某型汽车转向桥设计【参考解放CA141型汽车整车总布置】

目 录摘要 .2Abstract .31 前言 .41.1 我国转向桥的发展 .41.2 技术路线 .41.3 设计内容及意义 .52 转向桥设计 .72.1 车桥概述 .72.2 转向桥的结构及形式的选择 .72.2.1 转向桥结构形式的选择 .72.2.2 转向桥的总体结构 .82.2.3 转向桥的总设计要求 .92.3 转向桥的设计参数 .92.3.1 前桥的定位参数 .92.3.2 确定转向桥的结构参数 .113 主要零部件设计 .143.1 前轴设计 .143.1.1 前轴的结构 .143.1.2 前轴断面分析 .143.1.3 前轴的强度计算 .173.2 转向节设计 .233.2.1 转向节的结构 .233.2.2 转向节受力分析 .243.2.3 转向节强度计算 .243.3 主销设计 .263.3.1 主销的结构 .263.3.2 主销受力分析 .2713.3.3 主销强度计算 .283.4 转向传动机构设计 .333.4.1 转向梯形 .333.4.2 球头销 .353.4.3 转向横拉杆总成 .374 装配尺寸链计算 .394.1 装配尺寸链建立 .394.2 尺寸链的计算 .405 转向节三维建模及加工工艺分析 .455.1 三维建模 .455.2 加工工艺分析 .475.2.1 转向节的结构特点 .475.2.2 转向节的主要技术要求 .485.2.3 转向节的材料和毛坯 .485.2.4 转向节的工艺分析 .486 结论 .53总结与体会 .52谢辞 .53参考文献 .542某型汽车转向桥设计摘 要本设计为基于解放牌 CA141 型载货汽车的转向从动桥设计，通过分析工作原理设计转向节、前轴、主销等主要零件的尺寸，校核各个零件强度使其满足要求：具有足够的强度；具有足够的刚度；转向轮有正确的定位角度；转向桥的质量尽可能小。运用 CATIA 进行零部件建模及装配，并运用 Auto CAD 绘制零件图和装配图。根据装配关系建立尺寸链，在满足加工工艺和加工成本的条件下进行精度计算。分析转向节的加工工艺，合理拟定加工工艺过程，以减少工作量，节约成本。设计后的转向桥具有转向灵敏，结构紧凑，制造容易等特点，其结构布局和计算也为其他类型的货车转向桥设计提供了一定的参考价值。关键词：前轴，转向桥，转向节，主销，强度3Design of Steering Axle Based on a Certain Type Automobile AbstractThe design is based on the steering axle of the CA141 truck, Through analyzing the principle to design of the steering knuckle front axle kingpin and the size of other major parts, check the strength of parts to meet the requirements: having a sufficient strength, having enough stiffness; steering wheel having right angle positioning; making the quality of bridge as smaller as possible. Using software CATIA to model and assemble parts, and using Auto CAD to draw the pictures of parts and assembled models. According to the assembly relationship, set up the dimension chain, and the accuracy is calculated under the condition of the processing technology and the processing cost. Analyzing the processing technology of the steering knuckle, and the processing technology is developed to reduce the workload and save the cost. The calculated steering axle has the characteristics of flexible steering, compact structure, manufacturing easily and so on. Its structure layout and calculation also provide some reference value for the design of other truck steering axle.Key words：front axle, steering axle, steering knuckle, kingpin, strength41 前言1.1 我国转向桥的发展我国汽车在国家产业政策和与之匹配的一系列国家经济政策的支持下，无论是在数量上，还是在质量、技术方面都有了很大的发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍然很大。一直到近年来，中国整体经济发展迅速，许多国外知名的汽车企业也瞄准了中国这个巨大的市场，陆续在我国投资设厂，越来越多安全性高、乘坐舒适、款式新奇的汽车随之进入中国市场，这也预示着我国汽车工业将会得到迅速的发展。随着汽车工业的发展，转向系统也随之得到了相应的发展，形成了系列、专业化生产的局面。作为转向系统中较为关键的转向桥，在汽车系统中占有相当的地位，起着至关重要的作用。因此，转向桥的发展同时也意味着汽车工业的发展。伴随国民经济的提高，汽车的使用量越来越多，人们对汽车的各种性能提出了更高的要求，由此对汽车车桥的设计要求也越来越高。目前我国的车前行业已经形成了一定的规模市场。中、轻型货车的转向桥设计已经成为了一项成熟的技术，也具备了的标准化、系列化的产品零件，这在短期内不会有较大的改革创新，重型货车由于其装载质量的因素，导致汽车具有很大的惯性，这就需要更好的转向性能和更稳定的行驶能力来确保行驶的安全性。目前，双前桥转向系统的开发是国内的许多研究机构和汽车企业的研究重点。虽然目前我国转向桥技术与国外先进技术相比还有较大的差距，但是随着我国社会的发展，相信转向桥技术将会逐渐赶超国外技术，从而带动我国车桥行业的发展。 1.2 技术路线本次设计主要是以解放牌 CA141 型载货汽车为基础，进行的转向从动桥设计。通过查阅相关资料，确定其技术路线如图 1.1 所示：5图 1.1 转向桥设计技术路线 1.3 设计内容及意义本设计的主要内容为比较不同转向桥的结构及特点，选择转向桥形式、结构，确定出总体设计方案、主要部件的结构型式和主要参数，进行前轴、转向节、主销等主要零部件的结构尺寸设计，并进行强度校核。进行尺寸链的建立和计算，其计算结果应该满足精度要求及加工工艺所能达到的范围。计算尺寸链通常有两种方法即正计算和反计算，正计算主要用来验证设计的正确性，而反计算适用于加工和装配工艺的精度设计和产品的设计。分析转向节的加工工艺，确定工序内容。本次设计通过查阅相关资料，采用传统方式对中型载重汽车转向桥进行设计，使转向桥满足以下设计要求：1.具有足够的强度：能够可靠的承受车轮与车架之间的作用力：2.具有足够的刚度：保证车轮定位参数不变：63.车轮具有正确的定位参数：正确的定位参数能够保证转向轮运动的平稳性，并能够使操纵轻便；4.转向桥的质量应尽可能小：减少非簧上质量，以提高汽车行驶平顺性；5.在保证转向节与前轴拳部之间的装配间隙的条件下，转向节与主销，转向节与前梁之间的摩擦应可能小：使转向轻便，保证接触部位的具有良好的耐磨性。合理优化前轴，转向节等零件的结构，使各个零件能够正确的配合，以适应不同工况。尽可能地降低整个桥身的质量，从而减轻整车质量。在满足最小离地间隙的情况下，以使前轴尽可能低，以减低发动机的安装位置和传动轴万向节之间的夹角，从而减低整车质心高度。72 转向桥设计2.1 车桥概述根据驱动方式的不同，车桥分为转向桥，驱动桥，转向驱动桥和支持桥四种类型，其中支持桥和转向桥都属于从动桥。根据从动轮是否能够转向，从动桥又分为转向桥和非转向桥。载货汽车通常采用的布置形式为发动机前置后轮驱动的形式，所以载货汽车的前桥为转向从动桥，而轿车多采用发动机前置后轮驱动的布置形式，故前桥为转向驱动桥。越野汽车由于其动力性能要求高，所以为全轮驱动，因此，越野汽车的前桥也为转向驱动桥。本次设计为转向从动桥的设计。从动桥按与其匹配的悬架结构的不同，分为断开式和非断开式两种。与非独立悬架匹配的为非断开式从动桥（也称为整体式从动桥） ，断开式从动桥与独立悬架相匹配 1。2.2 转向桥的结构及形式的选择2.2.1 转向桥结构形式的选择从动桥根据与其匹配的悬架结构的不同，可以分为断开式和非断开式两种。非断开式从动桥与非独立悬架相匹配，它是一根连接左、右从动车轮的工字型刚性整体横梁，当又是转向桥时，其两端经转向主销与转向节相联，如图2.1 。与独立悬架匹配的为断开式从动桥，如图2.2 。图2.1 非断开式转向从动桥结构8图 2.2 断开式转向从动桥结构车桥做成断开的是断开式转向从动桥的主要结构特点，两侧的转向车轮可以单独地通过弹性悬架与车架或车身连接，两侧车轮可以单独上下跳动而互不影响，即在汽车横向平面内，两车轮有相对运动。断开式转向从动性能好，但是结构比较复杂，制造成本高，多用于轿车。两侧的车轮由一根整体的车桥相连是非断开式转向从动桥的结构特点，其车轮与车桥通过弹性悬架与车架或车身相连接。当一侧车轮因道路不平承受载荷而发生上下跳动时，将会引起另一侧车轮发生晃动，即在汽车的横向平面内，两车轮没有相对运动。非断开式转向从动桥与断开式相比，它具有结构简单，经济性强，强度大、安装维修方便等优点，这种形式的前桥广泛应用于载货汽车上。因此，本次设计采用非断开式转向从动桥。2.2.2 转向桥的总体结构各种车型的非断开式转向桥结构基本相同，主要由转向节、前轴、主销、转向梯形臂、止推轴承、转向横拉杆等组成。前轴的材料主要是中碳钢或中碳合金钢，其两端各有一呈拳形的结构，称其为拳部。前轴拳部上加工有通孔，用来安装主销。为提高前轴的抗弯曲强度，中间较长部分通常采用工字形断面的横梁，并且相对于两端向下偏移一定距离，这样可以降低发动机的安装位置，从而降低传动系的安装位置以及传动轴万向节之间的夹角。前轴两端与拳部相接的部分采用方形断面，这样可以提高前轴抗扭强度。靠近拳部与中间部分相联接的向下弯曲的部分则采用两种断面逐渐过渡的形状。采用这样结构的横梁作为汽车前轴，9可以减少整车的质量。横梁中间部分的两侧还要锻造出钢板弹簧支承座的加宽面，其加宽面上还加工有四个均布的通孔和一个中心孔，用来定位和安装钢板弹簧。转向节多用中碳合金钢模级成整体式结构。转向节推力轴承承受作用于汽车前梁上的重力，为减小转向节与前轴拳部之间的摩擦，在前轴拳部下端面与转向节下耳内端面之间安装一个止推轴承或者止推垫片。注意采用止推轴承时，轴承的旋转面应该指向转向节内端面。2.2.3 转向桥的总设计要求转向桥设计时应注意以下几点基本要求：1.转 向 桥 应 有 足 够 的 强 度 ， 这 样 可 以 保 证 可 靠 地 承 受 和 传 递 车 轮 与 车 架之间的作用力。2.转向桥有足够的硬度和刚度，以保证有正确的车轮定位参数，正确的定位参数可使转向轮运转稳定，操纵轻便。3.转 向 节 与 各 接 触 面 之 间 的 摩 擦 力 应 尽 可 能 小 ， 这 样 可 以 保 证 转 向 的 轻便性，并有足够的耐磨性。4.转向轮的摆振幅度应该很小，使汽车平稳的行驶。5.尽量减小转向桥的质量，这样来减小非簧上质量，提高汽车行驶的平顺性。2.3 转向桥的设计参数2.3.1 前桥的定位参数转向桥在保证汽车转向功能的同时，应使转向轮具有自动回正作用，以保证汽车平稳行驶。转向轮在外力的作用或者路面的冲击下发生偏转，当这些影响因素消失后，转向轮能够自动回到原来直线行驶的位置，转向轮的定位参数可以实现这种自动回正的功能，也就是转向轮，主销和前轴之间安装的相对位置。转向轮的定位参数主要有前轮前束，主销内倾角，主销后倾角和前轮外倾角 1。1.主销内倾角从前方看，汽车横向平面内，主销轴线与纵铅垂面的夹角称为主销内倾角，如图 2.3 所示。主销内倾角 有使车轮自动回正且转向操纵轻便的作用。一般主销内倾角 在 5 8之间，它是在前轴制造时得到的。非断开式转向桥的主销内倾角是不能单独调整的。10图 2.3 主销内倾角2.主销后倾角从侧面观察，在汽车纵向平面内，主销上端向后倾斜一个倾角 ，如图 2.4 所示。主销后倾角也有使车轮自动回正的作用，因为后倾形成拖距，当车轮偏转时，形成的稳定力矩使车轮回正。一般 角不超过 2 3，可以减小到接近于零，甚至为负值。图 2.4 主销后倾角和前轮外倾角3.前轮外倾角前轮旋转平面上方略向外倾斜，与汽车纵向铅垂面之间的夹角 为前轮外倾角，如图 2.4 所示。前轮外倾角的作用是转向轻便，减小前轮轴和轴承垂直载荷，减小支撑轮毂的小轴承和调整螺母的载荷，防止轮胎脱出，防止车轮出现内倾，便于与拱形路面接触等。一般 为 1。4.前轮前束车轮有了外倾角后，两侧车轮会向外滚。前轮前束就是用来消除这种影响的。由于车桥和横拉杆的约束使车轮不可能向外滚，车轮会出现边滚边滑的现象，这11样会增加轮胎的磨损。在安装车轮的时候，使汽车两个车轮的中心面不平行，两轮前边缘距离 B 小于后边边缘 A，A-B 之差称为前轮前束，如图 2.5 所示，一般前束的值为 012mm.。图 2.5 前轮前束 2.3.2 确定转向桥的结构参数转向桥参考解放 CA141 型汽车整车总布置参数，如下： 汽车总质量 ma(kg)：9310满载时前轴轴载质量 m1(g)：2450满载时后轴轴载质量 m2（kg）：6860前钢板弹簧座中心距 B1(mm)：830主销中心距 B2（mm)：1626主销尺寸(mm): 38 220轴距 L（mm）： 4050前轮轮距 B（mm）：1800主销内倾角 （）：8主销后倾角 （）：1.5前轮外倾角 （）：1前轮前束（mm）：24车轮及轮胎：8.25-20 型、12 层级，轮辋为 6.50T车轮滚动半径 rr (mm):47212汽车总质量 Ga(N):Ga=mag= =91238 N8.9310前轴轴载质量 G1 (N):G1 =m1g= =24010 N245根据以上参数可得：汽车质心至前轴中心线距离 （mm）: (2-1)1L21mL则 mm= 2984 mm6802451L汽车质心至后轴中心线距离 （mm）: （2-2L212mL2）mm= 1066 mm 680245L汽车质心高度 hg (mm): （2-max2ctgBg3）由汽车试验学P129 可知， 大于等于 352，取 ，则max 8maxmm=1151.95 mm,取 =1152 mm38210ctghggh则转向桥设计参数见下表 2-1：表 2-1 转向桥设计参数汽车总质量 Ga(N) 9123813前轴轴载质量 G1 (N) 24010轴距 L（mm） 4050 前钢板弹簧座中心距 B1（mm） 830主销中心距 B2 (mm) 1626前轮轮距 B（mm） 1800主销内倾角 （） 8 主销后倾角 （） 1.5前轮外倾角 （） 1前轮前束（mm） 24汽车质心至前轴中心距离 （mm）1L 2984汽车质心至后轴中心线离 （mm）2 1066车轮滚动半径 rr（mm） 472汽车质心高度 h g(mm) 1152143 主要零部件设计3.1 前轴设计3.1.1 前轴的结构前轴一般为中部下凹，断面呈工字型的结构，如图 3.1 所示。前轴两端各有一个拳形结构来安装转向主销，其较长的中间部分采用工字型断面结构的目的是提高其抗弯强度，相对于两端向下凹便于降低汽车发动机的安装位置，从而降低汽车传动系的安装高度，减小传动轴万向节主从动轴之间的夹角 3。两端与拳部连接部分采用方形断面以提高前轴抗扭强度。前轴上还要锻造出安装钢板弹簧的钢板弹簧座。图 3.1 前轴工字型断面及尺寸关系的推荐值（虚线为其当量断面）3.1.2 前轴断面分析1. 前轴受力分析前轴为不规则的工字型钢锻造而成，因此前轴各个部分的受力是不同的，必须分段进行设计与校核。汽车在不同工况下前轴的受力简图如图 3.2 所示。通过不平路面时相当于垂直冲击载荷附加在前轴上，不同的是减少了制动力，垂直方向的载荷值发生变化，故只考虑其垂直方向的载荷，弯矩图与制动工况相同 4。由图 3.2 分析可知，前轴中间部位受到的弯矩最大，扭矩为零，其截面形状为工字型。前轴靠近拳部的部位受到的扭矩最大，弯矩最小，该部位截面形状为方形。故选取这两个断面进行设计与校核。15a).通过不平路面工况下前轴的受力图b).制动工况下前轴的受力图c).侧滑工况下前轴受力图图 3.2 不同工况下前轴的受力简图2截面系数的计算16中间部分截面记为 I-I 截面，靠近前轴部位截面记为 II-II 截面。 I-I 截面如图 3.1 所示，设计取截面中部尺寸 a =18mm,则该截面尺寸如图 3.3 所示： (单位：mm)图 3.3 I-I 断面尺寸 图 3.4 II-II 断面尺寸 则 I-I 断面垂直面内的抗弯截面系数为： (3-1) )2/(1233HhaBHWZI式中， B =76 mm， H =108 mm， a =18 mm， h =68mm，则=119600.40 mm3 )/08(126)87(07633ZIW水平面内的抗弯截面系数为：（3-)2/(12)(33BhaHaBWXI 2）mm37.3864)27/(1286)08(7633 XIW设计取方形断面 II-II 尺寸如图 3.4 所示：(单位 mm)则 II-II 断面垂直面内的抗弯截面系数为：(3-3)62IhbWZ式中， h =72 mm， b =60 mm，则17=43200 mm3 6072IZWII-II 断面水平面内的抗弯截面系数为：（3-4）62IbhWX= 51840 mm36720IXWII-II断面的抗扭截面系数为： （3-5） 2hbWp式中，系数 与矩形截面的长边与短边的比值h/b有关 5。查材料力学可知， 的值见表3-1 。表3-1 矩形截面杆纯扭转时的系数 、 和 h/b =72/60=1.2，取 =0.199，则=51580.8 mm3260719.0pW3.1.3 前轴的强度计算1前轴的载荷计算因道路的复杂性，汽车在行驶时会有多种工况行驶，导致汽车前轴的受力情况变化，因此，在进行前轴强度计算时，应分为多种工况的计算。本设计主要计算汽车在制动，侧滑和通过不平路面这三种工况下的强度。计算时，需要考虑的因素分别为制动时转移到前轴上的载荷，转弯时汽车侧滑而产生的载荷和不平路面的冲击带来的附加垂直载荷，因此，前轴的弯曲强度和扭转强度都要进行计算。（1）制动时18汽车制动时，因减速度的作用，前轴所受的载荷会有所增加即前轴轴载量会重新分配 。用m 制 表示制动时前轴质量分配系数，其值一般为1.4 1.7 。(3-6)2制 Lhmg式中，L 2汽车质心至后轴中心的距离，mm；路面附着系数，取 =0.7；hg汽车质心高度，mm。 则 = 1.76，取 =1.7106527.制 m 制m前轮承受垂直和水平两方向的反作用力，其值为：垂直反作用力： (3-7)1制右左 2=ZGm水平反作用力： (3-8)1制右左 X式中，G 1前轴轴载质量，N。则 =20408.5 N24017.1=Z右左 =14285.95 N7.X右左（2）侧滑时汽车转弯发生侧滑现象时，因为横向反作用力的作用，前轴左、右车轮上的垂直载荷会发生变化 6，因为离心力的作用，路面附着系数也会改变。计算侧滑工况下的载荷，需要计算路面附着系数 。汽车刚要侧滑时，横向反作用力等于离心力，即(3-9)gRvG21119汽车处于侧翻的临界状态时，内侧车轮恰要离开地面，所受支持力为零。以外边车轮与地面接触点连线为转动轴，由力矩平衡可得：（3-10）RvmhBgg2为保证不翻车，须使 ，即翻滑v（3-11）ghBgR2式中，B前轮轮距，mm；hg汽车质心高度，mm。由上式得， =0.78,取 =0.7152802ghB以汽车左侧滑为例，计算侧滑时车轮受到的垂直和水平反作用力：垂直反作用力： （3-)(21左 BhGZg12）（3-13)-1(2右1BhGZg）水平反作用力： （3-14)1(2左1BhGYg）（3-15)-1(2右1BhGYg）由以上得： =22761.48 N)1807.52(240左1 Z=1248.52 N-右120=15933.04 N7.0)1852(2401左1 Y=873.97 N0-右1（3）通过不平路面时汽车通过不平路面时，因路面不平而引起的垂直动载荷致使垂直反作用力达到最大值，则(3-16)21右2左2GZ式中，动载荷系数，载货汽车取 =2.5，则=30012.5 N24015.右2左2Z2. 前轴的弯矩及扭矩计算（1） 制动时 I-I断面的弯矩分别为：(3-17)）（2左垂 直IKBZM(3-18)）（左水 平IX式中， K两钢板弹簧座间的距离，mm 。=9898122.5 Nmm）8301（25.048垂 直I M=6928685.75 Nmm）（9水 平III-II断面的弯矩分别为：（3-19）I左垂 直ILZM（3-20）左水 平 X式中， LII II-II断面到车轮中心平面的距离，设计取 LII =160mm。21= 3265360 Nmm1605.248垂 直IM= 2285752 Nmm9水 平II-II断面的扭矩为：（3-21）rpXM左I式中， rr 车轮滚动半径，mm。= 6742968.4 Nmm47295.18IpM（2）侧滑时汽车转弯行驶时，车轮要承受由汽车产生的侧向力，当发生侧滑时，侧向力达到最大值，同样以左侧滑为例。I-I断面的弯矩为：（3-22）（）（2左1左1I YrKBZM式中， Y 车轮中心线距钢板弹簧座上表面距离， Y =85mm。=4873231.32 Nmm)85472（0.1593）810（24.76I1 MII-II断面的弯矩为：（3-23）rYLZM左1I左1I1-= -3878558.08 Nmm4720.593648.27I1 M（3）通过不平路面 I-I断面的弯矩为：（3-2左I2KBZM24）式中，L II-I断面的长度， mm。= 14556062.5 Nmm485.30122MII-II断面的弯矩为：22（3-25）I左2I2LZM= 4802000 Nmm1605.3I2M3. 前轴的应力计算（1）制动时I-I 断面的弯曲应力分别为：（3-26）I垂 直垂 直IZWM（3-27）I水 平水 平IX所受弯曲应力之和为：水 平I垂 直I合I （3-29）40.196582垂 直I= 82.76 MPa73水 平I= 178.28 MPa04.261816.82合I MPaII-II 断面弯曲应力分别为：（3-I垂 直垂 直IZWM30）（3-31I水 平水 平IXWM）所受弯曲应力之和为：（3-水 平I垂 直I合I32）432065垂 直I= 75.59 MPa235184027水 平I= 44.09 MPa合I75.59 + 44.09 = 119.68 MPaII-II 断面的扭转应力为：（3-33） pWMI8.51046729 = 130.73 MPa （2）侧滑时I-I 断面的弯曲应力为：（3-34）I1ZWM40.1963287I = 40.75 MPaII-II 断面弯曲应力为：（3-35）I11IZWM4320875.-1I = -89.78 MPa（2）通过不平路面时I-I 断面弯曲应力为：I2ZWM （3-36）40.196522I = 121.71 MPaII-II 断面弯曲应力为：24（3-I22IZWM37）432082I= 111.16 MPa前轴采用 30Cr 材料，调质硬度为 HB241-285。查汽车设计手册 2005可知，前轴应力的许用值为 w=300MPa, =150MPa。以上应力计算值均满足 w, ，故本前轴设计满足强度条件3.2 转向节设计3.2.1 转向节的结构转向节的功用是传递并承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。转向节结构较为复杂，主要由支承轴颈，法兰盘和叉架三大部分组成。叉架上下两叉有安装主销的两个同轴孔，转向节轴颈为阶梯轴，用来安装车轮。转向节上销孔的两耳通过主销与前轴两端的拳形部分相连，使前轮可以绕主销偏转一定角度而使汽车转向。为了减小磨损，转向节销孔内压入青铜衬套，用装在转向节上的油嘴注入润滑脂来进行润滑。为使转向灵活，在转向节下耳与前轴拳形部分之间装有止推轴承。在转向节上耳与拳形部分之间还装有调整垫片，以调整其间的间隙。3.2.2 转向节受力分析转向节通过主销安装在前轴两端，其受力如图 3.5 所示。因为车轮轮毂安装在轴承上，所以转向节轴颈只受弯矩作用而不受扭矩作用，并轴颈根部弯曲应力达到最大 3。选取轴颈根部为截面分析，则其界面系数为：（3-32转 向 节dw38）式中，d 转向节内轴承轴颈，d =55mm。则=16333.83 mm3325转 向 节 w25图 3.5 转向节受力简图3.2.3 转向节强度计算1 转向节的弯矩计算（1）制动时作用在转向节轴颈上的弯矩为：（3-39）2右右2左左转 向 节 XZcXZcM式中，c 车轮中心到转向节轴颈根部的距离，设计取 c =20mm,则22转 向 节 95.148502 498234.98 Nmm（2）侧滑时侧滑时作用在左、右两个车轮上的侧向力不等，以及侧向力和垂直反作用力所产生的力矩方向不同，致使作用在左、右转向节上的弯矩也不同。以左侧滑为例，作用在轴颈上的弯矩为：（3-40）rYcZM左1左1左 转 向 节1（3-41）右右右 转 向 节4720.593248.76左 转 向 节1 M = 7975624.48 Nmm75左 转 向 节 = 437484.24 Nmm26（3）通过不平路面时在此情况下相当于冲击载荷施加转向节轴颈上，弯矩为：（3-42）cGM21转 向 节2式中， 动载荷系数，载货汽车取 =2.5。20415.转 向 节2M = 600250 Nmm2. 转向节的应力计算（1）制动时WM转 向 节 (3-43)83.16942转 向 节 =30.50 MPa（2）侧滑时WM左1左 转 向 节1 （3-44）WM右1右 转 向 节1 （3-45）83.1647952左 转 向 节1= 488.29 MPa右 转 向 节1 = 26.78 MPa（3）通过不平路面WM2转 向 节2 （3-46）83.1605转 向 节2 =36.75 MPa27转向节采用 40Cr 中碳合金钢制造，心部硬度为 HB241-285，高频淬火后表面硬度 HRC57-65。查汽车设计手册 2005可知，转向节的许用应力值为 w=550 MPa。以上应力计算值均满足 w，故本转向节设计满足强度条件。3.3 主销设计3.3.1 主销的结构主销的几种结构形式如图 3.6 所示，其中最常用的是（a） ， （b）两种。本设计采用（a）圆柱实心型主销。（a） (b) (c) (d)(a)圆柱实心型；（b）圆柱空心型；（c）上、下两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图 3.6 主销的几种结构形式3.3.2 主销受力分析1.主销受力情况假定力的作用点位于主销衬套的中点，则主销受力情况如图 3.7 所示。2主销计算参数的选取图 3.5 和图 3.7 中， a主销上衬套中点至转向节轴颈中心线的距离；D 主销下衬套中点至转向节轴颈中心线的距离；L 主销中心至车轮中心线的距离， =87 mm；216802Bll1 转向节轴颈中心线至横拉杆总成中心线的水平距离，mm；l2 转向节轴颈中心线至横拉杆总成中心线的垂直距离，mm；28h 主销下衬套中点至前轴拳部下端面的距离，mm；H 主销衬套的长度，mm.图 3.7 主销受力简图查汽车设计手册可知，一般主销衬套的长度为主销直径的 1.251.50倍，主销直径为 38mm,故取 H=48mm，故设计转向节叉厚度为 50mm。另外，主销直径为前轴拳部高度的 0.350.45 倍 7，前轴拳部的高度约等于前轴工字型断面的高度，考虑到转向节与拳部之间的装配间隙，故取前轴拳部高度为 107.9mm。查解放牌 CA141 型载货汽车维修手册可知，主销止推轴承高度为 18mm。根据以上所述，选取主销的计算参数如下表 3-2 所示：表 3-2 主销的计算参数参数 a d l l1 l2 h H值（mm）82 90 87 165 189 36 483 主销截面系数、剪切面积以及衬套挤压面积计算（1）主销抗弯断面系数：(3-47)32主 销 DW式中，D 主销直径，D =38mm，则328主 销 W=5387.05 mm329（2）主销剪切面积：（3-48）42剪 切 DA4382剪 切 A=1134.11 mm2（3）主销衬套挤压面积：(3-49)DHA挤 压483挤 压 A=1824 mm23.3.3 主销强度计算1.主销载荷计算因为主销后倾角和前轮外倾角很小，故计算时忽略主销后倾角和前轮外倾角的影响。