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附 录 A or in is to on on by to in to an in on of of up of in to As is in to of a of in of on as If of / 4 of 1 / 4 on is by of In to of to As is to of of so of In of up in is is in of of to be to of of to of to of on be an If is to in to be of to of a be on 附 录 B 汽车悬架系统是汽车车架 (或承载 式车身 )与车桥 (或车轮 )之间的一切传力连接装置的总称。它的功能是将路面作用于车轮上的垂直反力 (支撑力 )、纵向反力 (牵引力和制动力 )和侧向反力以及这些反力造成的力矩传递到车架 (或承载式车身 )上 ,以保证汽车的正常行驶。因此 ,悬架系统的性能和质量对于整车性能有着举足轻重的作用。本论文对于客车和货车悬架系统中广泛应用的钢板弹簧的设计计算方法进行了深入的分析与研究。 文中对汽车钢板弹簧现行的各种设计计算方法进行了深入细致的分析与研究 ,总结归纳了各种计算方法的特点、局限性及适用范围。汽车钢板弹簧除了起弹性元件作用之外 ，还兼起导向作用，而多片弹簧片间磨擦还起系统阻尼作用。由于钢板弹簧结构简单，使用维修、保养方便，长期以来钢板弹簧在汽车上得到广泛应用。通常新车设计时，根据整车布置给定的空、满载轴载质量减去估算的非簧载质量，得到在每副弹簧上的承载质量。一般将前、后轴，车轮，制动鼓及转向节、传动轴、转向纵拉杆等总成视为非簧载质量。如果钢板弹簧布置在车桥上方，弹簧 3/4 的质量为非簧载质量，下置弹簧， 1/4 弹簧质量为非簧载质量根据不同车型要求，由总布置给出弹簧伸直长度的控制尺寸。 在布置可能的情况下，尽量增加弹簧长度，这主要是考虑 以下几个方面原因。由于弹簧刚度与弹簧长度的三次方成反比，因此从改善汽车平顺性角度看，希望弹簧长度长些好。在弹簧刚度相同情况下，长的弹簧在车轮上下跳动时，弹簧两卷耳孔距离变化相对较小，对前悬架来说，主销后倾角变化小，有利于汽车行驶稳定性。增加弹簧长度可以降低弹簧工作应力和应力幅，从而提高弹簧使用寿命。增加弹簧长度可以选用簧片厚的弹簧，从而减少弹簧片数，并且簧片厚的弹簧对提高主片卷耳强度有汽车簧载质量与其质量组成的振动系统固有频率是评价汽车行驶平顺性的重要参数。悬架设计时根据汽车平顺性要求，应给出汽车空、满载时 前、后悬架频率范围。如果知道频率，就可以求出悬架静挠度值。选取悬架静挠度值时，希望后悬架静挠度值小于前悬架静挠度值，并且两值最好接近为防止汽车在不平路面行驶时经常撞击缓冲块，悬架设计时必须给出足够的动挠度值 。悬架动挠度值与汽车使用情况和静挠度值 有关，由于车身高度、悬架动行程及钢板弹簧导向特性等都与汽车满载弧高有关，因此弹簧满载弧高值 应根据整车和悬架性能要求给出适当值 。 有的车辆为得到良好的操纵稳定性，满载弧高取负值 。 本科学生毕业设计 挂车前桥与悬架 设计 系部名称 ： 汽车 与交通工程学院 专业班级 ： 车辆工程 07 学生姓名 ： 王金剑 指导教师 ： 田 芳 职 称 ： 实验 师 黑 龙 江 工 程 学 院 二 一一 年六月 s ： 011黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 目 录 摘要 第 1 章 绪论 1 设计的目的与意义 1 设计的主要内容 2 设计的主要参数 4 第 2 章 从动桥的概述及选型 5 动桥的概述 5 动桥转向装置的结构形式选择及确定 8 章小结 8 第 3 章 从动桥设计计算及校核 9 向从动桥前梁的设计和校核 9 制动工况下前梁应力分析 10 最大侧向力工况下的前梁应力分析 12 向从动桥转 向节设计和校核 13 制动工况下的转向节分析 14 侧滑工况下的转向节分析 14 向从动桥的主销和转向节衬套的设计和校核 15 销在制动工况下的应力计算 15 销在侧滑工况下的应力计算 16 向节衬套的应力计算 18 体式转向梯形机构优化设计 18 章小结 20 第 4 章 悬架的概述及选型 21 架的概述 22 后悬架形式的选择 26 章小结 23 第 5 章 弹性元件的计算 24 架主要参数的确定计算 24 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 架的基本参数的计算 28 架 的强度校核计算 34 章小结 37 结论 39 参考文献 40 致谢 41 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 摘 要 挂车前桥和悬架是挂车一个重要的组成部分。在查阅相关资料后，根据挂车前转向桥和悬架的结构特点、工作原理定设计的主要内容包括：转向从动桥前梁、转向从动桥转向节、转向从动桥主销和转向节衬套的设计和校核，以及钢板弹簧悬架的设计和校核。本设计采用工字型前梁并稍向下弯曲，已达到降低重心和提高刚度的作用。在前梁初步计算完成之后会用有限元 行静力学分析，以保证设计质量。挂车悬架把车架和车轴弹性的连接起来。它的主要功用是传递作用在车轮和车身之间的一切力 和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和有不平路面传给车身的冲击载荷，衰减由此引起的震动，保证乘员舒适性，减小货物和车辆本身的动载荷。由于钢板弹簧结构简单，制造成本低，维修方便等优点，所以本设计主要采用有主副簧的钢板弹簧作为弹性元件。 关键词 ：挂车；前桥；悬架；主销；钢板弹簧 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 is an of to of to of In to to of is to as 龙江工程学院本科生毕业设计 5 第 1 章 绪 论 设计的目的和意义 汽车是现代交通工具中应用的最多，最普遍，也是最方便的交通运输工具。汽车的车桥和悬架是汽车上的重要组成部分。汽车的从动桥的转向性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业得迅速发展和车流密度 日益增大，人们对安全性、可靠性的要求越来越高。 汽车已经成为现代社会发展不可缺少的交通工具，在人门的日常生活中扮演着重要的角色。汽车工业以其强有力的产业拉动作用，已经成为我国国民经济发展的支柱性行业。随着我汽车工业的迅猛发展，汽车零部件的自行开发和研究工作也随之广泛地展开。汽车在公路上高速行驶，汽车的零部件承受着静载荷和动载荷作用，这些作用直接影响着汽车的使用寿命和汽车运行的可靠性。 车桥（也称为车轴）通过悬架和车架（或承载式车身）相连，它的两端安装着车轮，其功用是传递车架（或承载式车身），与车轮之间的各方向 的作用力及其力矩。 车桥是汽车的主要零件之一，它是汽车主要承载件和传力件，支撑着汽车的载荷，并将载荷传给车轮，在实际行驶中，作用在车轮上的牵引力、制动力、横向力，也是经过桥壳传到悬架及车架上的。同时汽车在路面上高速行驶，由于路面不平度的影响，汽车的车桥会受到交变载荷的作用，在这种复杂的交变载荷的反复作用下，会发生裂纹萌生和扩转并导致突然断裂。因此，在技术上了解车桥的静态特性，有着及其重要的实际意义。 在汽车车桥及悬架的制造过程中，涵盖了铸（灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、铸钢）、锻（模锻、精锻、平锻和热压）、焊 （电焊、点焊、二氧化碳保护焊）、热处理（表面淬火热处理、表面高频淬火处理）粉末冶金等各种热加工工艺。 通过查阅相关的资料，运用专业基础理论和专业知识，确定挂车车桥和悬架的总体设计方案，进行部件的设计计算和结构设计。 进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的认识掌握，使之系统化、综合化 。 培养文献查阅、使用、文件编辑、文字表达等基本实践能力以及外文资料的阅读和翻译的基本技能，使初步掌握科学研究的基本方法。使树立符合国情和生产实际的正确设计思想和观点，培养严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、善于与他人合作 的工作作风 。 总之，由上述可见，汽车车桥及悬架设计涉及的机械零部件及元件的品种极为广泛，对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要涉及到所有的现代机械制造黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 工艺。因此，通过对汽车车桥与悬架的学习和设计实践，再加上优化设计，可靠性设计和有限元分析等内容，可以更好地学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。 设计的主要内容 挂车是本身没有自带动力及驱动装置，由汽车牵引组成汽车列车用以载运人员及货物的汽车。挂车分为全挂车和半挂车，全挂车与半挂车最大的不同是，汽车列车在运输作业时，挂车的全部载荷由挂车承 载，牵引车只起牵引作用。因此，全挂车的前支撑为轮轴结构，且通常具有转向装置，一减少侧滑、摩擦和汽车列车的转向阻力。本设计为全挂车。而全挂车的前桥为转向从动桥。转向方式为轮转向式转向装置。采用轮转向式转向装置的挂车的主要优点是货台或车厢的地板离地面较低，且左右车轮可以实现正确的转向角度，车轮磨损较小，但对杆系的传动比精确度要求较高。 根据悬架的结构的不同，车桥分为整体式和断开式两种。 根据车桥上车轮的作用，车桥又可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥、和支持桥四种类型。一般汽车多以前桥为转向桥，以后桥、中桥为驱动桥 。本设计为转向桥。 转向桥是利用车桥中的转向节使车轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。转向桥一般位于汽车的前部，因此也常称之为前桥。 前梁用钢材锻造，断面为工字型以提高抗弯强度。为提高抗扭强度，接近两端略制成方形。中部加工出两处用以支撑钢板弹簧的加宽面 弹簧座。中部向下凹，降低发动机位置，从而降低汽车的重心，扩展驾驶员的视野，并减小传动轴与变速器输出轴之间的夹角。前梁两端各有一个加粗部分，呈拳形，其中有通孔，主销即插入两孔内。通过主销将转向节与前梁的拳部相连，并用带螺纹的楔形锁销将主销固定在拳部孔内，是之不 能转动。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，转向节孔销内压入青铜衬套，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。为使转向灵活轻便，在转向节下耳与前梁拳部之间装有推力滚子轴承。在转向节上耳与拳部之间装有调整垫片，以调整其间的间隙。在转向节的上耳上装有与转向节臂制成一体的凸缘，在下耳上则装着与转向梯形臂制成一体的凸缘，这两个凸缘均制成有一矩形键，因此在左转向节的上下耳上都有与之配合的键槽。转向节通过矩形键及带有锥形套的双头螺栓与转向节臂及梯形臂相连。在键槽端面间装 有条形的橡胶密封垫。 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。轴承的松紧度黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 可用调整螺母（装于轴承外端）加以调整。轮毂外端用冲压的金属罩盖住。轮毂内侧装有油封。如果油封漏油，则外面的挡油盘仍足以防止润滑油进入制动器内，转向节上靠近主销孔的一端有方形的凸缘，固定制动底板。 对车桥提出的设计要求： （ 1）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以足通过性要求。 （ 2）具有足够的刚度和强度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，以减少不平路面的 冲击载荷，提高汽车的行驶平顺性。 （ 3）结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修、调整方便。 （ 4）与悬架导向机构运动协调。 对车桥设计完成之后要进行校核和 限元分析。 悬架是车架（或车载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。其功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力 (牵引力和制动力 )和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递给车架或车载式车身上，以保证汽车的正常行驶。 现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但是一般都由弹性元件、导向装置、减振 器和辅助元件组成。辅助元件包括缓冲块和横向稳定器等。弹性元件的功用是缓和冲击，减振器的作用是使振动迅速衰减，振幅迅速减小。导向机构的作用是使车轮按一定的轨迹相对于车架和车身运动。悬架是采用非独立悬架，因为非独立悬架结构简单，工作可靠、制造简单、维修方便。 非独立悬架其结构特点是两侧的车轮有一整体式车桥相连。车轮连同车桥一起通过弹性悬架与车架（或承载式车身）连接。当一侧车轮因道路不平而发生跳动时，必然引起另一侧的车轮在汽车横向平面内发生摆动，故称为非独立悬架。在中、重型汽车上普遍采用。 对悬架提出的设 计要求有： （ 1）保证汽车有良好的行驶平顺性。 （ 2）具有合适的衰减振动的能力。 （ 3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。 （ 4）汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适。 （ 5）有良好的隔声能力。 （ 6）结构紧凑、占用空间尺寸小。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 （ 7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。 对悬架设计完成之后要进行校核。 设计的主要参数 表 构参数表 前轮轮距 B 1840 弹簧座中心距 K 880 弹簧座中心到主销中心距离 b 370 断 面 尺 寸 全高 H 上凸缘宽度 1B 下凸缘宽度 2B 上下凸缘间距 h 幅板厚度 125 138/65 65/65 55/58 16/14 主销长度 221 主销直径 50 主销中心到上衬套中心距 n 81 主销中心到下衬套中心距 e 81 上衬套长度 52 下衬套长度 52 止推轴承高度 向 节 主销中心到压力中心距 g 主销中心到转向节大轴颈中心距 P 大轴颈宽度 小轴颈宽度 大轴颈直径 小轴颈直径 100 110 61 35 55 35 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 第 2 章 从动桥的概述及选型 动桥的概述 从动桥即非驱动桥，又称从动车轴。它是通过悬架与车架（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，从动桥分为转向桥和非转向桥。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。对于非转向从动桥，由于它仅起支持汽车部分簧上质量的作用，因此又称为支持桥或支持车轴。 从动桥按与其匹配的悬架结构的不同，也可分为断开式和非断开式两种。与非独立悬架相匹配的非断开式从动桥式一根支承于左、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。 在汽车的设计、制造、装配调整和使用的过程中必须注意防止可能引起的转向车轮的摆阵，它是指汽车行驶转向轮绕主销不断的摆动的现象，它将破坏汽车的正常行驶。转向车轮的摆动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，即对外界系统输入能量。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，形成摆动。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，而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阵往往属于自激振动型。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、断面跳动、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。其特点是转向轮摆阵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。通常在高速行驶时发生的摆阵往往属于受迫振动型。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 1- 转向节推力轴承； 234 主销； 5图 断开式转向从动桥 如图 示，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。制动底板紧固在转向节的突缘面上。转向节的销孔内压入带有润滑槽的青铜衬套以减小摩擦。为使转向轻便，在转向节下耳与前梁拳部之间可装滚子推力轴承，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。 主销的几种结构形式如图 示，其中最常使用的是（ a）（ b）两种。黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 （ a）圆柱实心型；（ b）圆柱空心型（ c）上、下端为直径不等 的圆柱、中间为椎体的主销；（ d）下部圆柱比上部细的主销 图 销的结构型式 为了保证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面内都有一定的倾角。在纵向平面内，主销上部向后倾角一个角，称为主销后倾角。在横向平面内，主销上部内倾一个角，称为主销内倾角。 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，该距离称为后倾拖地距。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3以内。 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离减小，从而可减小转向时需加在方向盘上的力，使转向轻便，同时也可减少转向轮传到方向盘上的冲击力。主销内倾角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 5到 8 ;主销偏移距离一般为 30 40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，即主销偏移距离不宜过小，否则黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 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，使转向变的很沉重。 动桥转向装置的结构形式选择及确定 全挂车的转向方式有两种：一种是轴转向式，即转向时，车轮除绕其中心旋转外 ，还与车轴一起绕车轴中心中点垂直线转动。轴转向式转向通常有单转盘转向和双转盘转向。另一种是轮转向式，即转向时，车轮绕转向主销转动，而车轴不转动。本设计采用轮转向式转向装置。 挂车的牵引杆通过一个摆臂将牵引车转向的摆动转变为直拉杆的推拉运动，然后再通过一个转向拐臂拉动转向梯形机构的横拉杆使挂车随牵引车一起实现转向。采用轮转向式转向装置的挂车的主要优点是货台或车厢的地板离地面较低，且左右车轮可以实现正确的转向角度，车轮磨损较小，但对杆系的传动比精确度要求较高。 章小结 本章对挂车前桥进行了系统 的概述和总结，系统的分析了前桥的种类、结构形式、及工作原理，并根据本设计所要求的参数进行了严格规范的选取，选取了适合本设计的前桥的结构形式，还对跟前桥有关的零部件进行了细致地分析和选取，是以后计算和设计的理论基础和工作依据。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 第 3 章 从动桥设计计算及校核 向从动桥前梁的设计和校核 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，如图 示。 12图 向从动桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 制动工况下的前梁应力计算 制动时前轮承受的制动力 1传给前梁，使前梁承受转矩和弯矩。 考虑到制动时汽车质量向前转向桥的转移，则前轮所承受的地面垂向反力为： 111 2 （ 式中： 1G 汽车满载静止于水平路面时车桥给地面的载荷，取为G ; 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 紧急制动是车桥所承受的最恶劣的工况之一。此时，前梁的垂直载荷增大，水平弯曲力矩达最大值，同时还存在巨大的制动扭转力矩。前梁垂直载荷增大的比例称为质量转移系数 1m ： 10 （ 式中： 车轮与道路的附着系数，取 ； 挂车重心的高度，取 h； 0b 挂车重心到后轴中心线的距离，取 b。 代入得： m 。 结合（ 3（ 3式，代入得： 前轮所承受的制动力为： 1 （ 式中 ： 轮胎与路面的附着系数，取 ； 前轮所承受的地面垂向反力， N。 代入得： 由 别为 1v （ Pr(t+g ） （ 式中： g 车轮中心至转向节主销中心的水平距离，取为 100 t 转向节主销中心至钢板弹簧座中心的水平距离，取为 350 前轮所承受的地面垂向反力， N； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 前轮所承受的制动力， N。 代入得： 制动力 使前梁在主销孔至钢板弹簧座之间承受转矩 : T = Pr r (式中： 前轮所承受的制动力， N； r 轮胎的滚动半径，取为 500 代入得： T = 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。该断面的垂向弯曲截面系数： H 313v (代入得 ： 333v 4 0 4 012568520125100 W 。 该断面的水平平面内的抗弯断面系数： B 23132h （ 代 入得： 333h 8 0 01 0 0620851 0 0202 W 。 前梁在钢板弹簧座附近危险断面处 (拳部 )抗扭截面系数： 3T (式中： 查表取 C 拳部截面宽取 C 80 代入得： 3T 。 前梁在钢板弹簧座附近危险断面处的弯曲应力： （ 代入得： M 。 前梁在钢板弹簧座附近危险断面处的扭转应力： （ 代入得： 。 前梁可采用 45， 3040中碳钢或中碳合金钢制造，本设计采用 40龙江工程学院本科生毕业设计 16 硬度为 285 ， ； ， 。 可见前梁在制动工况下的弯曲 应力和扭转应力均小于许用应力值，故满足使用条件。 最大侧向力（侧滑）工况下的前梁应力计算 挂车发生侧滑时，车轮上的横向力达到最大值。前梁在垂直平面内的弯矩由垂直载荷和侧滑时的横向反作用力造成，且无纵向力作用，左、右车轮承受的地面垂向反力 侧向反力 不相等，前轮的地面反力 (单位都为N)分别为： )21(211 ()21(211 (1 (1 (式中： 1 横向附着系数，取为 1B 车轮轮距，取 B ； 1G 汽车停于水平路面前桥轴荷， N； 挂车重心的高度，取 h。 代入得： 左钢板弹簧座处弯矩： (右钢板弹簧座处弯矩： )r( (左拳部弯矩： r (r (式中： 左车轮承受地面的垂向反力； 右车轮承受地面的垂向反力； 左车轮承受地面的侧向反力； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 右车轮承受地面的侧向反力； g 车轮中心至转向节主销中心的水平距离，取为 100 t 转向节主销中心至钢板弹簧座中心的水平距离，取为 350 1 横向附着系数，取为 代入得： M N M N 23288077M N 255913M N 拳部的抗弯断面系数： 62 (式中： c 拳部的高度，取 85mmc b 拳部的长度，取 80mmb 。 代入得： 6W 。 弯曲应力： 代入得： ， w 。 可见前梁在侧滑工况下的弯曲应力小于许用应力值，故满足使用条件。 约束和加载 当大梁校正仪安装完毕保持稳定是时，支架最低面就是固定面，所以约束就加在支架最低的面， 支撑重量全部作用在方口钢立柱的上部截面上，竖直向下。加载时加的为面力，则载荷情况为 7 9 1 7 4 23 8 7 2 0 6 5 6 。 求解 k/看结果并分析 查看变形结果： 、 Y、 Z 和总变形 最大变形量 变形 向从动桥转向节的设计和校核 转向节多用中碳合金钢模锻成整体式结构。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，作用黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 效果良好。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滚子轴承等。也有采用青铜止推垫片的。 如图 示，从动桥转向节的 危险断面在轴径为 图 向节、主销及转向节衬套的计算用图 制动工况下的计算 剖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。这时可按公式计算其垂向弯矩 剖面处的合成弯曲应力： 312,112, （ 式中 ： 转向节的轮轴根部轴径， 1G 汽车停于水平路面前桥轴荷， N； 1m 质量转移系数。 代入得：w= 上式的许用弯曲应力为 w=550 弯曲应力 小于许用应力，满足使用条件。转向节采用 40碳合金钢制造，心部硬度 频淬火后表面硬度 化层深 轴根部的圆角滚压处理。 侧滑工况下的计算 转向节上的作用力按侧滑情况考虑。要计算转向节指轴根部的弯曲应力 7，黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 如向左侧滑时： (式中： 1C 压力中心到转向节指轴根部的距离，取为 C 。 代入得： M N 转向节的抗弯断面系数： 33 (式中： d 转向节的指轴根部轴径为 84 代入得： 33 2 7 W 。 指轴根部的弯曲应力： (代入得： M 。 转向节采用 30碳合金钢制造，经过调制处理，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。应力的许用值为 L =550 ， 故满足使用条件。 向从动桥的主销和转向节衬套的设计和校核 销在制动工况下的应力计算 主销在制动工况下的受力简图如图 示： 图 销在制动工况下的受力分析简图 1S 4S 2S 3S 4S2S 1S 3S 1Z 20 由 1Z 所产生的反作用力 1S 和 1S ： en 111(由 产生的反作用力 2S 和 2S ： en 2(en 2(由横拉杆所产生的反作用力 33S： en 13 (en 13 (由制动力矩 T 所产生的反作用力 4S 和 4S ： en (式中： n 主销中心到上衬套中心距，取 n ； e 主销中心到下衬套中心距，取 e 。 代入得： 8 6 0 511 5 0 8 52 S ； 5 0 8 52 S ； S ； S ； 主销下端，其合力为： 242231F 代入得： 3 2 7 7 0 8 3 9 4 8 2 2 5 5 2 5 1 8F S 销在侧滑工况下的应力计算 主销在侧滑工况下的受力简图如图 示： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 图 销在侧滑工况下的受力分析简图 假设向左侧滑，左侧主销上的垂直反作用力 Z ， 侧向反作用力 Y ， 作 用 力 臂 ： 上 端 下端 左侧主销上的作用力较大。 上端 ： en 下端 ： en 代入得： S； S 。 取 最大的作为主销的计算载荷，即 S ， 计算主销在前梁拳部下端面处的弯曲应力w和剪切应力s： ( 20 ( 式中：0d 主销直径，取为 50 h 转向节下衬套中点到拳部下端面的距离，取 28 代入得 ： M P ； M 。 主销采用 202020低碳合金钢制造，本设计采用 2011黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 渗碳淬火，渗碳层深 62， ， ； ， 。 可见主销的弯曲应力和剪切应力都在许用值范围内，故满足使用条件。 向节衬套的应力计算 转向节衬套的挤压应力c为： 0Dc (式中： l 衬套长度，取为 52 0d 主销直径，取为 50 代入得： M 。 衬套一般采用 料 10，其许用挤压应力 c ， 。 在静载荷下，上式的计算载荷取： 01 (代入得： M 。 此时 ， ， 衬套的挤压应力在许用值范围内，故满足使用条件。 体式转向梯形机构优化设计 转向梯形机构用来保证转弯行驶时汽车的车轮均能绕同一瞬时转向中心在不同半径的圆周上作无滑动的纯滚动。为此，转向梯形应保证内、外转向车轮的理想转向关系如公式（ 示。因此，在设计中首先是要确定转向梯形机构的几何尺寸参数，其次 是进行零件的强度计算。 汽车转向行驶时，受弹性轮胎侧偏角的影响，所有车轮不是绕位于后轴延长线上的点滚动，而是绕位于前轴和后轴之间的汽车内侧某一点滚动。此点位置与前轮和后轮的侧偏角大小有关。由于影响轮胎侧偏角的因素很多，且难以精确确定，故下面是在忽略侧偏角的影响的条件下，分析有关两轴汽车的转向问题。此时两转向轴线的延长线应交在后轴延长线上，如图 示。设i、0分别为内、外转向车轮的转角， L 为汽车轴距， K 为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离。若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，则梯形机构应保证内、外转向车轮的转角关系为： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 c (若自变角为0，则因变角i的期望值为： )c o t ( c o t)( 00 ( 转向梯形机构实际上不能完全精确地满足公式（ 要求，而只能以足够的工程精度接近该式。即转向梯形机构使式（ 的 L 值不再是汽车的轴距 L ，而是 (见图 若令 , 愈接近 1，则该转向梯形愈能精确地反映式（ 要求， 使转向亦愈顺畅。 （ a）内、外转向轮的理想转角关系；（ b）由转向梯形决定的内、外转向轮的实际转角关系 图 计轮胎侧向弹性时的汽车转向简图 由图 3b）中的 有： )s i n (s i s i n (s i ns i s i n (s i ns i K（ 代入得： 转向梯形机构的几何尺寸参数有：两转向主销中心线与地面交点间的距离K , 转向横拉杆两端球铰接中心间的距离 n ，转向梯形臂长 m 和梯形底角 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 。 根 据汽车的总体布置或转向桥的布置图，首先可找出汽车的轴距 L 及转向主销间距 K ,再按 在图 (3关系曲线图上找出 x ，则有： )5.0(a r c t a n )c （ 代入得： 图 向梯形简图及 x 与 关系曲线 确定整体式后置转向梯形机构的几何尺寸后就进行校核 ，而校核前是按经验公式确定梯形的初选尺寸，即认为后置梯形的参数 32 从而求得： (代入得：32m 章小结 本章对挂车的前桥进行设计计算，主要有转向从动桥前梁的设计计算、转向节的设计计算、主销和转向节衬套的设计计算、转向梯形的计算。这些零部件的设计计算都是从两方面进行的，即在制动工况下和最大侧向力（侧滑）工况下，其中前梁的力学要求比较高，所以针对前梁做了 析，进一步对所设计的前梁进行校核分析，以保证本设计的质量。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 第 4 章 悬架的概述及选型 架的概述 悬架式保证车轮 或车桥与汽车承载系统（车架或承载式车身）之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。 悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架（或承载式车身）之间的一切力和力矩，并缓和汽车行驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性联接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓和冲击的目的。采用弹性联接后，汽车可以看作是由悬挂质量（即簧载质量）、 非悬架质量（即非簧载质量）和弹簧（弹性元件）组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。 挂车悬架是将挂车车架与车轴相连的全套装置的总称，其主要功能是传递作用在车轮和车架之间的各种载荷，并减少或消除由不平路面通过车轴传给车架的冲击和振动，以改善挂车行驶的平顺性。挂车的悬架也是由弹性元件、减震器和导向装置三部分组成的。悬架弹性元件很多，但挂车常用的弹性元件主要有钢板弹簧、空气弹簧、液压弹簧以及它们的组合。挂车的悬架应用最普遍的是纵置钢板弹簧非独立悬架、独立的或是非独立的空气弹簧悬架 、钢板弹簧平衡悬架和液压弹簧平衡悬架等。我国现生产使用的通用型挂车半挂车仍然都装用钢板弹簧，它的优点是结构和工艺简单，安装维修方便，价格低廉，在缓冲功能方面也能基本满足要求。在一些较大装载质量的挂车上，因其具有多轴承载，为保证各轴车轮与地面均有良好的接触及使悬架系统的载荷均匀，多采用钢板弹簧平衡悬架。进入 20 世纪 90 年代后期，空气弹簧的结构更加成熟，并且功能更加多样化，空气弹簧悬架装置的使用性能优点越来越得到认同。据报道，在空气弹簧生产地的欧洲，目前已有超过 50%的新型挂车使用了空气弹簧悬架。但是由于对空气 囊的折叠疲劳寿命、抗老化性能、上下盖板的粘接强度和气密性都要求甚严，同时对托臂的板材质量及变截面成形工艺设备也要求很高，因此使得空气弹簧的成本很高。液压悬架主要用于运载大吨位成套设备的低速、超宽、超重吨位的挂车上。除了一些客车挂车外，一般挂车悬架很少次用横向稳定器装置。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 为了缓和列车的垂直振动，希望所设计的悬架刚度要小。但悬架过软，又容易引起车辆的纵向和侧向角振动，制动和转向时产生不安全感，使车辆的操纵恶化。若悬架的刚度过大，则列车在通过不平路面时，将产生很