輕型載重汽車轉(zhuǎn)向橋總成設(shè)計(jì)-前橋總成含開(kāi)題及2張CAD圖
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中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
XX設(shè)計(jì)開(kāi)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：
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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(guó)內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀綜述
1.本課題所涉及的內(nèi)容國(guó)內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀綜述
汽車自上個(gè)世紀(jì)末誕生以來(lái)，已經(jīng)走過(guò)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(guó)經(jīng)濟(jì)中舉足輕重的著名公司。
一． 汽車的市場(chǎng)現(xiàn)狀
在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國(guó)汽車無(wú)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(guó)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(lái)，中國(guó)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，居民收入的持續(xù)增長(zhǎng)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(guó)加入WTO以后，汽車關(guān)稅不斷下調(diào)，國(guó)外知名的汽車巨頭也瞄準(zhǔn)了中國(guó)這個(gè)巨大的市場(chǎng)，陸續(xù)在華投資設(shè)廠，越來(lái)越多款式新穎、乘坐舒適安全的汽車隨之進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，加速了轎車進(jìn)入家庭的步伐。中國(guó)人被壓抑以久的購(gòu)買熱情得以釋放，汽車市場(chǎng)出現(xiàn)井噴行情，業(yè)界普遍認(rèn)為2003年是中國(guó)汽車正式進(jìn)入家庭的元年。這兩年來(lái)我國(guó)汽車的銷量，特別是轎車的銷量取得了大幅增長(zhǎng)，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(gòu)買的情況。中國(guó)汽車市場(chǎng)火爆的局面也似乎預(yù)示著中國(guó)汽車工業(yè)迎來(lái)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(lái)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(pán)沒(méi)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)上的切向力大小和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)多少兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。
轎車轉(zhuǎn)向盤(pán)從中間位置轉(zhuǎn)到第一端的圈數(shù)不得超過(guò)2.0圈，貨車則要求不超過(guò)3.0圈。
2.發(fā)展趨勢(shì)
改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)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(guó)外有很多國(guó)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(guò)百萬(wàn)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(shì)
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(guó)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(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的惡化，石油危機(jī)造成經(jīng)濟(jì)衰退，汽車生產(chǎn)愈來(lái)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(shì)
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(lái)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(lái)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(guó)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(guò)90％；西歐則重點(diǎn)發(fā)展齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，比率超過(guò)50％，法國(guó)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(wèn)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(guò)渡到方形斷面，以提高抗扭強(qiáng)度。中部?jī)商幱靡灾С袖摪鍙椈傻牡鬃渖香@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(guò)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(kāi)有油槽，用油嘴注入潤(rùn)滑脂潤(rùn)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(guò)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(kāi)的，通過(guò)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(kāi)式與斷開(kāi)式兩種。與非獨(dú)立懸架相匹配的非斷開(kāi)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(kāi)式從動(dòng)橋與獨(dú)立懸架相匹配。
非斷開(kāi)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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤(rùn)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(jiǎn)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(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形
轉(zhuǎn)向梯形的橫拉桿做成斷開(kāi)的，稱之為斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形。斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形方案之一如圖1-2斷開(kāi)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(kāi)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(zhǎng)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(jiàn)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(lái)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(guò)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(pán)，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(jiǎn)單。
轉(zhuǎn)向前橋有斷開(kāi)式和非斷開(kāi)式兩種。斷開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(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(wàn)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(guò)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(jiǎn)單的實(shí)心的圓柱形如上圖a所示。
?對(duì)于上述關(guān)鍵問(wèn)題，雖然處理起來(lái)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(shū)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(wèn)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(guò)程中遇到的問(wèn)題。
3.通過(guò)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(kāi)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(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（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(jiàn)
指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日
?
6．指導(dǎo)小組意見(jiàn)
指導(dǎo)小組組長(zhǎng)(簽字)：
年 月 日
說(shuō)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(xiě)；
2. 本報(bào)告必須在第八學(xué)期開(kāi)學(xué)兩周內(nèi)交指導(dǎo)教師審閱并提出修改意見(jiàn)；
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(shuō)明書(shū)
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(jiǎn)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(lái)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(guò)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(guò)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(kāi)式與斷開(kāi)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(kāi)式與斷開(kāi)式兩種。由于要求價(jià)廉，所以多采用非斷開(kāi)式前橋。非斷開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(jiǎn)介
從動(dòng)橋即非驅(qū)動(dòng)橋，又稱從動(dòng)車橋。它通過(guò)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(kāi)式與斷開(kāi)式兩種。與非獨(dú)立懸架相匹配的非斷開(kāi)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(kāi)式從動(dòng)橋與獨(dú)立懸架相匹配。
非斷開(kāi)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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤(rùn)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(guò)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(pán)上施加更大的力，導(dǎo)致方向盤(pán)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(pán)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(pán)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(kāi)方向盤(pán)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(guò)大，即主銷偏移距不宜過(guò)小，否則在轉(zhuǎn)向過(guò)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(lái)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(kāi)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(kāi))，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(guò)改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度來(lái)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(kāi)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(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(wàn)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(guò)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(wú)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(guò)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(zhǎng)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(jiǎn)單。
轉(zhuǎn)向前橋有斷開(kāi)式和非斷開(kāi)式兩種。斷開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(jiǎn)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(wú)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(guò)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(guò)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(lái)的行駛方向。這一套用來(lái)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(pán)，經(jīng)過(guò)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(mén)裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，并借助此機(jī)構(gòu)來(lái)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(pán)上的力對(duì)轎車不超過(guò)200N，對(duì)中型貨車不超過(guò)360N,對(duì)中型貨車不超過(guò)450N,方向盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)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(jiàn)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(lái)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(guò)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(pán)，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?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(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)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。
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(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：
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(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]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(wú)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(guò)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)，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(jiàn)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(zhǎng)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(méi)＝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(lái)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(lái)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(wú)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(kāi)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(zhǎng)線應(yīng)交于后軸延長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng) —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?。?
當(dāng)
建立約束條件時(shí)應(yīng)考慮到：設(shè)計(jì)變量m及過(guò)小時(shí)，會(huì)使橫拉桿上的轉(zhuǎn)向力過(guò)大；當(dāng)m過(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(wèn)題是一個(gè)小型的約束非線性規(guī)劃問(wèn)題，可用復(fù)合形法來(lái)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(guò)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(wú)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(jiàn)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(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開(kāi)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(guò)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(wú)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(jiǎn)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(guò)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(wú)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(shuō)在某種程度上是一種嘗試，通過(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)題的能力，獨(dú)立解決問(wèn)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(wèn)題，通過(guò)老師和同學(xué)們的幫助，這些問(wèn)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(chéng)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(guò)我的人表示深深的謝意。
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