大于上端，所以只需要计算主销下支承处的弯矩（图 15）一、汽车紧急制动时=2116671.44N.mm（5-12）hSM二、汽车侧滑时=1691918.46N.mm（5-13）hSM下三、汽车越过不平路面时=521223.2N.mm（5-14）hSM15.4 抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积的计算抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积的计算一、主销抗弯断面系数=2646.47mm3（5-15）)1 (32443DdDW二、主销剪切面积=678.58mm2（5-16）)(422dDF三、主销衬套挤压面积=1350mm2（5-17）HDF D:主销外径，d：主销内径5.5 应力计算应力计算一、分别计算个工况下的弯曲应力、剪切应力、挤压应力见表 5-2。表表 5-2弯曲应力剪切应力挤压应力紧急制动时WMFSFSc26侧滑时WMFS下FSc下越过不平路面时WMFS1FSc1公式编号676869二、载荷、弯矩、应力计算结果列表见表 5-3：表表 5-3 主销受力单位：N M 单位：其余量单位： 2mm2/mmN主销受力Mc紧急制动S55701.882116671.44788.969.540.920上S29214侧滑下S44524.171691918.46越过不平路面1S13716.4521223.2434.322.6113.325.6 主销材料及许用应力主销材料及许用应力主销材料采用 20CrNi许用应力 2/833mmN2/3 .83mmN2/0 .49mmNcc按力作静载荷计算时，211GX 2/15mmNc辽宁工程技术大学毕业设计（论文）276.转向传动机构设计转向传动机构设计6.1 转向传动机构强度计算转向传动机构强度计算转向传动机构是由转向摇臂至左、右转向车轮之间用来传递力及运动的转向杆、臂系统，其任务是将转向器输出端的转向摇臂的摆动转变为左、右转向车轮绕其转向主销的偏转，并使它们偏转到绕同一瞬时转向中心的不同轨迹圆上，实现车轮无滑动地滚动转向。为了使左、右转向车轮偏转角之间的关系能满足这一汽车转向运动学的要求，则要由转向传动机构中的转向梯形机构的精确设计来保证。采用最优化设计方法优选转向梯形结构参数则可得到最佳设计效果。在非独立悬架汽车的转向系中，转向传动机构由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、两个相同的转向梯形臂和转向横拉杆组成。后者与左、右转向梯形臂又组成转向梯形机28构。转向器在汽车上应这样安置：首先应使转向摇臂下端与纵拉杆铰接的球头中心在转向过程中是在平行于汽车纵向平面的平面内移动；其次，为了使转向纵拉杆与纵置钢板弹簧协调运动以避免转向车轮的摆振，转向摇臂下端的球头中心应尽量与转向节臂与纵拉杆铰接球头中心：的摆动中心重合。转向摇臂、转向节臂和梯形臂由中碳钢或中碳合金钢如 35Cr，40，40Cr 和 40CrNi用模锻加工制成。多采用沿其长度变化尺寸的椭圆形截面以合理地利用材料和提高其强度与刚度。转向摇臂与转向摇臂轴用三角花键联接，且花键轴与花键孔具有一定的锥度以得到无隙配合，装配时花键轴与孔应按标记对中以保证转向摇臂的正确安装位置。转向摇臂的长度与转向传动机构的布置及传动比等因素有关，一般在初选时对小型汽车可取 100150mm；中型汽车可取 150200mm；大型汽车可取 300400mm。转向传动机构的杆件应选用刚性好、质量小的 20、30 或 35 号钢的无缝钢管制造，其沿长度方向的外形可根据总布置的需要确定。转向传动机构的各元件间采用球形铰接。球形铰接的主要特点是能够消除由于铰接处的表面磨损而产生的间隙，也能满足两铰接件间复杂的相对运动。在现代球形铰接的结构中均是用弹簧将球头与衬垫压紧。整体式转向横拉杆两端和分段式横拉杆左右边杆外端的球形铰接应作为单独组件，组装好后以其壳体上的螺纹旋到杆的端部，以使杆长可调以便用于调节前束。其他杆端的球形铰接，其外壳应与杆件制成一整体。球头与衬垫需润滑，并应采用有效结构措施保持住润滑材料及防止灰尘污物进入。6.1.16.1.1 球头销球头销球头销常由于球面部分磨损而损坏，为此用下式验算接触应力j （6-AFj1）式中，F 为作用在球头上的力；A 为在通过球心垂直于 F 力方向的平面内，球面承载部分的投影面积。许用接触应力为2530。j2/mmN设计初期，球头直径 d 可根据表 6-1 中推荐的数据进行选择。表 6-1 辽宁工程技术大学毕业设计（论文）29球头直径mm转向轮负荷N球头直径mm转向轮负荷N2022252730到 60006000-90009000-1250012500-1600016000-240003540455024000-3400034000-4900049000-7000070000100000球头销用合金结构钢 12CrNiB、15CrMo、20CrNi 或液体碳氮共渗钢 35Cr、35CrNi 制造。6.1.26.1.2 转向拉杆转向拉杆拉杆应有较小的质量和足够的刚度。拉杆的形状应符合布置要求，有时不得不做成弯的，这就减小了纵向刚度。拉杆应用材料力学中有关压杆稳定性计算公式进行验算。稳定性安全系数不小于 1.52.5。拉杆用 20、30 或 40 钢无缝钢管制成。因此设计的拉杆6.1.36.1.3 转向摇臂转向摇臂在球头销上作用的力 F，对转向摇臂构成弯曲和扭转力矩的联合作用。危险断面在摇臂根部，应按第三强度理论验算其强度（6-2）2222224nwWeFWdF式中，、为危险断面的抗弯截面系数和抗扭转截面系数；尺寸 d、e 见图 7-WWnW35。要求 nT式中，为材料的屈服点；n 为安全系数，取 n=1.72.4。T转向摇臂与转向摇臂轴经花键连接，因此要求验算花键的挤压应力和切应力。6.2 杆件设计结果设计计算结果如表 6-2 所示表 6-230设计零件长度转向摇臂/mm130转向节臂/mm130转向梯形臂/mm200转向横拉杆/mm14147.经济技术分析经济技术分析7.1 我国汽车车桥行业发展历程我国汽车车桥行业发展历程我国汽车车桥行业发展迅速，经过几十年的时间，已经形成了一定的市场规模，虽然目前我国汽车力桥行业与国外先进技

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