東風EQ1090E型貨車轉向橋總成的設計【含7張CAD圖】
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摘要I東風 EQ1090E 型貨車轉向橋總成的設計摘 要在 汽 車 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 上 ， 對 轉 向 橋 的 研 究 一 直 都 是 重 點 。 此 次 設 計 是 對 東 風 EQ1090E型貨車轉向橋總成的設計，其中包含對轉向橋進行合理計算，并進行結構設計。 在 設 計之 前 ， 首 先 要 查 閱 相 關 資 料 ， 了 解 轉 向 橋 的 結 構 ， 熟 悉 設 計 轉 向 橋 的 方 法 。 在此 之 后 ， 進 行 轉 向 橋 的 設 計 。 此 次 設 計 的 過 程 會 介 紹 轉 向 橋 的 定 義 、 結 構 、 工 作 原 理 以 及 可能會影響轉向橋的因素等。在設計時還會對轉向橋各主要零件的尺寸和結構進行確定， 并 會 對 其 在 各 種 工 況 下 的 應 力 進 行 應 力 計 算 ， 這 些 零 件 主 要 是 前 梁 、 轉 向 節(jié) 、 主 銷 、 主 銷 上 下 軸 承 （ 即 轉 向 節(jié) 襯 套 ） 、 轉 向 節(jié) 推 力 軸 承 和 止 推 墊 片 等 。 除 此 之 外 ， 還 要 確 定 轉 向 橋 的 定 位 參 數(shù) 。 在 設 計 之 后 ， 除 了 要 使 轉 向 橋 的 結 構 能 夠 比 較 緊 湊 ， 使 它 的 重 量 更 輕 ， 還 要 使汽車在轉向時較為輕松，在制造轉向橋時比較容易。這次設計對東風 EQ1090 型貨車轉向橋總成的計算以及其結構布局，對其他貨車轉向 橋的設計提供設計方法和思路。關鍵詞：汽車轉向橋；轉向橋前梁；轉向節(jié)；應力計算；定位參數(shù)目錄IIDesign of steering Bridge Assembly for Dongfeng EQ1090E Freight carAbstractIn the development of automobile industry, the study of steering axle has always been the focus. This design is the design of Dongfeng EQ1090E truck steering bridge assembly, which includes reasonable calculation of steering bridge and structural design.Before designing, we should first consult relevant information, understand the structure of steering bridge, and be familiar with the design method of steering bridge. After that, the steering bridge is designed. The design process will introduce the definition, structure, working principle and factors that may affect the steering bridge. The size and structure of the main parts of the steering bridge are also determined, and the stress of the steering bridge under various working conditions is calculated. These parts are mainly front girders, steering joints, and pins. Main pin upper and lower bearings (i.e. steering knuckle bushing), steering knuckle thrust bearings and thrust gaskets, etc. In addition, determine the steering bridge location parameters.After the design, other than to make the steering bridge structure than Compactness makes it lighter, easier to steer and easier to build.The design of Dongfeng EQ1090 truck steering bridge assembly and its structural layout, to other truck steering bridge design methods and ideas.Key words: automobile steering bridge; front beam of steering bridge; steering joint; stress calculation; positioning parameter目錄III目 錄摘 要 .......................................................................................................................IIIAbstract .....................................................................................................................IV緒 論 .........................................................................................................................11 轉向橋 ...................................................................................................................21.1 轉向橋的定義 ..............................................................................................21.2 轉向橋的安裝形式 ......................................................................................22 轉向橋的結構 .......................................................................................................32.1 組成轉向橋的組成 ......................................................................................32.2 轉向橋結構及其影響因素 ..........................................................................53 轉向橋主要零件尺寸 ...........................................................................................84 非斷開式轉向從動橋前梁應力計算 .................................................................104.1 前梁在制動工況下的應力計算 ................................................................104.2 前梁在側滑工況下的應力計算 ................................................................115 轉向節(jié)的應力計算 .............................................................................................135.1 轉向節(jié)在制動工況下應力計算 ................................................................135.2 轉向節(jié)在側滑工況下應力計算 ................................................................146 主銷與轉向節(jié)襯套的應力計算 .........................................................................156.1 主銷與轉向節(jié)襯套在制動工況下的應力計算 ........................................156.2 主銷與轉向節(jié)襯套在側滑工況下的應力計算 ........................................167 推力軸承和止推墊片的計算 .............................................................................187.1 推力軸承的計算 ........................................................................................187.2 轉向節(jié)止推墊片的計算 ............................................................................188 轉向橋定位參數(shù) .................................................................................................208.1 主銷后傾角 ................................................................................................208.2 主銷內(nèi)傾角 ................................................................................................218.3 前輪外傾角 ................................................................................................228.4 前輪前束 ....................................................................................................22金陵科技學院學士學位論文 AbstractIIIV結 論 .......................................................................................................................23參考文獻 .................................................................................................................24致 謝 .......................................................................................................................25緒論1緒 論自 十 九 世 紀 末 到 如 今 ， 汽 車 行 業(yè) 發(fā) 展 極 為 迅 速 。 雖 然 汽 車 工 業(yè) 在 發(fā) 展 中 也 曾 遇 到 過 一 些挫折， 但總的來說， 這些挫折也都是其發(fā)展機遇 。 在解決汽車發(fā)展中遇到的問題的同時， 一 些 汽 車 公 司 也 發(fā) 展 了 起 來 ， 比 如 通 用 、 福 特 、 上 汽 、 本 田 等 ， 這 些 公 司 在 各 個 國 家 的 經(jīng) 濟 中 都 占 著 非 常 重 要 的 位 置 。 在 中 國 國 內(nèi) ， 由 于 在 國 家 推 行 一 系 列 有 利 的 產(chǎn) 業(yè) 政 策 ， 并 且 國 家 還 推 行 了 一 些 與 這 些 產(chǎn) 業(yè) 政 策 相 匹 配 的 有 利 的 經(jīng) 濟 政 策 ， 所 以 在 我 國 的 汽 車 數(shù) 量 、 質 量、 技術和能力等方面雖然與國外還有一些的差距， 但相比以前， 已經(jīng)有了非常大的進步。因 為 每 輛 汽 車 都 需 要 轉 向 ， 所 以 在 汽 車 中 ， 汽 車 轉 向 橋 是 非 常 重 要 一 個 部 分 ， 甚 至 轉 向 橋 的 發(fā) 展 都 能 夠 反 映 出 汽 車 工 業(yè) 的 發(fā) 展 。 因 此 轉 向 橋 的 發(fā) 展 水 平 有 時 也 可 以 說 是 衡 量 汽 車這一產(chǎn)業(yè)的總體發(fā)展水平的一項重要標志。目 前 我 國 國 內(nèi) 對 于 汽 車 轉 向 橋 的 研 究 的 狀 況 是 ： 中 、 輕 型 貨 車 的 轉 向 橋 設 計 在 市 場 上 已 經(jīng) 是 非 常 成 熟 的 技 術 ， 并 且 在 生 產(chǎn) 時 也 擁 有 了 非 常 系 列 化 、 標 準 化 的 零 部 件 產(chǎn) 品 ， 因 此 在 短 時 間 之 內(nèi) 不 會 再 比 較 較 大 的 技 術 革 新 ； 重 型 貨 車 因 為 需 要 裝 載 的 物 品 重 量 很 大 ， 所 以 要 求 其 轉 向 性 能 更 好 ， 行 駛 很 穩(wěn) 定 。 國 內(nèi) 的 許 多 廠 家 和 研 究 機 構 將 研 究 重 點 放 在 雙 前 橋 轉 向系統(tǒng)的開發(fā)，并且已經(jīng)有一批成熟的雙前橋重型汽車產(chǎn)品問世。目 前 國 內(nèi) 大 多 數(shù) 廠 家 在 進 行 汽 車 前 橋 設 計 時 ， 都 是 參 考 幾 款 最 成 熟 的 產(chǎn) 品 ， 在 綜 合 分 析各產(chǎn)品的優(yōu)劣勢的基礎上，根據(jù)自身的設計需要開發(fā)類似產(chǎn)品。第 1 章 轉向橋21 轉 向 橋1.1 轉 向 橋 的 定 義顧 名 思 義 ， 轉 向 橋 就 是 指 可 以 讓 汽 車 實 現(xiàn) 轉 向 的 車 橋 。 在 汽 車 轉 向 時 ， 通 常 情 況 下 會 利用轉向橋中的轉向節(jié)，然后使轉向橋兩側的汽車車輪發(fā)生一些角度的偏轉。1.2 轉 向 橋 的 安 裝 形 式一 般 情 況 下 ， 汽 車 的 前 橋 通 常 會 作 為 汽 車 的 轉 向 橋 。 但 是 也 有 一 些 特 殊 情 況 ， 比 如 一 些 轎 車 就 是 用 了 全 四 輪 轉 向 ， 這 樣 做 可 以 提 高 駕 駛 員 操 縱 時 汽 車 的 穩(wěn) 定 性 并 且 會 使 汽 車 有 更 好 地 機 動 性 。 還 有 一 種 多 軸 汽 車 ， 為 了 滿 足 汽 車 對 機 動 性 能 的 需 求 ， 除 了 它 的 前 橋 會 作 為轉向輪，有時該種汽車甚至會用兩根車橋以上，更有甚者所有車橋都會作為轉向橋。就 汽 車 的 布 置 形 式 來 說 ， 一 般 情 況 下 載 貨 汽 車 通 常 是 前 部 放 置 發(fā) 動 機 并 使 用 后 橋 來 驅 動 ， 所 以 這 種 汽 車 的 前 橋 被 用 作 轉 向 ， 被 稱 為 轉 向 從 動 橋 。 大 多 數(shù) 情 況 下 轎 車 會 在 前 部 放 置 發(fā) 動 機 并 使 用 前 橋 來 驅 動 ， 越 野 汽 車 的 所 有 車 橋 都 會 被 用 來 驅 動 ， 因 為 這 兩 種 汽 車 的 前 橋既被用作轉向又被用作驅動，所以這樣的前橋通常被稱為轉向驅動橋。因 為 與 從 動 橋 相 互 匹 配 的 懸 架 在 結 構 上 可 能 是 不 同 的 ， 所 以 從 動 橋 大 體 上 可 分 為 兩 種，分別是非斷開式從動橋與斷開式從動橋。與前者相互匹配的懸架結構是非獨立式的， 這 是 從 動 橋 會 放 在 汽 車 左 、 右 兩 側 從 動 車 輪 處 的 剛 性 整 體 橫 梁 的 位 置 的 上 方 。 當 從 動 橋 作 為 轉 向 橋 使 用 的 時 候 ， 從 動 橋 的 兩 端 會 通 過 轉 向 主 銷 這 一 結 構 與 轉 向 節(jié) 相 連 接 。 而 斷 開 式 從動橋在結構上與之匹配的懸架是獨立式的。第 2 章 轉向橋的結構32 轉 向 橋 的 結 構本設計為東風 EQ1090E 型貨車轉向橋總成的設計， 為非斷開式轉向從動橋 （圖 2-1） 。圖 2-1 非斷開式轉向從動橋1-轉向節(jié)推力軸承；2-轉向節(jié)；3- 調(diào)整墊片； 4-主銷；5-前梁2.1 組 成 轉 向 橋 的 組 成非斷開式轉向從動橋是由許多部件組成的， 其中包括前梁、 轉向節(jié)、 轉向節(jié)推力軸承、 轉向橫拉桿、注銷上下軸承、轉向主銷、輪轂軸承、轉向梯形臂等。1）前梁本次設計要設計的轉向橋是非斷開式轉向從動橋，如圖 2-1 所示。前梁在制造時使用 的 材 料 是 中 碳 鋼 或 者 是 中 碳 合 金 鋼 ， 制 造 方 法 是 模 鍛 法 ， 在 前 梁 的 兩 端 ， 每 端 都 有 被 用 作 安裝主銷的前梁拳部，其形狀是加粗的并且外形像拳形。有時為了增強前梁的抗彎強度， 前 梁 的 中 間 很 長 的 一 段 的 斷 面 會 采 用 工 字 形 斷 面 ， 并 且 這 一 段 和 前 梁 兩 側 部 位 相 比 ， 此 處 會 比 前 梁 兩 側 低 一 定 的 高 度 ， 這 種 方 法 會 使 發(fā) 動 機 的 高 度 降 低 ， 還 會 使 得 傳 動 軸 的 萬 向 節(jié) 部 位 的 夾 角 減 小 以 及 傳 動 系 的 安 裝 位 置 降 低 。 為 了 增 強 前 梁 的 抗 扭 強 度 ， 前 梁 的 兩 端 與 前 梁 的 拳 部 相 互 連 接 的 部 分 的 斷 面 為 方 形 ， 前 梁 的 中 間 一 部 分 和 前 梁 拳 之 間 的 過 渡 部 分 向 下 彎 曲 ， 此 處 的 斷 面 形 狀 是 工 字 形 和 方 形 過 渡 的 形 狀 。 在 前 梁 的 中 間 部 分 的 兩 側 的 加 寬 支 承 面還要被鍛造出來，其作用是支承鋼板彈簧支座。第 2 章 轉向橋的結構42）轉向節(jié) 轉 向 節(jié) 是 整 體 式 結 構 ， 通 常 會 使 用 中 碳 合 金 鋼 作 為 材 料 ， 采 用 模 鍛 的 方 法 來制 造 。 但是也有采用組焊式結構的，使用這種結構的通常是轉向節(jié)過大的某些大型汽車。3）主銷主銷的結構有很多種，如圖 2-2 所示，在這幾種結構中最常用的有兩種，分別是（a） 和（b）中的結構。圖 2-2 主銷的結構型式（a ）圓柱實心型； （b）圓柱空心型； （c）上、下端為直徑不等的圓柱， 中間為椎體的主銷； （d）下部圓柱比上部細的主銷4）轉向節(jié)臂、轉向梯形臂 這兩種部件在制造時使用的材料是中碳鋼或者中碳合金鋼(比如 40、 35Cr、 40CrNi 鋼等 材 料 )， 制 造 的 方 法 是 模 鍛 法 。 在 多 數(shù) 情 況 下 ， 它 們 的 截 面 是 橢 圓 形 的 ， 該 截 面 的 尺 寸 是 隨 著 它 們 的 長 度 變 化 而 變 化 的 ， 這 樣 可 以 就 做 到 使 用 盡 可 能 少 的 材 料 ， 盡 可 能 多 的 增 強 它 們的強度和剛度。5）轉向橫拉桿轉向橫拉桿在制造時應該用無縫鋼管， 這種鋼 管使用的材料是 20 鋼， 30 鋼或 35 鋼等， 并且有著質量小，剛性好等優(yōu)點。轉向橫拉桿的兩端是球形鉸接，他們都是單獨的組件， 在 把 它 們 組 裝 好 之 后 ， 要 把 橫 拉 桿 的 兩 側 端 部 旋 到 該 組 件 客 體 的 螺 紋 上 ， 這 樣 做 會 使 得 橫 拉 桿 的 長 度 可 以 通 過 旋 轉 螺 紋 來 調(diào) 節(jié) ， 方 便 對 前 束 進 行 調(diào) 節(jié) 。 使 用 低 碳 合 金 鋼 （ 如 12CrNi3A，20CrNi，20CrMnTi）作為材料制作的球形鉸接的球銷與襯墊,它們的工作表面 要經(jīng)淬火處理， 淬火方式采用滲碳淬火， 其中滲碳層的深度大約是 1.5～3.0 mm， 此時的表 面硬度大約為 56～63H RC。 球銷 在制造時可以使用 40 或 45 中碳鋼作為材料， 在淬火時可 以 采 用 的 技 術 是 高 頻 淬 火 ， 球 銷 的 過 渡 圓 角 在 制 造 時 采 用 的 工 藝 是 滾 壓 工 藝 ， 球 形 鉸 接 的 殼體在制造時使用的材料是 35 鋼或 40 鋼 。 為 了 提 高 球 頭 的 耐 磨 性 與 襯 墊 的 工 作 表 面 的 耐 磨 性 ， 可 以 采 用 的 方 法 有 ： 采 用 特 殊 工 藝 提 高 耐 磨 性 ， 比 如 離 子 金 屬 噴 鍍 工 藝 ； 在 制 作 襯 墊 的 時 候 選 用 的 材 料 耐 磨 性 要 更 好 。 在 制 造 襯 墊 的 時 候 ， 如 果 在 其 制 造 過 程 中 加 入 一 些 東第 2 章 轉向橋的結構5西（比如說尼龍－二硫化鉬） ，那么這種襯墊在使用時可以不用考慮潤滑。 6）轉向節(jié)推力軸承 轉 向 節(jié) 推 力 軸 承 的 作 用 是 承 受 汽 車 本 身 對 汽 車 的 前 梁 的 作 用 力 。 在 汽 車 行 駛 時 ，為 了減小汽車轉向時的摩擦力， 使汽車轉向時更加輕松， 可以 選用的軸承種類可以為滾動軸承。 當然，我們也可以是用青銅制作的止推墊片。7）主銷上、下軸承 因 為 主 銷 上 、 下 軸 承 在 使 用 時 會 受 到 很 大 的 徑 向 力 ， 所 以 在 這 里 使用 的 軸 承 通 常 為 滑動 軸 承 ， 有 時 也 可 能 會 選 用 滾 針 軸 承 作 為 主 銷 上 、 下 軸 承 。 相 比 于 滑 動 軸 承 ， 使 用 滾 針 軸 承的優(yōu)點有傳動效率高， 在汽車轉向時汽車受到阻力減小， 并且他還 有著更長的使用壽命。8）輪轂軸承 輪 轂 軸 承 通 常 會 采 用 一 對 單 列 圓 錐 滾 子 軸 承 ， 相 對 于 其 它 種 類 的 軸 承 ， 這種 類 型 的 軸承會有較大的剛度， 并且能夠承受住很大的負荷。 在轎車 中因輪轂軸承所受到的負荷較小， 一 般 情 況 下 ， 其 前 輪 轂 軸 承 也 會 用 一 對 單 列 向 心 球 軸 承 或 用 一 個 雙 列 向 心 球 軸 承 ， 這 是 因 為 球 軸 承 一 般 都 會 有 較 高 效 率 ， 能 夠 使 汽 車 滑 行 更 長 的 距 離 。 當 然 ， 轎 車 也 會 有 用 一 個 雙 列圓錐滾子軸承作為輪轂軸承的。9）左、右輪胎螺栓 汽 車 左 、 右 車 輪 的 輪 胎 螺 栓 的 螺 紋 旋 轉 方 向 在 多 數(shù) 情 況 下 都 是 向 右旋 ， 但 是 為 了 不 讓螺 紋 在 使 用 時 出 現(xiàn) 松 動 ， 有 些 汽 車 的 左 側 輪 胎 螺 栓 的 螺 紋 采 用 左 旋 、 右 側 輪 胎 螺 栓 的 螺 紋 采用右旋。2.2 轉 向 橋 結 構 及 其 影 響 因 素非 斷 開 式 轉 向 從 動 橋 由 幾 部 分 組 成 ， 其 中 主 要 有 前 梁 、 轉 向 節(jié) 、 轉 向 節(jié) 推 力 軸 承 及 轉 向主銷等，如圖 2-1 所示。為了讓車輪能夠轉向，通常情況下會利用主銷以及前梁餃節(jié)這 兩 個 結 構 ， 并 且 轉 向 節(jié) 的 兩 端 還 會 分 別 經(jīng) 一 個 輪 轂 軸 承 來 把 著 汽 車 車 輪 的 輪 轂 支 承 著 。 轉 向 節(jié) 臂 通 常 會 安 裝 在 轉 向 橋 左 側 的 轉 向 節(jié) 的 上 耳 位 置 ， 并 且 此 轉 向 節(jié) 臂 會 和 轉 向 直 拉 桿 相 互 連 接 ； 同 時 還 有 轉 向 梯 形 臂 這 一 結 構 安 裝 在 轉 向 節(jié) 的 下 耳 位 置 ， 這 時 的 轉 向 梯 形 臂 會 和 轉 向 橫 拉 桿 這 一 部 件 相 連 接 。 更 有 甚 者 ， 為 了 是 結 構 更 為 簡 單 ， 有 時 還 會 先 把 轉 向 節(jié) 臂 和 轉 向 梯 形 臂 連 接 成 一 個 整 體 ， 然 后 再 把 他 們 安 裝 在 轉 向 節(jié) 的 下 耳 位 置 。 制 動 底 板 會 始 終 緊 緊 地 固定 定 在 轉 向 節(jié) 的 突 緣 面 的 上 面 [1]。 有 時 為 了 不 讓 磨 損 變 大 ， 會 在 青 銅 襯 套 上 制 作 出 潤 滑油槽，并且把襯套壓到轉向節(jié)上面的銷孔之內(nèi)。有時為了使汽車在轉向的時候更輕便， 可 把 安 裝 滾 子 推 力 軸 承 ， 安 裝 的 位 置 在 轉 向 節(jié) 的 下 耳 部 位 和 前 梁 拳 部 之 間 的 位 置 ， 還 可 以 安 裝 調(diào) 整 墊 片 ， 這 次 安 裝 的 位 置 是 在 轉 向 節(jié) 的 上 耳 部 位 與 前 梁 的 拳 部 之 間 ， 其 作 用 是 用 調(diào) 整它們之間的間隙。還有一種楔形鎖銷，它上面帶有螺紋，它的作用是把主銷給固定住， 固定的位置在前梁拳部的孔內(nèi)。在 駕 駛 汽 車 時 ， 因 為 要 使 汽 車 能 夠 在 直 線 行 駛 的 過 程 中 保 持 著 行 駛 穩(wěn) 定 、 在 汽 車 進 行第 2 章 轉向橋的結構6轉 向 的 時 候 更 輕 松 ， 并 且 讓 汽 車 在 進 行 轉 向 之 后 其 前 部 車 輪 方 向 可 以 自 動 回 到 讓 汽 車 可 以 保 持 直 線 行 駛 時 的 方 向 ， 所 以 轉 向 橋 的 主 銷 在 汽 車 的 縱 向 平 面 內(nèi) 要 有 適 當 的 傾 角 ， 并 且 主 銷 在 其 橫 向 平 面 內(nèi) 也 要 有 適 當 的 傾 角 。 在 縱 向 這 一 平 面 之 內(nèi) ， 轉 向 橋 主 銷 上 部 會 向 后 方 有 一定的傾斜，并且這個傾斜會形成一個 γ 角，這個角可以稱為主銷后傾角。在橫向這一平 面之內(nèi)，轉向橋主銷上部會向內(nèi)有一定的傾斜，這個傾斜會形成一個角 β，這個角可以稱 為 主 銷 內(nèi) 傾 角 [2]。因 為 主 銷 后 傾 的 原 因 ， 主 銷 的 軸 線 所 在 直 線 和 路 面 所 在 平 面 相 交 形 成 的 一 個 交 點 會 落 在 輪 胎 與 地 面 相 接 觸 的 部 位 的 中 心 點 的 前 方 ， 這 兩 個 點 之 間 有 一 定 的 距 離 ， 這 個 距 離 被 稱 為 后 傾 拖 距 。 在 直 線 行 駛 中 的 汽 車 ， 如 果 在 不 經(jīng) 意 之 間 受 到 一 個 來 自 外 部 的 力 ， 那 么 此 時 汽 車 的 轉 向 輪 就 會 發(fā) 生 一 些 偏 轉 ， 汽 車 就 不 會 再 繼 續(xù) 直 線 行 駛 而 會 進 行 轉 向 。 汽 車 轉 向 時 會 形 成 一 個 離 心 力 ， 為 了 避 免 側 滑 ， 路 面 會 給 汽 車 車 輪 會 一 個 側 向 反 力 ， 這 個 力 會 使 汽 車 車 輪 產(chǎn) 生 一 個 回 正 力 矩 ， 這 個 力 矩 是 繞 主 銷 旋 轉 的 ， 因 此 汽 車 在 直 線 行 駛 的 時 候 具 穩(wěn) 定 性 非 常 好 。 所 以 這 個 力 矩 又 可 以 稱 為 穩(wěn) 定 力 矩 。 為 了 使 汽 車 轉 向 時 輕 松 一 些 ， 穩(wěn) 定 力 矩 要 小 一 些 ， 如 果 不 這 樣 做 ， 轉 向 時 駕 駛 員 轉 動 方 向 就 會 很 困 難 ， 這 是 因 為 汽 車 在 進 行 轉 向 的 時 候 為 了 平 衡 汽 車 轉 向 時 的 穩(wěn) 定 力 矩 ， 駕 駛 員 需 要 在 方 向 盤 上 有 一 個 與 之 相 匹 配 的 力 。 主 銷 后傾角通常情況下會選取 3°以內(nèi)的角。 通常情況下現(xiàn)代轎車大多采用的輪胎是低壓寬斷面 斜 交 輪 胎 ， 這 種 輪 胎 有 著 非 常 大 的 彈 性 回 正 力 矩 ， 因 此 在 選 擇 主 銷 后 傾 角 時 ， 該 后 傾 角 大 致上就可以再減小一些，減小到接近零也可以，選取時甚至可以取一個負值 [3]。如果選取 輪胎時選取子午線輪胎， 因為這種輪胎的拖距很小 ， 所以 在選后傾角時要選大些的后傾角。主 銷 內(nèi) 傾 也 有 和 后 傾 差 不 多 的 作 用 ， 就 是 讓 在 進 行 直 線 行 駛 汽 車 在 行 進 方 向 上 保 持 穩(wěn) 定 性 并 且 在 汽 車 轉 向 時 也 很 輕 松 。 因 為 主 銷 內(nèi) 傾 的 原 因 ， 主 銷 的 軸 線 所 在 直 線 和 路 面 所 在 平 面 之 間 的 交 點 和 車 輪 中 心 平 面 之 間 有 一 定 的 距 離 ， 這 個 距 離 稱 為 主 銷 偏 移 距 ， 并 且 會 變 小 ， 這 樣 在 行 駛 中 的 汽 車 轉 向 時 駕 駛 員 對 方 向 盤 用 的 力 就 會 變 小 ， 汽 車 轉 向 會 顯 得 輕 松 一 些 ， 與 此 同 時 轉 向 輪 會 還 會 傳 遞 一 定 的 沖 擊 力 到 汽 車 的 方 向 盤 上 ， 此 沖 擊 力 也 會 變 小 。 當 有 主 銷 內(nèi) 傾 的 時 候 ， 與 前 輪 轉 向 同 時 發(fā) 生 的 有 圍 繞 著 主 銷 的 轉 動 ， 還 會 伴 使 汽 車 車 輪 前 軸 以 及 汽 車 前 部 橫 梁 發(fā) 生 移 動 ， 方 向 向 上 。 當 轉 向 結 束 ， 駕 駛 員 松 開 方 向 盤 的 時 候 ， 方 向 盤 中在轉向時儲存的上升位能會釋放出來，從而使汽車的轉向輪自動回到直線行駛的位置， 讓 汽 車 能 夠 再 次 進 行 直 線 上 行 駛 。 主 銷 內(nèi) 傾 角 的 角 度 一 般 上 在 5°～ 8°之 間 ， 并 且 主 銷 偏 移 距的范圍一般上為 30～ 40mm。 輕 型 客 、 貨 車 以 及 裝 載 著 動 力 轉 向 裝 置 的 汽 車 在 一 般 情 況 下 會 選 擇 一 個 比 較 大 的 主 銷 內(nèi) 傾 角 和 一 個 比 較 大 的 主 銷 后 傾 角 ， 這 樣 做 可 以 增 加 這 些 汽 車 在 轉 向 的 時 候 汽 車 轉 向 輪 的 自 動 回 正 性 能 。 在 設 置 主 銷 內(nèi) 傾 角 時 不 要 讓 內(nèi) 傾 角 過 于 大 ， 也 就 是 說 不 要 把 汽 車 的 主 銷 偏 移 距 設 置 的 太 小 ， 否 則 汽 車 的 車 輪 在 汽 車 在 轉 向 過 程 中 會 一 邊 滾 動 還 會 一 般 沿 著 路 面 發(fā) 生 滑 動 ， 因 為 發(fā) 生 滑 動 ， 所 以 汽 車 輪 胎 與 路 面 之 間 的 會 產(chǎn) 生 一 定 的 摩 擦 力 ， 造 成 路 面 對 汽 車 的 摩 擦 阻 力 增 大 ， 汽 車 在 進 行 轉 向 的 時 候 所 需 要 的 力 也 會 增 加 很 多 。 有 時 汽 車 的 左 、 右 前 輪 在 制 動 的 時 候 ， 其 兩 側 的 制 動 力 大 小 不 相 等 ， 這 樣 汽 車 就 會第 2 章 轉向橋的結構7跑 偏 ， 甚 至 會 發(fā) 生 車 禍 ， 所 以 最 近 幾 年 ， 汽 車 市 場 上 就 出 現(xiàn) 了 主 銷 偏 移 距 的 值 為 負 值 的 汽 車。因 為 車 輪 外 傾 ， 所 以 在 安 裝 汽 車 的 轉 向 車 輪 的 時 候 ， 汽 車 的 車 輪 輪 胎 的 中 心 平 面 和 地 面 所 在 平 面 之 間 是 不 互 相 垂 直 的 ， 此 時 汽 車 車 輪 向 外 傾 斜 ， 其 中 心 平 面 向 外 傾 斜 的 一 定 的 角度， 記作 α， 這個角就是車輪外傾角。 一般情況下 α 角的范圍在 0.5°～1.5° 之間， 多數(shù)情 況下會取 1°左 右 。 因 為 在 汽 車 在 裝 很 多 東 西 的 時 候 ， 車 輪 外 傾 可 以 使 汽 車 的 車 輪 不 會 產(chǎn) 生 負 外 傾 （ 即 內(nèi) 傾 ） ， 與 此 同 時 也 可 以 使 車 輪 和 呈 現(xiàn) 拱 形 的 路 面 相 互 適 應 。 如 果 汽 車 的 車 輪 外 傾 那 么 汽 車 的 輪 胎 和 地 面 接 觸 的 地 方 就 會 向 內(nèi) 縮 ， 從 而 導 致 主 銷 偏 移 距 會 變 小 ， 那 么 汽 車在轉向的時候會很輕便并且還會使汽車在制動的時候行駛方向保持穩(wěn)定。前 束 作 為 前 輪 定 位 的 四 項 參 數(shù) 的 最 后 一 項 ， 也 有 著 很 大 的 作 用 。 在 汽 車 行 駛 的 過 程 中 如 果 汽 車 的 車 輪 發(fā) 生 外 傾 ， 那 么 汽 車 的 車 輪 前 端 就 可 能 會 向 外 張 開 ， 這 會 造 成 很 大 的 不 利 影 響 ， 而 前 束 可 以 消 除 這 個 影 響 。 所 以 如 果 想 要 給 汽 車 安 裝 車 輪 ， 就 不 能 要 讓 汽 車 的 兩 個 前輪的中心平面互相平行， 并且還要求汽車的左右前輪的前面輪緣間距離 A 與汽車左右前 輪的后面輪緣間距離 B 相 比 更 小 。 按 照 這 種 標 準 安 裝 車 輪 后 ， 在 汽 車 行 駛 時 車 輪 每 時 每 刻 都 會 向 著 正 前 方 滾 動 的 。 前 束 （ 即 B-A)的 取 值 范 圍 一 般 在 3～5mm 之 間 ， 其 大 小 是 可 以 調(diào) 節(jié) 的 ， 具 體 方 法 是 改 變 轉 向 橫 拉 桿 的 長 度 。 如 果 想 要 對 汽 車 前 束 的 名 義 值 進 行 設 定 ， 就 應 該考慮轉向橋的轉向梯形這一結構中的存在的間隙以及彈性。在 汽 車 在 行 駛 的 時 候 ， 汽 車 轉 向 輪 可 能 會 繞 著 轉 向 橋 主 銷 不 停 地 擺 動 ， 這 一 現(xiàn) 象 通 常 被 稱 為 擺 振 ， 可 能 會 導 致 汽 車 不 可 以 正 常 行 駛 。 所 以 為 了 避 免 發(fā) 生 擺 振 ， 在 一 輛 汽 車 的 設 計、制造、裝配調(diào)整和使用過程中都必須要注意。轉 向 車 輪 有 兩 種 擺 振 的 類 型 ， 分 別 是 自 激 振 動 與 受 迫 振 動 。 轉 向 車 輪 發(fā) 生 自 激 振 動 是 因 為 汽 車 輪 胎 發(fā) 生 側 向 變 形 的 時 候 會 有 一 種 遲 滯 特 性 ， 受 這 一 特 性 影 響 ， 汽 車 車 輪 在 一 個 振 動 周 期 之 中 會 受 到 路 面 對 輪 胎 的 力 ， 這 個 力 會 對 汽 車 系 統(tǒng) 作 正 功 ， 即 汽 車 外 部 會 傳 入 能 量 給 汽 車 內(nèi) 部 。 如 果 外 部 傳 入 汽 車 內(nèi) 部 的 能 量 多 于 汽 車 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 所 消 耗 的 能 量 ， 汽 車 內(nèi) 部 的 系 統(tǒng) 就 會 持 續(xù) 作 增 幅 振 動 ， 等 到 傳 入 汽 車 系 統(tǒng) 的 能 量 與 其 消 耗 的 能 量 達 到 一 種 動 平 衡 的 狀態(tài)時才會停止。 此時車輪就會在一個不變的振幅下持續(xù)不斷保持振動， 這樣就 形成擺振。 這 種 情 況 下 的 振 動 頻 率 在 大 體 上 會 和 該 系 統(tǒng) 原 本 就 有 的 頻 率 相 接 近 而 且 此 時 和 車 輪 此 時 的 轉 速 相 比 并 不 一 致 ， 此 現(xiàn) 象 可 能 會 發(fā) 生 在 一 定 的 車 速 范 圍 之 內(nèi) ， 此 范 圍 比 較 大 。 在 一 般 情 況 下 ， 汽 車 在 較 低 的 車 速 下 行 駛 時 發(fā) 生 的 擺 振 通 常 是 屬 于 自 激 振 動 型 。 這 種 情 況 下 轉 向 輪 發(fā) 生 擺 振 的 頻 率 和 汽 車 車 輪 的 轉 速 相 比 是 一 致 的 ， 這 時 的 共 振 車 速 很 明 顯 ， 共 振 車 速 的 范 圍 可 能 比 較 小 （ 3～ 5km/h)。第 3 章 轉向橋主要零件尺寸8hW =20a3 轉 向 橋 主 要 零 件 尺 寸轉 向 橋 的 前 梁 的 斷 面 形 狀 一 般 是 用 工 字 形 ， 這 種 形 狀 的 前 梁 會 讓 前 梁 具 有 質 量 最 小 的 特 點 ， 而 且 此 時 這 種 前 梁 在 垂 向 平 面 內(nèi) 還 有 很 大 的 剛 度 還 有 很 高 的 強 度 。 該 前 梁 的 工 字 形 斷面上的各個尺寸的值見圖 3-1，在圖中用虛線繪制出的斷面是前梁的當量斷面。圖 3-1 前梁工字型斷面尺寸關系的推薦值該前梁斷面在垂直方向上的彎曲截面系數(shù) Wv 和在水平方向上彎曲截面系數(shù) Wh 用下面的公式可以近似的求出:3v （3-1 ）W =5.5a3（3-2）該式中：a--前梁的工字形斷面的中間一部分的尺寸，見圖 3-1在這次設計之中有時為了可以提前選出轉向橋的前梁在轉向橋板簧座位置處的彎曲 截面系數(shù) Wv，計算時可以用經(jīng)驗公式：Wv =ml / 2200該 式 中 ： m--汽 車 質 量 分 配 在 轉 向 橋 前 梁 上 的 質 量 ， kg；l--前 橋 車 輪 的 中 線 到 板 簧 座 的 中 線 之 間 的 距 離 ， cm；2200--上 式 中 計 算 所 需 的 系 數(shù) ， kg·cm-2。(3-3)從轉向橋設計的任務書給出的初始參數(shù)中可得知該貨車的前輪輪距 B=1810mm ；取 該貨車前橋的簧上質量 m=2360kg ，并且初步選擇的前橋的兩板簧座的中心之間的距離 s=880mm ，所以可以求出：l=(1810-880)/2 =465mm把 數(shù) 據(jù) 代 入 公 式 （ 3-3)之 中 ， 可 以 求 得 ：3 3Wv =2360 ??46.5/2200 =48.88cm =49880mm再把數(shù)據(jù)代入公式（3-1）之中，可以求出:3 3Wv =20a =49880mm根據(jù)上面兩個公式可以求出： a=13.56mm ，所以 a=l5mm ,故第 3 章 轉向橋主要零件尺寸93 3Wv =20a =67500mm3 3Wh =5.5a =18562.5mm轉 向 橋 前 梁 的 拳 部 在 高 度 上 和 轉 向 橋 前 梁 的 工 字 形 斷 面 的 高 度 基 本 上 差 不 多 ， 在 選 擇 主 銷 的 直 徑 時 ， 其 值 的 選 取 范 圍 為 轉 向 橋 前 梁 的 拳 部 高 度 的 0.35～0.45 倍 。 主 銷 的 上 、 下 兩處的滾動軸承的長度在選取時的范圍是主銷直徑的 1.25～1.50 倍。這次設計是東風 EQ1090E 型貨車轉向橋總成的設計，其中的一部分參數(shù)是： 汽車的前軸軸荷：2360kg；整 輛 汽 車 質 心 高 度 ： 845mm； 前 輪 的 滾 動 半 徑 ： 229mm。這 次 設 計 的 計 算 主 要 有 前 梁 的 應 力 、 轉 向 節(jié) 的 應 力 、 主 銷 與 轉 向 節(jié) 襯 套 的 應 力 、 轉 向 節(jié) 推 力 軸 承 和 止 推 墊 片 的 應 力 ， 這 些 部 件 的 計 算 都 分 為 制 動 和 側 滑 兩 種 工 況 。 在 繪 制 下 列 計 算 時 需 要 使 用 簡 圖 的 時 候 可 以 大 體 上 認 為 車 輪 的 各 個 定 位 角 大 小 為 零 ， 所 繪 制 的 圖 如 圖（3-2） :圖 3-2 轉向橋在制動和側滑工況下得受力分析簡圖（a ）在制動工況下的轉向橋的彎矩圖和轉矩圖； （b）在側滑工況下轉向橋的彎矩圖第 4 章 非斷開式轉向從動橋前梁應力計算102 1 w4 非 斷 開 式 轉 向 從 動 橋 前 梁 應 力 計 算4.1 前 梁 在 制 動 工 況 下 的 應 力 計 算在汽車進行制動時候， 前輪會受到一個制動力 Pr 和一 個垂向力 Z1， 并且會 把這兩個力 傳 到 前 梁 上 ， 這 樣 就 會 使 前 梁 受 到 轉 矩 和 彎 矩 的 作 用 。 又 因 為 汽 車 在 制 動 的 時 候 汽 車 的 總 體 質 量 可 能 會 向 前 方 移 動 使 前 輪 受 到 更 大 的 載 荷 ， 所 以 地 面 對 汽 車 前 輪 的 力 即 垂 向 反 力 也 會變大，可用下面的公式計算：Z1 =G1m1'/2=23600 ??1.5/2 =17700N (4-1)該 式 中 ： G1--在 汽 車 處 于 滿 載 的 狀 況 下 停 放 在 水 平 路 面 上 時 汽 車 前 橋 對 地 面 的 載 荷 ；m1?--在 汽 車 處 于 制 動 工 況 下 其 對 前 橋 的 質 量 轉 移 系 數(shù) ， 該 系 數(shù) 范 圍 為 1.4～1.7。 汽車前輪在制動時收到的制動力用下面的公式可求出：Pr =Z1φ=17700 ??1.0 =17700N (4-2）該 式 中 ： φ--汽 車 的 車 輪 輪 胎 和 路 面 之 間 的 附 著 系 數(shù) 。作用在前梁的其中一個力 Z1 會 在 前 梁 上 引 起 一 個 垂 向 彎 矩 Mv， 并 且 另 一 個 力 Pr 會 在 前梁上引起一個水平彎矩 Mh， 這兩 個彎矩在前梁上的兩個鋼板彈簧座之間的某個位置會達 最大值，這兩個彎矩可分別計算出來：M v = ?Z1 -gw ? l =(Z -g B-S =2 (17700-980) 1810-880 =7774800N·mm (4-3)2M =Pl =Z B-S =17700 ??1810-880 =8230500N·mm (4-4)h r 2 1 2 2該 式 中 ： l2--前 輪 的 輪 胎 中 線 至 與 其 接 近 的 板 簧 座 中 線 之 間 的 距 離 ， mm；gw--汽 車 車 輪 （ 其 中 包 括 輪 轂 、 制 動 器 等 結 構 ） 的 重 力 ， N； B--汽 車 的 前 輪 輪 距 ， mm；S--前 橋 上 兩 個 板 簧 座 的 中 線 之 間 的 距 離 ， mm。因 為 在 制 動 時 ， 存 在 著 制 動 力 Pr， 所 以 在 前 梁 上 主 銷 孔 和 鋼 板 與 何 其 相 近 的 彈 簧 座 之 間的位置會有一個轉矩 T， 計 算 為 :T =Pr rr =17700 ??229 =4053300N·mm (4-5)該 式 中 ： rr--汽 車 在 行 駛 時 輪 胎 的 滾 動 半 徑 。從圖 3-2 中 的 a 部分可以看出，前梁的危險斷面在前梁上的鋼板彈簧座附近。這個位 置的彎曲應力 σw 以及扭轉應力 τ 分別可以用下面的公式求出：σ = Mv +w WvMh =Wh7774800 + 823050067500 18562.5 =558.58MPa (4-6))第 4 章 非斷開式轉向從動橋前梁應力計算11τ = T =WTTJk / δmax= 4053300 =385.34MPa (4-7)10518.75該 式 中 ： WT--轉 向 橋 前 梁 在 其 危 險 斷 面 的 位 置 處 的 扭 轉 截 面 系 數(shù) ， mm；σmax--轉 向 橋 前 梁 的 橫 斷 面 中 的 最 厚 的 地 方 的 厚 度 ， mm；Jk--轉向橋 前梁橫截面位置處的極慣性矩， 對于橫斷面為工字形的斷面 。 Jk 的計算公式為： J =0.4? hδ3mm4h--前 梁 的 工 字 形 斷 面 ， 其 矩 形 元 素 的 比 較 長 的 一 條 邊 的 長 度 ， mm； δ--前 梁 的 工 字 形 斷 面 ， 其 矩 形 元 素 的 比 較 短 的 一 條 邊 的 長 度 ， mm。在前梁上各個應力的許用值為分別為 [σ ]=558.58MPa ； [τ]=385.34MPa 。前梁在制造時使用中碳鋼或者中碳合金鋼作為材料都可以，比如 45， 30Cr,40Cr 等， 前梁的硬度應該在 241～ 285HB 這個范圍。4.2 前 梁 在 側 滑 工 況 下 的 應 力 計 算如 果 汽 車 在 行 駛 時 只 受 到 側 向 力 的 作 用 ， 那 么 汽 車 左 、 右 連 個 前 輪 受 到 地 面 對 車 輪 的 垂向反力 Z1L、 Z1R 就 不 會 相 等 ， 不 僅 如 此 ， 其 側 向 反 力 Y1L、 Y1R 也 不 會 相 等 ， 所 以 可 以 用 下面的公式計算出前輪受到的來自地面的反力，計算過程如下：Z1L= G1（ 1+ 22hgφ1 )=B123600 ?（ 1+ 2 ??845 ??1.02 1810） =22817.68N (4-8)Z1R= G1（ 1- 22hgφ1 )=B123600 ?（ 1- 2 ??845 ??1.02 1810） =782.32N (4-9)Y = G1（ 1+ 2hgφ1 )φ = 23600 ?（ 1+ 2 ??845 ??1.0 ） ??1.0 =22817.68N (4-10)1L 12 B1 2 1810G 2hg φ1Y = 1（ 1- )φ = 23600 ?（ 1- 2 ??845 ??1.0 ） ??1.0 =782.32N (4-11)1R 2 1 2 1810該 式 中 ： G1--當 汽 車 靜 止 在 水 平 路 面 上 的 時 候 ， 汽 車 前 橋 所 受 到 的 負 荷 ， N；B1--汽 車 前 橋 的 兩 輪 之 間 的 輪 距 ， mm； hg--整 輛 汽 車 的 質 心 高 度 ， mm；φ1--汽 車 輪 胎 和 路 面 之 間 在 側 方 向 的 附 著 系 數(shù) 。 一 般 情 況 下 φ1 = 1.0 。 行 駛 中 的 汽車 如 果 發(fā) 生 側 滑 ， 前 橋 上 的 左 、 右 兩 側 的 鋼 板 彈 簧 在 垂 直 方 向 上 對 前 梁 各有一個作用力，通過計算可得出：T1L =0.5G1'+G1φ1 (hg -rr ')/S=0.5 ??23600+23600 ??1.0 ??(845-200)/880=29097.7NT1L =0.5G1'-G1φ1 (hg -rr ')/S=0.5 ??23600-23600 ??1.0 ??(845-200)/880=29097.7N該 式 中 ： G1?--在