【畢業(yè)論文】汽車前橋的設(shè)計(jì)【2014年汽車機(jī)械專業(yè)答辯資料】

摘 要 中國改革開放以來，在農(nóng)村實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)空前活躍。農(nóng)村的貨運(yùn)量和人口流動(dòng)量急劇增加，加快了運(yùn)輸機(jī)械化成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，隨之小型載貨汽車也就應(yīng)運(yùn)而生，而前橋作為汽車上一個(gè)重要的零部件，也顯得尤為重要。前橋一般位于汽車的前部，也稱轉(zhuǎn)向橋或駕駛橋。是通過懸架與車架相連，用以承受地面與車架之間的垂直載荷外，還承受制動(dòng)力和側(cè)向力以及這些力構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運(yùn)動(dòng)。在汽車使用中，轉(zhuǎn)向橋的受力情況比較復(fù)雜，因此應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。如何保證轉(zhuǎn)向車輪的正確定位角度，轉(zhuǎn)向 橋有足夠的剛度，使操縱輕便并減輕輪胎的磨耗、汽車能快速平穩(wěn)的行駛，就是一個(gè)重要問題。于是就有了本課題的研究和設(shè)計(jì)。本文首先對(duì)汽車前橋的發(fā)展歷史做了相關(guān)描述，然后小型載貨汽車的特點(diǎn)及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了相關(guān)的描述，詳細(xì)分析了前橋的組成和各部件的作用，之后對(duì)轉(zhuǎn)向前橋做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要計(jì)算了前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)等在制動(dòng)和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。本次設(shè)計(jì)的繪圖均由 CAD繪圖完成。 關(guān)鍵字 ： 汽車 ； 前橋 ； 前梁 ； 轉(zhuǎn)向節(jié) Abstract The implementation of the reform of the household contract responsibility system in rural China since the reform and opening up, the rural economy is more active than ever. The dramatic increase in the volume of cargo in rural areas and population flows, speed up the transport mechanization become an urgent need for rural economic development, also came into being along with a small truck, the front axle as an important vehicle parts, especially important. The front axle is generally located in front of the car, also known as the steering axle or driving bridge. Is connected to the suspension and the frame to withstand the vertical loads between the ground and the frame, but also to withstand the braking force and lateral force and torque of these forces constitutes, and ensure the correct movement of steering rotation. The use of the car, the steering axle by more complex and therefore should be of sufficient strength. How to ensure the correct positioning of the angle of the steering wheel, steering axle have enough stiffness to make the manipulation of light and reduce tire wear, the car can be fast and smooth driving is an important issue. So there will be the subject of research and design. This paper first described the history of the development of the car before the bridge, then the characteristics of the small truck and the current development at home and abroad are described in the detailed analysis of the composition of the front axle and the role of the various components of the steering bridge to do the detailed design calculations, the main calculation of the first beam, knuckle and other conditions of work in both braking and skidding stress. The design of the graphics are completed by the CAD drawing. Keywords: car； front axle； beam steering； knuckle 全套 資料 ， Q 扣 414951605 目 錄 1、 緒論 . 1 1.1 汽車前橋的發(fā)展簡史 . 1 1.2 課題的研究現(xiàn)狀 . 1 1.3 前橋的作用與組成 . 1 1.4 前橋的設(shè)計(jì)步驟 . 2 1.4.1 前橋的結(jié)構(gòu)形式 . 2 1.4.2 前橋設(shè)計(jì) . 2 2、 前橋的概述和設(shè)計(jì)要求 . 2 2.1 前橋簡介 . 2 2.2 前橋的基本參數(shù) . 2 2.3 前橋的設(shè)計(jì)要求 . 3 2.3.1 設(shè)計(jì)要求 . 3 2.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù) . 3 3、 前橋的結(jié)構(gòu) . 4 3.1 前橋的結(jié)構(gòu)概述 . 4 3.2 前橋的選擇 . 5 3.3 整車參數(shù) . 5 4、 汽車前橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 6 4.1 前橋在不同工作條件下的受力分析 . 6 4.1.1 汽車在制動(dòng)時(shí)前梁的應(yīng)力計(jì)算 . . .7 4.1.2 汽車在側(cè)滑時(shí)前梁的應(yīng)力計(jì)算 . 9 4.2 轉(zhuǎn)向節(jié)在受力分析 . 10 4.2.1 汽車在制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算 . 10 4.2.2 汽車在側(cè)滑時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算 .11 4.3 其他零部件的選用 .11 5、 結(jié)論 . 12 6、 參考文獻(xiàn) . 13 7、 致 謝 . 14 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 汽車前橋的發(fā)展簡史 100 多年前，汽車剛剛誕生初期，其轉(zhuǎn)向操縱是仿照馬車和自行車的轉(zhuǎn)向方式，即用一個(gè)操縱桿或手柄來使前輪偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。由于操縱費(fèi)力且不可靠，以至于時(shí)常發(fā)生車毀人亡的事故。第一輛不用馬拉的四輪車問世時(shí)，已經(jīng)把前橋和前輪組成一個(gè)總成，此總成安裝在曲軸上，可以繞前橋的中心的一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用一個(gè)桿柱 ,連接前橋的重點(diǎn)，通過地板往上延伸，方向盤就緊固在桿柱上端，以此操縱汽車。這種裝置在汽車車速不超過馬車的速度時(shí)，還是很好使的，但當(dāng)車速提高后，駕駛員就要求提高轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確性，以減少輪胎的磨損，提高輪胎的使用壽命。 1817年，德國人林肯斯潘杰提出類似于現(xiàn)代汽車、將前輪用轉(zhuǎn)向節(jié)與前梁連接的方式，他研制了一種允許汽車前輪在主軸上獨(dú)立回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，這就是把車輪與轉(zhuǎn)向節(jié)連接起來，轉(zhuǎn)向 節(jié)又用可轉(zhuǎn)動(dòng)的銷軸與前軸連接，從而發(fā)明了現(xiàn)代轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。 1.2 課題的研究現(xiàn)狀 中國改革開放以來，在農(nóng)村實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)空前活躍。農(nóng)村的貨運(yùn)量和人口流動(dòng)量急劇增加，加快了運(yùn)輸機(jī)械化成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，也正是這一市場的需要使具有中國特色的運(yùn)輸機(jī)械 小型載貨汽車的應(yīng)運(yùn)而生。它解決了農(nóng)村運(yùn)輸?shù)募毙?，填補(bǔ)了村際、鄉(xiāng)際，城鎮(zhèn)及城鄉(xiāng)結(jié)合部運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的空白，活躍了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，為農(nóng)村富裕勞動(dòng)力找了一條出路，從而使數(shù)以萬計(jì)的農(nóng)民走上了小康之路。 小型載貨汽車制造工藝簡單，價(jià)格便宜，購車農(nóng)戶 一般在一年左右就可收回成本。另外，公路的快速建設(shè)也促進(jìn)了小型載貨汽車的發(fā)展，目前全國 98%的鄉(xiāng)村都通上了公路，使得全國小型載貨汽車有了用武之地。 我們要開發(fā)的小型載貨汽車要多進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品新穎化，品種多樣化以適應(yīng)多種需要。在小型載貨汽車的設(shè)計(jì)中，如何在復(fù)雜的路況下保證汽車能快速平穩(wěn)的行駛，就是一個(gè)重要問題。于是就有了本課題的研究和設(shè)計(jì)。 1.3 前橋的作用與組成 汽車前橋是行駛系統(tǒng)的重要組成部分，它通過懸架與車架相連，兩端安裝汽車的轉(zhuǎn)向車輪，用于支持車架并傳遞車輪與車架之間的各種作用力，并驅(qū)使轉(zhuǎn) 向節(jié)的擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。利用鉸鏈裝置使車輪偏轉(zhuǎn)一定角度，以實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的車橋稱為轉(zhuǎn)向橋，一般汽車都以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，本題前橋即為轉(zhuǎn)向橋。轉(zhuǎn)向橋不僅能使裝在前端的左右車輪偏轉(zhuǎn)中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 一定的角度來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，還應(yīng)能承受垂直載荷和由道路、制動(dòng)等力產(chǎn)生的縱向力和側(cè)向力以及這些力所形成的力矩。因此，轉(zhuǎn)向橋必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。車輪轉(zhuǎn)向過程中內(nèi)部件之間摩擦力應(yīng)該盡可能小，并且保證汽車轉(zhuǎn)向輕便和方向的穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)向橋一般由前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂，轉(zhuǎn)向節(jié)主銷及輪轂組成。 1.4 前橋的設(shè)計(jì)步驟 1.4.1 前橋的結(jié)構(gòu)形式 前橋 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。小型載貨汽車要求價(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。 1.4.2 前橋設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向前橋主要零件尺寸的確定，前梁、無縫鋼管型斷面，可采用常規(guī)設(shè)計(jì)。 零件工作應(yīng)力計(jì)算 :制動(dòng)時(shí)前梁應(yīng)力計(jì)算；最大側(cè)壓力的情況下的應(yīng)力計(jì)算；其他零件的選用。 2、前橋的概述和設(shè)計(jì)要求 2.1 前橋簡介 前橋一般位于汽車的前部，也稱轉(zhuǎn)向橋或駕駛橋。是通過懸架與車架相連，用以承受地面與車架之間的垂直載荷外，還承受制動(dòng)力和側(cè)向力以及這些力構(gòu)成的力 矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運(yùn)動(dòng)。在汽車使用中，轉(zhuǎn)向橋的受力情況比較復(fù)雜，因此應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。為保證轉(zhuǎn)向車輪的正確定位角度，使操縱輕便并減輕輪胎的磨耗，轉(zhuǎn)向橋也應(yīng)有足夠的剛度。此外，還應(yīng)盡量減輕轉(zhuǎn)向橋的重量。 前橋承受汽車的前部重量，把汽車的前進(jìn)推力從車架傳給車輪，并與轉(zhuǎn)向裝置的有關(guān)機(jī)件作關(guān)節(jié)式的聯(lián)系，實(shí)施汽車的轉(zhuǎn)向。越野汽車的前橋同時(shí)還承擔(dān)著與驅(qū)動(dòng)后橋同樣的驅(qū)動(dòng)任務(wù)。一般載貨汽車采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋。 2.2 前橋的基本參數(shù) 主銷后傾角：為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，前橋的主銷在汽車的縱向和橫向平面內(nèi)都有一定的傾角。在縱向平面內(nèi)，中國地質(zhì)大 學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 主銷上部向后傾斜一個(gè)角，稱為后傾角。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)直線行駛時(shí)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。此力矩稱為穩(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，需要在 方向盤上施加更大的力，導(dǎo)致方向盤沉重。后傾角通常在 3以內(nèi)。 主銷內(nèi)傾角：在橫向平面內(nèi)，主銷上部響內(nèi)傾斜一個(gè)角，稱為主銷內(nèi)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)，而且伴隨車輪軸及前橫梁向上的移動(dòng)，當(dāng)松開方向盤時(shí)，所儲(chǔ)存的上升位能能使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正，保證汽車作直線行駛。內(nèi)傾角一般為 5 8；主銷偏移距一般為 3040mm?？蛙?、輕型貨車可選較大的主銷內(nèi)傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的回正能力。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)向變得沉重。 車輪外傾角：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，這個(gè)角度稱為車輪外傾角。這個(gè)角一般為 5 1.5，一般為 1左右。它可以避免汽車載重時(shí)車輪產(chǎn)生內(nèi)傾，同時(shí)也和弓形的路面相適應(yīng)。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：前輪安裝后，兩前輪的旋轉(zhuǎn)平面不平行，前端略向內(nèi)束，稱為前束。兩輪前端距離小于后端距離，其差值是前束值，一般在 1 12mm之間。前束的作用是為了消除汽車在行駛中因車輪外傾導(dǎo)致的車輪前端向外張開的不利影響，消除因前輪外傾使汽車行駛時(shí)向外張開的趨勢，減少輪胎磨損和燃料消耗。 2.3 前橋的設(shè)計(jì)要求 2.3.1 設(shè)計(jì)要求 保證有足夠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。 保證有足夠的剛度，以使車輪定位參數(shù)不變。 保證轉(zhuǎn)向輪有正確的定位角度，以使轉(zhuǎn) 向輪運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的摩擦。 轉(zhuǎn)向橋的質(zhì)量盡量小，以減輕非簧上質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。 2.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù) 載重質(zhì)量 1500kg，汽車總質(zhì)量 2500kg 貨箱尺寸 3300*1600*360 前輪為單輪胎，后輪為雙輪胎 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn) 3、前橋的結(jié)構(gòu) 3.1 前橋的結(jié)構(gòu)概述 用前橋轉(zhuǎn)向時(shí)當(dāng)今汽車的基本趨勢。從動(dòng)轉(zhuǎn)向橋的基本結(jié)構(gòu)主要由前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)和輪轂三部分組成。 前軸：前橋的主要零件的結(jié)構(gòu)形式：前軸是前橋的主體，按其整體形狀可分為直式和中部下沉式兩種。直式前軸由于鍛造工藝簡單，在汽車總布置允許的情況下可以采用。中部下沉式前軸可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置，從而降低汽車的重心，有利于提高汽車行駛穩(wěn)定性，并可降低駕駛室的高度，減小迎風(fēng)的面積，改善汽 車的空氣動(dòng)力性，對(duì)長頭式駕駛室汽車又可加寬駕駛員視野。因此，中部下沉式前軸得到最廣泛的應(yīng)用。 中部下沉式前軸按其截面形狀及制造工藝又可分為工字形斷面和圓管形斷面兩種。工字形斷面多用 45 號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼整體鍛造，其抗彎強(qiáng)度高，自重小，但鍛造工藝復(fù)雜，需要大型鍛造設(shè)備，多為大型制造廠采用。圓管形斷面的前軸中部采用無縫鋼管，兩端焊有拳形主銷支座。這種前軸取材方便，不需要大型鍛造設(shè)備，適用于中小型汽車制造廠。前軸材料多用 35、 40、 45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼或用 30Cr、 40Cr剛制造，在鍛造和回火后，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。 轉(zhuǎn)向節(jié)： 轉(zhuǎn)向節(jié)俗稱羊角，它通過主銷將前軸與車輪相連接，并驅(qū)使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向節(jié)由固定制動(dòng)器底板的凸緣和支撐輪轂的指軸構(gòu)成。轉(zhuǎn)向節(jié)一般由三種結(jié)構(gòu)型式，即整體煅造式、焊接式和螺栓連接式。轉(zhuǎn)向節(jié)材料為中碳合金鋼，并經(jīng)模鍛和熱處理。 轉(zhuǎn)向節(jié)主銷：轉(zhuǎn)向節(jié)主銷俗稱大王針，有空心和實(shí)心兩種。轉(zhuǎn)向節(jié)主銷承受強(qiáng)烈的沖擊載荷，它要求具有很高的表面硬度和耐磨性，且要求心部具有一定的韌性。轉(zhuǎn)向節(jié)主銷多用 20Cr和 20CrMnTi 制造，也有用 20MnVB、 20MnTiB剛制造，經(jīng)過滲碳處理。主銷的幾種結(jié)構(gòu)型式如下圖所示，其中比較 常用的是前兩種，即圓柱實(shí)心型和圓柱空心型兩種。 圖 1 主銷的類型 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 轉(zhuǎn)向節(jié)主銷襯套：轉(zhuǎn)向節(jié)主銷襯套工作條件惡劣，負(fù)荷較大。多用耐沖擊、耐磨損的青銅或鐵基粉末冶金制造，也有剛 -塑襯套卷制而成。 轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承：汽車轉(zhuǎn)向節(jié)銷止推軸承是安裝在前橋轉(zhuǎn)向節(jié)部位的重要零件，它既要承載著車身的重力，又要保證前輪轉(zhuǎn)向的靈活平穩(wěn)。由于汽車是在不同的路面上行駛，各種顛簸所形成的沖擊力都要作用在軸承上，所以要求軸承具有很高的額定靜負(fù)荷能力。目前主要的止推軸承主要有 圓柱滾子軸承、單列圓錐滾子軸承、推力球軸承、推力圓錐滾子軸承四 大類。 前輪輪轂：輪轂通過兩個(gè)圓錐滾子軸承支撐在轉(zhuǎn)向節(jié)軸上，軸承的松緊度可由調(diào)整螺母進(jìn)行調(diào)整，并用鎖緊裝置鎖緊。為防止?jié)櫥M(jìn)入制動(dòng)鼓內(nèi)，輪轂內(nèi)側(cè)裝有雙外刃油封和擋油盤。輪轂外端面用軸頭蓋封住，以防止泥沙侵入。目前，輪轂多用可鍛鑄鐵 KT35-10制造?？慑戣T鐵有較高強(qiáng)度、塑性和韌性，可滿足汽車輪轂的工作條件。也有采用球墨鑄鐵和碳素鋼鑄造，經(jīng)滲碳處理。 3.2 前橋的選擇 轉(zhuǎn)向前橋有斷開式和非斷開式兩種，非斷開式結(jié)構(gòu)簡單，承載能力較大，成本較低，在現(xiàn)代汽車上得到廣泛應(yīng)用，因此本設(shè)計(jì)就采用非斷開式前橋。 前橋結(jié) 構(gòu)形式：無縫鋼管的中間部分和模鍛成型的兩端拳形部分組焊而成 轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)：整體鍛造式 注銷結(jié)構(gòu)：圓柱實(shí)心主銷 轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承結(jié)構(gòu)：調(diào)心球軸承 3.3 整車參數(shù) 汽車總質(zhì)量 M （ kg） :2500 前橋軸載重量 1G (N):8500 汽車質(zhì)心至前橋中心線距離 1L (mm):1800 汽車質(zhì)心至后軸中心線距離 2L (mm):1000 軸距 L (mm):2800 前輪距 B (mm):1350 前鋼板彈簧座中心距 s (mm):650 主銷中心距 1B (mm):1200 汽車質(zhì)心高度gh(mm):850 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 車輪滾動(dòng)半徑 r (mm):350 主銷內(nèi)傾角 : 6 主銷 后傾角 : 2 前輪外傾角 : 1 前輪前束 (mm): 2 4、汽車前橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 轉(zhuǎn)向前橋的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是計(jì)算前橋、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、主銷上下軸承、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)刻忽略車輪的定位角，即認(rèn)為主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角均為 0，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)。 4.1 前橋在不同工作條件下的受力分析 前橋的受力彎矩圖 圖 2 前橋的受力彎矩圖 1 為制動(dòng)工況下的彎矩圖 2 為側(cè)滑工況下的彎矩圖 1Z 、 LZ1 、 RZ2 用在前橋左、右車輪上的鉛直反力（垂直路面） 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 rP 作用在前橋左、右車輪上的制動(dòng)力（垂直前橋，貼于路面） LY1 、 RY1 作用在前橋左、右車輪上的側(cè)向力（平行前橋，貼于路面） 1G 前橋滿載靜負(fù)荷 (本車為 8500N) r 前車輪輪胎滾動(dòng)半徑（本車 350mm） gh 車輪滿載重心高度（本車 850mm） B 前輪距（本車 1350mm） S 前橋兩板簧座中心距（本車 650） 1B 兩轉(zhuǎn)向節(jié)銷孔中心線與轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸中心線交點(diǎn)間的距離（ 本車 1200mm) 4.1.1 制動(dòng)時(shí)前梁應(yīng)力計(jì)算 制動(dòng)時(shí)前輪承受的制動(dòng)力tP和垂直力 1Z 傳給前橋，使前橋承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。此時(shí)制動(dòng)力tP最大，側(cè)向力 LY1 、 RY1 為 0。 制動(dòng)時(shí)汽車質(zhì)量向前橋轉(zhuǎn)移，則前輪所承受的地面垂向反力為 1Z =21G 1m （公式 1） 1G 汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷， 1m 汽車制動(dòng)時(shí)對(duì)前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，由汽車構(gòu)造，可取 1.41.7，此處取 1.5，質(zhì)量分配到前橋 35%。 1Z =6375N 前輪所承受的制動(dòng)力 tP= 1Z =3825N （公式 2） 由汽車設(shè)計(jì)查的 ， 輪胎與地面的附著系數(shù)取 0.6 1Z 和 tP 對(duì)前梁引起的垂向彎矩 VM 和水平方向的彎矩 hM 在兩鋼板彈簧座之間達(dá)到最大值，分別為： VM=( 1Z -wg)2l （公式 3） hM=tP 2l （公式 4） 其中， 2l = 2/)( SB ，見圖 4-1， 圖中 1l =(B - 1B )/2 wg-車輪所受的重力， N，取wg=900N 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 則VM=1916250 Nmm hM=1338750 Nmm 制動(dòng)力tP還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩 T TtP r Nmm T=1338750 Nmm 前梁在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)截面處的彎曲應(yīng)力 w 和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 分別為： w=總M W/ =（ 2VM+ 2hM+ 2T ） 2/1 W/ （公式 5） /T TW （公式 6） 其中 ，VM是鉛直反力 LZ1 在垂直平面內(nèi)的彎矩；hM為制動(dòng)力tP在水平面內(nèi)的彎矩；W為前梁彎曲截面系數(shù)， W ( 3D - 3d )/32 （公式 7） 設(shè)計(jì)中為預(yù)選前梁在板簧座處的彎曲截面系數(shù)VW( 3mm ),可采用經(jīng)驗(yàn)公式 VW=ml /2200 （公式 8） 其中， m為作用在前梁上的板簧上的質(zhì)量（ kg）， l為車輪中線到板簧座中線間的距離（ cm）， m=74%M， l=2l 所以VW=29432 3mm ， 對(duì)于圓形截面 W 3D /32 （公式 9） 則可初步預(yù)算出 D=67mm，取 D=70， d=50mm。 W ( 3D - 3d )/32 ， TW 3D (1- 4 ) 則 W =12470 3mm ， TW =30999 3mm ， 代入公式（ 5） 和公式（ 6）可得，板簧座處彎曲應(yīng)力 =216MPa， =43.2MPa（危險(xiǎn)截面為圓面）， 前軸可采用 40Cr制造，硬度為 HB241-285，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可查得 w=355MPa； =200MPa。 經(jīng)校核，強(qiáng)度符合強(qiáng)度要求，故選取尺寸為 D=70mm， d=50mm的無縫鋼管可符合要求。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 4.1.2 汽車 在側(cè)滑時(shí)前梁的應(yīng)力計(jì)算 設(shè)汽車高速行駛時(shí)，急速右轉(zhuǎn)彎。 確定側(cè)向滑移附著系數(shù)： 在側(cè)滑的臨界狀態(tài)下，即在最大側(cè)向力時(shí)，橫向反作用力等于離心力高F，并達(dá)到最大值 高F= 1G 2V /gR （公式 10） 最大側(cè)向力 ： maxY= 1G 1 （公式 11） 為保證汽車不會(huì)橫向翻車，須使清V翻V， 則有1g RghgRB 2/， 1 2/Bgh， 即 1 0.79，取 1 為 0.65 。 汽車承受最大側(cè)向力時(shí)無縱向力的作用，此時(shí)前梁僅受彎矩的作用。左、右前輪承受的地面垂直反作用力和橫向側(cè)向反力各不相同， 左、右前輪承受的地面垂直反作用力： LZ1 = 1G 2/ )/21(1 Bh g （公式 12） RZ1 = 1G 2/ )/21(1 Bh g （公式 13） 得， LZ1 =7728.7N ； RZ1 =771.3N 所承受的方向向右的橫向側(cè)向反力： LY1 = 1G 2/ )/21(1 Bh g 1 （公式 14） RY1 = 1G 2/ )/21(1 Bh g 1 （公式 15） 得， LY1 =5023.7N ； RY1 =501.3N 此時(shí)， LY1 ， RY1 向右作用。 汽車向左側(cè)滑時(shí)，由彎矩圖可見，最大彎矩出現(xiàn)在側(cè)滑方向一側(cè)拳部的主銷孔處和另一側(cè)的板簧座處，則有 1M = LZ1 1l - LY1 rr 2M = RZ1 2l - RY1 rr 得， 1M =-1178642.5 Nmm ； 2M =94500 Nmm 彎曲應(yīng)力分別為： 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 1 = 1M W/ 2 = 2M W/ 得， 1 =94.5MPa ； 2 =7.6MPa 又有 W=355MPa； =200MPa。 所以符合強(qiáng)度要求。 4.2 轉(zhuǎn)向節(jié)在受力分析 圖 3 轉(zhuǎn)向節(jié)受力分析 由圖可知，轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)截面在軸徑為 1d 的輪軸根部，即 -處。 由汽車前橋及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)與維修可了解，轉(zhuǎn)向節(jié)多采用 40cr 經(jīng)淬火制造，輪 軸根部的圓角滾壓處理，許用彎曲應(yīng)力為 =550MPa。 4.2.1 汽車在制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算 轉(zhuǎn)向節(jié)在 -處僅受垂向彎矩VM和水平彎矩hM，制動(dòng)力矩直接由制動(dòng)底板傳給轉(zhuǎn)向節(jié)的安裝平面。 VM=( 1Z -wg)* 3l （公式 16） hM=P 3l= 1Z 3l （公式 17） W 31d /32 其中， 1d 為轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑，取為 45mm，3l如圖所示，取為 30mm 得，VM=164250 Nmm ； hM=114750 Nmm ； 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 W 8947.3 3mm 合成彎曲應(yīng)力 =( 2VM+ 2hM) 2/1 W/ （公式 18） 得， =22.4MPa ，所以符合要求。 4.2.2 汽車在側(cè)滑時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)力計(jì)算 汽車側(cè)滑時(shí)，左右轉(zhuǎn)向節(jié)在 -處彎矩是不相等的，則有： IIILIIIM = LZ13l- LY1 r ； IIIRIIIM = RZ1 3l + RY1 r ； 彎曲應(yīng)力分別為： WL= IIILIIM W/ ； WR= IIIRIIM W/ ； 其中， 32/3dW 可得，WL=167.5MPa ； WR=16.7MPa ， 又有， =550MPa，所以符合要求。 4.3 其他零部件的選用 表 1 其他零部件的選用 部件名稱 選用材料或型號(hào) 主銷 20Cr，滲碳淬火處理，直徑為 25mm，長度為 167mm 直推軸承 8105 型，推力球軸承，尺寸 D=42mm， d=25mm 以上數(shù)據(jù)均摘自汽車前橋及轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 5、結(jié)論 本文首先對(duì)汽車前橋的發(fā)展歷史和小型