汽车转向桥设计说明书

1、精选文库转向从动桥设计摘要：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

2、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；主销精选文库The design of the truck steering axleAbstract: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 sh

3、ould 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 affor

4、dable 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 o

5、f 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 ofthe size, so that the strength of the various components to meet the check,and use other mapping software caxa

6、 assembly drawing and parts are drawing. Key words:steeringaxle, positional parameters, knuckle, front axle, kingpin目录第1章概述51.1 本课题的背景及目的51.2 转向从动桥工作原理51.3 设计参数要求51.4 转向从动桥现状61.5 本章小结6第2章转向从动桥结构设计72.1 转向从动桥的设计方案选择72.2 转向从动桥的组成部分82.3 转向从动桥各参数对汽车稳定性的影响102.4 转向从动桥的设计计算132.4.1 转向从动桥主要参数选择132.4.2 制动力矩的计算

7、142.4.3 前轮转角的计算152.4.4 转向阻力矩的计算172.5 本章小结17第3章前梁设计183.1 前梁受力分析183.2 前梁尺寸选择193.3 前梁应力计算193.3.1 垂直载荷下的应力计算203.3.2在制动工况下的前梁应力计算213.3.3 在侧滑工况下的前梁应力计算223.4 前梁材料选择243.5 本章小结25第4章前梁的制造工艺分析274.1 前梁制造难点274.2 前梁工艺分析27第5章转向从动桥的维护使用要求285.1 转向从动桥使用要求285.2 转向从动桥维护285.2.1 前轴的检修285.2.2 转向节的检修295.2.3 轮毂的检修305.2.4 前轮

8、定位调整305.3 本章小结31总结32致谢33参考文献34第1章概述1.1 本课题的背景及目的汽车工业在经济发展中起着重要支柱的作用：1.在GDP中，汽车工业占较大比重。2.汽车工业的发展必然会推动许多相关工业部门的发展。3.汽车工业是高度技术密集型的工业，集中着许多科学领域里的新材料、新设备、新工艺和新技术。转向桥是汽车转向系统、行驶系统的重要组成部分，其作用是让汽车能够改变行驶方向，并承担部分汽车重量。本课题研究是学生在大学学习期间经历的最后一个教学环节，其目的是让我们综合运用所学课程的知识进行实践训练，以提高我们在今后的工作实践中分析问题、解决问题的能力；也是对各门课程教学质量的一次综

9、合性检查；是进一步提高我们独立工作能力的重要方法和途径。1.2转向从动桥工作原理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。一般载重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

10、、可靠的转向桥。转向桥是汽车的重要组成部分，转向桥是利用车桥中的转向节使车轮可以偏移一定角度，并承受地面与车架之间的力及力矩，以实现汽车的转向。1.3设计参数要求所设计转向从动桥装于两轴运输汽车；整车总重18000（kg),轴距3800(mm),驱动形式42，前桥转向，后桥驱动。汽车总宽度为2480（mm),前轮距1820（mm),后轮距2088（mm)，轮胎为11.00-20。左右侧钢板弹簧中心距为860（mm)，钢板弹簧宽度为90（mm)。要求:车辆的最小转弯半径11400(mm),转向桥架最低离地距离280（mm），转向从动桥总成总重540（kg)。转向桥设计应符合以下标准的要求：1.

11、GB 7258-2012 机动车运行安全技术条件2. QC/T 513-1999汽车前轴台架疲劳寿命试验方法3. QC/T 483-1999汽车前轴疲劳寿命限值1.4转向从动桥现状目前，在汽车工业的巨大推动下，国内各汽车行业对车桥的设计发展不断走向成熟化。国内的各专家学者和汽车生产厂家在继承传统转向桥设计方法的基础上，不断研发各种生产应用软件，在车桥参数化上面做了巨大贡献，并对其进行了深入研究。国内我国作为一个发展中国家，汽车使用越来越多，而当前由于设计方案所限，不能精确地选择零部件的尺寸和结构，造成有的地方强度不够，而有的地方强度又过剩，严重地影响了产品的开发和设计，造成直接经济损失。特别对

12、于诸如转向桥等部件,因不能准确确定其失效原因和部位，造成不能从根本上解决其失效问题。不同类型的货车在我国的市场中占有相当大的比例，他们的性能的好、坏在一定程度上也影响着汽车在市场上的地位。通过几十年汽车工业的快速发展，虽然国内外对汽车转向桥参数化也有进行研究，但是毕竟对转向桥的研究与实践都还没有达到成熟系统化，对汽车转向桥参数化的研究与设计仍然是一个新课题，其参数化的技术还不是非常的完善，实现的设计系统软件与实际应用尚未实现良好地接轨。因此企业在设计制造转向桥的过程中大多延用传统的方法，这样造成产品的开发周期较长，研发的经费也较大。因此急需开发出一个适应现代企业需求的汽车转向桥参数化设计系统，

13、不仅对于提高企业的设计能力、拥有更多的新产品，具有重大促进作用，而且在先进设计及制造领域等机械类行业有广泛的应用前景和巨大的市场发展空间。针对以上问题，本设计选用载重汽车的转向桥作为设计对象，通过合理的计算，结构设计，而达到汽车转向桥具有较好的转向灵敏性。希望取得一个较好的结果，使载重汽车转向桥提到一个新水平。1.5 本章小结本章主要是介绍了本次设计的背景和目的,介绍了转向从动桥的工作原理和特点,并概述了转向从动桥的发展现状.第2章转向从动桥结构设计2.1转向从动桥的设计方案选择一般载重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。转向桥按与其匹配的悬架结构不同，又可分为非断开式

14、与断开式两种。与非独立悬架匹配的非断开式的转向桥是一根支承于左、右从动车轮上的刚性整体横梁，当又是转向桥时，其两端经转向主销与转向节相连。断开式转向桥与独立悬架相匹配。方案一：非断开式从动桥（图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转向梯形臂 6转向节臂 7前梁 8转向横拉杆 9球头销非断开式转向从动桥结构简单、制造工艺好、成本低、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载重汽车、客车及多数的越野汽车和部分小轿车上。但整个从动桥、从动车轮均属于簧下质量，对汽车平顺性和降低动载荷不利。方案二：断开式从动桥（图2-2）图2-2断开式转向从动桥断开式转向从

15、动桥结构复杂，成本较高，但它大大增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；增加了汽车离地间隙；由于从动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增加了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增中汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当广泛。由于本次设计的是载重汽车的转向从动桥，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。综合以上考虑

16、，最后选择方案一。2.2转向从动桥的组成部分各种车型的非断开式转向桥的结构型式基本相同，它主要由前梁（由于汽车前桥为转向桥，因此其横梁常称前梁）、转向节、转向主销、转向梯形臂、转向横拉杆等组成（如图2-1所示）。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梯形臂，后者与转向直拉杆相连；而在左、右转向节的下耳处则装有与转向横拉杆联接的转向梯形臂。有的将转向节臂与转向梯形臂联成一体并安装在转向节的下耳处以简化结构。制动底版紧固在转向节的凸缘面上。转向节的销孔内压入带有润滑槽的青铜衬套以减小磨损。为使转向轻便，在转向节下耳与前梁拳部之间

17、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。带有罗纹的楔形锁销将主销在前梁拳部的孔内，使之不能转动。1、前梁:前梁是非断开式转向从动桥最主要的零件，由中碳钢或中碳合金钢模锻而成。其两端各有一呈拳形的加粗部分作为安装主销前梁拳部。为提高其抗弯强度，其较长的中间部分采用工字行断面，并相对两端向下偏移一定距离，以便降低汽车发动机的安装位置，从而降低汽车传动系的安装高度并减小传动轴万向节主、从动轴的夹角；为提高前梁的抗扭强度，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连接的向下弯曲部分，则采用上述两种断面逐渐过度的形状。中间部分的两侧还要锻造出钢板弹簧支座

18、的加宽支承面。非断开式转向从动桥的前梁亦可采用组合式结构，即由无缝钢管的中间部分和模锻成型的两端拳形部分组焊而成。这种组合式前梁适用于批量不大的生产，并可省去大型锻造设备。2、主销:其结构型式有圆柱实心型、圆柱空心型、下部圆柱比上部细的主销、上端为直径不等的圆柱、中间为椎体的主销，前两种型式是最常见的结构。3、转向节:多用中碳合金钢断模锻成整体式结构，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上去的。4、转向节臂、转向梯形臂:由中碳钢或中碳合金钢如40、35Cr、40CrNi钢等用模锻加工制成。多采用沿其长度变化尺寸的椭圆形截面以合理地利用材料和提高其

19、强度和刚度。5、转向横拉杆:应选用刚性好、质量小的20钢，30钢或35钢的无缝钢管制造，其两端的球形铰接作为单独组件，组装好后以组件客体上的螺纹旋到杆的两端端部，使横拉杆的杆长可调，以便用于调节前束。球形铰接的球头销与衬垫均采用低碳合金钢如12CrNi3A,20CrNi,20CrMnTi,工作表面经渗碳淬火，渗碳层深1.53.0mm，表面硬度5663HRC。允许采用40或45中碳钢制造并经高频淬火处理，球头销的过渡圆角处用滚压工艺增强，球形铰接的壳体用35钢或40钢制造。为了提高球头和衬垫工作表面的耐磨性，可采用等离子或气体等离子金属喷镀工艺；亦可采用耐磨性好的工程塑料制造衬垫。后者在制造过程

20、中可渗入专门的成分（例如尼龙-二硫化钼），对这类衬垫可免去润滑。6、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，如推力球轴承、推力圆锥滚子轴承等。也有采用青铜止推垫片的。7、主销上、下轴承:承受较大的径向力，多采用滚动轴承（即压入转向节上、下中的衬套），也有采用滚针轴承的结构。后者的效率较高，转向阻力小，且可延长使用寿命。8、轮毂轴承:多由两个圆锥滚子轴承组对，这种轴承的支承刚度较大，可承受较大负荷。轿车因负荷较轻，前轮毅轴承也有采用一对单列或一个双列向心轴承的，球轴承的效率高，能延长汽车的滑行距离，有的轿车采用一个双列圆锥滚子轴承。9、左、右轮胎螺栓:多

21、数为右旋螺纹，但有些汽车为了防松，左侧用左旋，右侧用右旋。2.3转向从动桥各参数对汽车稳定性的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面内部有一定倾角。在纵向平面内，主销上部向后倾斜一个角，称为主销后倾角（图2-3）。在横向平面内主销上部相内倾斜一个角，称为主销内倾角（图2-4）。图2-3车轮外倾角和主销后倾角1、主销后倾角确定主销后倾使主销轴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移时，汽车就偏离直线行使而有转向，这时引起的离心力使路面、对车轮作用着一阻碍其

22、侧滑的侧向反力，使车轮产生主销旋转的回正力矩，从而保证了汽车具有较好的直线行使稳定性。此力矩称为稳定力矩。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转向盘施加更大的力，导致转向沉重。主销后倾角通常在3以内。现在载重汽车采用低压宽断面斜交轮胎，具有较大的弹性回转力矩，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，则需选用较大的主销后倾角。由于本次设计的要求，所以主销后倾角取2。图2-4主销内倾角2、主销内倾角的确定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

23、可减小转向时需加在转向盘上的力，使转向轻便，同时也可减小转向轮传到转向盘上的冲击力。主销内倾使前轮转向是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，而当松开转向盘是，所储存的上升位能使转向轮自动回正，保证汽车作直线行使。主销内倾角一般为58；轻型客车、载重汽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。但主销内倾角也不宜过大，即主销偏移距不宜过小，否则在转向过程中车轮绕主销偏移时，随着滚动将伴随着沿路面的滚动，从而增加轮胎与路面的摩擦阻力，使转向变得很沉重。根据转向从动桥设计任务书要求，取主销内倾角为6。前轮定位除上述主销后倾角，主销内倾角外

24、，还有车轮外倾角（图2-3）及车轮前束（图2-5），共四项参数。3、车轮外倾角的确定车轮外倾指转向轮安装时，其轮胎中心平面不是垂直与地面，而是向外倾斜一个角度，称为车轮外倾角。此角约为0.51.5,一般为1左右。它可以避免汽车重载时车轮产生负外倾即内倾，同时车轮外倾也与拱形路面相适应。由于车轮外倾角使轮胎接地点内缩。缩小了主销偏移距，从而使转向轻便并改善了制动力的方向稳定性。根据转向从动桥设计任务书要求，所以取车轮外倾角为1。图2-5 车轮前束4、车轮前束的确定车轮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

25、，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，以使前轮在每一瞬间的滚动方向向着正前方。前束值即（B-A），一般载重汽车约为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。根据转向从动桥设计任务书要求，所以取车轮前束为4mm。在汽车设计、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车轮绕主销不断受迫振动的现象，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

26、统在一个振动周期中路面作用与轮胎的力对系统做正功，即外面对系统输入能量。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平衡状态。这时系统将在某一振幅下持续震动，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。当车轮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。其特点是转向车轮摆振频率与车轮转速一致，而且一般豆油明显的共振车速，共振范围（3-5km/h）。通常在告诉行驶

27、时发生的摆振往往都属于受迫振动型。转向车轮摆振的发生原因及影响因素复杂，既有设计结构的原因和制造方面的因素，如车轮失衡、轮胎的机械特性、胸的刚度与阻尼、转向车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，如前桥转向系统各环节间的间隙（影响系统的刚度）和摩擦（影响阻尼）等。合理地选择有关参数。优化他们之间的匹配，精心地制造和调整装配，就能有效的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振器以增加阻尼等，都是控制前轮摆振的一些有效措施。2.4转向从动桥的设计计算2.4.1转向从动桥主要参数选择表21 转向从

28、动桥参数汽车总质量前轴载荷G1质心高度hg前轮距B轴距L180000 N60000 N1000 mm1820 mm3800 mm钢板弹簧中心距S轮胎滚动半径rr汽车质心至前轴中心线距离汽车质心至后轴中心线距离后轮距860 mm540 mm2530 mm1270 mm2088 mm图2-6转向节与前梁连接示意图图2-7转向桥总装图根据设计任务书要求，轮胎为11.00-20，可知轮胎直径为1080 mm，轮胎的宽度为280 mm；标准负荷(kg):18PR,3430相应气压(kpa):18PR,880；鼓式制动器的直径取420 mm，宽度取180 mm，转向节上下衬套取50 mm，主销直径取60

29、mm；前轮距为1820 mm时，取轮胎中心线到主销的距离取140 mm，取主销中心距为1540 mm。汽车的离地高度要大于280mm，又知道轮胎的半径为540mm，取拳部高度为150mm，取拳部下面到前梁下面的距离为150mm，则汽车的离地高度为315mm280mm，符合设计任务书要求。2.4.2制动力矩的计算制动时前轮承受的制动力P和垂向反力Z1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Z1=G12m1（2-1）式中：G1汽车满载止于水平路面上前桥给地面的载荷，60000N；m1汽车制动时对前桥的质量转移系数，对载货汽车的前桥可取1.5

30、。Z1=G12m1 =6000021.5 =45000 N前轮所受的制动力为 P=Z1（2-2）式中：轮胎与路面的附着系数，取0.8。P=Z1=450000.8=36000 N制动力矩Mh为 Mh=Pl2=Z1l2（2-3）式中：l2为轮胎中线至板簧座中线间的距离，480mm。Mh=Pl2=36000480=17280000 Nmm2.4.3前轮转角的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沿长线上的点滚动，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。因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影响的条件下，

31、分析有关两轴汽车的转向问题。此时，两转向前轮轴线的延长线应交在后轴延长线上，如图2-6所示。设、分别为内、外转向车轮转角，L为汽车轴距，M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、外转向车轮的转角有如下关系 cot-cot=ML (2-4)式中：转向轮外轮角。转向轮内轮转角。M为两主销中心线距离，1540mm。L汽车轴距，3800mm。图2-8转向结构示意图汽车的最小转弯半径Rmin是指转向轮转角在最大位置条件下，汽车低速行驶时汽车转向外轮的接地中心到车辆转向中心的距离。汽车的最小转弯半径与汽车外转向轮最大转角max、轴距L、两主销距

32、离M有关。在转向过程中，M、K的值保持不变，只有max是变化的，所以内轮必须要具有足够大的转角，以保证获得给定的最小转弯半径Rmin。计算最小转弯半径的公式如下：Rmin=Lsinmax (2-5)因为梯形机构不能保证内、外转角max、max与理论值一样，故实际的转弯半径Rmin与上述结果不完全符合。在给定最小转弯半径Rmin的条件下，可用下式计算出转向外轮应达到的最大转角：max=arcsinLRmin(2-6)由给定的汽车最小转弯半径Rmin，同时为了提高汽车机动性Rmin=11400 mm (2-7)可得：max=arcsin380011400=19.5 (2-8)转向车轮必须保证要有以

33、下关系cot-cot=ML (2-9)max=arccotcotmax-ML=arccotcot19.5-15403800=24.3 (2-10)汽车的最大外轮转角max=19.5汽车的最大内轮转角max=24.32.4.4转向阻力矩的计算为了汽车行驶安全，转向系的各分总承和零部件必须有足够的强度。校核转向系零件的强度，首先要确定作用在各零部件上的力和力矩。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面的摩擦因素、轮胎气压等。转向轮要克服的阻力还包括转向轮绕主销转动的原地转向阻力矩、轮胎变形阻力和转向系各零部件的摩擦阻力等，要精确计算出这些力是很困难的。为此推荐用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青

34、路面或混凝土路面上的原地转向阻力矩Mr（N/mm）。Mr=f3G13P(2-11)式中：f轮胎与地面的滑动摩擦因素，取0.7.G1转向轴负荷，60000N。P轮胎气压，取轮胎标准气压880 KPa。带入数据可得Mr=f3G13P=0.73600003880000=3655 N/mm(2-12)2.5 本章小结本章主要是对转向从动桥进行结构设计,首先选择了从动桥的设计方案,在计算了从动桥的主要设计参数.第3章前梁设计3.1 前梁受力分析汽车前梁的强度计算是以施加在前梁的静载荷为基础的，并考虑到汽车在行驶时受到来至路面的冲击对前梁带来的附加垂直载荷（动载荷），制动时转移到前梁的载荷，以及汽车转弯时

35、在离心力的作用下造成的汽车侧滑而产生的载荷等因素。因而，对前梁的弯曲和扭转强度都要进行计算。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、主销后倾角及车轮外倾角均为零，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3-1所示。图3-1 前梁受力分析由受力分析图可知前梁在制动时最大弯曲应力在钢板弹簧座中间处，最大扭转应力在钢板弹簧座附近，在侧滑时最大弯曲应力在主销孔处。3.2 前梁尺寸选择转向从动桥前梁采用工字断面的前梁，可保证其质量最小而垂向平面内的刚度大、强度高。为了避免跳动过程中与发动机发生碰撞，前梁中部要向下弯曲，但是中部最低处距地面高度不可太小，以免影响汽车通过性

36、，工字断面尺寸的推荐值见图3-2。图3-2 尺寸推荐值参考同类转向从动桥的设计，工字钢中心厚度a一般取20-25 mm,取a=25mm，工字钢高度一般为中心厚度的6倍，h=256=150 mm，工字钢宽度一般为中心厚度的4.25倍，b=254.25=106 mm，工字钢上、下沿厚度为中心厚度的1.1倍，251.1=27.5 mm，取30 mm。拳部高度约等于工字断面高度，取150 mm，主销直径取拳部高度的0.35-0.45倍，1500.4=60 mm。3.3 前梁应力计算图3-2中虚线绘出的是其当量断面，该断面的垂向弯曲截面系数Wv和水平弯曲截面系数Wh可近似取为Wv=20a3 (3-1)W

37、h=5.5a3(3-2)式中：a工字断面的中部尺寸，见图3-2，25mm。Wv=20a3 =20253=312500 mm3Wh=5.5a3=5.5253=85937 mm3在设计中为了预选弹簧在板簧座处的弯曲截面系数Wv，可采用经统计取得的经验公式： Wv1=ml2200(3-3)式中：m作用于该前梁上的簧上质量，6000 kg；l车轮中线到板簧座中线的距离，48 cm；2200系数，kgcm-2。Wv1=ml2200=6000482200=130.9cm3=130900 mm33.3.1 垂直载荷下的应力计算汽车在水平路面时，作用在前梁的最大弯矩为MV=G12B-s2(3-4)式中：G1汽

38、车满载止于水平路面上前桥给地面的载荷，60000N；B前轮轮距，1820mm。s前梁两钢板弹簧座中间的距离，860mm。MV=G12B-s2=6000021820-8602=14400000 Nmm在静载荷的作用下，前梁的最大弯曲应力w发生在两板簧座之间，其值为：弯曲应力w为w=MvWv=14400000312500=46 MPa(3-5)汽车行驶过程中，前梁还受到来至地面的冲击力，因此在进行前梁的强度计算时还要考虑一个动载系数。前梁的动载系数随汽车底盘和轮胎的刚度不同而异。考虑了前梁动载荷后的最大应力：max=wkd(3-6)式中：kd动载荷系数，取2.5。max=462.5=115 MPa

39、3.3.2在制动工况下的前梁应力计算制动时前轮承受的制动力P和垂向反力Z1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Z1=G12m1(3-7)式中：G1汽车满载止于水平路面上前桥给地面的载荷，60000N；m1汽车制动时对前桥的质量转移系数，对载货汽车的前桥可取1.5。Z1=G12m1=6000021.5=45000 N前轮所受的制动力为P=Z1(3-8)式中：轮胎与路面的附着系数，取0.8。P=Z1=450000.8=36000N由Z1和P对前梁引起的垂向弯矩MV和水平方向的弯矩Mh在两钢板弹簧座之间达最大值，分别为MV=Z1-gwl2

40、=Z1-gwB-s2(3-9) Mh=Pl2(3-10)式中：l2为轮胎中线至板簧座中线间的距离，480mm。gw为车轮的重力，2000N。B前轮轮距，1820mm。s前梁两钢板弹簧座中间的距离，860mm。MV=Z1-gwl2=Z1-gwB-s2=45000-20001820-8602=20640000 NmmMh=Pl2=36000480=17280000Nmm制动力P还使前梁在主销孔至钢板弹簧座之间承受扭矩T：T=Prr(3-11)式中：rr轮胎的滚动半径，540mm。T=Prr=36000540=19440000 Nmm前梁在钢板弹簧座附近危险断面处的弯曲应力w和扭转应力为w=MvWv

41、+MhWh=20640000312500+1728000085937=267MPa(3-12)=TWT=TJkmax=194400004860000/30120MPa(3-13)式中：WT前梁在危险断面的扭转截面系数，162000mm3。max前梁断面的最大厚度，30mm。Jk前梁断面的极惯性矩，对工字形断面：Jk=0.4h3mm4=4860000(3-14)h工字型断面矩形元素的长边长，mm。工字型断面矩形元素的短边长，mm。3.3.3在侧滑工况下的前梁应力计算当汽车承受最大侧向力时无纵向力作用，左、右前轮承受的地面垂直反力Z1L、Z1R和侧向反力Y1L、Y1R各不相等，可以推出前轮的地面反

42、力为Z1L=G121+2hg1B1=6000021+210000.81820=56372N(3-15)Z1R=G121-2hg1B1=6000021-210000.81820=3628N(3-16)Y1L=G121+2hg1B11=6000021+210000.818200.8=45098N(3-17)Y1R=G121-2hg1B11=6000021-210000.818200.8=2902N(3-18)式中：G1汽车停于水平路面时的前桥载荷，60000N。B1汽车前轮轮距，1820mm。hg汽车质心高度，1000mm。1轮胎与路面的附着系数，取1=0.8。侧滑时左、右钢板弹簧对前梁的垂向作用

43、力（N）为T1L=G12+G11hg-rrs=600002+600000.81000-480860=59023N(3-19)T1R=G12-G11hg-rrs=600002-600000.81000-480860=977N(3-20)式中：G1汽车满载时车厢分配给前桥的垂向载荷，60000 N。rr板簧座上表面的离地高度，480mm。s两板簧座中心间的距离，860mm。可绘制出前梁与轮轴在汽车侧滑时的垂向受力弯矩图。由该弯矩图可见，前梁的最大弯矩发生在汽车侧滑方向一侧拳部的主销孔处（剖面处）;而另一侧在钢板弹簧座处（剖面处），可由下式直接求出：M-=Z1Ll1+Y1Lrr=56372140-4

44、5098540=16460840Nmm(3-21)M-=Z1Rl2+Y1Rrr=3628480+2902540=3308520 Nmm(3-22)式中：M弯矩，Nmm。Z1L，Z1R左右前轮承受地面的垂向反力，N。Y1L，Y1R左右前轮承受地面的侧向反力，N。弯曲应力w为w-=M-Wv=16460840312500=104 MPa(3-23)w-=M-Wv1=3308520130900=25 MPa(3-24)3.4前梁材料选择表3-1 材料对比材料抗拉强度屈服强度45钢600 MPa355 MPa30Cr885 MPa685 MPa40Cr980 MPa785MPa45钢优质碳素结构钢，碳含

45、量为0.42-0.50%，抗拉强度为600MPa，屈服点为355MPa；这种钢的价格便宜、机械性能很好，易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等。30Cr这种钢抗拉强度为885MPa，屈服点为685MPa；通常在调质状态下使用，也可在正火后使用，用于制造在磨损及摩擦条件下或在很大冲击负荷下工作的重要机件，如轴、小轴、平衡杠杆、摇杆、连杆、螺栓、螺帽、齿轮和各种滚子等。此外，这种钢还可用作高频表面淬火用钢，用于制作要求高的表面硬度及耐磨性的零件。40Cr为合金结构钢，碳含量为0.37-0.45%，含铬0.8-1.1%，抗拉强度为980MPa，屈服点为785MPa；用于负荷较大的受力件。Cr在

46、热处理中的主要作用是提高钢的淬透性。由于淬透性提高，淬火（或调质）处理后40Cr的强度、硬度、冲击韧性等机械性能也明显比45钢高，但是价格也比45钢贵但也是由于淬透性强，在淬火时40Cr的内应力也就比45钢大，同样的条件下40Cr材料的工件开裂倾向也就比45钢材料的工件大。因此为避免工件开裂，40Cr淬火时大多选用导热性较低的油作为淬火介质，而45刚则用导热性较高的水作为淬火介质。根据转向从动桥设计任务书的要求，在满足工作应力的情况下保证价格低廉、结实耐用、加工方便；所以前梁的材料选用45钢。3.5本章小结本章主要是设计从动桥的前梁,对前梁进行了结构设计,并进行了应力计算和材料的选择。第4章前

47、梁的制造工艺分析4.1 前梁制造难点模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件；适用于批量生产。但模具成本高，需有专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产。4.2 前梁工艺分析方案一：自由锻是将加热好的金属坯料放在锻造设备的上,下砥铁之间,施加冲击力或压力,直接使坯料产生塑性变形,从而获得所需锻件的一种加工方法。自由锻由于锻件形状简单,操作灵活,适用于单件,小批量及重型锻件的生产。自由锻分手工自由锻和机器自由锻.手工自由锻生产效率低,劳动强度大,仅用于修配或简单,小型,小批锻件的生产,在现代工业生产中,机器自由锻已成为锻造生产的主要方法,在重型机械制造中,它具

48、有特别重要的作用。方案二：模锻全称为模型锻造，将加热后的坯料放置在固定于模锻设备上的锻模内锻造成形的。模锻可以在多种设备上进行。在工业生产中，锤上模锻大都采用蒸汽-空气锤，吨位在5KN300KN（0530t）。压力机上的模锻常用热模锻压力机，吨位在25000KN63000KN。模锻的锻模结构有单模堂锻模和多模膛锻模。它用燕尾槽和斜楔配合使锻模固定，防止脱出和左右移动；用键和键槽的配合使锻模定位准确，并防止前后移动。单模膛一般为终锻模膛，锻造时常需空气锤制坯，再经终锻模膛的多次锤击一次成形，最后取出锻件切除飞边。自由锻由于锻件形状简单,操作灵活,适用于单件,小批量及重型锻件的生产。自由锻分手工自

49、由锻和机器自由锻.手工自由锻生产效率低,劳动强度大,仅用于修配或简单,小型,小批锻件的生产,自由锻比模锻设备便宜，操作简单，所以选择自由锻。4.3 本章小结本章主要是对从动桥的前梁进行工艺分析,概述了前梁的制造难点,提出了几种制造方案,并选择了最佳方案.第5章转向从动桥的维护使用要求5.1 转向从动桥使用要求1、起步、停车要平稳，避免紧急制动和死打方向，尽量做到滑行停车并保持车轮平直。行驶时少用紧急制动，在不平的路面行驶时要低速慢行，防止前桥受冲击载荷，以免引起前悬架各机件早期损坏。2、保持正常的轮胎气压，轮胎气压过高会增加车轮上下跳动的频率，气压过低会增加轮胎滚动阻力和侧向力。前桥和转向系统

50、直接关系着汽车行驶的稳定性和安全性。在汽车的使用过程中，汽车前桥一般要承受来自地面垂直方向反力，水平方向制动力、惯性力、行驶阻力以及制动力引起的转矩等。这些力多是交变、冲击性的栽花由此前桥系统的各零件会产生磨损、变形及疲劳裂纹，加剧主销座孔、座孔端面及轮胎的磨损，降低使用寿命；同时会破坏汽车的正常运行，使之在运行过程中，发生不同程度的转向沉重、方向不稳，行驶跑偏和前轮摇摆等故障。这样，就会增加汽车驾驶员的劳动强度，并且不能保证行车的安全。5.2 转向从动桥维护汽车转向桥直接关系到汽车行驶的稳定性和安全一期的运行中转向桥因承受路面传来的各种力利力矩以及冲击载荷，各零件会发牛各种耗损，如磨损、变形

51、、裂纹和车轮定位参数改变等。这些都会影响汽车的止常运行，使汽车在行驶中出现不同程度的转向沉重、方向不稳、行驶跑偏、前轮摇摆等故障，增加r驾驶员的劳动强度，甚至影响到行驶的安全性。5.2.1 前轴的检修1、前轴的技术要求。汽车前轴应无裂纹，各钢板弹簧座的平面度不大于0.4mm，两钢板弹簧座应在同一平而内，其平而度误差应不大于0.8mm。用拉线法检验前轴时，拉线到两钢板弹簧座的距离应符合原厂要求，拉线偏离钢板弹簧座中心的误差应不大于4mm。主销孔与主销的配合问隙为0.030.05mm。2、前轴的弯、扭变形检验及校正。检验前首先检查作为定位基准的两个主销孔和钢板弹簧座平面，是否有失圆或平面不平，应先

52、修好再作定位基准。采用拉线法检验时，在主销孔上平面中心拉一条细线，用钢板尺测量两钢板座与拉线之问的距离，若不相等，说明前轴上下弯曲变形。为确定方向可用新前轴测量比较，哪端的高度与新前轴的高度一致，说明哪端发生了弯曲。再观察拉线是否通过两钢板座中小来判断前轴两端有无在水平面上发生扭曲，拉线通过中心端无扭曲，没通过中心线的发生扭曲。采用试棒和角尺配合进行检验时，首先将试棒插入主销孔，然后在两钢板弹簧座上各放一个标准垫块。在垫块上放一只检验角尺，检验时使角尺边缘尽量贴靠试棒，从角尺与试棒的贴靠情况可判断出前轴的变形情况。若上端有问隙，说明前轴向下弯曲，反之为前轴向上弯曲。此项检验，两端分别进行。前轴

53、的弯曲和扭曲变形超过规定时，应进行校正。前轴校正有冷校和热校两种方法。热校是将前轴变形部位局部加热至500-600后进行校止。这种方法劳动强度大，修理质量难以保证，所以对于一些汽车前轴为铸铁件的不采用热校而采用冷校。冷校一般是在专用的液压校正器上进行的，液压校正器上同时装有检验装置，可以在同一工位上进行前轴的校正和检验工作。3、前轴裂纹的检修。前轴的裂纹多发生在钢板弹簧座内侧250mm处断面突缘两侧和主销孔至钢板座之间。外观检查时，将前轴清洗干净后，借助放装有柴油或煤油的火容器内0.3-0.5 h后洗擦干净，存前轴表面涂有石垩粉，用木锤轻敲前轴，看有无油迹出现，若有则说明此处发生了裂纹。前轴经

54、检验不得有任何性质的裂纹，当前轴检验发现裂纹不大而日深度小大于断而的14时，可采用手工电弧焊修复。焊修时，应正确选择焊接规范，采用直流反板法（工件接负极）焊接，焊缝突出基体高度不超过1-2 mm，当前轴经检验发现裂纹较大且深度大于断面的1/4或发生横向裂纹时，前轴应予以报废。5.2.2 转向节的检修转向节是用来支承前轮轮毂轴承，并保证前轮绕主销转。由于前轮定位和前轮侧滑，转向节的受力比后桥更为复杂，但载荷较小，一般前轮的转向节损伤比后桥少。转向节轴承如果松动，会使汽车行驶不稳，转向节如果断裂或车轮从转向节上松脱，可导致严重的后果。因此对于转向节，应重点检查轴头的损伤和裂纹，轴承是否有损伤或裂纹

55、及轴头螺纹与螺母的配合情况。1、轴颈检查。转向节轴颈的磨损量，一般应不大于0.10mm，轴颈应用磁力探伤仪检查检查完毕后退磁），无探伤仪时可用敲击法检查，其方法是：先将转向节轴用煤油洗净，用铜锤在转向节锥形部分轻敲数次，将油迹擦干，然后在轴颈上撒涂白粉，用铜锤轻敲，如轴上有煤油渗透的痕迹，即为转向节轴有裂纹。2、转向节与前轴间隙的检修。转向节端而与前轴端面的间隙，应插入塞尺检查，如间隙不当，应增减垫片予以调整；前轮外倾角应符合原厂规定。3、转向节轴径与轴承的配合间隙，如超过0.08 mm或油封轴磨损超过0.25 mm，应堆焊或刷镀修复。修复后轴承与轴颈的配合，内轴承过盈0.003-0.035 mm，外轴承为过盈0.002-0.03mm。 4、转向节主销孔的检修：汽车转向节主销和与之配合的衬套磨损松旷之后，就会导致转向后，转向盘不容易自动回到直线行驶的位置，而且转动方向盘很费力。用内外径量具测量主销衬套内孔磨损超过0.07 mm或衬套与主销的配合间隙超过0.2 mm时，应更换衬套。主销直径磨损超过0.01 mm，应更换主销。更换衬套时，旧衬套应用冲子冲出，压入新衬套时，必须对正油孔。转向节主销孔两端面磨损起槽时，应修理平整，上端面平面度误差应小大干0.15 mm，下端面平