KD1060型貨車設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)向及前橋設(shè)計(jì)）【3張CAD圖紙+外文翻譯+畢業(yè)論文】
38頁 10824字?jǐn)?shù)+論文說明書【詳情如下】
KD1060型貨車設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)向及前橋設(shè)計(jì)）論文.doc
前橋總裝配圖.dwg
外文翻譯--轉(zhuǎn)向系統(tǒng).docx
轉(zhuǎn)向器裝配圖.dwg
轉(zhuǎn)向系總成.dwg
KD1060型貨車設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)向及前橋設(shè)計(jì)）
摘 要
汽車在行駛過程中，需要經(jīng)常改變行駛方向，這就需要有一套能夠按照司機(jī)意志來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，它將司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕喌钠D(zhuǎn)動(dòng)作，這就是所謂的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向性能是保證車輛安全，減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度和提高作業(yè)效率的重要因素。由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，它直接與汽車的行駛穩(wěn)定性有重要的關(guān)系，與前懸架和車輪關(guān)系亦十分密切，故轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是整車設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵一環(huán)。本設(shè)計(jì)為KD1060型載貨汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)形式的選擇、轉(zhuǎn)向器的選擇、轉(zhuǎn)向梯形的選擇及其布置。
在本次設(shè)計(jì)中采用了機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)是重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊,布置方便,維修容易,操縱輕便,穩(wěn)定性好,成本低廉，不易出現(xiàn)直線行駛時(shí)的蛇形現(xiàn)象。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還具有維修方便，容易安裝調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向器選用的是整體式循環(huán)球轉(zhuǎn)向器, 整體式循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是可以將傳遞力矩機(jī)構(gòu)之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦,這就使得轉(zhuǎn)向傳動(dòng)效率提高,使用壽命增長(zhǎng),傳動(dòng)比可以改變,轉(zhuǎn)向工作平穩(wěn)可靠。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選用整體式梯形,這樣有利于保證KD1060型汽車在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),并且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單, 容易調(diào)整前輪前束。
在說明書的計(jì)算部分，對(duì)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形主要參數(shù)選擇進(jìn)行了計(jì)算。此外，還校核了主要零件的強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng),機(jī)械轉(zhuǎn)向,前橋,轉(zhuǎn)向器
KD1060 GOODS VEHICLE DESIGN
(STEERING SYSTEM AND THE FRONT AXLE)
ABSTRACT
The automobiles often need to change the direction in driving, then a particular set of device which can change or recover the automobile’s running route according to the driver’s will is needed.
The device changing the action that the driver turns to move the steering wheel to the action of deflection of carriage wheels is called as steering system. The function of changing direction is to guarantee the vehicle’s safety, relieve the intension of labor and raise working efficiency. The steering system is important component of an automobile. It plays an important role on the driving stability of the automobile. And it also has close relationship with the front suspension and wheel tire components, so the design of the steering system is a key link in designing automobile.
The aim of this project is to design the steering system for KD1060 goods vehicle. The main job of designing steering system includes determining the kind of steering system, steering gear and the steering trapezoid and figure out how to fix them.
Manual steering system is adopted in this project. Manual steering system’s features are: weight light, tightly packed structure, convenient arrangements, easy manipulation, stabile quality, low cost. And the s form phenomenon seldom emerges in straightaway traveling.
It has other advantages: convenient maintenance. Integral circulating ball steering gears is working as steering gear in this design of medium freight steering system. Integral circulating ball steering gears can change slide friction between devices of carry-over momentums into rolling friction. This feature is propitious to better transfer motion efficiency; prolong application life, change transmission ratio and better degree of reliability of steering. Integrality trapezoid is adopted as Steering drive linkage, to guarantee automobile’s front wheel exercise of pure rolling without sliding. The structure is simple. And it is easy to adjust the toe-in.
The calculation section of this paper is mainly concerning about steering trapezoid and steering gear .In addition, the life of the main components are also calculated in this section.
KEY WORDS: The steering system, Manual steering, Front axle, Steering device
目錄
前言...........................................1
第一章概述.....................................2
第二章從動(dòng)橋的方案確定.........................4
第三章轉(zhuǎn)向系的方案確定..........................6
§3.1 轉(zhuǎn)向系整體方案確定........................6
§3.2 轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)形式及選擇......................6
§3.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及選擇..................7
第四章從動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算.........................8
§4.1從動(dòng)橋主要零件尺寸的確定..................8
§4.2 從動(dòng)橋主要零件工作應(yīng)力的計(jì)算..............8
§4.3 在最大側(cè)向力(側(cè)滑)工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算...10
§4.4 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算.......11
§4.5 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.13
§4.6轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承的計(jì)算...............15
第五章轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算................17
§5.1 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)..................17
§5.2 主要參數(shù)的確定......................18
§5.3 轉(zhuǎn)向梯形的選擇設(shè)計(jì).....................20
§5.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)..................21
§5.5 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)確定..................24
§5.6 轉(zhuǎn)向系其他元件的選擇及材料的確定.........25
第六章轉(zhuǎn)向系主要零件的強(qiáng)度計(jì)算..............26
§6.1 計(jì)算載荷的確定.......................26
§6.2 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算..................26
第七章 結(jié)論...........................28
參考文獻(xiàn)...........................29
致謝..........................................30
前言
在目前金融危機(jī)的大環(huán)境下，伴隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，輕型貨運(yùn)汽車在國(guó)民生產(chǎn)中扮演著更重要的角色。
輕型載貨汽車各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)于它的設(shè)計(jì)是依據(jù)以往理論知識(shí)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在滿足其功用的前提下來進(jìn)行的。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來保持或改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，它在整體設(shè)計(jì)中亦有其重要地位，對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)車輪正確運(yùn)動(dòng)和汽車的安全行駛有重大影響，這就要求其工作可靠、操縱輕便。
在目前的設(shè)計(jì)和使用方面，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由機(jī)械式和動(dòng)力式兩類，由于動(dòng)力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，而且操作方便，所以到廣泛使用。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于造價(jià)低廉，而且能夠滿足輕型貨車等一大部分汽車的轉(zhuǎn)向需要，固也得到了廣泛的使用。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系由操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其重點(diǎn)是轉(zhuǎn)向器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)輕型汽車多才用整體式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，整體式后置梯形。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，主要講述了前橋和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)和方案分析。對(duì)前橋和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類和工作原理進(jìn)行了深入的對(duì)比和分析，選出最優(yōu)方案來進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，選擇合適的機(jī)構(gòu)和零件。
第一章 概述
從動(dòng)橋通過懸架與車架相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動(dòng)車輪，用以在車架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。
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。還有車輪外傾角及前束。
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。第七章 結(jié)論
通過對(duì)前橋及轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)，我得出結(jié)論，此設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。第二章列出了前橋的設(shè)計(jì)方案，第三章列出了轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)方案，第四章主要對(duì)前橋的主要零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，經(jīng)校核滿足要求。第五章主要對(duì)轉(zhuǎn)向系的方案進(jìn)行了論證，并詳細(xì)計(jì)算了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的各個(gè)參數(shù)，這說明也是可行的。故此設(shè)計(jì)我比較滿意，真誠(chéng)接受各評(píng)委老師的批評(píng)指教！
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成首先要感謝老師，老師在繁忙的工作中為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了大量資料，并在設(shè)計(jì)過程中對(duì)我們進(jìn)行了耐心的開導(dǎo)，給我們提了好多中肯的建議和方法。再次對(duì)老師表示衷心的感謝！
其次感謝做畢業(yè)設(shè)計(jì)的各位同學(xué)，他們可謂是我的良師益友，許多問題我們?cè)诨ハ嗵接懼泄餐砷L(zhǎng)，三人行，必有我?guī)煟總€(gè)人都有自己的長(zhǎng)處和優(yōu)點(diǎn)。還有本系的領(lǐng)導(dǎo)，系辦，車輛研究所，車輛實(shí)驗(yàn)室老師的關(guān)心和支持！在此一并表示感謝！
1KD1060 型貨車設(shè)計(jì)（轉(zhuǎn)向及前橋設(shè)計(jì)）摘 要汽車在行駛過程中，需要經(jīng)常改變行駛方向，這就需要有一套能夠按照司機(jī)意志來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，它將司機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕喌钠D(zhuǎn)動(dòng)作，這就是所謂的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向性能是保證車輛安全，減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度和提高作業(yè)效率的重要因素。由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，它直接與汽車的行駛穩(wěn)定性有重要的關(guān)系，與前懸架和車輪關(guān)系亦十分密切，故轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是整車設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵一環(huán)。本設(shè)計(jì)為KD1060型載貨汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)形式的選擇、轉(zhuǎn)向器的選擇、轉(zhuǎn)向梯形的選擇及其布置。在本次設(shè)計(jì)中采用了機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)是重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊,布置方便,維修容易,操縱輕便,穩(wěn)定性好,成本低廉，不易出現(xiàn)直線行駛時(shí)的蛇形現(xiàn)象。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還具有維修方便，容易安裝調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向器選用的是整體式循環(huán)球轉(zhuǎn)向器, 整體式循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的特點(diǎn)是可以將傳遞力矩機(jī)構(gòu)之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦,這就使得轉(zhuǎn)向傳動(dòng)效率提高,使用壽命增長(zhǎng),傳動(dòng)比可以改變,轉(zhuǎn)向工作平穩(wěn)可靠。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選用整體式梯形,這樣有利于保證KD1060型汽車在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),并且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單, 容易調(diào)整前輪前束。在說明書的計(jì)算部分，對(duì)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形主要參數(shù)選擇進(jìn)行了計(jì)算。此外，還校核了主要零件的強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng),機(jī)械轉(zhuǎn)向,前橋,轉(zhuǎn)向器2KD1060 GOODS VEHICLE DESIGN(STEERING SYSTEM AND THE FRONT AXLE)ABSTRACTThe automobiles often need to change the direction in driving, then a particular set of device which can change or recover the automobile’s running route according to the driver’s will is needed. The device changing the action that the driver turns to move the steering wheel to the action of deflection of carriage wheels is called as steering system. The function of changing direction is to guarantee the vehicle’s safety, relieve the intension of labor and raise working efficiency. The steering system is important component of an automobile. It plays an important role on the driving stability of the automobile. And it also has close relationship with the front suspension and wheel tire components, so the design of the steering system is a key link in designing automobile. The aim of this project is to design the steering system for KD1060 goods vehicle. The main job of designing steering system includes determining the kind of steering system, steering gear and the steering trapezoid and figure out how to fix them.Manual steering system is adopted in this project. Manual steering system’s features are: weight light, tightly packed structure, convenient arrangements, easy manipulation, stabile quality, low cost. And the s form phenomenon seldom emerges in straightaway traveling. It has other advantages: convenient maintenance. Integral circulating ball steering gears is working as steering gear in this design of medium freight steering system. Integral circulating ball steering gears can change slide friction between devices of carry-over momentums into rolling friction. This feature is propitious to better transfer motion efficiency; prolong application life, change transmission ratio and better degree of reliability of steering. Integrality trapezoid is adopted as Steering drive linkage, to guarantee automobile’s front wheel exercise of pure rolling without sliding. The structure is simple. And it is easy to adjust the toe-in.3The calculation section of this paper is mainly concerning about steering trapezoid and steering gear .In addition, the life of the main components are also calculated in this section. KEY WORDS: The steering system, Manual steering, Front axle, Steering device4目 錄前言....................................................1第 1 章 概述.....................................2第 2 章 從動(dòng)橋的方案確定.........................4第 3 章 轉(zhuǎn)向系的方案確定..........................6§3.1 轉(zhuǎn)向系整體方案確定........................6§3.2 轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)形式及選擇......................6§3.3 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及選擇..................7第 4 章 從動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算.........................8§4.1 從動(dòng)橋主要零件尺寸的確定..................8§4.2 從動(dòng)橋主要零件工作應(yīng)力的計(jì)算..............8§4.3 在最大側(cè)向力(側(cè)滑)工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算...10§4.4 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算.......11§4.5 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.13§4.6 轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承的計(jì)算...............15第 5 章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算................17§5.1 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)..................17§5.2 主要參數(shù)的確定......................18§5.3 轉(zhuǎn)向梯形的選擇設(shè)計(jì).....................20§5.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)..................21§5.5 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)確定..................24§5.6 轉(zhuǎn)向系其他元件的選擇及材料的確定.........25第 6 章 轉(zhuǎn)向系主要零件的強(qiáng)度計(jì)算..............26§6.1 計(jì)算載荷的確定.......................26 §6.2 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算..................26 第七章 結(jié)論...........................28參考文獻(xiàn)...........................29致謝..........................................305前言在目前金融危機(jī)的大環(huán)境下，伴隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，輕型貨運(yùn)汽車在國(guó)民生產(chǎn)中扮演著更重要的角色。輕型載貨汽車各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)于它的設(shè)計(jì)是依據(jù)以往理論知識(shí)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在滿足其功用的前提下來進(jìn)行的。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來保持或改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，它在整體設(shè)計(jì)中亦有其重要地位，對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)車輪正確運(yùn)動(dòng)和汽車的安全行駛有重大影響，這就要求其工作可靠、操縱輕便。在目前的設(shè)計(jì)和使用方面，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由機(jī)械式和動(dòng)力式兩類，由于動(dòng)力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，而且操作方便，所以到廣泛使用。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于造價(jià)低廉，而且能夠滿足輕型貨車等一大部分汽車的轉(zhuǎn)向需要，固也得到了廣泛的使用。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系由操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其重點(diǎn)是轉(zhuǎn)向器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)輕型汽車多才用整體式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，整體式后置梯形。本畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，主要講述了前橋和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)和方案分析。對(duì)前橋和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類和工作原理進(jìn)行了深入的對(duì)比和分析，選出最優(yōu)方案來進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，選擇合適的機(jī)構(gòu)和零件。第一章 概述6從動(dòng)橋通過懸架與車架相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動(dòng)車輪，用以在車架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。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。還有車輪外傾角及前束。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)7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。8第二章 從動(dòng)橋的方案確定§2.1 從動(dòng)橋總體方案確定轉(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，輪轂等。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。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。轉(zhuǎn)向節(jié)用中碳合金鋼模級(jí)成整體式結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)通過主銷與前梁的拳部相連，使前輪可以繞主銷偏轉(zhuǎn)一定的角度使汽車轉(zhuǎn)向。為減小磨損，轉(zhuǎn)向節(jié)銷孔內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)壓入青銅襯套，襯套上的潤(rùn)滑油槽在上面端部是切通的，用裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上的油嘴注入潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)和前梁拳部設(shè)有圓錐推力滾子軸承。主銷的幾種結(jié)構(gòu)型式如下圖所示，本次設(shè)計(jì)用(a)。9（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 車輪輪轂通過兩個(gè)圓錐滾子軸承支撐在轉(zhuǎn)向節(jié)外端的軸頸上，軸承的松緊度可通過調(diào)整螺母進(jìn)行調(diào)整。輪轂外端用沖壓的金屬外罩罩住。輪轂內(nèi)側(cè)有油封，以防潤(rùn)滑油進(jìn)入制動(dòng)器內(nèi)。10第三章 轉(zhuǎn)向系的方案確定§3.1 轉(zhuǎn)向系整體方案確定用來改變或恢復(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。本次設(shè)計(jì)采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向器。對(duì)轉(zhuǎn)向系的主要要求有：一、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)輕型貨車不超過 360N,對(duì)中型貨車不超過 450N,方向盤的回轉(zhuǎn)圈數(shù)要少。二、工作安全可靠。三、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。四、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。五、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。§3. 2 轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式及選擇根據(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。11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。本設(shè)計(jì)采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器?！?.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?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。12第四章 從動(dòng)橋的設(shè)計(jì)計(jì)算§4.1 從動(dòng)橋主要零件尺寸的確定轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋采用工字形斷面的前梁，可保證其質(zhì)量最小而在垂向平面內(nèi)的剛度大，強(qiáng)度高。工字形斷面尺寸的推薦值，見圖 4-1，圖中虛線繪出的是其當(dāng)量斷面。該斷面的垂向彎曲截面系數(shù) 和水平彎曲截面系數(shù) （單位為 ）vWhW3m可近似取為} (4-1)3205.vha?式中 a----工字形斷面的中部尺寸。由經(jīng)驗(yàn)公式： 20mlWv?式中 m---作用于前梁上的簧上質(zhì)量；l---車輪中線至板簧中線的距離。 ?Wv33105.672049m???求得 ma15§4.2 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(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：13圖 4—2 轉(zhuǎn)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-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?？紤]zP1Z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： 21mGZ?式中： ——汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷，N；1——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%；= 15550.76N21mGZ???5.18960435.前輪所承受的制動(dòng)力 ?1ZPz式中： ——輪胎與路面的附著系數(shù)取為 0.6；?=15550.76 0.6=9330.45 NzP?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1ZpvMhM間達(dá)最大值，分別為： mSBgGlgMwwv ??????2)2()(1114N·mm21212 SBmGlZlPMzh ???????式中： —見圖 3—1，取 =397 mm2l—車輪(包括輪毅、制動(dòng)器等)所受的重力，N；取 =980N；wg wg—前輪輪距取 B=1567 mm；BS—前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離取為 767 mm則 mNMv ?????5784290261)98015(N·mm31646.h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：zPT= N·mmr?式中： —輪胎的滾動(dòng)半徑取 410 mmr則有 T=9330 410=3825300 N·mm前梁在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力 （單位為 MPa）為：w?vhwMW???式中: ， ，T——見式（4-1）vh前梁應(yīng)力的許用值為 =300～500 MPa,當(dāng) a=15mm 時(shí)， ??w?= 236.48N·mm w?得： w?故 a=15mm 滿足使用條件。§4.3 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：LZ1RLY1R)2(11BhGg???)2111BhGZg???1511)2(?BhGYgL?? 1)2(1?BhGYgR??式中： —汽車質(zhì)心高度取為 1100 mm； —車輪與地面附著系數(shù)取為 0.42；g此時(shí) ， 向右作用。則有：L1RNZL 3018.64)572.0(23.0741 ????R 5)1.(.1?NYL 72.6914.0)5672.(23.0741 ????R .8.)1.(.1?側(cè)滑時(shí)左、右鋼板彈簧對(duì)前梁的垂直作用力為： SrhGTgL ??????)(5.011?rgR??.12式中: —滿載時(shí)車廂分配給前橋的垂向總載荷?1=1232.98 9.8=12069.2N； G?則有 NTL 56.1087)510(3.52074.695.01 ??????R 392?§4.4 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算如圖 4—2 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1d處。16圖 4—2 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，vMhM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：vMh w?=31)(lgZwv???3lPzh? Whvw2????3123.0dlz?式中： —轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑取為 50mm， =30 mm， =550 MPa，1d 3l??w?則 = =81.099MPaWMhvw2?????322501.9830???得： ??w?故 50mm 的軸頸滿足要求。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，可分別下式求得：17146.2394107.6923018.6413 ?????????rLLYlZMⅢⅢ 8..25??RRⅢⅢ許用彎矩 ??mN??60因此左右轉(zhuǎn)向節(jié)都符合要求?！?.5 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 4—2(c))和縱向平面(圖 4—2(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)1Z1lZ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mzQ（c+d）所平衡(見圖 4—2(b))，故有mzQN 式中 取 150，c 取 91，d 取 98 mm；27.1398501????dclZz 1l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rzPmz（c+d）所平衡(見圖 4—2(c))。故有m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zP， 平衡(見圖 4—2(c))，且有：zuQzl NdcPz 78.39130????zzl 2.4由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖(圖 4—2(d)的下圖)可知，制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向橫拉桿的作用力 N 為：N= NlPz 76.0981535???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 100 mm）如將 N4lNdcrz 7.20398913????18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4l 4l（c+d）衡，故有MNQdcl 9.317981076.4????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：NuQl=dcQu N5.318976.40=lNl??2..??由圖 4—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uQ作用于主銷的合力 分別為：1Q=20440.3N????22TuMzNuMZuQ????=31708.2N221 TlzlZ?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 =31708.2N。1Q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mzQ不相等的，它們可分別按下式求得： NdcrYlZQLML 76.19359814072.6503.16481 ?????????lrRZR ...21取 中最大的作為主銷的計(jì)算載荷 ，計(jì)算主MZL,1 Qj 2.31708?銷在前梁拳部下端面應(yīng)力 和剪切應(yīng)力 ：w?s?MPa ； MPa；hdQjw30.?? 204djs??式中： —主銷直徑取為 32 mm；0h —轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)至前梁拳部下端面的距離，見圖 4—2(a),取 h=36mm；19;??wwMPa??????35.486321.07< ;s .9..42?s?其中 =500MPa； =100MPa。??w???s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：c???MPaldQjc 501.263.708?????式中： —襯套長(zhǎng)為 36mm。在靜載荷下，上式的計(jì)算載荷取N?jQ2.13498501????dclZM。?Paljc 7.326.40?MPac][?§4.6 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an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。LZ1，將上述計(jì)算工況的有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，并設(shè))](2[11gaRVBhG??＝0.5 ，1hg則有： ，11625.0.GZL?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:aF。aFN38625.01?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20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KNCr8.420?》 ，故此推力軸承滿足要求。KNCPr12.74.0?aF21第五章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算§5.1 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)§5.1.1 轉(zhuǎn)向器的效率功率 1p從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向器輸出所求得的效率稱為正效率，用符號(hào) ??表示，23()????；反之稱為逆效率，用符號(hào) ??表示，32()p??。其中， 2p為轉(zhuǎn)向器中的摩擦功率； 3p為作用在齒條軸上的功率。為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤輕便，要求正效率高；為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)回正，又需要一定的逆效率。為了減輕在不平路面上行駛時(shí)駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至方向盤時(shí)應(yīng)盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。轉(zhuǎn)向器的正效率 ??：影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)果特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與效率 在前述的幾種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式的正效率比較高。同一類型的轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。轉(zhuǎn)向器逆效率 ??：根據(jù)逆效率大小的不同，轉(zhuǎn)向器又分為可逆式、極限可逆式、和不可逆式三種。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器屬于可逆式轉(zhuǎn)向器，其逆效率相當(dāng)高，它能保證轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛的安全性。但是，在不平路面上行駛時(shí)，車輪受到的沖擊力能大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神緊張；如果長(zhǎng)時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛?！?.1.2 傳動(dòng)比的變化特性1. 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比。222. 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 之間的關(guān)wFrM系 rwMa?(4-1)式中，a 為主銷偏移距此處 12m，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長(zhǎng)線與支撐平面的交點(diǎn)至車輪中心平面與支撐平面交線間的距離。作用在方向盤上的手力為 hF為 2hswMFD?(4-2) 式中， hM為作用在方向盤上的力矩； s為方向盤的直徑。將式(4-1)、 (4-2)代入2wphi后得到 ×rsphMDia?(4-3)有 (4-3)知，當(dāng)主銷偏移矩 a 小時(shí)，力傳動(dòng)比 應(yīng)取大些才能保持轉(zhuǎn)向輕便。pi§5.2 主要參數(shù)的確定§5.2.1 給定的主要計(jì)算參數(shù)軸距 L=3308mm 輪距 前輪1567mm 后輪1485mm輪胎 70.00-20 D=508mm B=293mm最小轉(zhuǎn)彎半徑小于等于7.5m§5.2.2 選擇主要轉(zhuǎn)向參數(shù)汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)需要有自動(dòng)回正能力，這需要轉(zhuǎn)向主銷在汽車的縱向和橫向平面內(nèi)各有一定的傾角。所以選定主銷后傾角γ為2°30′，主銷內(nèi)傾角β為7°，車輪外傾角α為1°，前輪前束為10mm。23轉(zhuǎn)向盤由輪轂、輪緣和輪輻構(gòu)成，方向盤的直徑D有一系列尺寸（如下表）汽車類型 方向盤直徑D，mm轎車、小型客車、小載重量貨車 400中型大客車、中等載重量貨車 450、500大型客車、大載重量貨車 550可選擇方向盤直徑400mm , 轉(zhuǎn)向軸是用雙萬向節(jié)，軸與萬向節(jié)的連接用花鍵來實(shí)現(xiàn)?！?.2.3 車輪的左右最大轉(zhuǎn)角確定為了避免在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生路面對(duì)汽車行駛的附加阻力和輪胎的過快磨損，要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)所有車輪均做純滾動(dòng)，這就需要所有車輪的軸線都交于一點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)。此輕型貨車應(yīng)滿足轉(zhuǎn)向時(shí)候最小轉(zhuǎn)彎半徑小于7.5米，而理想的車輪轉(zhuǎn)角α與β應(yīng)滿足理想關(guān)系式：Kcot=+l?? (4-6)式中 為車輪外轉(zhuǎn)角，β為車輪內(nèi)轉(zhuǎn)角，K為兩側(cè)主銷軸線與地面相交點(diǎn)之間?的距離 （K=1567-2 ?100=1367mm）， l為3308mm ，前輪轉(zhuǎn)臂a=120mm。又因?yàn)槔硐肭闆r下，最小轉(zhuǎn)彎半徑 minR與外轉(zhuǎn)向輪最大偏轉(zhuǎn)角 max?的關(guān)系為：inaxsl?? （4-7）聯(lián)立（4-6）（4-7）式得到：max?=26.17°， max?=31.66°24圖3-1 理想內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系簡(jiǎn)圖§5.3 轉(zhuǎn)向梯形的選擇設(shè)計(jì)圖3-2 整體式轉(zhuǎn)向梯形1- 轉(zhuǎn)向橫拉桿 2-轉(zhuǎn)向梯形臂 3-前軸轉(zhuǎn)向梯形選擇的是整體式后置梯形（如圖），圖視為把三軸式汽車假想為兩軸式時(shí)的圖形，L為假想的軸線距離，即是上圖的l,γ為轉(zhuǎn)向梯形的底角，S為兩個(gè)梯形臂延長(zhǎng)線與汽車中心線的交點(diǎn)與前軸的距離，一般為2/3 23l.由公式cotγ=0.75 Kl （4-8）25得轉(zhuǎn)向梯形的底角 γ=72.78°轉(zhuǎn)向梯形臂的長(zhǎng)度m，是參考現(xiàn)有汽車梯形臂長(zhǎng)度與主銷中心距K之比的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后進(jìn)行選擇，一般范圍是：m=(0.11～0.15)K。由于是輕型載重汽車，固可取梯形臂長(zhǎng)度 m=150mm 。由圖形可知，轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度 1l跟K和γ有關(guān)，其關(guān)系式為：1l=K-2×m×cosγ （4-9）=1262mm則橫拉桿長(zhǎng)度為 1262mm?！?.4 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)§5.4.1 轉(zhuǎn)向器（循環(huán)球式）的效率為保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的輕便，要求正效率高；為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)回正，又需要一定的逆效率；為減輕駕駛員在不平路面上的疲勞，防止打手，又要求逆效率盡可能低。正效率的計(jì)算公式：0tan()????? （4-10）其中 0?為螺桿的螺線導(dǎo)程角，選6°； 為摩擦角， ?=arctn?；?為摩擦因數(shù)，選0.04，則 ?=2.29°。數(shù)據(jù)代入（4-10）解得 ??=72.1%。逆效率的計(jì)算公式：0tan()???? （4-11）=71.3%?！?.4.2 主要參數(shù)的選擇主要參數(shù)參考《汽車設(shè)計(jì)》表7-1齒扇模數(shù)m=6mm，搖臂軸直徑D=40mm，鋼球中心距 1D=35mm，螺桿外徑262D=34mm,鋼球直徑d=8mm,螺距P=10mm,工作圈數(shù)W=2.5，環(huán)流行數(shù)b=2，齒扇齒數(shù)z=5，齒扇整圓齒數(shù)Z=13，齒扇壓力角為27°30′，切削角 ?=6°30′，齒扇寬B=34mm?！?.4.3 螺桿、鋼球和螺母?jìng)鲃?dòng)副螺母內(nèi)徑 3D= 2+8% 1=36mm每個(gè)環(huán)路中鋼球的數(shù)量為：10cosWnd????1Dd=35其中 0?為螺桿的螺線導(dǎo)程角，選6°。接觸角θ是鋼球與螺桿滾道接觸點(diǎn)的正壓力方向與螺桿滾道法向截面軸線間的夾角，一般取45°，以使軸向力和徑向力分配均勻。 圖3-3 螺桿,鋼球,螺母?jìng)鲃?dòng)副轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng) ?角，對(duì)應(yīng)螺母移動(dòng)距離s為：2Ps??? (4-12)與此同時(shí)齒扇節(jié)圓轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)等與s，相應(yīng)搖臂軸轉(zhuǎn)過 p?角，其關(guān)系：S= p?r (4-13)其中r為齒扇節(jié)圓半徑。聯(lián)立（4-12）（4-13）得 ?= 2prP? ，將 對(duì) p求導(dǎo)，得轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比1i?為：271i?2rP??1mZ?P??=24.492§5.4.4 齒條、齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒扇為變厚齒扇，它的齒頂和齒根的輪廓是圓錐的一部分，分度圓上的齒厚是變化的，所以此傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)主要是變厚齒扇的設(shè)計(jì)?；鶞?zhǔn)剖面（1-1剖面）的齒形計(jì)算：名稱 公式 結(jié)果(mm)分度圓直徑 DmZ?D=90齒頂高 021220[()]SRinvir??1hxm?1=6齒根高 hx?2=1.5齒全高 12?h=7.5齒頂圓直徑 1()DZxm?1D=102分度圓齒厚 0110(2tan)S????01S=9.42頂圓壓力角 101cos()rR?? 1?=39.75°頂圓齒厚 0110[2()]Sinvir??1S=6最大變位系數(shù)剖面（2-2剖面）齒頂變尖核算：名稱 公式 結(jié)果（mm）最大變位系數(shù) max121tan)Bm?????max?=0.3608齒頂圓半徑 21ax()ZR2R=50.164828齒頂圓壓力角 1202cos()rR????2=40.642°分度圓齒厚 02max0(tn)S???02S=11.4389齒頂圓齒厚 021220[()]Rivir???12=1.698圖3-4 變厚齒扇齒形計(jì)算簡(jiǎn)圖§5.5 轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)確定§5.5.1 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 i?= 12i? （4-14）式中 1i?為轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比， =24.492； 2i?為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比，一般選擇 2=1。代入（9） 得 i?=24.492其中 3li?? 式中 3l為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)（mm），所以 3l= 2=137mm?！?.5.2 轉(zhuǎn)向盤旋轉(zhuǎn)圈數(shù)n .360PRn???(4-15)29式中 .PR?為轉(zhuǎn)向盤從一個(gè)極限位置到另一個(gè)極限位置所轉(zhuǎn)過的角度，且：.max()i?????=24.492?（26.17°+31.66°）=1416.37°所以 n=1416.37÷360°=3.9 (圈)§5.6 轉(zhuǎn)向系其他元件的選擇及材料的確定轉(zhuǎn)向主銷選用圓柱實(shí)心型，D=40mm；一般選用20Cr。轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂有中碳鋼或中合金鋼如35Cr，40，40Cr等模鍛加工而成，一般選用40Cr。轉(zhuǎn)向縱、橫拉桿應(yīng)選用質(zhì)量較輕剛性較好的20，30或40無縫鋼管制造，選用40鋼。球頭銷用合金結(jié)構(gòu)鋼12CrNiB、15CrMo、20CrMnTi或液體碳氮共滲鋼35Cr、35CrNi等制造（如下圖所示結(jié)構(gòu)），一般選用20CrMnTi。圖3-5 轉(zhuǎn)向主銷1-球頭銷 2-球頭碗 3-壓緊彈簧30第六章 轉(zhuǎn)向系主要零件的強(qiáng)度計(jì)算§6.1 計(jì)算載荷的確定轉(zhuǎn)向系全部零件的強(qiáng)度，是根據(jù)作用在零部件上的力來確定的。一般來說汽車在瀝青或混凝土路面上的園地轉(zhuǎn)向阻力 rM，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：31rGMp??，N.mm （5-1）載重 前軸負(fù)荷（N） 質(zhì)心高度(mm)空載 9775.5 1100滿載 21324.8 852數(shù)據(jù)代入（5-1）得 rM= N.mm由于力矩平衡，所以轉(zhuǎn)向上節(jié)臂受反方向力矩M= Mr=8.69 510? N.mm，所受到的拉力P= 2l=8.69 510?/137?6343N?！?.2 主要零件的強(qiáng)度計(jì)算圖4-1 轉(zhuǎn)向搖臂受力圖轉(zhuǎn)向搖臂（45鋼）的受力及形狀如上圖，尺寸如下:F=P=2292N,c= 3l=137mm,e=50mm,d=90mm,b=50mm,a=27mm通過計(jì)算比較確定斷面A-A為危險(xiǎn)截面。31斷面A-A處的彎曲應(yīng)力：W?= Fd （5-2）W=23ab?=2750??6623 3m=6.623 610??3? 19.62W??=2.655 71?Pa=265.5MPa斷面A-A處的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：nFew? （5-3）n220.7.51616ab???=7.15 610??3m? 69.75??= 76.85MPa斷面A-A處的最大合成正應(yīng)力：2max4W????=306.78 a〈[ s?]=353 Pa斷面處的最大切線應(yīng)力：2max14W??=153.39Ma=230??s??a故此轉(zhuǎn)向搖臂滿足使用條件。 32第七章 結(jié)論通過對(duì)前橋及轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)，我得出結(jié)論，此設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。第二章列出了前橋的設(shè)計(jì)方案，第三章列出了轉(zhuǎn)向系的設(shè)計(jì)方案，第四章主要對(duì)前橋的主要零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，經(jīng)校核滿足要求。第五章主要對(duì)轉(zhuǎn)向系的方案進(jìn)行了論證，并詳細(xì)計(jì)算了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的各個(gè)參數(shù)，這說明也是可行的。故此設(shè)計(jì)我比較滿意，真誠(chéng)接受各評(píng)委老師的批評(píng)指教！33參考文獻(xiàn)1. 劉惟信.汽車設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社,20002. 王望予.汽車設(shè)計(jì)(第三版). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000 3. 陳家瑞.汽車構(gòu)造(下冊(cè)). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20054. 余志生.汽車?yán)碚?第三版) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000 5. 張洪欣.汽車設(shè)計(jì)(第二版). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996 6. 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1999 7． [日].自動(dòng)車技術(shù)協(xié)會(huì).小林明.汽車工程手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996 8． 劉鴻文.材料力學(xué). 北京：高等教育出版社,19919． 祖業(yè)發(fā).工程制圖.重慶：重慶大學(xué)出版社,2001 10．浙江交通學(xué)校.汽車構(gòu)造教學(xué)圖冊(cè).人民交通出版社,198611. 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3、4 卷）北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1991 12. 陳軍.汽車拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向梯形優(yōu)化設(shè)計(jì).西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000 年,第 7 期,N0.1813. 陳思忠.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車, 2000 年,第 8 期,N0.3214. 安徽飛彩有限公司.農(nóng)用運(yùn)輸車的發(fā)展趨勢(shì),2001 年第 3 期,N0.1215. 張武農(nóng).我國(guó)汽車工業(yè)創(chuàng)新的策略研究,2001 年,第 6 期,N0.916. 錢振為.汽車工業(yè)研究,2001 年,第 4 期,N0.1717. 閻蔭棠.幾何量精度設(shè)計(jì)與檢測(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996 34致 謝畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成首先要感謝老師，老師在繁忙的工作中為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了大量資料，并在設(shè)計(jì)過程中對(duì)我們進(jìn)行了耐心的開導(dǎo)，給我們提了好多中肯的建議和方法。再次對(duì)老師表示衷心的感謝！其次感謝做畢業(yè)設(shè)計(jì)的各位同學(xué)，他們可謂是我的良師益友，許多問題我們?cè)诨ハ嗵接懼泄餐砷L(zhǎng)，三人行，必有我?guī)?，每個(gè)人都有自己的長(zhǎng)處和優(yōu)點(diǎn)。還有本系的領(lǐng)導(dǎo)，系辦，車輛研究所，車輛實(shí)驗(yàn)室老師的關(guān)心和支持！在此一并表示感謝！