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载重汽车转向桥设计【4张CAD图纸+毕业论文】

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载重汽车 转向 设计 全套 cad 图纸 毕业论文
资源描述：

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


目录


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


前 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。



1.汽车转向桥的概况

1.1汽车转向桥目前状况

1.1.1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。

1.1.2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β角，称为主销内倾角。


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 电控液压助力转向 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 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 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 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 ，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 ： 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。 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。 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。 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 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 ( )、蜗杆滚轮式 ( )、循环球式 ( )、齿条齿轮式 ( )。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 62 5，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。 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。 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 ”(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 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 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 部；英国 ;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。 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3 8t 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 1 一、 选题的目的、意义和研究现状 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。 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。 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 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。 2 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） 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） 。 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。 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 绘图软件进行零件图、装配图的 绘制 。 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。 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 3 三、研究进度 第 1 2 周 :毕业 实习、收集资料 、撰写开题报告 第 3 4 周 :完成总体方案设计 ； 第 5 6 周 :完成 桥壳、 前梁 、 转向器 、 主销零 件 尺寸 的设计计算； 第 7 8 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 9 10 周 :绘制 转向桥 的 各个部分的 零件图； 第 11 12 周 :绘制 转向桥 的总装配图 ； 第 13 14 周 :整理文档，图纸，完成毕业设计说明书； 第 15 16 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汽车设计 M. 清华大学出版社 ,2机械设计手册 M. 机械 工业出版社 ,1997. 3汽车车桥设计 M. 清华大学出版社 ,4汽车设计 M. 机械工业出版社 ,5汽车构造 M. 机械工业出版社 ,6材料力学教程 M7汽车工程手册 M8汽车前桥力学分析与软件开发 J2008， 35（ 4） :46 9机械精度设计 与检测 M. 中国矿业大学 出版社 ,10汽车理论 M4 五、指导教师意见 指导教师签字： 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： F 宁工程技术大学毕业设计（论文） I 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 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 he of is to to so of In be on in to in of as as By (1) To in to By (1) To in to (2) in to (3)To of to (4) of be as as to by of of so of to 宁工程技术大学毕业设计（论文） 目录 前 言 . 1 . 2 . 2 车前桥的分类 . 2 桥各参数对汽车稳定性的作用与影响 . 2 . 5 动桥总体结构 . 5 重汽车从动桥 . 6 重汽车从动桥 . 7 计意义 . 7 . 8 . 8 . 8 . 8 . 9 . 9 轴受力分析简图 . 9 轴载荷的计算（分三种工况分析 ） .扭矩计算 . 11 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 轴断面分析图 . 11 个断面弯扭矩计算（分三种工况分析） .许用应力及强度校核 .切面积和主销衬套挤压面积的计算 . 球头销 . 转向拉杆 .2 向摇臂 .向桥经济性分析 . 论 . 谢 . 考 文 献 . 录 . 错误 !未定义书签。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前 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。 2 车转向桥目前状况 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 。 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 图 1主销内倾角 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 30 40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 3 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 4 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 车轮外倾角和主销后倾角 -2 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 1 左右。它可以避免汽 车 重 载时车轮产 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 图 1前束 -3 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 (一般汽 车约为 3 5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 (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 。 动桥的结构形式 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 6 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 销结 构形式 1-1 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)(b) (c) in to of of (d) of 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 。 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 悬辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 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 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 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。 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）。 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 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 8 构参数选择 转向桥设计参数参照东风 号汽车前桥数据获得，如表 2示 表 2车总质量 N） 前轴轴载质量 N） 汽车质心至前轴中心线距离 汽车质心至后轴中心线距离L2(轴距 L（ 汽车质心高度hg(前钢板弹簧座中心距 B(42140 23128 2200 1270 3900 1100 850 主销中心距 B(前轮距B1(车轮滚 动半径rr(主销内倾角 主销后倾角 前轮外倾角 a 前轮前束 1670 1800 490 6 2 1 2 4 动桥总体 结构选择 本前桥采用非断开式转向从动桥 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 轴强度计算 轴受力分析简图 如图 3示： 图 3 转向从动桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图 in of 制动工况下的弯矩图和转矩图； 2 侧滑工况下的弯矩图 1 - of - 10 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 =制动时前轴轴载质量重新分配分 配系数 12 = 3 垂直反作用力： 1 =向反作用力： 1r= 21 3 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 达到最大值 F 离 =1 ,1 ，为保证不横向翻车，须使 V 滑 V 翻 ，则有： ，所以 到 = 2）对车轮接地点取矩 垂直反作用力： Z )121(2 11 = )21(223128 =Z )121(2 11 =1725N （ 3 横向反作用力 )121(2 1 )121(2 1 3 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 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 =11 N （ 3 载荷计算结果列表，如下表 3 表 3 单位 N 紧急制动 1 滑 1r 1725 4982 过不平路面 28910 轴弯矩及扭矩计算 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
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本文标题：载重汽车转向桥设计【4张CAD图纸+毕业论文】
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