[15]。一般計(jì)算零件的工作應(yīng)力主要包含以下幾個(gè)部分：一是需要計(jì)算汽車制動(dòng)時(shí)前梁所產(chǎn)生的應(yīng)力；二是要計(jì)算汽車在受到最大側(cè)壓力情況下汽車所產(chǎn)生的應(yīng)力；三四計(jì)算其他零部件的相關(guān)參數(shù)，選用合適的零部件。2.2前橋的基本參數(shù)前橋的基本參數(shù)主要包括主銷后傾角γ、主銷內(nèi)傾角β、車輪外傾角α和汽車前束等，這幾個(gè)參數(shù)是影響汽車性能的最為重要的因素，也是汽車前橋設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)考慮的因素，這些參數(shù)的具體功能、作用和取值分別如下表2—1所示。表2—1前橋的基本參數(shù)、作用及取值范圍名稱主銷后傾角主銷內(nèi)傾角車輪外傾角前束：符號(hào)γβα/取值一般取值為3°一般取值為5°~8一般為5°~1.5°一般在1～12mm之間。作用保持汽車直線行駛的穩(wěn)定性；轉(zhuǎn)向輕便性；使前輪具有自動(dòng)回正的性能；保證汽車具有較好的直線行駛穩(wěn)定性。能使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正，保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性；使轉(zhuǎn)向輕便；可減小轉(zhuǎn)向時(shí)需加在方向盤上的力；也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。它可以避免汽車載重時(shí)車輪產(chǎn)生內(nèi)傾；同時(shí)也和弓形的路面相適應(yīng)。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；消除因前輪外傾使汽車行駛時(shí)向外張開的趨勢，減少輪胎磨損和燃料消耗。2.3前橋的設(shè)計(jì)要求2.3.1設(shè)計(jì)技術(shù)要求汽車在行駛過程中不僅需要有良好的直線保持能力，此外前橋還需要滿足下表2—2所述的6方面具體要求。表2—2汽車前橋常規(guī)設(shè)計(jì)要求類型前橋質(zhì)量要小足夠的強(qiáng)度正確的車輪定位足夠的剛度轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷前橋間的摩擦力要小較小的轉(zhuǎn)向輪擺振目的減少非簧載的質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。保證可靠地承受車輪與車架（或承載式車身）之間的作用力。使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定；操縱輕便；減輕輪胎磨損。減小受力后的變形；保證主銷和轉(zhuǎn)向輪間的定位角度。保證轉(zhuǎn)向操作的輕便性；并有足夠的耐磨性。保證汽車的正常平穩(wěn)行駛。2.3.2結(jié)構(gòu)參數(shù)載重質(zhì)量1500kg；汽車總質(zhì)量2500kg；汽車尺寸3300·1600·360；前輪為雙輪胎，后輪為雙輪胎。3前橋設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)選擇計(jì)算過程中所用到的具體參數(shù)如下表3—1所示。表3—1計(jì)算過程中所用到的具體參數(shù)汽車總質(zhì)量Ga（N）前軸軸載質(zhì)量G1（N）汽車質(zhì)心至前軸中民線距離L1（mm）汽車質(zhì)心至后軸中心線距離L2(mm)913852954729371400前輪前束（mm）軸距L（mm）汽車質(zhì)心高度hg(mm)前鋼板彈簧座中心距B’’(mm)主銷中心距B′(mm)10430011707401480前輪距B1(mm)車輪滾動(dòng)半徑rr(mm)主銷內(nèi)傾角β主銷后傾角γ前輪外傾角a17004858°1.5°1°3.1前橋的確定汽車的轉(zhuǎn)向前橋主要常有兩種形式，一種是斷開式的，一種是非斷開式的。相比而言非斷開式的前橋結(jié)構(gòu)相對比較簡單，制作維修成本相對較低，其承載能力也相對比較大，因此在汽車上的應(yīng)用最為廣泛，因此本此設(shè)計(jì)也采用這種常用的非斷開式前橋結(jié)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)的確定如下表3—2所示。表3—2其他結(jié)構(gòu)的選擇前軸結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)型式主銷結(jié)構(gòu)型式轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承結(jié)構(gòu)形式主銷軸承結(jié)構(gòu)形式輪轂軸承結(jié)構(gòu)形式工字形斷面、叉形轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷固定在前軸兩端整體鍛造式圓柱實(shí)心主銷止推滾柱軸承滾針軸承單列向心球軸承3.2前輪定位角的選擇前輪定位角不僅能有效減小前輪偏轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的阻力矩，繼而使轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)操縱方便、靈活，同時(shí)還能使前輪在使用過程中具有自動(dòng)調(diào)正的功能，進(jìn)而有效保證汽車在直線行駛過程中能夠保持極好的穩(wěn)定性，還能有效減輕汽車輪胎的磨損，降低維護(hù)成本。計(jì)算過程中的前輪定位角的確定如表3—1所示，其中路面附著系數(shù)取φ=0.7。垂直反作用力的計(jì)算：N橫向反作用力的計(jì)算：N考慮汽車行使過程中可能會(huì)通過不平路面，而當(dāng)汽車行使到不平路面的時(shí)候，由于路面不平的原因可能會(huì)導(dǎo)致汽車產(chǎn)生垂直動(dòng)載荷，進(jìn)而使得垂直反作用力迅速達(dá)到最大峰值。計(jì)算過程中汽車的動(dòng)載荷系數(shù)可以取σ=2.0。N（3-1）載荷的具體計(jì)算結(jié)果分別如下所示（表3—3）。表3—3計(jì)算載荷結(jié)果緊急制動(dòng)Z123489.87X116442.91側(cè)滑Z1l28601.50Z1r945.50Y1l19449.02Y1r642.94越過不平路面Z1’295474計(jì)算彎矩和扭矩計(jì)算過程中分別選擇四個(gè)部位來計(jì)算其斷面的彎矩和扭矩，具體計(jì)算如下文所述。I-I斷面是指位于座內(nèi)側(cè)的情況，它是整個(gè)前軸中最弱的部位。該斷面的彎矩是最大的，鑒于計(jì)算過程中可以將座看作是梁的固定端，因此這段梁之間不需要考慮受扭的情況，以減小計(jì)算量，優(yōu)化計(jì)算過程中；II-II斷面是指處于座外側(cè)的部分，此部分?jǐn)嗝娴膹澗厥亲畲蟮?，但是其扭矩卻是最小的；而III-III斷面處所處的彎矩和扭矩都相對比較大；IV-IV斷面是指處于梁端的部分，此部分?jǐn)嗝鎯?nèi)的扭矩是最大的，但是彎矩同樣也是最小的。四個(gè)斷面的相關(guān)計(jì)算的具體參數(shù)分別表示如下（表4—1）。表4—1計(jì)算參數(shù)類型L1L2L3L4h1h2h3h4汽車4803902501551131133004.1計(jì)算各斷面的彎扭矩4.1.1緊急制動(dòng)時(shí)情況時(shí)垂直面內(nèi)的彎矩計(jì)算表示為：M’=Z1Li水平面內(nèi)的彎矩計(jì)算表示為：M’’=X1Li外側(cè)的扭矩計(jì)算可以表示為：Mn=X1(rr-hi)上述公式中的Li對應(yīng)與I-I、II-II、III-III、IV-IV斷面分別帶入L1、L2、L3、L4。上述公式中的hi對應(yīng)與I-I、II-II、III-III、IV-IV斷面分別代入h1、h2、h3、h4。4.1.2發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象時(shí)計(jì)算左側(cè)的各斷面在垂直面內(nèi)的彎矩可以表示為：M1’=Z1lLi-Y1(rr-hi)上式中的Li和hi帶入的數(shù)值大小與緊急制動(dòng)時(shí)代入的數(shù)據(jù)一樣。4.1.3在不平路面時(shí)的計(jì)算計(jì)算垂直面內(nèi)的彎矩可以表示為M’=Z1’Li，公式中的Li代入數(shù)值大小與前面計(jì)算中的數(shù)值大小一樣，計(jì)算可得彎扭矩，具體數(shù)據(jù)如下表4—2所示。表4—2彎扭矩的具體計(jì)算結(jié)果結(jié)果I-III-IIIII-IIIIV-IV緊急制動(dòng)M’11275137.69161049.35872467.53640929.85M’’7892596.86412734.94110727.52548651.05Mn6116762.526116762.527481524.057974811.35側(cè)滑M1’6493.453919.56-1699.05-4999.61越不平路M’14182.5611523.335909.404579.794.2斷面系數(shù)計(jì)算4.2.1垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：mm3（4-1）4.2.2水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：mm3（4-2）（1）II-II斷面垂直面內(nèi)的抗彎斷面系數(shù)計(jì)算在計(jì)算過程中II-II斷面是指上、下翼緣中的長度不相同的工字形斷面。其形心軸Xc-Xc的坐標(biāo)可以表示為：=40.30y2=H-y1=92-40.3=51.70h2=y2-t2=51.70-16=35.70；h1=h-h2=60-35.70=24.30；該斷面對形心軸的慣性矩：mm4（4-3）上翼面的抗彎斷面系數(shù)：mm3（4-4）下翼面的抗彎斷面系數(shù)：mm3（4-5）水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：mm3（4-6）抗扭斷面系數(shù)計(jì)算：視工字形斷面由幾個(gè)矩形斷面組成。引用材料力學(xué)關(guān)于“矩形及狹長形截面等直桿在純扭轉(zhuǎn)”時(shí)的公式進(jìn)行計(jì)算，任一個(gè)矩形截面的Jni和Wni為：當(dāng)m=h/b＜4時(shí)，Jni=αb4，Wni=βb3；當(dāng)m=h/b＞4時(shí)，Jni=(m-0.63)/3*b4，Wni=(m-0.63)/3*b3；其中h-矩形長邊的長，b-矩形短邊的長度，α、β-系數(shù)。表4—3參數(shù)明細(xì)m1.01.52.03.04.06.08.010.0α0.1400.2940.4570.7901.1231.7892.4563.123β0.2080.3460.4930.8011.1501.7892.4563.123γ1.00.8590.7950.7530.7450.7430.7420.742m1=B/t1=108/16=6.75＞4mm4mm3mm（4-7）①對中間矩形截面m2=h/t=60/24=2.5＜4，使用插值法得α2.5=0.6235，β2.5=0.647；Jn2=αt4=0.6235×244=206862.335mm4；Wn2=βt3=0.647×243=8944.128mm3，Jn2/Wn2=23.13。（4-8）②對下方矩形m3=b/t2=68/16=4.25＞4mm4mm3Jn3/Wn3=16mm（4-9）所以mm3=18142.494mm3（2）III-III斷面垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)III-III斷面為上，下翼緣不等長的工字形斷面。計(jì)算其垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)的關(guān)系是確定出形心軸坐標(biāo)。形心軸Xc-Xc的坐標(biāo)：y2=H-y1=70-34.22=35.78h2=y2-t2=35.78-25=10.78；h1=h-h2=25-10.78=14.22該斷面對形心軸的慣性矩：Jxc=1/3(By13-B1h13+by23-b1h23)=1943391.93mm4（4-10）上翼面的抗彎斷面系數(shù)：W上’=Jxc/y1=1943391.93/34.22=56791.11mm3下翼面的抗彎斷面系數(shù)：W下’=Jxc/y2=1943391.93/35.78=54315.03mm3水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：計(jì)算抗扭斷系數(shù)假設(shè)工字形的斷面是由好幾個(gè)矩形斷面組合而成。利用材料力學(xué)中的知識(shí)“矩形和狹長形的截面其實(shí)是等直桿在純扭轉(zhuǎn)”來進(jìn)行計(jì)算，那么任何一個(gè)矩形截面的Jni和Wni都可以表示為：當(dāng)m=h/b＜4時(shí)，Jni=αb4，Wni=βb3；當(dāng)m=h/b＞4時(shí)，Jni=(m-0.63)/3*b4，Wni=(m-0.63)/3*b3；其中h-矩形長邊的長，b-矩形短邊的長度，α、β-系數(shù)。①對上方矩形截面m1=B/t1=75/20=3.75＜4，使用插值法得α3.75=1.03975，β3.75=1.06275，Jn1=αt14=1.03975×204=166360mm4Wn1=βt13=1.06275×203=8502mm3，Jn2/Wn2=19.57mm（4-11）②對中間矩形截面m2=t/h=35/25=1.4＜4，使用插值法得α1.4=0.2632，β1.4=0.3184，Jn2/Wn2=20.67mm（4-12）③對下方矩形m3=b/t2=65/25=2.6＜4，使用插值法得α2.6=0.6568，β2.6=0.6778，mm4mm3Jn2/Wn2=24.23mm（4-13）所以=21697.69mm3（4-14）（3）IV-IV斷面①垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：W4’=bH2/6=65×702/6=53083.33mm3②水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：W4’’=bH2/6=652×70/6=49291.67mm3③抗扭斷面系數(shù)：m=H/b=70/65=1.077＜4，使用插值法得α1.077=0.1637，β1.077=0.2293，Wn=βb3=0.2293×653=62958.33mm3（4-15）表4—3各斷面尺寸參數(shù)見I-III-IIIII-IIIIV-IVB7510875/B1608440/t1161620/b75686565b1604430/t2161625/t152435/h606025/H92927070W’82321.7485465.2454315.0353083.33W’’3045040147.7834008.8949291.67W’’’/18142.49421697.6962958.334.3應(yīng)力計(jì)算4.3.1汽車緊急制動(dòng)時(shí)⑴垂直面內(nèi)彎曲應(yīng)力：⑵水平面內(nèi)彎曲應(yīng)力：合成應(yīng)力：⑶扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：在矩形長邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：；在矩形短邊中點(diǎn)上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：計(jì)算過程中的工字形斷面能夠產(chǎn)生的最大應(yīng)力，以及最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是指分別在梁斷面上不同點(diǎn)作用處。相對于上翼面中的長邊的中點(diǎn)，其有效應(yīng)力可以表示為：4.3.2汽車側(cè)滑時(shí)垂直面彎曲應(yīng)力4.3.3汽車越過不平路面時(shí)垂直面彎曲應(yīng)力：表4—4應(yīng)力值計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目類型符號(hào)I-III-IIIII-IIIIV-IV緊急制動(dòng)σ’136.96107.19108.1268.59σ’’259.20159.73120.8751.71τmax345.6786.06178.0185.91σd422.21290.79329.80191.35側(cè)滑σ’78.8845.86-31.28-94.18越不平路σ’’172.28134.83108.6586.284.4計(jì)算相關(guān)轉(zhuǎn)向節(jié)的強(qiáng)度計(jì)算過程中用到的Z11、X11、Y11等作用力分別按照表格2—1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行取值。4.4.1計(jì)算相關(guān)截面系數(shù)計(jì)算時(shí)取輪轂內(nèi)軸承，根部處的指軸作為計(jì)算過程中的斷面，則：W=πd3/32=π×553/32=16325.55（4-16）4.4.2彎矩計(jì)算緊急制動(dòng)時(shí)：（4-17）側(cè)滑時(shí)：（4-18）超越不平路面時(shí)：M制y=Z1’C1’=29547×30=886410（4-19）計(jì)算用參數(shù)：d1=55，C1=30，d2=404.4.3應(yīng)力計(jì)算⑴緊急制動(dòng)時(shí)（4-20）⑵側(cè)滑時(shí)（4-21）⑶超越不平路面時(shí)（4-22）表4—5彎矩、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果工況Mσ緊急制動(dòng)860191.2352.69側(cè)滑-8574720-525.23超越不平路88641054.304.4.4轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核材料：HX6850A40MnB；許用應(yīng)力：σ＜[σs]；查YB6-71：[σb]=980N/mm2；[σs]=(0.65-0.75)[σb]。4.5主銷強(qiáng)度計(jì)算表4—6主銷受力計(jì)算參數(shù)符號(hào)bcdefL數(shù)值82.530562.5357.7402.5(B1-B’)/2aL1nrrDhH77.5193(B1-B’’)/24853842484.5.1載荷的計(jì)算在計(jì)算載荷時(shí)，我們需要忽略主銷傾角對其的影響，同時(shí)還是假設(shè)力的作用點(diǎn)全部處在主銷的襯套中點(diǎn)。⑴其中Z1、X1、Y1分別按照表格2—1中的數(shù)值進(jìn)行取值。⑵當(dāng)汽車發(fā)生緊急制動(dòng)時(shí)，Z1力在其主銷上能產(chǎn)生的反支承力S’和S’’分別為：（4-23）主銷受到X1和u的作用，力u由下式求得：（4-24）力X1在主銷的兩個(gè)支承上反作用力S2’和S2’’NN（4-25）力u在主銷的兩個(gè)支承上反作用力S3’和S3’’NN（4-26）鑒于制動(dòng)力矩X1r1在主銷支撐上，能夠產(chǎn)生的兩個(gè)反作用力S4’和S4’’分別為：N（4-27）作用在主銷上端的合力：作用在主銷下端的合力：⑶汽車側(cè)滑時(shí)，左主銷上支承的反作用力左主銷上支承的反作用力N（4-28）左主銷下支承的反作用力（4-29）右主銷上支承的反作用力N（4-30）右主銷下支承的反作用力N（4-31）⑷當(dāng)汽車成功越過，不平路面的時(shí)候運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)載荷在主銷的上、下支承上，所能產(chǎn)生的反作用力S1’和S1’’分別為：N（4-32）4.5.2主銷材料及許用應(yīng)力許用應(yīng)力：σ＜[σ]=83.3N/mm2；τ＜[τ]=83.3N/mm2；σc＜[σc]=49.0N/mm2；按力X1=G1/2作靜載荷計(jì)算時(shí)，σc＜15N/mm2。因此，根據(jù)各應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，說明該汽車前橋滿足強(qiáng)度要求及設(shè)計(jì)要求。5總結(jié)與展望首先，本文對汽車前橋的發(fā)展歷史以及汽車的特點(diǎn)進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)，同時(shí)也歸納了國內(nèi)外目前發(fā)展現(xiàn)狀。此外還更加詳細(xì)地分析了汽車前橋的組成轉(zhuǎn)向節(jié)、前梁以及轉(zhuǎn)向主銷等部件，以及汽車前橋所包括的各個(gè)部件的作用。鑒于汽車在日常應(yīng)用中的制動(dòng)以及發(fā)生側(cè)滑時(shí)，汽車前橋所受的應(yīng)力是非常大的，因此本文就首先計(jì)算了汽車的前梁以及轉(zhuǎn)向節(jié)等，計(jì)算這幾個(gè)因素在制動(dòng)以及側(cè)滑等不同工況下的工作應(yīng)力。保證前橋具有足夠強(qiáng)度，同時(shí)還能夠平穩(wěn)行駛的基礎(chǔ)上對前橋進(jìn)行了校核驗(yàn)證，保證了設(shè)計(jì)的正確性和可靠性。但是由于作者水平的知識(shí)水平以及個(gè)人能力有限，本文中難免會(huì)存在一些缺點(diǎn)或錯(cuò)誤，還希望大家能積極批評指正，以便進(jìn)一步地進(jìn)行更加深入的研究。參考文獻(xiàn)季愷.新能源純電動(dòng)汽車前艙設(shè)計(jì)的研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2020(01):8-9.任帥.電動(dòng)汽車前懸架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2019.賈安祥,吳懷華,王平亮,王書.某純電動(dòng)汽車前保防撞梁設(shè)計(jì)[J].時(shí)代汽車,2019(01