汽车转向桥桥设计说明书

汽车转向桥设计说明书学院：江苏科技大学继续教育学院专业：机械制造及其自动化学生姓名:沈陈钢学号:c0640201001设计题目：汽车转向桥的设计指导教师:王新彦任务书要求：（1）了解汽车转向桥的结构，功能（2）进行汽车转向桥的受力分析（3）总体方案设计（4）画出转向节的零件图（5）画出转向桥的总装图一、概述转向桥是利用转向节使车轮偏转一定的角度以实现汽车的转向，同时还承受和传递汽车与车架及车架之间的垂直载荷、纵向力和侧向力以及这些力形成的力矩。转向桥通常位于汽车的前部，因此也常称为前桥。各类汽车的转向桥结构基本相同，主要有前轴（梁）、转向节、主销和轮毂（1）前轴：由中碳钢锻造，采用抗弯性较好的工字形断面。为了提高抗扭强度，接近两端略呈方形。前轴中部下凹使发动机的位置得以降低，进而降低汽车质心，扩展驾驶员视野，减小传动轴与变速器输出轴之间的夹角。下凹部分的两端制有带通孔的加宽平面，用以安装钢板弹簧。前轴两端向上翘起，各有一个呈拳形的加粗部分，并制有通孔。（2）主销：即插入前轴的主销孔内。为防止主销在孔内转动，用带有螺纹的楔形销将其固定。（3）转向节：转向节上的两耳制有销孔，销孔套装在主销伸出的两端头，使转向节连同前轮可以绕主销偏转，实现汽车转向。为了限制前轮最大偏转角，在前轴两端还制有最大转向角限位凸块（或安装限位螺钉）。转向节的两个销孔，要求有较高的同心度，以保证主销的安装精度和转向灵活。为了减少磨损，在销孔内压入青铜或尼龙衬套。衬套上开有润滑油槽，由安装在转向节上的油嘴注入润滑脂润滑。为使转向灵活轻便，还在转向节下耳的上方与前轴之间装有推力轴承11；在转向节上耳与前轴之间，装有调整垫片8，用以调整轴向间隙。左转向节的上耳装有与转向节臂9制成一体的凸缘，在下耳上装有与转向节下臂制成一体的凸缘。两凸缘上均制有一矩形键与左转向节上、下耳处的键槽相配合，转向节即通过矩形键及带有键形套的双头螺栓与转向节上下臂连接。（4）轮毂：轮毂通过内外两个滚锥轴承套装在转向节轴颈上。轴承的松紧度可以由调整螺母调整，调好后的轮毂应能正、反方向自由转动而无明显的摆动。然后用锁紧垫圈锁紧。在锁紧垫圈外端还装有止推垫圈和锁紧螺母，拧紧后应把止推垫圈弯曲包住锁紧螺母或用开口销锁住，以防自行松动。轮毂外端装有冲压的金属端盖，防止泥水或尘土浸入。轮毂内侧装有油封（有的油封装在转向节轴颈的根部），有的还装有挡油盘。一旦油封失效，则外面的挡油盘仍可防止润滑脂进入制动器内。本文设计的是JY1061A型采用前置后轮驱动的载货汽车转向桥，因此该转向桥为从动桥。从动桥的功用：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1、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）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。通过对CJ1061A型前桥的设计，可以加深我们的设计思想，即：处理好设计的先进性和生产的可能性之间的关系；协调好产品的继承性和产品的“三化”之间的关系。2、结构参数选择JY1061A型汽车总布置整车参数见表1：表1汽车总质量Ga（N）前轴轴载质量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）58359207272133117533081060780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6主销后倾角前轮外倾角a刖轮刖束（mm）141515844808°2.5°1°2转向桥结构形式本前桥采用非断开式转向桥选择前桥结构型式及参数（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：单列向心球轴承前轮定位角本型前轮定位角选择见‘表1’二、转向桥强度计算1、前轴强度计算前轴受力简图如图1所示：图1汽车向左侧滑时前轴受力图前轴载荷计算i）紧急制动工汽车紧急制动时，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中=0.7①hg।0.7x1060।制动时前轴轴载千质量重新分配分配系数m1=7巨+1= +1=1.63L1175垂直反作用力：Z]]=Z]=早=1.63X；0727=16891.6N1l1r2 2mG横向反作用力：X产X1=+①=11824.1N1l1r2ii）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)确定侧向滑移附着系数:在侧滑的临界状态，GV2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离二.3'=5中,,为保证不横向翻车须使V,为保证不横向翻车须使V滑<V翻，则有："；gR①'〈：〜22hgB，所以①'<b，得到2hg①'</584』=0.747，取①'=0.652x1060(2)对车轮接地点取矩垂直反作用力：G八2hg①'、20727八2x1060x0.65、Z1lZ1lT(1+F)=-X(1+ 1584 )=19360Z1lZ1lTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"斗(1-2hg^-)=1346.5N2 B1横向反作用力Y=G^(1+2hg^)中'=12584.3N1l2 B1\o"CurrentDocument"Y1r=与(1—2hg^)中'=875.2N2 B1iii)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5=2.5，G20727Z=Z=5t=2.5x =25883.75N1l 1r 2 2载荷计算结果列表，如下表2载荷计算结果列表，如下表2：Y1r875.2越过不平路面Z1‘25883.751.3、弯矩及扭矩计算①选择下述四个部位计版式其断面的弯矩、扭矩I-I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）II-II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m-m断面处的弯矩，扭矩均较大w-w断面位于梁端，此断面内扭矩最大，而弯矩最小各断面示意图如图1各断面的计算参数如下表3表3\参数车型、L1L2L3L4h1h2h3h4JY1061402316167138129125340②各断面弯扭矩计算如下i）紧急制动垂直面内弯矩M'=Z1li水平面内弯矩M、'二X1li上式中Li对应与i-i、n-n、m-m、w-w断面分别带入li、l2、l3、l4钢板弹簧外侧扭矩Mn=X1（rrhi）上式中hi对应与i-i、n-n、m-m、w-w断面分别带入hi、h2、h3、0。ii）侧滑左侧各断面垂直面内弯矩M'=Z-Y（r-hi）11l1lr上式中Li,hi带入值与紧急制动时一致iii）越过不平路面垂直面内弯矩M'=Z1'Li式中Li带入与上面计算中一致

弯扭矩计算结果如下表4表4 单位N、结结果工况 'I-III-Hm-mW-W紧急制动M'6790423533774628208972331041M"4753288373641619746251631726Mn4150259419755652735495675568侧滑M'33658321650492-2379394-3368715越不平路M'10405268817926543225863571958(4)断面系数计算a)断面简图本汽车前轴简化为换算断面形状后如图3所示a)断面简图本汽车前轴简化为换算断面形状后如图3所示图3前轴简化图b)计算断面系数i)IT断面如图3所示①垂直面内抗弯断面系数BH3—bhBH3—bh3

1—6H72x613—60x3636x61=37003.48N.mm②水平面内抗弯断面系数，Wii一ii6x72ii)n--n断面①换算断面简图如图4图4II—II断面计算简图2x12.5，Wii一ii6x72ii)n--n断面①换算断面简图如图4图4II—II断面计算简图垂直面内抗弯断面系数n--n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：ZFiyiy2-ZFiBt*1/2t+bt.(HT/2t)+(B—B)*h(t+h/2)= Bt1+bt2+(B-B1)h=30.796y2=H-y1=68-30.796=37.204h2=y2-12=37.204-12.5=24.704h1=h-h2=43-24.704=18.296该断面对形心轴的惯性矩：J=1»y3-Bh3+by3-bh3)xc3 1 11 2 12=1708769mm4上翼面的抗弯断面系数：W'=XC-^ee-上y1_1708769―30.796=55486.72mm3下翼面的抗弯断面系数：W'=^~xc下y2_1708769―37.204=45929.72mm3③水平面内抗弯断面系数：W=6B(B31+b31+13h)=27822.98mm3抗扭断面系数由经验公式得,H—h 68—43C=2B'—1.26( )=2x75—1.26x( )=136.142 2H—h,,C=H—1.67( )+1.76(B'—b')268—43=68-1.67x—2—+1.76x(75-43)=103.445B+b92+58B= = =75b'=B—=75242=33H2h ,,1C1( )3+C(B'—b')3Wn= 2 2 3 B，-b，682431136.14(——-)3+103.445(75-33)3 2-3 75-33=62935.97mm3m-m断面iii-iii断面计算简图如图5如图5 in-in断面计算简图1）垂直面内，水平面内的抗弯断面系数:… , 43—— W=b/6H(H3-h3)= (523-153)=18913.52mm36x52b2 , 432___ W”=—(H-h)=——(52-15)=11402.2mm362）抗扭断面系数:h52m=—=——=1.29b43取a=0.171P=0.216W=pb3=0.216x433=17173.512W-W断面1)垂直面内，水平面内抗弯断面系数：bH2 43x522W1=——= =19378.7mm34 6 6b2H432x52W"= = =16024.7mm34 6 62）抗扭断面系数：Wn=Pb3=0.263x433=20910.34mm3v）各断面尺寸参数见表5：表5 单位：mmJY1061I-III-Hm-mW-WB7292B16050t12.512.5b72584343b60161212.512.5t1242h364315H61685252vi）断面系数计算结果列表见表6表6 单位：N.mm

ITII-IIin-inw-wW'37003.4834347.21418913.5219378.7W"2174427822.9711402.216024.7w62935.5717173.51220910.34n（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水平面内弯曲应力M'w7M"w"垂直面内弯曲应力水平面内弯曲应力合成应力=合成应力=o'+o合扭转应力：在矩形长边中点上的扭转应力TmaxM 在矩形长边中点上的扭转应力TmaxM nwn在矩形短边中点上的扭转应力T=yTmax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：ii）汽车侧滑时M'垂直面弯曲应力o=而iii）汽车越过不平路面时M'垂直面弯曲应力0=诃b）应力值计算结果列表：表7单位：x108N/mm2表7ITII-IIin-inw-w紧急制动o'183.508155.406149,147120.289o”218.602134.293173.179101.826tmax66.696307.075271,424od402,110300.300357.270496.140侧滑o'90.96040.053-125.804-173.836越不平路o"281.197238.135228.545184,324（6）JY1061前轴材料的许用应力材料：30Cr 调质硬度：HB241—281 。（N/mm2）：800—937b许用应力： o合4o=（0.6一0.7）ob t<t=0.7c2、转向节强度计算作用力Z11、X11、Y11按表1-1取值截面系数计算取轮毂内轴承根部处指轴为计算断面兀d兀d3W=——32啜;8941.64弯矩计算A紧急制动时M制=C1\；Z12+X12=20X•V16902.872x2+118302x2=825303.22B侧滑时M=ZC-Yr=19379.22x20-12596.49x480=-565832.60rC超越不平路面时M=Z'C=25908.75x20=518175制11计算用参数JY1061d1d1=45,=20,d2=30应力计算A)A)紧急制动时。82530.22 =92.38941.64B)-56588732.60 =-632.858941.64C)M超越不平路面时。=越WB)-56588732.60 =-632.858941.64C)M超越不平路面时。=越W518175:57.9518941.64功况Mo紧急制动825303.22155.8侧滑-5658732.69-63285超越不平路51817557.951弯矩、应力计算结果列表见表8表82.4、转向节的材料、许用应力及强度校核材料JY106140Gr查YB6-71：[。]=980N/mm2

b[o]=(0.65—0.75)[o]3、主销强度计算3.1、主销作用力计算简图如图6如图6主销作用力计算简图主销受力计算参数见表9表9参数车行abcefll1nrrDhHJY1061677020497360B_B'12165B-B〃124803037403.2、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)Z1、X1、彳按表1取值B)汽车紧急制动时力Z1在主销的支承反力S：和S：。Z「l

aZ「l

a+b16902.87+1584~1415267+70=10425.5N主销受到X1和u的作用，力u由下式求得：u=X-=11832义845=6059.4TOC\o"1-5"\h\z111 165一〃力X1在主销的两个支承上反作用力S2和S2，b 70S=X =11832x =6045.55N2 1a+b 67+70a 67S=X =11832x =5786.45N1a+b 67+70'一"力u在主销的两个支承上反作用力S3和S3TOC\o"1-5"\h\z，b 70S=日 =6059.4x——=3096.04Na+b 137"b 67S=日——=6059.4x——=2963.36Na+b 137'-"由制动力矩XJ的作用，在主销的两个支撑上产生反作用力S4和S4, "r 480S=S=X=11832x =41455.18N4 1a+b 137作用在主销下端的合力(图14)" __T, T,T, T,~S£=(SS1+S3)2+(S2+S4)2=\；'(10425.5+2963.36)2+(5786.45+41451.18)2=49102.27NC)汽车侧滑时左主销上支承的反作用力°Yf—Z12596.5X360-19379.22x84.5TOC\o"1-5"\h\z= 1-=上a+b 137=21147.42N左主销下支承的反作用力二Y^二12596.5X497-19379.22x.5:33743.72Na+b 137右主销上支承的反作用力S=彳J+ZJ=3133.35n上a+b右主销下支承的反作用力S=Y1/+ZJ4009.41n下a+bD）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S'和S〃。11lS=S=Z =15980.21N1 1 1a+b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）汽车紧急制动时M=S£•h=1816786.99N.mm汽车侧滑时M=S_