輕型載重汽車轉(zhuǎn)向橋總成設(shè)計(jì)-前橋總成含開題及2張CAD圖
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中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
XX設(shè)計(jì)開題報(bào)告
題目名稱：輕型載重汽車轉(zhuǎn)向橋總成設(shè)計(jì)
院系名稱：
班 級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
20XX年03月
1．本課題所涉及的內(nèi)容國內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀綜述
1.本課題所涉及的內(nèi)容國內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀綜述
汽車自上個(gè)世紀(jì)末誕生以來，已經(jīng)走過了風(fēng)風(fēng)雨雨的一百多年。從卡爾.本茨造出的第一輛三輪汽車以每小時(shí)18公里的速度，跑到現(xiàn)在，竟然誕生了從速度為零到加速到100公里/小時(shí)只需要三秒鐘多一點(diǎn)的超級(jí)跑車。這一百年，汽車發(fā)展的速度是如此驚人！同時(shí)，汽車工業(yè)也造就了多位巨人，他們一手創(chuàng)建了通用、福特、豐田、本田這樣一些在各國經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的著名公司。
一． 汽車的市場現(xiàn)狀
在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國汽車無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大。
直到近年來，中國整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，居民收入的持續(xù)增長以及擴(kuò)大內(nèi)需、拉動(dòng)消費(fèi)的財(cái)政政策，特別是在中國加入WTO以后，汽車關(guān)稅不斷下調(diào)，國外知名的汽車巨頭也瞄準(zhǔn)了中國這個(gè)巨大的市場，陸續(xù)在華投資設(shè)廠，越來越多款式新穎、乘坐舒適安全的汽車隨之進(jìn)入中國市場，加速了轎車進(jìn)入家庭的步伐。中國人被壓抑以久的購買熱情得以釋放，汽車市場出現(xiàn)井噴行情，業(yè)界普遍認(rèn)為2003年是中國汽車正式進(jìn)入家庭的元年。這兩年來我國汽車的銷量，特別是轎車的銷量取得了大幅增長，有些產(chǎn)品如雅閣、波羅等還供不應(yīng)求，甚至有的還出現(xiàn)需要“加價(jià)”才能購買的情況。中國汽車市場火爆的局面也似乎預(yù)示著中國汽車工業(yè)迎來了真正發(fā)展的春天。
2.轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)向系是用來改變或保持汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(steering system)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。
1.設(shè)計(jì)要求
1)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)。
2)轉(zhuǎn)向輪具有自動(dòng)回正能力。
3)在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動(dòng)。
4)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，應(yīng)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)最小。
5)轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小。
6)操縱輕便。
7)轉(zhuǎn)向輪傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。
8)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中應(yīng)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。
9)轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。
10)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向與汽車行駛方向的改變相一致。
正確設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)，可以保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)向輪的自動(dòng)回正能力決定于轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向器逆效率的大小.合理確定轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)，正確選擇轉(zhuǎn)向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動(dòng)回正能力。
轉(zhuǎn)向系中設(shè)置有轉(zhuǎn)向減振器時(shí)，能夠防止轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生自振，同時(shí)又能使傳到轉(zhuǎn)向盤上的反沖力明顯降低。
為了使汽車具有良好的機(jī)動(dòng)性能，必須使轉(zhuǎn)向輪有盡可能大的轉(zhuǎn)角，其最小轉(zhuǎn)彎半徑能達(dá)到汽車軸距的2~2.5倍。
轉(zhuǎn)向操縱的輕便性通常用轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。
轎車轉(zhuǎn)向盤從中間位置轉(zhuǎn)到第一端的圈數(shù)不得超過2.0圈，貨車則要求不超過3.0圈。
2.發(fā)展趨勢
改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺(tái)，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點(diǎn)遍布了全世界。
1、現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)趨勢
1.1適應(yīng)汽車高速行駛的需要
從操縱輕便性、穩(wěn)定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進(jìn)的工藝方法，使用變速比轉(zhuǎn)向器、高剛性轉(zhuǎn)向器?！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)的方向。
1.2充分考慮安全性、輕便性
隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內(nèi)外在許多汽車上已普遍增設(shè)能量吸收裝置，如防碰撞安全轉(zhuǎn)向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學(xué)的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調(diào)整的轉(zhuǎn)向管柱和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
1.3低成本、低油耗、大批量專業(yè)化生產(chǎn)
隨著國際經(jīng)濟(jì)形勢的惡化，石油危機(jī)造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來愈重視經(jīng)濟(jì)性，因此，要設(shè)計(jì)低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產(chǎn)線，盡量實(shí)現(xiàn)大批量專業(yè)化生產(chǎn)。對(duì)零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。
1.4汽車轉(zhuǎn)向器裝置的電腦化
汽車的轉(zhuǎn)向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發(fā)展途徑。
2、現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的發(fā)展趨勢
2.1現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向裝置的使用動(dòng)態(tài)
隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)也有很大變化。汽車轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉(zhuǎn)向器類型有4種：有蝸桿肖式（WP型）、蝸桿滾輪式（WR型）、循環(huán)球式（BS型）、齒條齒輪式（RP型）。這四種轉(zhuǎn)向器型式，已經(jīng)被廣泛使用在汽車上。
據(jù)了解，在世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45％左右，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10％左右，其它型式的轉(zhuǎn)向器占5％。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器一直在穩(wěn)步發(fā)展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有很大的發(fā)展。日本汽車轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占的比重越來越大，日本裝備不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的各類型汽車，采用不同類型轉(zhuǎn)向器，在公共汽車中使用的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，已由60年代的62．5％，發(fā)展到現(xiàn)今的100％了(蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器在公共汽車上已經(jīng)被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，但齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器也有所發(fā)展。微型貨車用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占65％，齒條齒輪式占35％。
綜合上述對(duì)有關(guān)轉(zhuǎn)向器品種的使用分析，得出以下結(jié)論：
·循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，已成為當(dāng)今世界汽車上主要的兩種轉(zhuǎn)向器；而蝸輪#0；蝸桿式轉(zhuǎn)向器和蝸桿肖式轉(zhuǎn)向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。
·在小客車上發(fā)展轉(zhuǎn)向器的觀點(diǎn)各異，美國和日本重點(diǎn)發(fā)展循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，比率都已達(dá)到或超過90％；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過50％，法國已高達(dá)95％。
·由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的種種優(yōu)點(diǎn)，在小型車上的應(yīng)用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展；而大型車輛則以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為主要結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)：
[1].劉濤 汽車設(shè)計(jì) 北京大學(xué)出版社 2007
2．本課題有待解決的主要關(guān)鍵問題
轉(zhuǎn)向橋的一個(gè)三維立體圖
汽車的轉(zhuǎn)向橋結(jié)構(gòu)基本相同，主要由前軸、主銷、轉(zhuǎn)向節(jié)和輪轂等四部分組成，如圖所示。通常，轎車中不設(shè)獨(dú)立的主銷，而以轉(zhuǎn)向節(jié)上、下球頭中心的連線為主銷的軸線。
????前軸用中碳鋼鑄造，斷面呈工字形，以提高抗彎強(qiáng)度。兩端由工字形斷面過渡到方形斷面，以提高抗扭強(qiáng)度。中部兩處用以支承鋼板彈簧的底座，其上鉆有四個(gè)安裝騎馬螺栓的通孔和一個(gè)位于中心的鋼板彈簧定位凹坑。前軸中部向下彎曲，使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低，降低汽車質(zhì)心，減小傳動(dòng)軸與變速器輸出軸之間夾角。前軸兩端各有一個(gè)拳形，主銷插入孔內(nèi)。主銷中部切有槽，用楔形鎖銷將主銷固定在拳部孔內(nèi)。
????轉(zhuǎn)向節(jié)是一個(gè)叉形部件，上、下兩叉制有同軸銷孔，通過主銷與前軸拳部相連，使前輪可以繞主銷偏轉(zhuǎn)一定角度而使汽車轉(zhuǎn)向。為了減小磨損，轉(zhuǎn)向節(jié)銷孔內(nèi)壓入青銅或尼龍襯套，襯套上開有油槽，用油嘴注入潤滑脂潤滑。為使轉(zhuǎn)向靈活輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)下銷孔與前軸拳部下端面之間裝有推力軸承。上銷孔與拳部上端面之間有調(diào)整墊片。
????車輪輪轂通過兩個(gè)圓錐滾子軸承和支承在轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸上，軸承的松緊度可用調(diào)整螺母加以調(diào)整。輪轂內(nèi)側(cè)裝有油封，以防止?jié)櫥M(jìn)入制動(dòng)器內(nèi)。輪轂外端裝有金屬罩，以防止泥水和塵土侵入。
此次設(shè)計(jì)主要是圍繞輕型載重汽車轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)展開的，通過從汽車中選出一個(gè)典型的部件，并對(duì)其設(shè)計(jì)和分析。通過近斷時(shí)間查閱資料和畢業(yè)調(diào)研，我對(duì)本課題的主要設(shè)計(jì)意圖有了一定的了解，認(rèn)真分析了要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)。本課題要解決的關(guān)鍵問題主要包括以下四點(diǎn)：
1.汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪應(yīng)該繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)移。
2.懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)共同工作時(shí)，應(yīng)使運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的車輪擺動(dòng)最小。
3.轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因摩擦而產(chǎn)生間隙的機(jī)構(gòu)。
4.設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向橋，繪制裝配圖和零件圖。
3．對(duì)課題要求及預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 (包括解決關(guān)鍵問題技術(shù)和所需條件兩方面)
一.汽車轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)方案論證
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)的下耳處以簡化結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤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)。
轉(zhuǎn)向橋是汽車前橋的一部分，作為汽車的轉(zhuǎn)向部分汽車轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)非常重要。轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下的基本要求：
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
一、轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析
1、整體式轉(zhuǎn)向梯形
整體式轉(zhuǎn)向梯形是由轉(zhuǎn)向橫拉桿l，轉(zhuǎn)向梯形臂2和汽車前軸3組成，如圖1-1所示。
其中梯形臂呈收縮狀向后延伸。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整前束容易，制造成本低；主要缺點(diǎn)是一側(cè)轉(zhuǎn)向輪上、下跳動(dòng)時(shí)，會(huì)影響另一側(cè)轉(zhuǎn)向輪。
圖1-1整體式轉(zhuǎn)向梯形
1—轉(zhuǎn)向橫拉桿 2—轉(zhuǎn)向梯形臂 3—前軸。
當(dāng)汽車前懸架采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用整體式轉(zhuǎn)向梯形。整體式轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿可位于前軸后或前軸前(稱為前置梯形)。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)位置低或前輪驅(qū)動(dòng)汽車，常采用前置梯形。前置梯形的梯形臂必須向前外側(cè)方向延伸，因而會(huì)與車輪或制動(dòng)底板發(fā)生干涉，所以在布置上有困難。為了保護(hù)橫拉桿免遭路面不平物的損傷，橫拉桿的位置應(yīng)盡可能布置得高些，至少不低于前軸高度。
2、斷開式轉(zhuǎn)向梯形
轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉(zhuǎn)向梯形。斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案之一如圖1-2斷開式轉(zhuǎn)向梯形的主要優(yōu)點(diǎn)是它與前輪采用獨(dú)立懸架相配合，能夠保證一側(cè)車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響另一側(cè)車輪；與整體式轉(zhuǎn)向梯形比較，由于桿系、球頭增多，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，并且調(diào)整前束比較困難。
圖1-2斷開式轉(zhuǎn)向梯形
二.主銷的形式
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2-1主銷結(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，且可延長使用壽命。
三.轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇
1、類型
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。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。
四.結(jié)論
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。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，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。主銷采用結(jié)構(gòu)簡單的實(shí)心的圓柱形如上圖a所示。
?對(duì)于上述關(guān)鍵問題，雖然處理起來比較困難，但自己也要一步步解決。本課題需要運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械原理、計(jì)算機(jī)二、三維設(shè)計(jì)等多學(xué)科的知識(shí)，需要相當(dāng)廣闊的知識(shí)面和較高的專業(yè)水平。具體解決方法包括以下幾個(gè)方面：
1.在課題研究初期，我借閱了大量有關(guān)汽車方面的書籍，同時(shí)在互聯(lián)網(wǎng)上搜索了大量關(guān)于汽車轉(zhuǎn)向橋的資料與論文。
2.深入工廠進(jìn)行課題調(diào)研，了解轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)實(shí)際工作中需要考慮的問題。虛心向工人師傅們請(qǐng)教本課題中遇到的不解之處，為以后的設(shè)計(jì)提供資料和積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，避免走不必要的彎路。同時(shí)，虛心向?qū)I(yè)老師請(qǐng)教設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。
3.通過所學(xué)知識(shí)和大量查閱資料對(duì)零件進(jìn)行工藝分析和工藝參數(shù)計(jì)算，根據(jù)零部件的實(shí)際生產(chǎn)情況。同時(shí)運(yùn)用AutoCAD繪制二維模具裝配圖和零件圖。
4．完成本課題的工作計(jì)劃及進(jìn)度安排
2.16～3.01 畢業(yè)實(shí)習(xí)；
3.01～3.15 方案論證，確定方案，完成調(diào)研報(bào)告、開題報(bào)告和外文翻譯；
3.16～4.12 進(jìn)行沖壓工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)（第九周中期檢查）；
4.14～5.10 沖壓加工工藝草案，復(fù)合沖壓模具草圖，主要零部件設(shè)計(jì)，按學(xué)院規(guī)定的統(tǒng)一規(guī)范化要求撰寫設(shè)計(jì)說明書（完成初稿）；
5.12～5.20 審查設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備答辯；
5.20～5.25 答辯資格評(píng)審；
5.25～5.30 畢業(yè)答辯；
6.1～6.10 修改畢業(yè)設(shè)計(jì)。
5．指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日
?
6．指導(dǎo)小組意見
指導(dǎo)小組組長(簽字)：
年 月 日
說明：
1. 本報(bào)告前4項(xiàng)內(nèi)容由承擔(dān)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))課題任務(wù)的學(xué)生獨(dú)立撰寫；
2. 本報(bào)告必須在第八學(xué)期開學(xué)兩周內(nèi)交指導(dǎo)教師審閱并提出修改意見；
3. 學(xué)生須在小組內(nèi)進(jìn)行報(bào)告，并進(jìn)行討論；
4. 本報(bào)告作為指導(dǎo)教師、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))指導(dǎo)小組審查學(xué)生能否承擔(dān)該畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題和是否按時(shí)完成進(jìn)度的檢查依據(jù)，并接受學(xué)校的抽查。
12
設(shè)計(jì)說明書
目 錄
主要符號(hào) 1
1 緒論 3
1.1 輕型載重汽車轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)意義 3
1.2 前橋和轉(zhuǎn)向系組成和設(shè)計(jì)步驟 3
2 概述 5
2.1 前橋簡介 5
2.2 前橋各參數(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
3.1 總述 8
3.2 輕型載重汽車的從動(dòng)橋 9
4 轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)形式 11
4.1 概述 11
4.2轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式及選擇 11
4.3 循環(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
5.1 從動(dòng)橋主要零件工作應(yīng)力的計(jì)算 14
5.2 在最大側(cè)向力(側(cè)滑)工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算 16
5.3 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力 17
5.4 主銷與轉(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
5.5轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承的計(jì)算 21
5.6轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì) 21
5.7轉(zhuǎn)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
主要符號(hào)
——汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷，N
——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
—轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑
—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，
—輪胎的滾動(dòng)半徑
W —前軸彎曲截面系數(shù)
—滿載時(shí)車廂分配給前橋的垂向總載荷
1 緒論
1.1 輕型載重汽車轉(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：
l 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。
l 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。
l 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。
l 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。
l 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。
1.2 前橋和轉(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。
1.2.1從動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式
1、非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋
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。
1.2.2 從動(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
1.2.3 轉(zhuǎn)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)
2 概述
2.1 前橋簡介
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)的下耳處以簡化結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤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)。
2.2 前橋各參數(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)β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；主銷偏移距一股為30～40mm。輕型客車、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(B-A)，一般汽車約為3～5mm，可通過改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度來調(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。
3 從動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式
3.1 總述
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16-1 汽車轉(zhuǎn)向橋
1-制動(dòng)鼓；2-輪轂；3、4-輪轂軸承；5-轉(zhuǎn)向節(jié)；6-油封；7-襯套；8-調(diào)整墊片；9-轉(zhuǎn)向節(jié)臂；10-主銷；11-滾子推力軸承；12-前軸
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。
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3-1主銷結(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，且可延長使用壽命。
3.2 輕型載重汽車的從動(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)簡單的實(shí)心的圓柱形如上圖a所示。
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。
4 轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)形式
4.1 概述
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。
4.2轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式及選擇
1、類型
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。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。
4.3 循環(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)是螺桿螺母傳動(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，操作輕便，使用壽命長。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。
5 轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 從動(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 5-1-1轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的受力分析簡圖
1-制動(dòng)工況下的彎矩圖 2-側(cè)滑工況下的彎矩圖
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)力和垂直力傳給前梁，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：
(5-1)
式中：——汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷，N；
——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取1.5；質(zhì)量分配給前橋35%；
==0.35×8855×1.5=6641.25
前輪所承受的制動(dòng)力
式中：——輪胎與路面的附著系數(shù)取為0.6；
=6641.250.6=3984.75 N
由于和對(duì)前梁引起的垂向彎矩和水平方向的彎矩在兩鋼板彈簧座之間達(dá)最大值，分別為：
N·mm (5-2)
N·mm (5-3)
式中：取=285 mm
—車輪(包括輪毅、制動(dòng)器等)所受的重力，N；取=980N；
B—前輪輪距取B=1650 mm；
S—前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離取為550 mm
則 =2179581.25 N·mm
=1534128.75 N·mm
制動(dòng)力還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩T：
T= N·mm
式中：—輪胎的滾動(dòng)半徑取為373.425 mm
則有 T=3984.75×373.425=1488005.269 N·mm
前梁在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)（單位均為MPa）分別為：
(5-4)
(5-5)
式中: W —前軸彎曲截面系數(shù)，W=。
前梁應(yīng)力的許用值為[]=300～500 MPa,當(dāng)取D=68 mm ，d=58 mm時(shí)，W==11714.2
=2643533.9 N·mm =225.67〈[]=300MPa
故D=68 mm ，d=58 mm滿足使用條件。
5.2 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和 與側(cè)向反力，各不相等，前輪的地面反力(單位都為N)分別為：
式中：—汽車質(zhì)心高度取為840 mm；—車輪與地面附著系數(shù)取為0.3；
此時(shí)，向右作用。則有：
側(cè)滑時(shí)左、右鋼板彈簧對(duì)前梁的垂直作用力為：
式中: —滿載時(shí)車廂分配給前橋的垂向總載荷
—板簧座上表面離地高度 取400mm
=12399.8=12142.2N；
則有
5.3 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力
如圖5-3-1所示，轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)斷面在軸徑為的輪軸根部即III-III剖面處。
圖5-3-1 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
III—III剖面處的軸徑僅受垂向彎矩和水平方向的彎矩而不受轉(zhuǎn)矩，因制動(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，及III—III剖面處的合成彎矩應(yīng)力（MPa）為：
(5-6)
(5-7) = (5-8)式中：—轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑取為50mm，=30 mm，[]=550 MPa，
則 ==22.7Mpa<550Mpa
轉(zhuǎn)向節(jié)采用30Cr，40Cr等中碳合金鋼制造，心部硬度HRC241～285，高頻淬火后表面硬度HRC57～65，硬化層深1.5～2.0mm。輪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III—III處的彎矩是不等的，可分別按下式求得：
因此左右轉(zhuǎn)向節(jié)都符合要求。
5.4 主銷與轉(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5-3-1(c))和縱向平面(圖5-3-1(d))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所引起的力矩，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所形成的力偶矩（c+d）所平衡(見圖5-3-1(b))，故有
N 式中取95，c取57，d取62 mm；
制動(dòng)力矩由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷的力所形成的力偶（c+d）
所平衡(見圖5-3-1(c))。故有
而作用于主銷的制動(dòng)力，則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上下襯套中點(diǎn)處作用于主銷的力，平衡(見圖5-3-1(c))，且有：
N
由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖(圖5-3-1(d)的下圖)可知，制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向橫拉桿的作用力N為：
N=
力N位于側(cè)向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為（取為80 mm）如將N的著力點(diǎn)移至主銷中心線與輪鈾中心線的交點(diǎn)處．則需對(duì)主銷作用一側(cè)向力矩N (見圖4—2(b))。力矩N由位于側(cè)向平面內(nèi)并作用于主銷的力偶矩所平（c+d）衡，故有
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，所平衡，且有：=
=
由圖5-3-2(b)可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點(diǎn)作用于主銷的合力和下襯套的中心作用于主銷的合力分別為：
(5-9)
=
=11912.88N
(5-10)
=16878.59N
由上兩式可見，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=16878.59N
二、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)主銷的力是不相等的，它們可分別按下式求得：
取中最大的作為主銷的計(jì)算載荷N，計(jì)算主銷在前梁拳部下端面應(yīng)力和剪切應(yīng)力：
MPa ； (5-11)
MPa； (5-12)
式中：—主銷直徑取為32 mm；
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=28mm；
<[ ];
<[];
其中[]=500MPa；[]=100MPa。
主銷采用20cr，20CrNi，20crMnTi等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，滲碳層深1.0～1.5mm，HRC56～62。
轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的擠壓應(yīng)力為：
式中：—襯套長為30mm。
在靜載荷下，上式的計(jì)算載荷取
N
。
5.5轉(zhuǎn)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＝40km／h，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增大。
，將上述計(jì)算工況的有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，并沒＝0.5，則有：，
可近似地認(rèn)為推力軸承的軸向載荷等于上述前外輪的地面垂向外力，即:
N。
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 》，故此推力軸承滿足要求。
5.6轉(zhuǎn)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)向前軸的延長線應(yīng)交于后軸延長線。設(shè)，分別是外內(nèi)轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角，k為兩主銷中心線延長線到地面交點(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：
ctg，若自變角為則因變角的期望值為：
，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)際因變角為：
其中 m—梯形臂長 —梯形底角
圖5-6-1汽車瞬時(shí)轉(zhuǎn)向圖
應(yīng)使設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形所繪出的實(shí)際因變角盡可能接近理論上的期望值。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)因子構(gòu)成評(píng)價(jià)優(yōu)略的目標(biāo)函數(shù)f(x)為:
f（x）=﹪
將上式代得： f(x)=
－﹪
其中 x—設(shè)計(jì)變量 x==
—外轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角，又上圖可得：=
其中 —汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑為6.5m， a—主銷偏移距為55mm，
K=1650mm L=3600mm =
考慮到此時(shí)使用工況下轉(zhuǎn)角小于，且100以內(nèi)的小轉(zhuǎn)角使用的更加頻繁，因此取：
當(dāng)
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)成的約束條件為：m-
梯形臂長度m設(shè)計(jì)時(shí)常取在＝0.11K，＝0.15K
梯形底角＝
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。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
，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。
5.7轉(zhuǎn)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
式中，F(xiàn)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[]≤25～30。
設(shè)計(jì)初期，球頭直徑d可根據(jù)表7-4中推薦的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。
表5-7-1 球頭直徑
球頭直徑
／mm
轉(zhuǎn)向輪負(fù)荷
／N
球頭直徑
／mm
轉(zhuǎn)向輪負(fù)荷
／N
20
22
25
27
30
到6000
6000--9000
9000--12500
12500--16000
16000--24000
35
40
45
50
24000--34000
34000--49000
49000--70000
70000～100000
球頭銷用合金結(jié)構(gòu)鋼12CrNiB、15CrMo、20CrNi或液體碳氮共滲鋼35Cr、35CrNi制造。
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1.5～2.5。拉桿用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
式中，、為危險(xiǎn)斷面的抗彎截面系數(shù)和抗扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)；尺寸d、e見圖5-7-1。
圖5-7-1 轉(zhuǎn)向搖臂受力圖
要求
式中，為材料的屈服點(diǎn)；n為安全系數(shù)，取n=1.7～2.4。
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。
6經(jīng)濟(jì)性分析
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。
本課題是以EQ1060輕型載重汽車的轉(zhuǎn)向橋?yàn)樵O(shè)計(jì)對(duì)象，通過對(duì)其前橋，轉(zhuǎn)向節(jié)，主銷等進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核。
汽車的轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的前梁可采用組合式結(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。但不能滿足強(qiáng)度要求，故不用。而采用整體式工字鋼形式，這種形式結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡單，強(qiáng)度也能滿足要求。價(jià)格也不會(huì)太高。
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。而本車設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向節(jié)尺寸不大而不采用焊接形式，而是整體式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用鍛造的加工方式，造價(jià)也不高還可滿足設(shè)計(jì)要求。
由于轉(zhuǎn)向橋總成較復(fù)雜，主要選擇上述兩個(gè)主要零件進(jìn)行了分析。
7 結(jié) 論
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)參考汽車的轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向器多種結(jié)構(gòu)形式而確定輕型載重轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋及轉(zhuǎn)向器的方案:主銷采用實(shí)心圓柱形,前軸為整體式的結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)向器采用循環(huán)球式。
車輛在制動(dòng)和側(cè)滑情況下,出現(xiàn)重量前移的現(xiàn)象,此時(shí)轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋受力最大。因此本次設(shè)計(jì)在制動(dòng)和側(cè)滑兩中工況下對(duì)前軸,轉(zhuǎn)向節(jié)主銷,轉(zhuǎn)向節(jié)襯套,轉(zhuǎn)向推力軸承進(jìn)行應(yīng)力校核。
前軸校核:前兩鋼板彈簧座附近斷面處的應(yīng)力最大,在此處校核其彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的大小。主銷:在汽車制動(dòng)時(shí)它的最大載荷發(fā)生在下轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的中點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行校核。轉(zhuǎn)向節(jié)襯套進(jìn)行擠壓應(yīng)力校核。推力軸承進(jìn)行最大當(dāng)量載荷校核。
轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)保證了汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有車輪能繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心,車輪在圓周上作無滑動(dòng)的純滾動(dòng).也可以編程對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說在某種程度上是一種嘗試，通過查閱大量的有關(guān)汽車前橋及汽車構(gòu)造等資料后，使我學(xué)到了很多有關(guān)汽車轉(zhuǎn)向橋的相關(guān)知識(shí)，這對(duì)我設(shè)計(jì)的課題起到了十分重要的作用，當(dāng)然，此次設(shè)計(jì)并不能稱得上是最完美的作品，但至少能在某種程度上緩解或克服汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)出現(xiàn)的一些問題。同時(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)情況的一次檢驗(yàn)，使我受益匪淺。
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致 謝
轉(zhuǎn)眼間，近一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，畢業(yè)設(shè)計(jì)是專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，也是理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)踐性很強(qiáng)的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。通過這樣的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，一方面培養(yǎng)學(xué)生能夠獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)與技能解決本專業(yè)范圍內(nèi)一項(xiàng)有實(shí)際意義的設(shè)計(jì)制造、科研實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)管理等課題；另一方面也是培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力，獨(dú)立解決問題的能力，為畢業(yè)后參加工作打下良好的基礎(chǔ)。
在設(shè)計(jì)期間遇到了很多具體問題，通過老師和同學(xué)們的幫助，這些問題得以即使的解決。我特別要感謝史建茹老師，她給了我大量的指導(dǎo)，并為我們提供了良好的實(shí)習(xí)環(huán)境，讓我學(xué)到了知識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)的方法，也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。在我遇到困難的時(shí)候史建茹老師總是能耐心的幫我解答，并且?guī)胰⒂^實(shí)物，了解轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)向的工作原理，為我能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了非常必要的幫助。在此對(duì)史建茹老師的幫助表示最誠摯的謝意。
進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)后，離畢業(yè)的日子也就不遠(yuǎn)了，能夠圓滿完成畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們所有畢業(yè)生的心愿，這必將成為大學(xué)時(shí)代美好的回憶，同時(shí)更能帶給我們成就感，使自己面對(duì)今后的工作時(shí)更加有信心。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的收獲是巨大的，這不僅僅是由于自己的努力，更重要的還有指導(dǎo)老師、以及同學(xué)們的幫助，在此我再次向幫助過我的人表示深深的謝意。
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