輕型載貨汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)【CA1021型】【非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋】

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附 錄 General electric steering development at home and abroad Since the 1980s abroad in bus vigorously develop electric steering (EPS), has made considerable achievements in light, small cars, van widely used car, and every year with 300 million speed. With the plough in 2000 changhe automobile electric steering gear, van car installation in China's automobile redirector uncovers a new page in history. Due to its advantages of the steering clearly, is well received by customers welcome. First assembly of 200 electric steering trial car were soon snapped up. This years are increased production of installed electric steering car this year will reach SanWanLiuQianTai. Because the first domestic cars in the plough installed electric steering, drive the domestic electric steering develop these. To now had 10 colleges and 10 state-owned and private enterprises developing project or alone is expected to every year this product in China with 10 to 20 million speed development. Because of various aspects of electric to the study of investment, this product has come close to success, there have been some goods start loading test. In the auto electric steering product development embodies the characteristics of China's market economy competition, some colleges and enterprises, state, combine together, the private enterprise to battle the result of competition all aspects of accelerated development progress. Electric steering so called "precise steering", which is in automotive steering process, the steering gear according to different speeds, steering wheel rotation and screw accurate offers all kinds of driving the best conditions, this is steering in computer (ECU) control to realize. Electric steering gear is under computer control of electric current implementation of the size of the change control, the realization of different steering. So it can accurately realize people at different speeds, predefined turning Angle need different steering. The development of the electric steering is mainly for hydraulic steering solve pure the biggest problem, a high speed FaPiao steering wheel, which is a big problem for the vehicle steering stability. Hydraulic steering although solved the vehicle steering light sexual problems, but a high speed, steering wheel is too light it caused a pilot FaPiao feeling. New steering pump although can achieve high speed steering pump flow can be decreased, but a high speed does not guarantee the engines driving in high speed rotating pump also working conditions. So can't completely solve the problem FaPiao car at high speed. Electric steering system can control power motors, reduce a high speed increases to hand power steering, FaPiao problems and solve high-speed, and relatively low cost. But because of the motor power, torque and size limit, so many small cars and van for light car. With the new electric steering structure research and development, the future will gradually extended to senior cars and trucks. Due to the existing outfit electric steering gear market, future potential market also relatively broad; The steering gear with low cost and popular by auto makers will. 國內(nèi)外電動轉(zhuǎn)向發(fā)展概況 國外20 世紀(jì)80 年代以來在汽車上大力發(fā)展電動轉(zhuǎn)向（EPS），已經(jīng)取得相當(dāng)大的成果，在輕微型轎車、廂式車上得到廣泛的應(yīng)用，并且每年以300 萬臺的速度發(fā)展。隨著2000 年昌河汽車之北斗星廂式車安裝電動轉(zhuǎn)向器，掀開我國汽車轉(zhuǎn)向器歷史上新的一頁。由于它在轉(zhuǎn)向方面明顯的優(yōu)越性，很受廣大客戶歡迎。最初組裝的200 臺電動轉(zhuǎn)向試銷車很快被搶購一空。這幾年正逐年增加安裝電動轉(zhuǎn)向汽車的產(chǎn)量，今年將達(dá)到三萬六千臺。正是由于北斗星汽車在國內(nèi)首裝電動轉(zhuǎn)向，帶動了國內(nèi)電動轉(zhuǎn)向開發(fā)熱。到現(xiàn)在已有10 家大專院校和10 家國營和民營企業(yè)立項(xiàng)或獨(dú)自開發(fā)該種產(chǎn)品，預(yù)計(jì)我國每年會以10-20 萬臺速度發(fā)展。正是由于各方面電動轉(zhuǎn)向研究的大量投入，該產(chǎn)品已接近成功，已有一部分產(chǎn)品開始裝車調(diào)試。在汽車電動轉(zhuǎn)向產(chǎn)品的開發(fā)中充分體現(xiàn)了我國市場經(jīng)濟(jì)競爭的特點(diǎn)，一些大專院校和企業(yè)相結(jié)合，國營、民營企業(yè)齊上陣，這種各方面競爭的結(jié)果加快了開發(fā)的進(jìn)度。 電動轉(zhuǎn)向所以稱之為“精確轉(zhuǎn)向”，就是在汽車轉(zhuǎn)向過程中，該轉(zhuǎn)向器根據(jù)不同車速、方向盤轉(zhuǎn)動的快慢，準(zhǔn)確的提供各種行駛路況下的最佳轉(zhuǎn)向助力，這是在計(jì)算機(jī)（ECU）控制下實(shí)現(xiàn)的。電動轉(zhuǎn)向器是在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)施對電機(jī)電流大小的變化控制，實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)向助力。所以它能精確的實(shí)現(xiàn)人們預(yù)先設(shè)置在不同車速、不同轉(zhuǎn)彎角度所需要的轉(zhuǎn)向助力。 電動轉(zhuǎn)向的發(fā)展主要是針對解決純液壓助力轉(zhuǎn)向的最大難題，高速行駛時(shí)方向盤發(fā)飄，這是汽車操縱穩(wěn)定性的一大課題。液壓助力轉(zhuǎn)向雖然解決了汽車轉(zhuǎn)向輕便性問題，但高速行駛時(shí)方向盤太輕，就造成了駕駛員發(fā)飄的感覺。新型轉(zhuǎn)向油泵雖然可以作到高速轉(zhuǎn)向時(shí)油泵流量可以下降，但高速行駛時(shí)并不保證發(fā)動機(jī)驅(qū)動下的油泵亦處于高速轉(zhuǎn)動工況。因此不能徹底解決汽車高速行駛發(fā)飄的問題。電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可通過控制助力電機(jī)，降低高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向助力，增大轉(zhuǎn)向手力，解決高速發(fā)飄問題，而且成本相對較低。但由于電機(jī)的功率、扭矩及尺寸的限制，故多用于輕微型轎車和廂式車。隨著新的電動轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)研發(fā)，未來將逐步推廣到中高級轎車和卡車上。由于目前已有裝電動轉(zhuǎn)向器的市場，未來潛在的市場也較廣大；該種轉(zhuǎn)向器成本較低，必將受到汽車廠家的歡迎。 ４ 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 0 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 輕型載貨汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 楊 永 佳 專 業(yè) 汽 車 設(shè) 計(jì) 與 制 造 班 級 1093211 學(xué) 號 1109321113 指 導(dǎo) 教 師 宋 立 偉 車 輛 工 程 系 二 ○ 一 三 年 十 月 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 0 載重汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)為載重汽車的轉(zhuǎn)向橋，此轉(zhuǎn)向橋需要適應(yīng)不同路況，不同速度下的穩(wěn)定行駛， 因此對前橋的要求也越來越高。在汽車設(shè)計(jì)、制造、因此應(yīng)該本著既能有足夠的承載能 力，又能實(shí)現(xiàn)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。 通過設(shè)計(jì)：（1）保證有足夠的強(qiáng)度：以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。 （2）保證有足夠的剛度：以使車輪定位參數(shù)不變。 （3）保證轉(zhuǎn)向輪有正確的定位角度： 以使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。 （4）轉(zhuǎn)向橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能?。阂?減少非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 通過分析工作原理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向節(jié)、前軸、主銷等零件的尺寸，使各個(gè)零部件的強(qiáng)度滿 足校核，并運(yùn)用 caxa 等繪圖軟件繪制裝配圖和零件圖。 關(guān)鍵詞: 轉(zhuǎn)向橋；定位參數(shù)；轉(zhuǎn)向節(jié)；前軸；主銷 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1 The design of the truck steering axle Abstract 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 should 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 affordable and reliable force between wheel and frame. By design: (1) To ensure adequate strength: in order to ensure affordable 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 of 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 of the size, so that the strength of the various components to meet the check, and use other mapping software caxa assembly drawing and parts are drawing. Key words: steering axle; positional parameters; knuckle; front axle；kingpin 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 0 目錄 摘 要 ............................................................1 1.汽車轉(zhuǎn)向橋的概況 ...............................................3 1.1 汽車轉(zhuǎn)向橋目前狀況 ..........................................3 1.1.1 汽車前橋的分類 ...........................................3 1.1.2 前橋各參數(shù)對汽車穩(wěn)定性的作用與影響 .......................3 1.2 從動橋的結(jié)構(gòu)形式 ............................................7 1.2.1 從動橋總體結(jié)構(gòu) ..........................................7 1.2.2 載重汽車從動橋 ..........................................8 1.2.3 載重汽車從動橋 ..........................................9 1.2.4 設(shè)計(jì)意義 .................................................9 2.轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù) ..........................................10 2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 ...............................................10 2.2 從動橋總體結(jié)構(gòu)選擇 .........................................10 2.3 確定前橋具體結(jié)構(gòu)型式 .......................................10 3.前軸設(shè)計(jì) ......................................................11 3.1 前軸強(qiáng)度計(jì)算 ...............................................11 3.1.1 前軸受力分析簡圖 ........................................11 3.1.2 前軸載荷的計(jì)算（分三種工況分析 ） ........................12 3.2 前軸彎矩及扭矩計(jì)算 .........................................13 3.2.1 前軸斷面分析圖 ..........................................14 3.2.2 各個(gè)斷面彎扭矩計(jì)算（分三種工況分析） ....................15 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1 3.3 斷面系數(shù)計(jì)算 ...............................................21 3.4 應(yīng)力計(jì)算 ...................................................23 3.5 前軸材料的許用應(yīng)力 .........................................23 4.轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì) ....................................................23 4.1 截面系數(shù)計(jì)算 ...............................................24 4.2 彎矩計(jì)算 ...................................................24 4.3 應(yīng)力計(jì)算 ...................................................24 4.4 轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強(qiáng)度校核 ...........................25 5.主銷設(shè)計(jì) ......................................................25 5.1 在汽車工況下計(jì)算 ...........................................26 5.2 在汽車側(cè)滑下計(jì)算 ...........................................27 6.轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ..............................................28 6.1 推力軸承和止推墊片計(jì)算 ....................................................28 6.2 桿件設(shè)計(jì)結(jié)果 ...............................................30 7.經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 ..................................................31 7.1 我國汽車車橋行業(yè)發(fā)展歷程 ...................................31 7.2 國內(nèi)汽車車橋產(chǎn)量和市場容量分析 .............................31 7.3 汽車車橋業(yè)發(fā)展特征及問題透視 ...............................31 7.4 車橋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)解析－轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性分析 .........................31 7.5 提高轉(zhuǎn)向橋經(jīng)濟(jì)性 ...........................................32 8.結(jié) 論 ........................................................33 致 謝 .........................................................34 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2 參 考 文 獻(xiàn) .....................................................35 附 錄 .........................................................36 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3 第 1 章汽車轉(zhuǎn)向橋的概況 1.1 汽車轉(zhuǎn)向橋目前狀況 1.1.1 汽車前橋的分類 從動橋即非驅(qū)動橋，又稱從動車橋。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。從動橋還要承受和傳遞制動力矩。 根據(jù)從動車輪能否轉(zhuǎn)向，從動橋分為轉(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)對機(jī)動性的要求，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)動機(jī)后橋驅(qū)動的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向從動 橋。轎車多采用前置發(fā)動機(jī)前橋驅(qū)動，越野汽車均為全輪驅(qū)動，故它們的前橋 既是轉(zhuǎn)向橋又是驅(qū)動橋，稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。 從動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橋是一根支承于左、右從動車輪上的剛性 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 橋與獨(dú)立懸架相匹配。 非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋主要由前梁、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。 1.1.2 前橋各參數(shù)對汽車穩(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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 4 圖 1-1 主銷內(nèi)傾角 Figure 1-1 Kingpin Inclination 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，而且伴隨有車輪軸及 前橫梁向上的移動，而當(dāng)松開方向盤時(shí)，所儲存的上升位能使轉(zhuǎn)向輪自動回正， 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?8~5 型客車、輕型貨車及裝有動力轉(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)，隨著滾動將伴隨著沿路面的滑動， 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 輪制動力不等而導(dǎo)致汽車制動時(shí)跑偏，近年來出現(xiàn)主銷偏移距為負(fù)值的汽車。 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?3 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。舉一個(gè)生活中的例子： 我 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 5 們在騎自行車拐彎的時(shí)候，會自然地將車子向所轉(zhuǎn)的方向傾斜，讓車輪與地面 有一個(gè)夾角，學(xué)過物理的人知道，這樣做是為了產(chǎn)生足夠的向心力。汽車也是 一樣，右側(cè)車輪在右轉(zhuǎn)彎的時(shí)候在主銷內(nèi)傾角和后傾角的共同作用下會向右側(cè) 傾倒，而左側(cè)車輪雖也有主銷內(nèi)傾角，卻不會向左側(cè)傾倒，因?yàn)檫€有主銷后傾 角，把它又拉了回來，甚至也能向右微微傾斜。不僅如此，兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)動還 使右側(cè)車身降低，左側(cè)車身抬高，整個(gè)車身也向右傾斜，于是產(chǎn)生了足夠的向 心力。 圖 1-2 車輪外傾角和主銷后傾角 Figure 1-2 camber and caster angle 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??5.1~0?1 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 善了制動時(shí)的方向穩(wěn)定性。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 6 圖 1-3 前束 Figure 1-3 toe 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與受迫振動兩種類型。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)振動周期中路面作用于輪胎的力 對系統(tǒng)作正功，即外界對系統(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)將作增幅振動直至能量達(dá)到動平衡狀態(tài)。這時(shí)系統(tǒng)將在某一振幅 下持續(xù)振動，形成擺振。其振動頻率大致接近系統(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 于自攝振動型。當(dāng)轉(zhuǎn)向車輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動的激勵(lì)，例如車輪失衡、 端面跳動、輪胎的幾何和機(jī)械特性不均勻以及運(yùn)動學(xué)上的干涉等，在車輪轉(zhuǎn)動 下都會構(gòu)成周期性的擾動。在擾動力周期性的持續(xù)作用下，便會發(fā)生受迫振動。 當(dāng)擾動的激勵(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型。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 7 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。 1.2 從動橋的結(jié)構(gòu)形式 1.2.1 從動橋總體結(jié)構(gòu) 各種車型的非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋的結(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兩端 向下偏移一定距離，以降低發(fā)動機(jī)從而降低傳動系的安裝位置以及傳動軸萬向 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 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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 8 （a） (b) (c) (d) 圖 1-4 主銷結(jié)構(gòu)形式 FIG. 1-1 the kingpin structure (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 (a)Cylindrical solid model (b) cylindrical hollow (c) Ranging in diameter from top to bottom- side columns, the middle of the cone of the main sales (d) lower than the upper part of thin cylindrical kingpin 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。 1.2.2 載重汽車從動橋 本設(shè)計(jì)為載重汽車的轉(zhuǎn)向前橋，因此應(yīng)該本著既能有足夠的承載能力，又 能實(shí)現(xiàn)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車輛。非斷開式又稱 整體式，它與非獨(dú)立懸架配合。與斷開式前橋相比它的結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)性高， 強(qiáng)度大、安裝維修方便的優(yōu)點(diǎn)，這種形式在現(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橋。 轉(zhuǎn)向從動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。前梁采用中間部分為整體鍛件與兩端拳部組焊的形式。 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的純滾動，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。 目前國內(nèi)載重汽車前橋一般可以承受10噸左右的載重量，并且大部分都是 采用非斷開式轉(zhuǎn)向橋。像早期東風(fēng)汽車公司生產(chǎn)的EQ1090E型載重貨車，它采用 的是鋼材鍛造的并且斷面為工字型的前梁，采用非斷開式結(jié)構(gòu)。前梁的拳形部 分通過主銷相連轉(zhuǎn)向節(jié)，轉(zhuǎn)向節(jié)通過軸承與輪轂相連。這種方式連接穩(wěn)定、可 靠，可以完成車輪的靈活轉(zhuǎn)向。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 9 1.2.3 載重汽車從動橋 本文首先確定主要部件的結(jié)構(gòu)型式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)，然后參考類似轉(zhuǎn)向橋 的結(jié)構(gòu)，確定出總體設(shè)計(jì)方案，最后對前梁、主銷、主銷上下軸承、轉(zhuǎn)向橋、 調(diào)整墊片，轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承等及輪轂等零件的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，對強(qiáng)度進(jìn)行校核 以及對主要軸承進(jìn)行了壽命校核。對前橋進(jìn)行力學(xué)模型的建立，將物理力學(xué)模 型轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型（數(shù)學(xué)公式） 。 2.主要解決的問題： 對以往同類的轉(zhuǎn)向橋的資料進(jìn)行總結(jié)分析，得到一些新的觀點(diǎn)及思路，針對載 重車轉(zhuǎn)向橋的主要功用即對車身的支持作用、靈活轉(zhuǎn)向的作用。通過設(shè)計(jì)使前 橋更可靠、更靈活 1.2.4 設(shè)計(jì)意義： 采用傳統(tǒng)方法對載重汽車轉(zhuǎn)向橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)向橋滿足如下的 設(shè)計(jì)要求： （1）保證有足夠的強(qiáng)度：以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。 （2）保證有足夠的剛度：以使車輪定位參數(shù)不變。 （3）保證轉(zhuǎn)向輪正確的定位角度：使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎磨 損。 （4）從動橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能?。阂詼p少非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 合理優(yōu)化前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、等零部件的結(jié)構(gòu)，使各個(gè)部分零件能夠合理的配合， 以適應(yīng)復(fù)雜路況。盡可能降低整個(gè)橋身的質(zhì)量，從而減輕車的重量。并且對車 輪輪轂進(jìn)行配合設(shè)計(jì)，使其與轉(zhuǎn)向橋合理配合達(dá)到靈活轉(zhuǎn)向的目的 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 10 2.轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù) 2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)參數(shù)參照 CA1021 型號汽車前橋數(shù)據(jù)獲得，如表 2-1 所示 表 2-1 汽車總 質(zhì)量 Ga（ N ） 前軸軸載 質(zhì)量 G1（ N） 汽車質(zhì)心至 前軸中心線 距離 L1（ mm） 汽車質(zhì)心至 后軸中心線 距離 L2(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) 24250 11100 1800 1120 3025 540 720 主銷中 心距 B′(mm ) 前輪距 B1(mm) 車輪滾動半 徑 rr(mm) 主銷內(nèi)傾角 β 主銷后 傾角 ? 前輪外 傾角 a 前輪前 束 1330 1460 314 6° 2° 1° 2～4 2.2 從動橋總體結(jié)構(gòu)選擇 本前橋采用非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋 2.3 確定前橋具體結(jié)構(gòu)型式 （1）前軸結(jié)構(gòu)形式：工字形斷面加叉形轉(zhuǎn)向節(jié)主銷固定在前軸兩端的拳部里。 （2）轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)型式：整體鍛造式。 （3）主銷結(jié)構(gòu)型式：圓柱實(shí)心主銷。 （4）轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承結(jié)構(gòu)形式：止推滾柱軸承。 （5）主銷軸承結(jié)構(gòu)形式：滾針軸承 （6）輪轂軸承結(jié)構(gòu)形式：單列向心球軸承 （7）前輪定位角選擇見表 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 11 3.前軸設(shè)計(jì) 3.1 前軸強(qiáng)度計(jì)算 3.1.1 前軸受力分析簡圖 如圖 3-1 所示： 圖 3-1 轉(zhuǎn)向從動橋在制動和側(cè)滑工況下的受力分析簡圖 Figure 3-1 Bridge in the braking and steering yaw driven condition of the force analysis diagram 1—制動工況下的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖； 2—側(cè)滑工況下的彎矩圖 1 - braking and torque diagram of bending moment diagram 2 - yaw moment map condition 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 12 3.1.2 前軸載荷的計(jì)算（分三種工況分析） 一、緊急制動 汽車緊急制動時(shí)，縱向力制動力達(dá)到最大值，因質(zhì)量重新分配，而使前軸 上的垂直載荷增大，對后輪接地點(diǎn)取矩得 取路面附著系數(shù) Ф=0.7 制動時(shí)前軸軸載質(zhì)量重新分配分配系數(shù) m1= = =1.34 （3-1）12??Lhg1.5407?? 垂直反作用力：Z1l= Z 1r= =7437N21Gm034.?? 橫向反作用力：X1l=X 1r= Ф=5205.9N （3-2）1 二、側(cè)滑 汽車側(cè)滑時(shí)，因橫向力的作用，汽車前橋左右車輪上的垂直載荷發(fā)生轉(zhuǎn)移。 （1）確定側(cè)向滑移附著糸數(shù)： 在側(cè)滑的臨界狀態(tài)，橫向反作用力等于離心力 F 離，并達(dá)到最大值 F 離 = ,Ymax=G1Ф′，為保證不橫向翻車，須使 V 滑

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