目 錄 主要符號(hào) . 2 1 緒論 . 3 型載重汽車轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)意義 . 3 橋和轉(zhuǎn)向系組成和設(shè)計(jì)步驟 . 3 2 概述 . 5 橋簡(jiǎn)介 . 5 橋各參數(shù)對(duì)汽車穩(wěn)定性的作用與影響 . 5 3 從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式 . 8 述 . 8 型載重汽 車的從動(dòng)橋 . 9 4 轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)形式 . 11 述 . 11 向器結(jié)構(gòu)形式及選擇 . 11 環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理 . 12 5 轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 14 動(dòng)橋主要零件工作應(yīng)力的計(jì)算 . 14 在最大側(cè)向力 (側(cè)滑 )工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算 . 16 向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力 . 17 銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 . 18 向節(jié)推力軸承的計(jì)算 . 21 向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì) . 21 向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 . 24 6 經(jīng)濟(jì)性分析 . 27 7 結(jié) 論 . 28 參考文獻(xiàn) . 29 致 謝 . 30 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 主要符號(hào) 1G 汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷， N 1m 汽車制動(dòng)時(shí)對(duì)前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù) 輪胎與路面的附著系數(shù) 車輪 (包括輪毅、制動(dòng)器等 )所受的重力， N B 前輪輪距 S 前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離 1d 轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑 0d 主銷直徑 h 轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)至前梁拳部下端面的距離 x 設(shè)計(jì)變量 外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角， r 輪胎的滾動(dòng)半徑 W 前軸彎曲截面系數(shù) 1G 滿載時(shí)車廂分配給前橋的垂向總載荷 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 1 緒論 型載重汽車 轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)意義 汽車是現(xiàn)代交通工具中用得 最多，最普遍，也是最方便的交通運(yùn)輸工具。汽車 轉(zhuǎn)向 系是汽車上的一個(gè)重要系統(tǒng) ,它是汽車 轉(zhuǎn)向 運(yùn)動(dòng)的裝置。 汽車的 轉(zhuǎn)向性 能直接影響汽車的行駛安全性 。 隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大 ,人們對(duì)安全 性、 可靠性要求越來越高 ， 為保證人身和車輛的安全 ,必須為汽車配備十分可靠的 轉(zhuǎn)向 系統(tǒng) 。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為 輕型載重汽車轉(zhuǎn)向橋總成設(shè)計(jì)。 通過查閱相關(guān)的資料，運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，確定 載重量為三頓的轉(zhuǎn)向橋總成 設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。使其達(dá)到以下要求： 具有足夠的強(qiáng)度，以保證可靠地承受車輪與車架之間的作用力。 保證真確的車輪定位，使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，操作輕便并減輕輪胎的磨損。從動(dòng)橋要有足夠的剛度，以使車輪定位參數(shù)保持不變。 轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷 、 轉(zhuǎn)向節(jié)與前粱之間的摩擦力應(yīng)盡可能的小，以保證轉(zhuǎn)向操作的輕便性，并有足夠的耐磨性。 轉(zhuǎn)向輪的擺振應(yīng)盡可能的小，以保證汽車的正常 、 穩(wěn)定行駛。 從動(dòng)橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能的小，以減輕非懸掛質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 橋和轉(zhuǎn)向系組成和設(shè)計(jì)步驟 前橋通過懸架與車架 (或承載式車身 )相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動(dòng)午輪，用以在車架 (或承載式車身 )與車輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動(dòng)橋還要承受和傳 遞制動(dòng)力矩。從動(dòng)橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同，也可分為非斷開式與斷開式兩種。從動(dòng)橋按與之匹配的懸架結(jié)構(gòu)不同可分為非斷開式與斷開式兩種。由于要求價(jià)廉，所以多采用非斷開式前橋。非斷開式的前橋主要有前梁，轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向主銷組成。 動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式 1、非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 2、合縱臂式后支持橋 一般多采用非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋。 動(dòng)橋設(shè)計(jì) 1、轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋主要零件尺寸的確定，前梁，工字型斷面，可采用常規(guī)設(shè)計(jì)，也可采用計(jì)算機(jī)程序可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。 2、零件工作應(yīng)力的計(jì)算 （ 1）在制動(dòng)工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算 （ 2）在最大側(cè)壓力工況下的應(yīng)力計(jì)算 （ 3）轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 （ 4）主銷和轉(zhuǎn)向襯套在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 （ 5）轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承和止推墊片的計(jì)算 向系設(shè)計(jì) 1、轉(zhuǎn)向器方案分析 2、轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)設(shè)計(jì) 3、轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 2 概述 橋簡(jiǎn)介 從動(dòng)橋即非驅(qū)動(dòng)橋，又稱從動(dòng)車橋。它通過懸架與車架 (或承載式車身 )相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動(dòng)車輪，用以在車架 (或承載式車身 )與車輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動(dòng)橋還要承受和傳遞制動(dòng)力矩。 根據(jù)從動(dòng)車 輪能否轉(zhuǎn)向，從動(dòng)橋分為轉(zhuǎn)向橋與非轉(zhuǎn)向橋。一般汽車多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋。為提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性，有些轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向。多軸汽車除前輪轉(zhuǎn)向外，根據(jù)對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求，有時(shí)采用兩根以上的轉(zhuǎn)向橋直至全輪轉(zhuǎn)向。 一般載貨汽車采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)后橋驅(qū)動(dòng)的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向從動(dòng)橋。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前橋驅(qū)動(dòng)，越野汽車均為全輪驅(qū)動(dòng)，故它們的前橋既是轉(zhuǎn)向橋又是驅(qū)動(dòng)橋，稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。 從動(dòng)橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同，也可分為非斷開式與斷開式兩種。與非獨(dú)立懸架相匹配的非斷開式從動(dòng)橋是一根支承于左、右從動(dòng)車輪上的剛性 整體橫梁，當(dāng)又是轉(zhuǎn)向橋時(shí)，則其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)相聯(lián)。斷開式從動(dòng)橋與獨(dú)立懸架相匹配。 非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋主要由前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)及轉(zhuǎn)向主銷組成。轉(zhuǎn)向節(jié)利用主銷與前梁鉸接并經(jīng)一對(duì)輪轂軸承支承著車輪的輪轂，以達(dá)到車輪轉(zhuǎn)向的目的。在左轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳處安裝著轉(zhuǎn)向節(jié)臂，后者與轉(zhuǎn)向直拉桿相連；而在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處則裝著與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連接的轉(zhuǎn)向梯形臂。有的將轉(zhuǎn)向節(jié)臂與梯形臂連成一體并安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤(rùn)滑油槽的青銅襯套以減小磨損。為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)上耳與前梁拳部之間裝有調(diào)整墊片以調(diào)整其間 隙。帶有螺紋的楔形鎖銷將主銷固定在前梁拳部的孔內(nèi)，使之不能轉(zhuǎn)動(dòng)。 橋各參數(shù)對(duì)汽車穩(wěn)定性的 作用與 影響 為了保持汽車直線行駛的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性及汽車轉(zhuǎn)向后使前輪具有自動(dòng)回正的性能，轉(zhuǎn)向橋的主銷在汽車的縱向和橫向平而內(nèi)都有一定傾角。在縱向平買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 面內(nèi)，主銷上部向后傾斜一個(gè) 角，稱為主銷后傾角。在橫向平面內(nèi)，主銷上部向內(nèi)傾斜一個(gè)角，稱為主銷內(nèi)傾角。 主銷后傾使主銷軸線與路面的交點(diǎn)位于輪胎接地中心之前，該距離稱為后傾拖距。當(dāng)直線行駛的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍 有偏轉(zhuǎn)時(shí)，汽車就偏離直線行駛而有所轉(zhuǎn)向，這時(shí)引起的離心力使路面對(duì)車輪作用著一阻礙其側(cè)滑的側(cè)向反力，使車輪產(chǎn)生繞主銷旋轉(zhuǎn)的回正力矩，從而保證了汽車具有較好的直線行駛穩(wěn)定性。此力矩稱穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩也不宜過大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)為了克服此穩(wěn)定力矩需在方向盤上施加更大的力，導(dǎo)致方向盤沉重。后傾角通常在 3 以內(nèi)?，F(xiàn)代轎車采用低壓寬斷面斜交輪胎，具有較大的彈性回正力矩，故主銷后傾角就可以減小到接近于零，甚至為負(fù)值。但在采用子午線輪胎時(shí)，由于輪胎的拖距較小，則需選用較大的后傾角 。 主銷內(nèi)傾也是為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性并使轉(zhuǎn)向輕便。主銷內(nèi)傾使主銷軸線與路面的交點(diǎn)至車輪中心平面的距離即主銷偏移距減小，從而可減小轉(zhuǎn)向時(shí)需加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時(shí)也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向時(shí)不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且伴隨有車輪軸及前橫梁向上的移動(dòng)，而當(dāng)松開方向盤時(shí)，所儲(chǔ)存的上升位能使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正，保證汽車作直線行駛。內(nèi)傾角一般為 85 ；主銷偏移距一股為 30 40型客車、輕型貨車及裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車可選擇較大的主銷內(nèi)傾 角及后傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的自動(dòng)回正性能。但內(nèi)傾角也不宜過大，即主銷偏移距不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)時(shí)，隨著滾動(dòng)將伴隨著沿路面的滑動(dòng)，從而增加輪胎與路面間的摩擦阻力，使轉(zhuǎn)向變得很沉重。為了克服因左、右前輪制動(dòng)力不等而導(dǎo)致汽車制動(dòng)時(shí)跑偏，近年來出現(xiàn)主銷偏移距為負(fù)值的汽車。 前輪定位除上述主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角外，還有車輪外傾角及前束，共 4項(xiàng)參數(shù)。車輪外傾指轉(zhuǎn)向輪在安裝時(shí)，其輪胎中心平面不是垂直于地面，而是向外傾斜一個(gè)角度 ，稱為車輪外傾角。此角約為 一般為 1 左右。它可以避免汽車重載時(shí)車輪產(chǎn)生負(fù)外傾即內(nèi)傾，同時(shí)也與拱形路而相適應(yīng)。由于車輪外傾使輪胎接地點(diǎn)向內(nèi)縮，縮小了主銷偏移距，從而使轉(zhuǎn)向輕便并改善了制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。 前束的作用是為了消除汽車在行駛中因車輪外傾導(dǎo)致的車輪前端向外張開的不利影響 (具有外傾角的車輪在滾動(dòng)時(shí)猶如滾錐，因此當(dāng)汽車向前行駛時(shí)，左右買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 兩前輪的前端會(huì)向外張開 )，為此在車輪安裝時(shí)，可使汽車兩前輪的中心平面不平行，且左右輪前面輪緣間的距離 A 小于后面 輪緣間的距離 B，以使車輪在每一瞬時(shí)的滾動(dòng)方向是向著正前方。前束即 (一般汽車約為 3 5通過改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度來調(diào)整。設(shè)定前束的名義值時(shí)，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)向梯形中的彈性和間隙等因素。 在汽車的設(shè)計(jì)、制造、裝配調(diào)整和使用中必須注意防止可能引起的轉(zhuǎn)向車輪的擺振，它是指汽車行駛時(shí)轉(zhuǎn)向輪繞主銷不斷擺動(dòng)的現(xiàn)象，它將破壞汽車的正常行駛。轉(zhuǎn)向車輪的擺振有自激振動(dòng)與受迫振動(dòng)兩種類型。前者是由于輪胎側(cè)向變形中的遲滯特性的影響，使系統(tǒng)在一個(gè)振動(dòng)周期中路面作用于輪胎的力對(duì)系統(tǒng)作正功，即外界對(duì)系統(tǒng)輸入能量。如果后者的值大于 系統(tǒng)內(nèi)阻尼消耗的能量，則系統(tǒng)將作增幅振動(dòng)直至能量達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)。這時(shí)系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)振動(dòng)，形成擺振。其振動(dòng)頻率大致接近系統(tǒng)的固有頻率而與車輪轉(zhuǎn)速并不一致，且會(huì)在較寬的車速范圍內(nèi)發(fā)生。通常在低速行駛時(shí)發(fā)生的擺振往往屬于自攝振動(dòng)型。當(dāng)轉(zhuǎn)向車輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動(dòng)的激勵(lì)，例如車輪失衡、端面跳動(dòng)、輪胎的幾何和機(jī)械特性不均勻以及運(yùn)動(dòng)學(xué)上的干涉等，在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)下都會(huì)構(gòu)成周期性的擾動(dòng)。在擾動(dòng)力周期性的持續(xù)作用下，便會(huì)發(fā)生受迫振動(dòng)。當(dāng)擾動(dòng)的激勵(lì)頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時(shí)便發(fā)生共振。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向輪擺振頻率與車輪轉(zhuǎn)速一 致，而且一般都有明顯的共振車速，共振范圍較窄 (3 5km/h)。通常在高速行駛時(shí)發(fā)生的擺振往往屬于受迫振動(dòng)型。 轉(zhuǎn)向輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復(fù)雜，既有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因和制造方面的因素如車輪失衡、輪胎的機(jī)械特性、系統(tǒng)的剛度與阻尼、轉(zhuǎn)向輪的定位角以及陀螺效應(yīng)的強(qiáng)弱等；又有裝配調(diào)整方面的影響，如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)間的間隙 (影響系統(tǒng)的剛度 )和摩擦系數(shù) (影響阻尼 )等。合理地選擇這些有關(guān)參數(shù)、優(yōu)化它們之間的匹配，精心地制造和裝配調(diào)整，就能有效地控制前輪擺振的發(fā)生。在設(shè)計(jì)中提高轉(zhuǎn)向器總成與轉(zhuǎn)向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架的縱 向剛度，提高輪胎的側(cè)向剛度，在轉(zhuǎn)向拉桿系中設(shè)置橫向減震器以增加阻尼等，都是控制前輪擺振發(fā)生的一些有效措施。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 3 從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式 述 各種車型的非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式基本相同，如圖 1 1 所示。 圖 16汽車轉(zhuǎn)向橋 123、 456789101112 作為主要零件的前梁是用中碳鋼或中碳合金鋼的，其兩端各有一呈拳形的加粗部分為安裝主銷的前梁拳部；為提高其抗彎強(qiáng)度，其較長(zhǎng)的中間部分采用工字形斷面并相對(duì)兩端向下偏移一定距離，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)從而降低傳動(dòng)系的安裝位置以及傳動(dòng)軸萬向節(jié)的夾 角。為提高其抗扭強(qiáng)度，兩端與拳部相接的部分采用方形斷面，而靠近兩端使拳部與中間部分相聯(lián)接的向下彎曲部分則采用兩種斷面逐漸過渡的形狀。中間部分的兩側(cè)還要鍛造出鋼板彈簧支座的加寬文承面。 有的汽車的轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的前梁采用組合式結(jié)構(gòu)，即由其采用無縫鋼管的中間部分與采用模鍛成形的兩端拳形部分組焊而成。這種組合式前梁適于批量不太大的生產(chǎn)并可省去大型緞造設(shè)備。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 轉(zhuǎn)向節(jié)多用中碳合金鋼模級(jí)成整體式結(jié)構(gòu)。有些大型汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)，由于其尺寸過大，也有采用組焊式結(jié)構(gòu)的，即其輪軸部分是經(jīng)壓配并焊接上去的。 主銷的幾種結(jié)構(gòu)型式如下圖所示 ，其中比較常用的是 (a)， (b)兩種。 （ a） (b) (c) (d) 圖 3銷結(jié)構(gòu)形式 （ a）圓柱實(shí)心型 (b) 圓柱空心型 (c) 上，下端為直徑不等的圓柱，中間為錐體的主銷 (d)下部圓柱比上部細(xì)的主銷 轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承承受作用于汽車前梁上的重力，為減小摩擦使轉(zhuǎn)向輕便可采用滾動(dòng)軸承，例如推力球軸承、推力圓錐滾子軸承或圓錐波子軸承等。也有采用青銅止推墊片的。 主銷上、下軸承 承受較大的徑向力，多采用滑動(dòng)軸承，也有采用滾針軸承的結(jié)構(gòu)。后者的效率高，轉(zhuǎn)向阻力小，且可延長(zhǎng)使用壽命。 型載重 汽 車 的 從動(dòng)橋 本設(shè)計(jì)為 輕型載重汽車 轉(zhuǎn)向前橋，因此應(yīng)該本著耐用經(jīng)濟(jì)的思想進(jìn)行方案的選擇，為了降低生產(chǎn)成本，又在結(jié)構(gòu)上滿足要求的情況下應(yīng)盡量簡(jiǎn)單。 轉(zhuǎn)向前橋有斷開式和非斷開式兩種。斷開式前橋與獨(dú)立懸架相配合，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜但性能比較好，多用于轎車等以載人為主的高級(jí)車輛。非斷開式又稱整體式，它與非獨(dú)立懸架配合。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載能力大，這種形式再現(xiàn)在汽車上得到廣泛應(yīng)用。因此本次設(shè)計(jì)就采用了非斷開式 從動(dòng)橋。 轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的主要零件有前梁，轉(zhuǎn)向節(jié)，主銷，注銷上下軸承及轉(zhuǎn)向節(jié)襯套，轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承。主銷采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的實(shí)心的圓柱形如上圖 a 所示。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 另外為了保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有車輪能繞一個(gè)轉(zhuǎn)向瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)，本次設(shè)計(jì)有進(jìn)行了轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本方案轉(zhuǎn)向梯形布置在前軸之后，進(jìn)行梯形的最佳參數(shù)和強(qiáng)度計(jì)算。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 4 轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)形式 述 汽車在行駛過程中，經(jīng)常需要改變方向。就輪式汽車而言，改變行駛方向的方法是，駕駛員通過一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)，使汽車的轉(zhuǎn)向橋上的車輪相對(duì)于汽車縱 軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。此時(shí)路面作用于轉(zhuǎn)向輪上的向后的反力就有了垂直與車輪的分量并成為汽車作曲線運(yùn)動(dòng)的向心力。在汽車直線行駛時(shí)，往往轉(zhuǎn)向輪也會(huì)受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動(dòng)偏轉(zhuǎn)而干擾行駛方向。此時(shí)，駕駛員也可以利用這一套機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反的方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢復(fù)原來的行駛方向。這一套用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)即稱作汽車的轉(zhuǎn)向系。 轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類。在現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)中，常用機(jī)械式轉(zhuǎn)向系。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，經(jīng)過轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向 輪偏轉(zhuǎn)。有些汽車裝有防傷機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向減振裝置。還有一些汽車的專門裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，并借助此機(jī)構(gòu)來減輕駕駛員的手力，以降低駕駛員的勞累程度。 對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要要求有： 1、操縱輕便。轉(zhuǎn)向時(shí)加在方向盤上的力對(duì)轎車不超過 200N，對(duì)中型貨車不超過360N,對(duì)中型貨車不超過 450N,方向盤的回轉(zhuǎn)圈數(shù)要少。 2、工作安全可靠。 3、在轉(zhuǎn)向后，方向盤有自動(dòng)回正能力，能保持汽車有穩(wěn)定的直線行駛能力。 4、在前輪受到?jīng)_擊時(shí)，轉(zhuǎn)向系傳遞反向沖擊到方向盤上要小。 5、應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接處的間隙，間隙應(yīng)能自動(dòng)補(bǔ)償即調(diào)整，除了設(shè)計(jì) 應(yīng)正確的選擇導(dǎo)向輪的定位角外，轉(zhuǎn)向盤在中間式的自由行程應(yīng)當(dāng)保證直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向盤相對(duì)導(dǎo)向輪偏轉(zhuǎn)角的靈敏度。 向器結(jié)構(gòu)形式及選擇 1、類型 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 根據(jù)轉(zhuǎn)向器所用傳動(dòng)副的不同，轉(zhuǎn)向器有多種。常見的有循環(huán)球式球面蝸桿蝸輪式、蝸桿曲柄銷式和齒輪齒條式等。 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)形式，決定了其效率特性以及對(duì)角傳動(dòng)比變化特性的要求。選用那種效率特性的轉(zhuǎn)向器應(yīng)有汽車用途來決定，并和轉(zhuǎn)向系方案有關(guān)。經(jīng)常行駛在好路面上的轎車和市內(nèi)用客車，可以采用正效率較高的、可逆程度大的轉(zhuǎn)向器。 2、特點(diǎn) 效率高、工作可靠、平穩(wěn)， 蝸桿和螺母上的螺旋槽在淬火后經(jīng)過磨削加工，所以耐磨且壽命較長(zhǎng)。齒扇和齒條嚙合間隙的調(diào)整工作容易進(jìn)行。和其它形式轉(zhuǎn)向器比較，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)主要零件加工精度要求較高。 蝸桿曲柄銷式轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化特性和嚙合間隙特性變化受限制，不能完全滿足設(shè)計(jì)者的意圖。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此制造容易，成本低，正、逆效率都高。為了防止和緩和反向沖擊傳給方向盤，必須選擇較大的傳動(dòng)比，或裝有吸振裝置的減振器。 環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中一般有兩級(jí)傳動(dòng)副。第 一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。 轉(zhuǎn)向螺桿的軸頸支撐在兩個(gè)圓錐滾子軸承上。軸承緊度可用調(diào)整墊片調(diào)整。轉(zhuǎn)向螺母的下平面上加工成齒條，與齒扇軸內(nèi)的齒扇部分相嚙合。通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向螺桿時(shí)，轉(zhuǎn)向螺母不轉(zhuǎn)動(dòng)，只能軸向移動(dòng)，并驅(qū)使齒扇軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為了減小轉(zhuǎn)向螺桿和轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，其間裝有小鋼球以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面輪廓的螺旋管狀通道。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根導(dǎo)管，兩端分別插入螺母的一對(duì)通孔。導(dǎo)管內(nèi)裝滿了鋼球。兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨(dú)立的封閉的鋼球流道。轉(zhuǎn) 向器工作是兩列鋼球只是在各自封閉的流道內(nèi)循環(huán)，而不脫出。 轉(zhuǎn)向螺母上的齒條式傾斜的，因此與之嚙合的齒應(yīng)當(dāng)是分度圓上的齒厚沿齒扇軸線按線性關(guān)系變化的變厚齒扇。因?yàn)檠h(huán)球轉(zhuǎn)向器的正傳動(dòng)效率很高，操作買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 輕便，使用壽命長(zhǎng)。經(jīng)常用于各種汽車。 綜上最后本次設(shè)計(jì)選定循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 5 轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 動(dòng)橋主要零件工作應(yīng)力的計(jì)算 主要是計(jì)算前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、主銷上下軸承 (即轉(zhuǎn)向節(jié)襯套 )、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承或止推墊片等在制動(dòng)和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。繪制計(jì)算用簡(jiǎn)圖時(shí)可忽略車輪的定位角，即認(rèn)為主銷內(nèi)傾角、主銷后 傾角，車輪外傾角均為零，而左右轉(zhuǎn)向節(jié)軸線重合且與主銷軸線位于同一側(cè)向垂直平面內(nèi)。如下所示： 圖 5向從動(dòng)橋在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的受力分析簡(jiǎn)圖 1 2制動(dòng)工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算：制動(dòng)時(shí)前輪承受的制動(dòng)力Z 傳給前梁，使前梁承受彎矩和轉(zhuǎn)矩。考慮到制動(dòng)時(shí)汽車質(zhì)量向前，轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)移，則前輪所承受的地面垂直反力為： 111 2 (5 式中： 1G 汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷， N； 1m 汽車制動(dòng)時(shí)對(duì)前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對(duì)轎車和載貨汽車的前橋可買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 取 量分配給前橋 35%； 1Z = 21 1G 1m =855前輪所承受的制動(dòng)力 1式中： 輪胎與路面的附著系數(shù)取為 由于 1Z 和別為： 2)2()( 1121 N (522 11212 N (5式中：取 2l =285 mm 車輪 (包括輪毅、制動(dòng)器等 )所受的重力， N；取80N； B 前輪輪距取 B=1650 S 前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離取為 550 2 5501320) 55 013 4 動(dòng)力板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩 T： T=rx 中： r 輪胎的滾動(dòng)半徑取為 有 T=梁在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力w和扭轉(zhuǎn)應(yīng) （單位均為 別為： 222 (5 (5買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 式中 : W 前軸彎曲截面系數(shù)， W= )(32 33 。 前梁應(yīng)力的許用值為 w=300 500 取 D=68 d=58 ，W= )5868(32 33 =M= w=w=300 D=68 d=58 足使用條件。 在最大側(cè)向力 (側(cè)滑 )工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算 當(dāng)汽車承受最大側(cè)向力時(shí)無縱向力作用，左、右前輪承受的地面垂向反力 與側(cè)向反力 不相等，前輪的地面反力 (單位都為 N)分別為： )21(21111 )21(21111 1111 )21(2 11 111 )21(2 式中：汽車質(zhì)心高度取為 840 1 車輪與地面附著系數(shù)取為 此時(shí) 右作用。則有： 1 18)1 3 20 8 8 551 2737)1320 88551 320 88551 320 88551 側(cè)滑時(shí)左、右鋼板彈簧對(duì)前梁的垂直作用力為： )(1111 )(1111 式中 : 1G 滿載時(shí)車廂分配給前橋的垂向總載荷 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 1r 板簧座上表面離地高度 取 4001G =1239 則有 6 96 5 0)4 0 08 4 0( 5 51 2 1 4 2 . 7 26 5 0)4 0 08 4 0( 5 51 2 1 4 2 . 向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力 如圖 5示，轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)斷面在軸徑為 1d 的輪軸根部即 面處。 圖 5轉(zhuǎn)向節(jié)，主銷及轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的計(jì)算用圖 一 、 在制動(dòng)工況下 面處的軸徑僅受垂向彎矩制動(dòng)力矩不經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸傳遞而直接由制動(dòng)底板傳給在轉(zhuǎn)向節(jié)上的安裝平面。這時(shí)的vM，面處的合成彎矩應(yīng)力w（ ： 31 )( (53(5買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 =312123 w (5中： 1d 轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑取為 50l=30 w=550 則 =32245*)(30 =50向節(jié)采用 3040中碳合金鋼制造，心部硬度 285，高頻淬火后表面硬度 65，硬化層深 軸根部的圓角液壓處理。 二 、 在側(cè)滑工況下 在側(cè)滑時(shí)左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險(xiǎn)斷面 的彎矩是不等的，可分別按下式求得： 2 4 1 8 4 44 2 3 5306 1 1 8131 因此左右轉(zhuǎn)向節(jié)都符合要求。 銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 在制動(dòng)和側(cè)滑工況下，在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套的中心，即與輪軸中心線相距分別為 c， d 的兩點(diǎn)處，在側(cè)向平面 (圖 5c)和縱向平面 (圖 5d)內(nèi)，對(duì)主銷作用有垂直其軸線方向的力。 一、在制動(dòng)工況下 地面對(duì)前輪的垂向支承反力 1Z 所引起的力矩 11由位于通過主銷軸線的側(cè)向平面內(nèi)并在轉(zhuǎn)向節(jié)上下襯套中點(diǎn)處垂直地作用于主銷的力c+d）所平衡 (見圖 5b)，故有 dc N 式中 1l 取 95， c 取 57， d 取 62 制動(dòng)力矩c+d） 所平衡 (見圖 5c)。故有 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 而作用于主銷的制動(dòng)力由在轉(zhuǎn)向節(jié)上下襯套中點(diǎn)處作用于主銷的力衡 (見圖 5c)，且有： 7 66257 8 4 dc N l 由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖 (圖 5d)的下圖 )可知，制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向橫拉桿的作用力 N 為： N= t 7 41 5 8 451 力 N 位于側(cè)向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為 4l （取為 80 將 需對(duì)主銷作用一側(cè)向力矩(見圖 4 2(b)。力矩 位于側(cè)向平面內(nèi)并作用于主銷的力偶矩所平c+d）衡，故有 N 而力 N 則內(nèi)存整向節(jié)上下襯套中點(diǎn)處作用于主銷的力有：= 511 9 4 = 811 9 4 由圖 5b)可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點(diǎn)作用于主銷的合力Q 分別為： 22 )()( (5 = 22 ) =21 )()( (5買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 =上兩式可見，在汽車制動(dòng)時(shí)，主銷的最大載荷發(fā)生在轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套的中點(diǎn)處，其值為 1Q =、在側(cè)滑工況下 僅有在側(cè)向平面內(nèi)起作用的力和力矩，且作用于左右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷的力們可分別按下式求得： L L 取 ,1 中最大的作為主銷的計(jì)算載荷 QQ 算主銷在前梁拳部下端面應(yīng)力w和剪切應(yīng)力s： ； (5204 (5式中：0d 主銷直徑取為 32 h 轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)至前梁拳部下端面的距離，見圖 5 2(a),取 h=28 78 3 w w ; 1 5 9 2 8 7 84 2 s s ; 其中 w=500s=100 主銷采用 202020低碳合金鋼制造，滲碳淬火，62。 轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的擠壓應(yīng)力c為： M P 0 式中： l 襯套長(zhǎng)為 30 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 21 在靜載荷下，上式的計(jì)算載荷取 0 16257 4 111 dc Z N M P 5 。 向節(jié)推力軸承的計(jì)算 對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承，取汽車以等速40h，沿半徑 R 50m 的圓周行駛的工況作為計(jì)算工況。如果汽車向右轉(zhuǎn)彎，外輪即左前左輪的地面垂向反力 大。 )(2(12 2111， 將上述計(jì)算工況的有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，并沒1 有：111 6 2 ， 可近似地認(rèn)為推力軸承的軸向載荷 : 1 鑒于轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承在工作中的相對(duì)轉(zhuǎn)角不大及軸承滾輪使圓周破壞帶來的危險(xiǎn)性，軸承的選擇按其靜承載容量 進(jìn)行，且取當(dāng)量靜載荷r 0 故此 推力軸承滿足要求。 向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有車輪能繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心，在不同的圓周上做無滑動(dòng)的純滾動(dòng)。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形的主要任務(wù)之一是確定轉(zhuǎn)向梯型的最佳參數(shù)和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種。一般轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)布置在前軸之后，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)位置很低或前軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，也有位于前軸之前的。 兩軸汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，若忽略輪胎側(cè)偏影響，兩轉(zhuǎn)向前軸的延長(zhǎng)線應(yīng)交于后軸延長(zhǎng)線。設(shè)0，i分 別是外內(nèi)轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角， k 為兩主銷中心線延長(zhǎng)線到地面交點(diǎn)之間的距離，則梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)保證內(nèi)外轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 22 i 0，若自變角為0則因變角i的期望值為： )()( 010 ，現(xiàn)有轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)僅能滿足上式要求。如下圖所示，在圖上作輔助虛線，利用余弦定理可推得轉(zhuǎn)向梯形所繪出的實(shí)際因變角 i為： )co s (212co s)co s (co s2ar s)co s (21)()s i n (ar cs i ( m 梯形臂長(zhǎng) 梯形底角 圖 5車瞬時(shí)轉(zhuǎn)向圖 應(yīng)使設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形所繪出的實(shí)際因變角 i盡可能接近理論上的期望值i。其偏差最常使用的中間位置附近小轉(zhuǎn)角范圍應(yīng)盡可能小，以減小高速行駛時(shí)輪胎的磨損。而在不經(jīng)常使用且車速較慢的最大轉(zhuǎn)角時(shí)可適當(dāng)放寬要求，因此在加入加權(quán)因 子 )(00 構(gòu)成評(píng)價(jià)優(yōu)略的目標(biāo)函數(shù) f(x)為 : f（ x） = m a 0000 1 0 0)()()()( 將上式代得： f(x)= 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 23 m a )c o t ( c o t)c o s (21)()s i n (ar c s i n)(r 001)c o t ( c o t)c o s (212c o s)c o s (c o s2a r c c o r 其中 x 設(shè)計(jì)變量 x= 21m 外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角，又上圖可得： 汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑為 a 主銷偏移距為 55 K=1650L=3600 考慮到此時(shí)使用工況下轉(zhuǎn)角小于 20 ，且 100 以內(nèi)的小轉(zhuǎn)角使用的更加頻繁，因此取： 當(dāng) 10000 2010 0 1)( 0 m 0 建立約束條件時(shí)應(yīng)考慮到：設(shè)計(jì)變量 m 及 過小時(shí)，會(huì)使橫拉桿上的轉(zhuǎn)向力過大；當(dāng) m 過大時(shí)，將使梯形布置困難，故對(duì) m 的上、下限及對(duì) 的下限應(yīng)設(shè)置約束條件。因 越大，梯形越接近矩形 f(x)值就越大，而優(yōu)化過程是求 f(x)的極小值，故可不必對(duì) 的上限加以限制。綜上所述，各設(shè)計(jì)變量的取值范圍構(gòu)成買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 24 的約束條件為： m 0 梯形臂長(zhǎng)度 m 設(shè)計(jì)時(shí)常取在 形底角 70 此外，由機(jī)械原理得知，四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角 不宜過小，通常取 40 。如上圖所示，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)在汽車向右轉(zhuǎn)彎至極限位置時(shí)達(dá)到最小值，故只考慮右轉(zhuǎn)彎時(shí) 即可。利用該圖所作的輔助虛線及余弦定理，可推出最小傳動(dòng)角約束條件為 02co s)co s( co s )co s (co sm i nm a i n ，式中， 為最小傳動(dòng)角。 由上述數(shù)學(xué)模型可知，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題是一個(gè)小型的約束非線性規(guī)劃問題，可用復(fù)合形法來求解。 向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 1、 球頭銷 球頭銷常由于球面部分磨損而損壞，為此用下式驗(yàn)算接觸應(yīng)力j式中， F 為作用在球頭上的力； A 為在通過球心垂直于 F 力方向的平面內(nèi)，球面承載部分 的投影面積。 許用接觸應(yīng)力為 j25 30 2/ 設(shè)計(jì)初期，球頭直徑 d 可根據(jù)表 7推薦的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。 表 5球頭直徑 球頭直徑 向輪負(fù)荷 N 球頭直徑 向輪負(fù)荷 N 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 25 20 22 25 27 30 到 6000 6000000250060005 40 45 50 24000400090000000 100000 球頭銷用合金結(jié)構(gòu)鋼 121520液體碳氮共滲鋼 355 造。 2、 轉(zhuǎn)向拉桿 拉桿應(yīng)有較小的質(zhì)量和足夠的剛度。拉桿的形狀應(yīng)符合布置要求，有時(shí)不得不做成彎 的，這就減小了縱向剛度。拉桿應(yīng)用材料力學(xué)中有關(guān)壓桿穩(wěn)定性計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)算。穩(wěn)定性安全系數(shù)不小于 桿用 20、 30 或 40 鋼無縫鋼管制成。 3、 轉(zhuǎn)向搖臂 在球頭銷上作用的力 F，對(duì)轉(zhuǎn)向搖臂構(gòu)成彎曲和扭轉(zhuǎn)力 矩的聯(lián)合作用。危險(xiǎn)斷面在搖臂根部，應(yīng)按第三強(qiáng)度理論驗(yàn)算其強(qiáng)度 222222 4 式中，W、數(shù)；尺寸 d、 圖 5轉(zhuǎn)向搖臂受力圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 26 要求 式中， T 為材料的屈服點(diǎn)； n 為安全系數(shù)，取 n= 轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向搖臂軸經(jīng)花鍵連接，因此要求驗(yàn)算花鍵 的擠壓應(yīng)力和切應(yīng)力。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 27 6