某轻型汽车前桥的设计【三维图模型】【含10张CAD图纸】
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三维图模型
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III摘 要 随着市场经济的发展，轻型货运汽车以其机动灵活、经济省油、高性价比、多功能的特点，逐渐成为市内货物运输或短途货物运输的主要运输工具，是城市物流系统的主力车型。汽车制造企业为了占领市场，必须开发设计出造型美观、布置合理、结构先进、具有高动经性的轻型货车。本文首先对轻型货车的设计特点以及国内外发展现状做了相关的概述，而后对转向前桥进行了详细的设计计算，主要计算了前桥、转向节、主销、主销上下轴承（即转向节村套）、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。最后根据上述的设计工作与计算，完成CAD图纸绘制及三维模型建立。 关键字：轻型货车，前桥，工字梁，转向节 ，三维建模ABSTRACTWith the development of market economy light freight cars with its flexible economic fuel efficient cost-effective multi-function characteristics gradually become citywide goods transportation or short-distance transport of goods transport the main city logistics system is the main models. Auto manufacturing enterprise in order to capture market must develop design the modeling beautiful decorate reasonable advanced structure high move the vans through sex. Firstly, the small truck design features and development in the world to do the relevant overview and then move before the bridge on a detailed design calculations, mainly calculate the work stress in the Brake and sideslip two conditions of the front axle, steering knuckle, kingpin, kingpin upper and lower bearing (the steering knuckle village sets), Steering knuckle thrust bearing or thrust washer .The design of this work completed by the CAD drawing.KEY WORDS: light truck, front axle, beam，Knuckle目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1前桥的概述11.2 货车前桥的发展状况31.3 课题研究的目的与意义51.4研究的方法及技术路线61.4.1研究方法61.4.2研究技术路线61.5 本文研究的主要内容6第2章 轻型汽车前桥的总体结构设计72.1 前桥基本参数的确定72.2前桥的主要技术条件82.2.1 设计要求82.2.2主要设计参数9第三章 前桥的结构分析93.1 承载结构分析93.2前桥的结构确定103.2.1结构形式113.2.2 整车的结构匹配11第4章 前桥主要零部件的设计计算124.1 前桥的受力分析124.1.1紧急制动工况分析124.1.2侧滑工况分析134.1.3 工况路面分析134.2 前桥扭矩的计算144.3 转向节的设计与计算214.3.1截面系数计算214.3.2弯矩的计算214.3.3应力的计算214.4主销的结构设计与计算224.5 前桥标准件的选择与校核264.5.1 轴承的计算264.5.2 垫片的计算274.6 前桥车轮的尺寸计算27总 结29致 谢30参考文献3131毕设计业第一章 绪 论1.1前桥的概述前桥通过悬架与车架（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。从动桥要承受和传递制动力矩。前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。前桥按与之匹配的悬架结构不同可分为非断开式与断开式两种。 图1-1非断开式前桥图1-2断开式前桥汽车在行驶过程中，经常需要改变行驶方向，即所谓转向，这就需有一套能够按照司机意志行使汽车转向的机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮的偏转动作。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，前桥的主销在汽车的纵向和横向平面内具有一定的倾角。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。 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。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；主销偏移距一般为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。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。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 货车前桥的发展状况 轻型载货汽车的现状及发展前景 中国改革开放以来农村的经济迅速发展，使农村的货运量及人口流动急剧的增加，加快运输机械化成为了农村经济发展的迫切需要，正是这一市场的需要使具有中国特色的运输机械轻型货车营运而生。它解决了农村运输的急需，填补了村级，乡级，城镇及城乡结合部运输网络的空白活跃了农村经济。 轻型货车的竞争对手是轻型汽车，与轻型汽车相比，轻型货车有许多的优点。入世后轻型货车没有收到很大的冲击，因为它是中国特色的产业，符合国情，在国外没有人这样搞过，但是我们不能回避轻型汽车与轻型回城在市场上的竞争，轻型货车利用比较低的生产成本和微利的经营的成产方式并引进了先进的汽车技术，坚持三低一高的特色，注重产品质量，使之与在汽车行业的竞争中得以提高。 2008年，轻型货车市场增幅回落，月度呈现“前高后低”走势，全年产销量分别为1074541辆和1079159辆，同比分别增长4.2%和6.1%，增幅低于2007年。从表1中可以看出，我国轻型货车已经连续两年产销量超过百万辆，该细分车型占汽车市场份额达到11.5%，较2007年略有下降，但仍为商用车市场份额最大的车型。下半年受国际金融危机影响，下降趋势非常明显，从2008年8月开始，轻型货车产销量逐月下滑。分吨位来看，1.8t总质量3.5t和4.5t总质量6t都有个位数字的增长，而3.5t总质量4.5t系列车型产销量分别下降4.4%和2.0%，中小吨位轻型货车，仍然占据轻型货车市场的主导地位，但总质量大的宽体轻型货车，正显现出更大的市场潜力。前五家企业的集中度为60.0%，同比略有下降。2009年初，国家为了应对国际金融危机对中国经济的不利影响，采取了一系列经济刺激政策，这些政策初见成效。2009年一季度，轻型货车产销量分别为319105辆和317879辆，同比分别增长9.9%和4.5%，二月和三月环比均大幅增长，轻型货车市场逐渐从金融危机的影响下走出来。宽体轻型货车具备载重量大的优势，更适应市场需求。随着人们生活水平的逐步提高，中高端轻型货车用户群体不断扩大，他们对宽体轻型货车价格的承受力越来越强。为了满足市场需要，轻型货车企业在设计宽体轻型货车时，在规格和尺寸方面进行了扩展，更重要的是宽体轻型货车装配的发动机，以及关键总成有了明显变化；很多轻型货车企业生产宽体轻型货车除了满足市场需求外，也是出于增加利润的考虑，因为传统轻型货车利润已经很低，有的轻型货车几乎没有什么利润，宽体轻型货车接近10万元的价格，能够保证企业正常的利润。目前，福田的宽体欧马可、江铃宽体凯锐等产品都属于宽体范畴。传统轻型货车的最高承载量为4t、最高车速仅有8090km/h，发动机功率只有7080kW以及狭小的内部空间，已经不能适应高速公路重载行驶的要求和满足不了市场多层面的需求。因此，在中型货车市场逐渐萎缩的情况下，这些大轻型货车将有可能逐渐占据本属于中型货车的市场的趋势，最高设计时速和发动机功率明显提升。而部分大轻型货车产品也开始逐渐占据本属于中型货车的市场，宽体、大吨位重载高速高端轻型货车将成为未来市场主流产品。这些都是市场、道路运输现代化的需求，具体地表现在高端轻型货车产品趋向宽驾驶室、长车身、大功率、高时速和加强型底盘。除载重量大，动力强劲的特性外，目前市场上高端轻型货车不仅外形美观、内饰设计上快速向轿车配置靠拢，人性化设计和舒适性配置的应用让中高端轻型货车的性价比不断提升。随着市场的成熟、用户运营需求的提高以及国家关于排放、油耗等一系列政策法规的出台，低质低价轻型货车产品的生存空间将急剧萎缩，基数庞大的轻型货车产品需要向质量的强势转变。从产品竞争力来看，经济性、可靠性、高性价比已经成为中国轻型货车的核心竞争力。目前各主流轻型货车生产厂家已经开始在技术竞争的市场开拓，技术储备陆续释放，对产品进行升级改造，用技术占领市场。前桥是汽车上一个重要的总成件，主要包括转向节、转向主销、前轴等零部件，由于在汽车的行驶过程中，前桥所处的工作环境恶劣，工况复杂，其承受的载荷也多为交变载荷，从而其零部件易出现疲劳裂纹甚至断裂现象。这就要求其在结构设计上必须有足够的强度、刚度和抗疲劳破坏的能力。因此就有了本课题的研究和设计。1.3 课题研究的目的与意义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(或承载式车身)相联，两侧安装着从动午轮，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。前桥还要承受和传递制动力矩。前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。前桥按与之匹配的悬架结构不同可分为非断开式与断开式两种。由于小型载货汽车要求价廉，所以多采用非断开式前桥。非断开式的前桥主要有前梁，转向节和转向主销组成。车桥通过悬架与车架连接，支撑着汽车大部分重量，并将车轮的牵引力或者制动力，以及侧向力经过悬架传给车架。在汽车使用中，转向桥的受力状况比较复杂，因此应具有足够的强度。为保证转向车轮的正确定位角度，使操纵轻便并减轻轮胎的磨耗，转向桥也应有足够的刚度。此外，还应尽量减轻转向桥的重量。总之，由于在汽车的行驶过程中，前桥所处的工作环境恶劣，工况复杂，其承受的载荷也多为交变载荷，从而其零部件易出现疲劳裂纹甚至断裂现象。这就要求其在结构设计上必须有足够的强度、刚度和抗疲劳破坏的能力。前桥承受汽车的前部重量，把汽车的前进推力从车架传给车轮，并与转向装置的有关机件作关节式联系，实施汽车的转向。前桥是利用它的两端通过主销与转向节连接，用以转向节的摆转来实现汽车的方向。1.4研究的方法及技术路线1.4.1研究方法（1）通过查阅相关资料，掌握轻型汽车前桥的主要参数。（2）充分考虑已有轻型汽车前桥的优缺点来确定轻型汽车前桥的总体设计方案，对现有装置的不足进行分析。（3）对设计的轻型汽车前桥进行修改和优化，最终设计出能满足要求的轻型汽车前桥。1.4.2研究技术路线（1）根据题目和原始数据查看相关资料，了解当今国内外轻型汽车前桥的发展现状及发展前景，撰写文献综述和开题报告。（2）根据产品功能和技术要求提出多种设计方案，对各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案，再对所选择的方案做进一步的修改或优化，最终确定总体设计方案。（3）具体设计轻型汽车前桥的工作装置等。 （4）对所设计的机械结构中的重要零件进行校核计算，如轴、轴承等，保证设计的合理性和可行性。；（5）绘制零件图、装配图，完成要求的图纸量；（6）整理各项设计资料，撰写论文。1.5 本文研究的主要内容 本论文主要对由转向节，主销，横梁等组成轻型汽车前桥进行设计。具体内容包括以下五部分:(1) 轻型汽车前桥的总体设计。(2) 轻型汽车前桥详细的机构运动学分析。(3) 轻型汽车前桥各部分的基本尺寸的计算和验证。(4) 轻型汽车前桥主要部件的结构设计。第2章 轻型汽车前桥的总体结构设计2.1 前桥基本参数的确定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，前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。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。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；主销偏移距一般为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。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。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。2.2前桥的主要技术条件2.2.1 设计要求（1）具有足够的强度，以保证可靠的承受车轮与车架（或承载式车身）之间的作用力。（2）保证有正确的车轮定位，使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损。从桥要有足够的刚度，以使车轮定位参数保持不变。（3）转向节与主销，转向节与前桥之间的摩擦力应尽可能小，以保证转向操作的轻便性，并有足够的耐磨性。（4）转向轮的摆振应尽可能小，以保证汽车的正常，稳定行使。（5）前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。2.2.2主要设计参数(1)驱动形式：单驱，汽车总质量5880kg；整备质量2100kg(2)货箱尺寸33001610360；(3)轮胎型号6.00-15,前单、后双轮胎；(4)有关国家以及行业标准；(5)参照跃进超越C500-33相关车型参数和结构。第三章 前桥的结构分析3.1 承载结构分析各种车型的非断开式转向前桥的结构型式基本相同，主要由前梁、转向节及转向主销组成，如图31所示。转向节通过主销与前梁铰接并经一对轮毂轴承支撑着轮毂，以实现车轮转向。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凸缘面上。转向节的销孔内压人带有润滑油槽的青铜衬套以减少磨损。为使转向轻便，在转向节下耳与前梁拳部之间可以装推力滚子轴承；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。带有螺纹的锁销将主销固定在前梁拳部的孔内，使之不能转动。 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。有的汽车的转向前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具成整体式结构。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)（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 图3-1主销结构形式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。轮毂轴承多由一对单列圆锥滚子轴承组成，这种轴承的刚度较大，可承受较大负荷。轿车因负荷较轻，前轮毂轴承也有采用一对单列或一个双列向心球轴承的。球轴承的效率较高，能延长汽车的滑行距离。3.2前桥的结构确定本设计为轻型载货车的转向前桥，因此应该本着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，它与非独立悬架配合。它的结构简单，承载能力大，这种形式再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前桥。转向前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无缝钢管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3-1所示。综上做出如下的选择：3.2.1结构形式本前桥采用非断开式转向前桥3.2.2 整车的结构匹配（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：国柱实心主销。（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）轮胎螺栓：左侧左旋，右侧右旋表3-1 轻型货车整车参数汽车总质量Ga（N）整备质量G1（N）汽车质心至前轴中民线距离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)42250210002133117533601180780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（mm）1415158448082.512第4章 前桥主要零部件的设计计算本车为单桥驱动的两轴汽车，即前桥为前桥、后桥为驱动桥，由于整体式车桥较断开式车桥具有经济性高、强度大、结构紧凑、安装维修方便的优点，所以，本车决定采用整体式前桥。前桥前桥要求采用工字梁结构，前桥后桥均采用非独立悬架形式。转向前桥的设计计算主要是计算前桥、转向节、主销、主销上下轴承（即转向节村套）、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。4.1 前桥的受力分析前轴受力简图：图4-1汽车向左侧滑时前轴受力图4.1.1紧急制动工况分析 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糸数=0.7制动时前轴轴载千质量重新分配分配糸数m1=1.631 式（4-1）垂直反作用力：Z1l= Z1r=17125.5N 式（4-2）横向反作用力： X1l=X1r= =11987.85N 式（4-3）4.1.2侧滑工况分析 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，得到=0.747，取=0.65（2）对车轮接地点取矩垂直反作用力：Z=19634.47N 式（4-4）Z=1365.5N 式（4-5）横向反作用力Y1l=12762.41N 式（4-6）Y1r=887.59N 式（4-7）4.1.3 工况路面分析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糸数=2.5N 式（4-8） 载荷计算结果列表：表4-2 前桥受力反作用力表 单位 N紧急制动Z117125.50X111987.85侧滑Z1l19634.47Z1r1365.5Y1l12762.41Y1r887.59越过不平路面Z1262504.2 前桥扭矩的计算选择下述四个部位计版式其断面的弯矩、扭矩-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）-断面位于钢板弹簧座外侧附近，此断面内就弯矩最大，而扭矩最小-断面处的弯矩，扭矩均较大-断面位于梁端，此断面内扭矩最大，而弯矩最小表4-3各断面的计算参数 参数车型L1L2L3L4h1h2h3h4JY1061402316167138129125340各断面弯扭矩计算如下）紧急制动垂直面内弯矩: M=Z1li 式（4-9） 水平面内弯矩: M=X1li 式（4-10）上式中Li对应与-、-、-、-断面分别带入L1、L2、L3、L4钢板弹簧外侧扭矩 Mn=X1上式中hi对应与-、-、-断面分别带入h1、h2、h3、h4。）侧滑 左侧各断面垂直面内弯矩: M1=Z1l-Y1l(rr-hi) 式（4-11）上式中Li,hi带入值与紧急制动时一致）越过不平路面垂直面内弯矩: M=Z1Li 式（4-12）式中Li带入与上面计算中一致表4-4 弯扭矩计算 单位 N 结果工况-紧急制动M688445154116582859958.523363319M4819115.73788160.62001912.516543233Mn4153034.704200362.855277075.555679363.8侧滑M1-3464503.46-2417985.84-1677766.06-1741578.11越不平路M10552500829500043837503622500断面糸数计算A工字形断面前轴a) 断面简图本汽车前轴简化为换算断面形状后如图图4-2 工字梁b)计算断面糸数i)-断面如图3所示垂直面内抗弯断面糸数=37003.47N.mm 式（4-13） 水平面内抗弯断面糸数 式（4-14）- 断面 换算断面简图图4-3 IIII断面计算简图 垂直面内抗弯断面系数 -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： 式（4-15） =30.796该断面对形心轴的惯性矩： 式（4-16）上翼面的抗弯断面系数： 式（4-17）下翼面的抗弯断面系数： 式（4-18）水平面内抗弯断面系数： 式（4-19）抗扭断面系数由经验公式得 式（4-20）iii) -断面1）垂直面内，水平面内的抗弯断面系数： 式（4-21）2）抗扭断面系数： 式（4-22）iv) -断面1）垂直面内，水平面内抗弯断面系数： 式（4-23）2）抗扭断面系数： 式（4-24）v) 各断面尺寸参数见表：表4-5 各断面尺寸参数 单位： mmJY1061-B7292B1605012.512.5b72584343601612.512.5t1242h364315H61685252vi)断面系数计算结果列表见表 表4-6 断面系数计算结果 单位： -W37003.4734347.21418913.5219378.7W2174427822.9711402.216024.7W7322920910.3420910.34（5）应力计算 a)计算公式i)汽车紧急制动时垂直面内弯曲应力： 式（4-25）水平面内弯曲应力 ： 式（4-26）合成应力： 式（4-27）扭转应力： 式（4-28）在矩形短边中点上的扭转应力 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： 式（4-29）ii)汽车侧滑时垂直面弯曲应力： 式（4-30）iii)汽车越过不平路面时垂直面弯曲应力： 式（4-31）b) 应力值计算结果列表： 表4-7 应力值计算结果 单位： -紧急制动183.63155.51149.25120.379134.38173.29101.8945.51113.38271.40402.38300.30357.27496.14侧 滑91.0548.10-125.926-106.81越不平路287.07238.36228.77184.50（6）CA1040P90K26L2 前轴材料的许用应力 材料：30Cr 调质硬度 ： HB241281 ：800937 许用应力： 4.3 转向节的设计与计算 4.3.1截面系数计算 取轮毂内轴承根部处指轴为计算断面： 式（4-32） 4.3.2弯矩的计算 A紧急制动时 ： 式（4-33） B侧滑时 式（4-34） C超越不平路面时 式（4-35）计算用参数ZB1041LSD6S ， ， 4.3.3应力的计算 A）紧急制动时： 式（4-36） B）侧滑时： 式（4-37）C）超越不平路面时： 式（4-38） 弯矩、应力计算结果列表见表表4-8 弯矩、应力计算功况M紧急制动484397.1454.17侧滑-5733267.4-641.19超越不平路52500058.714 转向节的材料、许用应力及强度校核 材料 CA1040P90K26L2 40Gr 许用应力 查YB6-71： 4.4主销的结构设计与计算 （1）主销作用力计算简图如图 图4-4 主销作用力计算简图（2）主销受力计算参数见表表4-9 主销受力计算参数参数车行abceflnDhHZB1041LSD6S677020497360165480303740（3）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。 A）、按表1取值 B）汽车紧急制动时 力在主销的支承反力和： 式（4-39） 主销受到和u的作用，力u由下式求得： 式（4-40） 力在主销的两个支承上反作用力和 式（4-41） 式（4-42） 力u在主销的两个支承上反作用力和 式（4-43）由制动力矩的作用，在主销的 两个支撑上产生反作用力和 式（4-44）作用在主销下端的 合力（图14） 式（4-45）C)汽车侧滑时左主销上支承的 反作用力： 式（4-46）左主销下支承的 反作用力 式（4-47）右主销上支承的 反作用力 式（4-48）右主销下支承的 反作用力 式(4-49）D）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。 式（4-50）（4）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）A) 汽车紧急制动时： =1840691.17N.mm 式（4-51）B) 汽车侧滑时： =1364969.32N.mm 式（4-52）C) 汽车越过不平路面时： =591267.77N.mm 式（4-53）（5）抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积的计算 A)主销抗弯断面系数： =2650.72mm3 式（4-54）B)主销剪切面积： =706.86mm2 式（4-55）D) 主销衬套挤压面积：=1200mm2 式（4-56） D:主销外径，d：主销内径（6） 应力计算表4-10 弯曲应力、剪切应力、挤压应力弯曲应力剪切应力挤压应力紧急制动时侧滑时越过不平路面时公式编号676869（7）载荷、弯矩、应力计算结果列表表4-11 载荷、弯矩、应力计算结果 主销受力单位：N M单位：其余量单位：主销受力M紧急制动49748.411840691.17694.4170.3841.457侧滑34188.361364969.32514.9448.3728.49越过不平路面15980.21591267.77223.0622.6113.32（8）主销材料及许用应力CA1040P90K26L2:许用应力 按力作静载荷计算时，4.5 前桥标准件的选择与校核4.5.1 轴承的计算 对转向节推力轴承，取汽车以等速=40km/h、沿半径R=50m或以=20km/h、沿半径R=12m的圆周行驶的工况作为计算工况。 如果汽车向右转弯，则其前外轮即前左轮的地面垂向反力增大。汽车的前桥侧滑条件为= 式（4-57）式中：前桥所受的侧向力，N；汽车满载时的整车质量分配给前桥的部分；R汽车转弯半径，mm；汽车行驶速度，mm/s；G重力加速度，；、作用在前桥左、右车轮上的侧向力（平行前桥，贴于路面）N；轮胎与路面的侧向附着系数；前桥满载时静止于水平路面时前桥给地面的载荷(本车为8540.7N)；由上式得： =将此式代入（4-6），得 = 式（4-58）将上述计算工况的、R等有关数据代入式（2-38），并设=0.5,则有 =0.625可近似的认为推力轴承的轴向载荷等于上述前外轮的地面垂向反力，即有 =0.625 式（4-59）则=0.625*8540.7=5338N=（0.50.33） 式（4-60）鉴于转向节推力轴承在工作中的相对转角不大及轴承滚道圈破坏带来的危险性，根据=45mm选轴承内径为d=45mm，轴承的选择按其静承载容量进行，且取当量静载荷 ，故此调心轴承满足要求。所选取的轴承尺寸为d=45mm，D=85mm，轴承型号为1209E型。4.5.2 垫片的计算 当采用青铜止推垫片代替转向节推力轴承的时候，在汽车满载的情况下，止推垫片的静载荷可取为： =/2 式（4-61）=4270.35N这时止推垫片的挤压应力为 = 式4-62）式中：d、D止推垫片的内、外径。d=45mm，D=55mm。=5.45MPa。 通常取30MPa。经校核符合要求。4.6 前桥车轮的尺寸计算根据轮胎的型号6.00-15，经国家标准可知轮辋的型号为4.50E，求得轮辋直径D=466mm。由下表可得轮辋的各个尺寸：图4-5轮辋的尺寸表4-12轮毂轮廓参数A=114mm B=12mm G=20mm 另外球头销头部的直径选择可依据如下许用接触应力为2530MPa。球头销用合金结构钢12CrNiB、15CrMo、20CrNi或液体碳氮共渗钢35Cr、35CrNi制造。设计初期，球头直径d可根据表中推荐的数据进行选择。表 4-3 球头直径 球头直径 /mm 转向轮负荷 /N 球头直径 /mm转向轮负荷 /N 20 到6000 35 2400034000 22 60009000 40 3400049000 25 900012500 45 4900070000 27 1250016000 50 70000100000 30 1600024000根据前轮载荷取球头直径d=22mm。 总 结 通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。 从我接到毕业设计起，自己心里面都在打鼓，现在是验证自己在大学期间学习内容的时候。从设计最初的构思到论文的逐步成型，从零件图的绘制到零件的三维模型的建立，让自己在制作过程中将学习到的内容更加的深入的了解。也让自己明白了自己的不足之处。在论文的书写过程中，从零部件的材料选择，到零件的尺寸设计，到零件的最终确定，自己都是进行逐一的分析，这段时间内也是长时间泡在图书馆，不断地去查找相关的资料，不断的学习，吸收新的知识，对论文的修改也是一次一次的进行。很多时候，遇到自己不懂不明白的地方，往往都在一瞬间想放弃的时候，还是被自己一次次的说服，想着不能就这么就放弃，这样，让自己一步步的坚持下来了。看着自己完成的论文，图纸，犹如自己的荣誉一般，很开心自己在这段时间的付出是有成绩的。在这段时间内，我不断的与我的指导老师对接相关内容，很多的计算，图纸的绘制，自己都是不懂得，或者十不完善的，是我的指导老师不断的对其进行启发，不断的进行指导，很多时候他不是点对点的对问题进行指导，而是从大面上对我的设计进行分析，进而一步一步的进行牵引，不断的给自己一些启发，让我自己能够理解或者明白自己哪方面做的不对。在这一方面我就特别的佩服我的指导老师，他让我的思维不在进行固化，让我的思维形成发散式，往往能够很好的抓住自己的问题，这在以后的生活中，学习中也是一项很好的技能，也能给自己带来意想不到的收获。现在，毕业设计这一份大学学习内容的试题我已经通过自己的不谢努力完成了，在以后的生活中，工作中会不断的遇到这个那个的试卷，需要我们不断的去面对，去解决，这样就需要我们在面对这些事情的时候，不畏艰难，勇与寻找突破口，不在出现逃避问题的想法，这样将是自己在人生中的一项重大的成就。很多时候，往
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