毕业设计（论文）-东风EQ1090E型货车转向桥总成的设计

PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目录摘要 IIIAbstract IV绪论 1转向桥 2转向桥的定义 2转向桥的安装形式 2转向桥的结构 3组成转向桥的组成 3转向桥结构及其影响因素 5转向桥主要零件尺寸 8非断开式转向从动桥前梁应力计算 10前梁在制动工况下的应力计算 10前梁在侧滑工况下的应力计算 转向节的应力计算 13转向节在制动工况下应力计算 13转向节在侧滑工况下应力计算 14主销与转向节衬套的应力计算 15主销与转向节衬套在制动工况下的应力计算 15主销与转向节衬套在侧滑工况下的应力计算 16推力轴承和止推垫片的计算 18推力轴承的计算 18转向节止推垫片的计算 18转向桥定位参数 20主销后倾角 20主销内倾角 21前轮外倾角 22前轮前束 22结论 23参考文献 24致谢 25全套图纸加V信153893706或扣3346389411PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIV东风EQ1090E型货车转向桥总成的设计摘要在汽车产业的发展上，对转向桥的研究一直都是重点。此次设计是对东风EQ1090E型货车转向桥总成的设计，其中包含对转向桥进行合理计算，并进行结构设计。在设计之前，首先要查阅相关资料，了解转向桥的结构，熟悉设计转向桥的方法。在此之后，进行转向桥的设计。此次设计的过程会介绍转向桥的定义、结构、工作原理以及可能会影响转向桥的因素等。在设计时还会对转向桥各主要零件的尺寸和结构进行确定，并会对其在各种工况下的应力进行应力计算，这些零件主要是前梁、转向节、主销、主销上下轴承（即转向节衬套、转向节推力轴承和止推垫片等。除此之外，还要确定转向桥的定位参数。在设计之后，除了要使转向桥的结构能够比较紧凑，使它的重量更轻，还要使汽车在转向时较为轻松，在制造转向桥时比较容易。EQ1090型货车转向桥总成的计算以及其结构布局，对其他货车转向桥的设计提供设计方法和思路。关键词：汽车转向桥；转向桥前梁；转向节；应力计算；定位参数DesignofsteeringBridgeAssemblyforDongfengEQ1090EFreightcarAbstractInthedevelopmentofautomobileindustry,thestudyofsteeringaxlehasalwaysbeenthefocus.ThisdesignisthedesignofDongfengEQ1090Etrucksteeringbridgeassembly,whichincludesreasonablecalculationofsteeringbridgeandstructuraldesign.Beforedesigning,weshouldfirstconsultrelevantinformation,understandthestructureofsteeringbridge,andbefamiliarwiththedesignmethodofsteeringbridge.Afterthat,thesteeringbridgeisdesigned.Thedesignprocesswillintroducethedefinition,structure,workingprincipleandfactorsthatmayaffectthesteeringbridge.Thesizeandstructureofthemainpartsofthesteeringbridgearealsodetermined,andthestressofthesteeringbridgeundervariousworkingconditionsiscalculated.Thesepartsaremainlyfrontgirders,steeringjoints,andpins.Mainpinupperandlowerbearings(i.e.steeringknucklebushing),steeringknucklethrustbearingsandthrustgaskets,etc.Inaddition,determinethesteeringbridgelocationparameters.Afterthedesign,otherthantomakethesteeringbridgestructurethanCompactnessmakesitlighter,easiertosteerandeasiertobuild.ThedesignofDongfengEQ1090trucksteeringbridgeassemblyanditsstructurallayout,toothertrucksteeringbridgedesignmethodsandideas.Keywords:automobilesteeringbridge;frontbeamofsteeringbridge;steeringjoint;stresscalculation;positioningparameterPAGEPAGE26绪论1转向桥转向桥的定义转向桥的安装形式因为与从动桥相互匹配的悬架在结构上可能是不同的，所以从动桥大体上可分为两种，分别是非断开式从动桥与断开式从动桥。与前者相互匹配的悬架结构是非独立式的，这是从动桥会放在汽车左、右两侧从动车轮处的刚性整体横梁的位置的上方。当从动桥作为转向桥使用的时候，从动桥的两端会通过转向主销这一结构与转向节相连接。而断开式从动桥在结构上与之匹配的悬架是独立式的。转向桥的结构1090E（2-1图2-1非断开式转向从动桥1-转向节推力轴承；2-转向节；3-调整垫片；4-主销；5-前梁组成转向桥的组成1）前梁2-1所示。前梁在制造时使用2）转向节转向节是整体式结构，通常会使用中碳合金钢作为材料，采用模锻的方法来制造。但是也有采用组焊式结构的，使用这种结构的通常是转向节过大的某些大型汽车。3）主销主销的结构有很多种，如图2-2所示，在这几种结构中最常用的有两种，分别是（a）和（b）中的结构。图2-2主销的结构型式（a）（b）（c）上、下端为直径不等的圆柱，（d）下部圆柱比上部细的主销4）转向节臂、转向梯形臂这两种部件在制造时使用的材料是中碳钢或者中碳合金钢(40、35Cr、40CrNi钢等材料5）转向横拉杆2035钢等，并且有着质量小，刚性好等优点。转向横拉杆的两端是球形铰接，他们都是单独的组件，拉杆的长度可以通过旋转螺纹来调节，方便对前束进行调节。使用低碳合金钢（如12CrNi3A，20CrNi，20CrMnTi）作为材料制作的球形铰接的球销与衬垫,它们的工作表面56～63HRC40453540西（比如说尼龙－二硫化钼，那么这种衬垫在使用时可以不用考虑润滑。6）转向节推力轴承7）主销上、下轴承8）轮毂轴承9）左、右轮胎螺栓转向桥结构及其影响因素2-1所示。为了让车轮能够转向，通常情况下会利用主销以及前梁饺节这紧地固定在转向节的突缘面的上面[1]。有时为了不让磨损变大，会在青铜衬套上制作出润滑油槽，并且把衬套压到转向节上面的销孔之内。有时为了使汽车在转向的时候更轻便，在驾驶汽车时，因为要使汽车能够在直线行驶的过程中保持着行驶稳定、在汽车进行γ角，这个角可以称为主销后倾角。在横向这一平β，这个角可以称为主销内倾角[2]。3°5°～8°30～40mm。轻型客、货车以及装载着动力转向装置的汽车在一般情况跑偏，甚至会发生车祸，所以最近几年，汽车市场上就出现了主销偏移距的值为负值的汽车。α0.5°～1.5°1°负外倾（即内倾，与此同时也可以使车轮和呈现拱形的路面相互适应。如果汽车的车轮A与汽车左右前B（B-A)3～5mm这种情况下的振动频率在大体上会和该系统原本就有的频率相接近而且此时和车轮此时转向桥主要零件尺寸3-1，在图中用虚线绘制出的断面是前梁的当量断面。图3-1前梁工字型断面尺寸关系的推荐值WvWh用下面的公式可以近似的求出:vW=20a3vhW=5.5a3h该式中：a--3-1

（3-1）（3-2）在这次设计之中有时为了可以提前选出转向桥的前梁在转向桥板簧座位置处的弯曲截面系数Wv，计算时可以用经验公式：Wv=ml/2200该式中：m--汽车质量分配在转向桥前梁上的质量，kg；l--前桥车轮的中线到板簧座的中线之间的距离，cm；2200--上式中计算所需的系数，kg·cm-2。

(3-3)从转向桥设计的任务书给出的初始参数中可得知该货车的前轮轮距B=1810mm；取该货车前桥的簧上质量m=2360kg，并且初步选择的前桥的两板簧座的中心之间的距离s=880mm，所以可以求出：l=(1810-880)/2=465mm把数据代入公式（3-3)之中，可以求得：vW=236046.5/2200=48.88cm3=49880mm3v再把数据代入公式（3-1）之中，可以求出:vW=20a3=49880mm3v根据上面两个公式可以求出：a=13.56mm，所以a=l5mm,故vW=20a3=67500mm3vhW=5.5a3=18562.5mm3h0.35～0.451.25～1.50倍。EQ1090E型货车转向桥总成的设计，其中的一部分参数是：汽车的前轴轴荷：2360kg；整辆汽车质心高度：845mm；前轮的滚动半径：229mm。（3-2）:图3-2转向桥在制动和侧滑工况下得受力分析简图（a）（b）在侧滑工况下转向桥的弯矩图非断开式转向从动桥前梁应力计算前梁在制动工况下的应力计算Pr1.5/2=17700N (4-1)该式中：G1--在汽车处于满载的状况下停放在水平路面上时汽车前桥对地面的载荷；m1´--在汽车处于制动工况下其对前桥的质量转移系数，该系数范围为1.4～1.7。汽车前轮在制动时收到的制动力用下面的公式可求出：=Z1φ=177001.0=17700N (4-2）该式中：φ--汽车的车轮轮胎和路面之间的附着系数。Z1MvPr会在MhMv=1gwl2(1gw)

B-S=(17700-980)2

2

=7774800N·mm (4-3)M=Pl=ZB-S=177001810-880=8230500N·mm (4-4)h r2 12 2该式中：l2--前轮的轮胎中线至与其接近的板簧座中线之间的距离，mm；gw--汽车车轮（其中包括轮毂、制动器等结构）的重力，N；B--汽车的前轮轮距，mm；S--前桥上两个板簧座的中线之间的距离，mm。T，计算为:T=17700229=4053300N·mm (4-5)该式中：rr--汽车在行驶时轮胎的滚动半径。从图3-2中的a部分可以看出，前梁的危险断面在前梁上的钢板弹簧座附近。这个位置的弯曲应力σw以及扭转应力τ分别可以用下面的公式求出：σ=Mv+Mh=7774800+8230500=558.58MPa (4-6)wWvWh 67500 18562.5τ=T=WT

TJk/δmax

=4053300=385.34MPa (4-7)10518.75该式中：WT--转向桥前梁在其危险断面的位置处的扭转截面系数，mm；σmax--转向桥前梁的横断面中的最厚的地方的厚度，mm；kJk--Jk的计算J=0.4hδ3mm4kh--前梁的工字形断面，其矩形元素的比较长的一条边的长度，mm；δ--前梁的工字形断面，其矩形元素的比较短的一条边的长度，mm。在前梁上各个应力的许用值为分别为[σw]=558.58MPa；[τ]=385.34MPa。前梁在制造时使用中碳钢或者中碳合金钢作为材料都可以，比如45，30Cr,40Cr等，前梁的硬度应该在241～285HB这个范围。前梁在侧滑工况下的应力计算Z1LZ1RY1LY1RG1Z1L=2

)=B1

23600（1+28451.02 1810

(4-8)G1Z1R=2

B1

23600（1-28451.02 1810

(4-9)Y=G+2hg1φ=236001+28451.01.0=22817.68N (4-10)1L 2

B1 1

2 18101Y==2360028451.01.0=782.32N (4-11)11R 2

1 2 1810该式中：G1--当汽车静止在水平路面上的时候，汽车前桥所受到的负荷，N；B1--汽车前桥的两轮之间的轮距，mm；hg--整辆汽车的质心高度，mm；φ1--汽车轮胎和路面之间在侧方向的附着系数。一般情况下φ1=1.0。行驶中的汽车如果发生侧滑，前桥上的左、右两侧的钢板弹簧在垂直方向上对前梁各有一个作用力，通过计算可得出：23600+236001.0(845-200)/880=29097.7NT1L=0.5G1'-G1φ1(hg-rr')/S=0.523600-236001.0(845-200)/880=29097.7N该式中：G1´--在满载的情况下汽车给前桥的在垂直方向的载荷，N；

(4-12)(4-13)rr´--转向桥上的板簧座位于上方表面和地面之间的距离，mm；S--转向桥的两个板簧座的中心面之间的距离，mm在发生侧滑的情况下，汽车的左、右前轮的轮毂的内侧轴承和外侧轴承都有一个径向力，用下面的公式可以计算：S= rr

Y1L- b

Z1L=229

22817.68- 20

22817.68=110904.54N (4-14)1La+b a+b 23+20 23+20S= rr

Y1L+ a

Z1L=229

22817.68+ 20

22817.68=132130.29N (4-15)2La+b a+b 23+20 23+20S= rr

Y1R+ b

Z1R=229

782.32+ 20

782.32=3802.44N (4-16)1Ra+b a+b 23+20 23+20S = rr

Y1R- a

Z1R=229

782.32- 20

782.32=4530.18N (4-17)2Ra+b a+b 23+20 23+20该式中：rr--在行驶时，汽车轮胎滚动的滚动半径，mm；a--S1L、S1R和与之距离比较近的车轮的中线之间的长度，mm；b--S2L、S2R和与之距离比较近的车轮的中线之间的长度，mm。S1LS1RS2LT1L、T1R3-2b处弯矩图。从这个弯矩图中可以看出，在前梁上──Ⅱ剖面处，这两处的最大弯矩可以用下面的公式计算求出：M =Yrl=22817.68229-22817.6899=5.23106Nmm

(4-18)Ⅰ─Ⅰ 1Lr 1L1M =Zl+Yr=782.32465+782.32229=5.43105Nmm

(4-19)Ⅱ─Ⅱ 1R2 1Rr该式中：M--弯矩，N·mm；Z1L、Z1R--汽车左、右两个前轮受到的地面对车轮的垂直方向上的反力，N；Y1L、Y1R--汽车左、右两个前轮受到的地面对车轮的侧方向上的反力，N。转向节的应力计算5-1d1图5-1转向节、主销及转向衬套的计算用图转向节在制动工况下应力计算─Mv以及MvMh。M)l=(17700-980)48.5=8.11×105N·mm (5-1)v 1 w3M=Zφl=Gm=177001.048.5=8.58×105N·mm (5-2)h 132 13该式中：Z1--前轮所承受的地面垂向反力，N；φ--轮胎与路面的附着系数；l3--轮胎中心线至Ⅲ─Ⅲ剖面间的距离。在Ⅲ─Ⅲ这个剖面位置处的合成弯曲应力σw通过计算得：M2+M2v hM2+M2v hM2+M2v h77748002+823050021w w 0.1d3 0.13531该式中：d1--转向节轮轴根部轴径，mm。因为σw<[σw]，所以满足强度要求。30Cr，40Cr等中碳合金钢作为材料，它的心部硬度的范围为241～285HB，淬火方式为高频淬火，在淬火之后的它的表面硬度范围为57～65HRC，并且硬化层深在1.5～2.0mm之间。在轮轴的根部应该是圆角，此处用滚压处理。转向节在侧滑工况下应力计算1Lr 1L31Lr 1L3MLⅢ─ⅢMRⅢ─Ⅲ

=Yrl=22817.68229-722817.6848.5=4.12×106N·mm (5-4)1R3 1Rr=Zl+Yr=782.3248.5+782.322291R3 1Rr转向桥左、右两侧的转向节在Ⅲ─Ⅲ处的弯曲应力可求出：σw1

MLⅢ─Ⅲw

=Z1Ll310.1d31

=22817.68229-22817.6848.5=906.6MPa (5-6)0.1353σw1

=MRⅢ─Ⅲw

=Z1Rl310.1d31

782.32229+782.3248.5=50.6MPa (5-7)0.1353因为在左右两侧的转向节Ⅲ─Ⅲ在处的σw1均是σw1<[σw]，所以满足强度要求。主销与转向节衬套的应力计算在汽车制动和发生侧滑的时候，在转向节上、下衬套的中点，即与轮轴中心线相距分别为c，d的两点处，在侧向平面(图5-1(b))和纵向平面（图5-1(c)）内，对主销作用有垂直其轴线方向的力[4]。主销与转向节衬套在制动工况下的应力计算Z1QMZQMZ(c+d)所平衡[5]，所以有：Q =Z1l1=1770099=18065N (6-1)MZ(c+d) 48.5+48.5PrrrQmrQmr(c+d)来平衡，所以有：/(c+d/(c+d)=177001.0229/(48.5+48.5)=41786.6N (6-2)PrQruQrl所平衡，且有:Q=

=1770048.5=8850N (6-3)ru(c+d) 48.5+48.5Q=

=1770048.5=8850N (6-4)rl(c+d) 48.5+48.5由转向桥的俯视图可知，制动时转向横拉杆的作用力N为:NPrl1=1770099=15237.4N (6-5)l5 115NN的着力点移到Nl4Nl4，由位QMZ(c+d)所平衡，故有:Q = Nl4

=15237.499=15551.6N (6-6)MN(c+d) 48.5+48.5而力N则在转向节上、下衬套中点处作用于主销的力QNu，QNl所平衡，且有:Q = Nd

=15237.448.5=7613.7N (6-7)Nu(c+d) 48.5+48.5Q= Nc

=15237.448.5=7613.7N (6-8)Nl(cd) 48.5+48.5Qu=(18065+15551.6-7613.7)2+(41786.6-8850)2(18065+15551.6-7613.7)2+(41786.6-8850)2(18065+15551.6+7613.7)2+(41786.6+8850)2(18065+15551.6+7613.7)2+(41786.6+8850)2由上两式得知，在汽车制动工况下，主销的最大载荷发生在转向节下衬套处中点上，大小为Ql=120781N。主销与转向节衬套在侧滑工况下的应力计算在侧滑工况下仅有在侧向平面内起作用的力以及力矩，并且作用于左、右转向节主销上的力QMZ是不相等的，他们可以分别按下式求得：QMZL

=c+d

=22817.68229-22817.6899=30580.40N (6-11)48.5+48.5Q =Z1Rrr-Y1Rl1=782.32314-782.3299=1048.47N (6-12)MZR

c+d

48.5+48.5该式中：Z1L、Z1R--汽车左、右前轮所承受的地面对汽车垂向反作用力，N；Y1L、Y1R--左、右前轮承受地面的侧向反力，N；l1--轮胎中心线至主销轴线的距离，mm；rr轮胎的滚动半径，mm。取Q1、QMZL、QMZR中最大的作为主销的计算载荷Qj，则Qj=120871N计算主销在前梁拳部下端处的弯曲力σw和剪应切力τs：σW=

Qjh00.1d30

=12087121=1836MPa (6-13)0.1243τ=4Qj=4120871=267MPa (6-14)0sπd23.142420该式中：d0--主销直径，mm；h--转向节下衬套中点至前梁拳部下端面的距离，mm。主销的许用应力弯曲力[σw]=1836MPa；许用剪切应力[τs]=267MPa。1.0～1.5mm56～62HRC。σc为：σ Qj=120871

=37MPa (6-15)c ld 136240该式中：l--衬套长，mm。转向节衬套的许用挤压应力为[σc]=37MPa。Qj取：Qj=QMZ=18065N故：

(6-16)σ=Qj=18065

=5.5MPa0cld 136240此时取[σc]=5.5MPa。推力轴承和止推垫片的计算计算时首先要确定推力轴承和止推垫片的当量静载荷。推力轴承的计算对转向节推力轴承进行计。据文献推荐取汽车以等速va=40km/h的速度、沿半径为R=50m或以=20km/hR=12m的圆周行驶的工况作为计算的工况。如Z1L（4-8）G1 2hgv2Z= )(a)] (7-1)1L 2

B1Rg将上述计算工况的va、R等的相关数据代入式（7-1）之中，并假设hg/B=0.5，则有：Z1L=1.25G1/2=0.625G1可以近似地认为推力轴承的轴向载荷F等于上述对前轮作用的地面垂向反力，故有：=0.6256G1=0.62523600=14750N (7-2)由于转向节推力轴承会在工作中的相对转角不大以及轴承滚道圈破坏会带来很大的危险性，轴承的选择应按其静承载容量C0进行，此时取当量静载荷P0为[6]：P0=0.5~0.33C0此时取系数0.4，P0=Fa=14750N，代入式(7-3)得：C0/0.4=14750/0.4=36875N

(7-3)通过相关书籍查阅止推轴承的标准，可选用规格为51209的止推轴承，由于其静承载容量C=83.8kN，满足强度要求。转向节止推垫片的计算如果用青铜止推垫片来代替转向节推力轴承，在汽车满载的情况下，止推垫片的静载荷可以取为[7]：F=G1=23600=11800N (7-4)a2 2这时止推垫片的挤压力为：

σc=

4Faπ(D22)

= 4118003.149(652-482)

=7.8MPa (7-5)该式中：d，D--止推垫片的内、外径。通常取[σc]

30MPa，故满足强度要求。显然δc=7.8MPa<[δc]=30MPa，该止推垫片符合其强度校核要求。转向桥定位参数转向桥除了能够让汽车转向，还能够让发生转向的转向轮自动回正的，用以保证汽车在直线行使时的稳定。即转向轮如果偶然间受到一个外力，在这个力的作用下发生偏移，当外力消失的时候，转向轮的位置会立刻自动回到汽车在直线行使时所处的位置。转向轮的这种自动回正功能是通过其定位参数来保证的，所以转向轮、主销和前梁之间在安装应该有一定的相对位置。这些用来保证转向的定位参数有四项，它们分别是主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。主销后倾角8-1所标注的一样[8]：8-1主销后倾角作用示意图γ能够形成回正的稳定力矩[9]。当主销具有后倾角时，主销轴线和路面所ab8-1所表示的FybFyLLγ的γ2°～3°。现在高速汽车的轮胎由于气压相对降低，并且γ可以减小，它的大小可以接近零，甚至为负值也可以[12]2°30´。主销内倾角β8-2所表示的：8-2主销内倾角作用示意图及车轮外倾角β8-2所示，在外力的作用下，转向轮c（8-2c的值也不应该太小，否则汽车在转向的时候，轮胎与路面之间会发生不小ββ6°。主销内倾角是在设计前梁的过程中保证的，通过机械加工来实现。因此，在加工时，将前梁两端主销孔轴线上端向内倾，就会形成内倾角β[13]。