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汽車設(shè)計
課程設(shè)計(論文)
題 目: HX6850前橋設(shè)計說明書
學(xué)生姓名
專 業(yè) _ 車輛工程
學(xué) 號 _
班 級 _ 2009 級 2班
指導(dǎo)教師
成 績 _
工程技術(shù)學(xué)院
2012年 6 月
目 錄
一、前言 2
1、使用性能要求 2
2、結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 3
2.1、從動橋結(jié)構(gòu)形式 3
2.2、選擇前橋結(jié)構(gòu)型式及參數(shù) 3
2.3、前輪定位角 3
二、前橋強度計算 5
1、前軸強度計算 5
1.1、前軸受力簡圖 5
1.2、前軸載荷計算 5
1.3、彎矩及扭矩計算 7
2、轉(zhuǎn)向節(jié)強度計算 16
2.1、截面系數(shù)計算 16
2.2、彎矩計算 17
2.3、應(yīng)力計算 16
2.4、轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強度校核 17
3、主銷強度計算 17
3.1、主銷作用力計算簡圖如圖6 17
3.2、計算載荷 18
3.3、彎矩計算 20
3.4應(yīng)力計算 20
3.5、主銷材料及許用應(yīng)力 21
三 結(jié)論 21
四 參考文獻： 21
一、前言
前橋一般位于汽車的前部，也稱轉(zhuǎn)向橋或從動橋。前橋是汽車上一個重要的總成件，主要包括轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向主銷、前梁等零部件。前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，還承受制動力和側(cè)向力以及這些力所構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運動。車橋通過懸架與車架連接，支撐著汽車大部分重量，并將車輪的牽引力或者制動力，以及側(cè)向力經(jīng)過懸架傳給車架。在汽車使用中，轉(zhuǎn)向橋的受力狀況比較復(fù)雜，因此應(yīng)具有足夠的強度。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?？傊?，由于在汽車的行駛過程中，前橋所處的工作環(huán)境惡劣，工況復(fù)雜，其承受的載荷也多為交變載荷，從而其零部件易出現(xiàn)疲勞裂紋甚至斷裂現(xiàn)象。這就要求其在結(jié)構(gòu)設(shè)計上必須有足夠的強度、剛度和抗疲勞破壞的能前軸：是前橋的主要承重零部件，我公司有管式和鍛打式兩種結(jié)構(gòu)形式，但主要以鍛打式為主。?
前橋承受汽車的前部重量，把汽車的前進推力從車架傳給車輪，并與轉(zhuǎn)向裝置的有關(guān)機件作關(guān)節(jié)式聯(lián)系，實施汽車的轉(zhuǎn)向。前橋是利用它的兩端通過主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)連接，用以轉(zhuǎn)向節(jié)的擺轉(zhuǎn)來實現(xiàn)汽車的方向。
1、使用性能要求
為使汽車在行駛中具有較好的直線行駛能力，前橋應(yīng)滿足下列要求：
(1) 足夠的強度，以保證可靠的承受車輪與車架（或承載式車身）之間的作用力。
(2)正確的車輪定位，使轉(zhuǎn)向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。前輪定位包括主銷內(nèi)傾，主銷后傾，前輪外傾和前輪前束。
(3) 足夠的剛度，使受力后變形要小，保證主銷和轉(zhuǎn)向輪有正確的定位角度保持不變。
(4) 轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)與前橋之間的摩擦力應(yīng)盡可能小，以保證轉(zhuǎn)向操作的輕便性，并有足夠的耐磨性。
(5) 轉(zhuǎn)向輪的擺振應(yīng)盡可能小，以保證汽車的正常，穩(wěn)定行使。
(6) 前橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能小，以減少非簧載質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。
2、結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇
HX6850A型汽車總布置整車參數(shù)見表1：
表1
汽車總質(zhì)量Ga（N）
前軸軸載質(zhì)量G1（N）
汽車質(zhì)心至前軸中民線距離L1（mm）
汽車質(zhì)心至后軸中心線距離L2(mm)
軸距L（mm）
汽車質(zhì)心高度hg(mm)
前鋼板彈簧座中心距B〞(mm)
91385
29547
2937
1400
4300
1170
740
主銷中心距B′(mm)
前輪距B1(mm)
車輪滾動半徑rr(mm)
主銷內(nèi)傾角β
主銷后傾角??
前輪外傾角a
前輪前束（mm）
1480
1700
485
8°
1.5°
1°
10
2.1、從動橋結(jié)構(gòu)形式
本前橋采用非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋。
2.2、選擇前橋結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)
（1）前軸結(jié)構(gòu)形式：工字形斷面加叉形轉(zhuǎn)向節(jié)主銷固定在前軸兩端的拳部里。
（2）轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)型式：整體鍛造式。
（3）主銷結(jié)構(gòu)型式:圓柱實心主銷。
（4）轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承結(jié)構(gòu)形式：止推滾柱軸承。
（5）主銷軸承結(jié)構(gòu)形式：滾針軸承
（6）輪轂軸承結(jié)構(gòu)形式：單列向心球軸承
2.3、前輪定位角
（1）前輪定位角的作用：前輪定位的作用是減小前輪偏轉(zhuǎn)時的阻力矩，使轉(zhuǎn)向操縱輕便、靈活，且使前輪具有自動回正的作用，保證拖拉機直線行駛的穩(wěn)定性，減少輪胎磨損。
（2）本型前輪定位角選擇見表1
二、前橋強度計算
1、前軸強度計算
1.1、前軸受力簡圖
1.2、前軸載荷計算
1）緊急制動
2）側(cè)滑
3）越過不平路面
載荷計算結(jié)果列表
1.3、彎矩及扭矩計算
1）緊急制動
2）側(cè)滑
3）越過不平路面
彎扭矩計算結(jié)果
4) 斷面糸數(shù)計算
a) 斷面簡圖
b)計算斷面糸數(shù)
2）Ⅱ--Ⅱ 斷面
（1）算斷面簡圖
（2）垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)
(3)水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)
(4) 抗扭斷面系數(shù)
3) Ⅲ-Ⅲ斷面
(1) 換算斷面簡圖如圖5
(2) 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)
(3) 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：
(4) 抗扭斷面系數(shù)
4) Ⅳ-Ⅳ斷面
(1) 畫出斷面簡圖
(2) 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：
(3) 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：
(4) 抗扭斷面系數(shù)：
5) 各斷面尺寸參數(shù)見表5：
（5）應(yīng)力計算
1) 汽車緊急制動時
2) 汽車側(cè)滑時
3) 汽車越過不平路面時
應(yīng)力值計算結(jié)果列表
HX6850A前軸材料的許用應(yīng)力
2、轉(zhuǎn)向節(jié)強度計算
2.1、截面系數(shù)計算
2.2、彎矩計算
A緊急制動時
B側(cè)滑時
C超越不平路面時
2.3、應(yīng)力計算
A）緊急制動
B）側(cè)滑時
C）超越不平路面時
彎矩、應(yīng)力計算結(jié)果列表
2.4、轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強度校核
3主銷強度計算
3.1、主銷作用力計算簡圖如圖6
3.2、計算載荷
3.3、彎矩計算
3.4應(yīng)力計算
3.5、主銷材料及許用應(yīng)力
三 結(jié)論
四 參考文獻
二、前橋強度計算
1、前軸強度計算
1.1、前軸受力簡圖
如圖1所示：
圖1 汽車向左側(cè)滑時前軸受力圖
1.2、前軸載荷計算
1）緊急制動
汽車緊急制動時，縱向力制動力達到最大值，因質(zhì)量重新分配，而使前軸上的垂直載荷增大，對后輪接地點取矩得取路面附著糸數(shù)Ф=0.7
制動時前軸軸載質(zhì)量重新分配分配糸數(shù)m1===1.59
垂直反作用力：Z1l= Z1r==23489.87N
橫向反作用力：X1l=X1r= Ф=16442.91N
2）側(cè)滑
汽車側(cè)滑時，因橫向力的作用，汽車前橋左右車輪上的垂直載荷發(fā)生轉(zhuǎn)移。
（1）確定側(cè)向滑移附著糸數(shù)：
在側(cè)滑的臨界狀態(tài)，橫向反作用力等于離心力F離，并達到最大值F離=,Ymax=G1Ф′
,為保證不橫向翻車，須使V滑
A工字形斷面前軸
a) 斷面簡圖
本汽車前軸簡化為換算斷面形狀后如圖3所示
HX6850汽車前梁具工字形斷面，兩端為拳式、中部下沉。為便于各斷面系數(shù)的計算，需將各實際斷面形狀簡化為換算斷面形狀。簡化時，突緣厚度取為平均值。
圖3 前軸簡化圖
b)計算斷面糸數(shù)
1)Ⅰ-Ⅰ斷面
如圖3所示
（1）垂直面內(nèi)抗彎斷面糸數(shù)
（2）水平面內(nèi)抗彎斷面糸數(shù)
2）Ⅱ--Ⅱ 斷面
（1）算斷面簡圖如圖4
圖4 II—II斷面計算簡圖
（2）垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)
Ⅱ--Ⅱ斷面為上，下翼緣不等長的工字形斷面。計算其垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)的關(guān)系是確定出形心軸坐標。
形心軸Xc-Xc的坐標：
=
= 40.30
該斷面對形心軸的慣性矩：
上翼面的抗彎斷面系數(shù)：
下翼面的抗彎斷面系數(shù)：
(3) 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：
(4) 抗扭斷面系數(shù)
視工字形斷面由幾個矩形斷面組成。引用材料力學(xué)關(guān)于“矩形及狹長形截面等直桿在純扭轉(zhuǎn)”時的公式進行計算，任一個矩形截面的和為：
當；
當；
其中——矩形長邊的長，——矩形短邊的長
——系數(shù)
1.0
1.5
2.0
3.0
4.0
6.0
8.0
10.0
0.140
0.294
0.457
0.790
1.123
1.789
2.456
3.123
0.208
0.346
0.493
0.801
1.150
1.789
2.456
3.123
1.0
0.859
0.795
0.753
0.745
0.743
0.742
0.742
對上方矩形截面
，
對中間矩形截面
，使用插值法得，
，
對下方矩形
，
所以，
3) Ⅲ-Ⅲ斷面
(1) 換算斷面簡圖如圖5
如圖5 III-III斷面計算簡圖
(2) 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)
Ⅲ--Ⅲ斷面為上，下翼緣不等長的工字形斷面。計算其垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)的關(guān)系是確定出形心軸坐標。
形心軸Xc-Xc的坐標：
該斷面對形心軸的慣性矩：
上翼面的抗彎斷面系數(shù)：
下翼面的抗彎斷面系數(shù)：
(3) 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：
(4) 抗扭斷面系數(shù)
視工字形斷面由幾個矩形斷面組成。引用材料力學(xué)關(guān)于“矩形及狹長形截面等直桿在純扭轉(zhuǎn)”時的公式進行計算，任一個矩形截面的和為：
當；
當；
其中——矩形長邊的長，——矩形短邊的長
對上方矩形截面
，使用插值法得，
，
對中間矩形截面
，使用插值法得，
，
對下方矩形
，使用插值法得，
，
所以，
4) Ⅳ-Ⅳ斷面
(1) 畫出斷面簡圖
(2) 垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：
(3) 水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：
(4) 抗扭斷面系數(shù)：
，使用插值法得，
5) 各斷面尺寸參數(shù)見表5：
單位：
HX6850
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ
B
75
108
75
60
84
40
16
16
20
b
75
68
65
65
60
44
30
16
16
25
t
15
24
35
h
60
60
25
H
92
92
70
70
表6 單位：
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ
82321.74
85465.24
54315.03
53083.33
30450
40147.78
34008.89
49291.67
18142.494
21697.69
62958.33
（5）應(yīng)力計算
a)計算公式
1) 汽車緊急制動時
垂直面內(nèi)彎曲應(yīng)力
水平面內(nèi)彎曲應(yīng)力
合成應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
在矩形長邊中點上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
在矩形短邊中點上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
工字形斷面中所產(chǎn)生的最大應(yīng)力和最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是作用在梁斷面上的不同點處。對于上翼面長邊中點，其相當應(yīng)力：
2) 汽車側(cè)滑時
垂直面彎曲應(yīng)力
3) 汽車越過不平路面時
垂直面彎曲應(yīng)力
a) 應(yīng)力值計算結(jié)果列表：
表7 單位：
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ
緊急制動
136.96
107.19
108.12
68.59
259.20
159.73
120.87
51.71
86.06
178.01
85.91
422.21
290.79
329.80
191.35
側(cè) 滑
78.88
45.86
-31.28
-94.18
越不平路
172.28
134.83
108.65
86.28
（6） HX6850A前軸材料的許用應(yīng)力
材料：45 調(diào)質(zhì)硬度 ： HB230—255 ：786—853
許用應(yīng)力：
2、轉(zhuǎn)向節(jié)強度計算
作用力、、按表1-1取值
2.1、截面系數(shù)計算
取輪轂內(nèi)軸承根部處指軸為計算斷面
2.2、彎矩計算
A緊急制動時
B側(cè)滑時
C超越不平路面時
計算用參數(shù)HX6850
， ，
2.3、應(yīng)力計算
A）緊急制動時
B）側(cè)滑時
C）超越不平路面時
彎矩、應(yīng)力計算結(jié)果列表見表8
表8
功況
M
緊急制動
860191.23
52.69
側(cè)滑
-8574720
-525.23
超越不平路
886410
54.30
2.4、轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強度校核
材料 HX6850A 40MnB
許用應(yīng)力 查YB6-71：
3、主銷強度計算
3.1、主銷作用力計算簡圖如圖6
如圖6 主銷作用力計算簡圖
主銷受力計算參數(shù)見表9
表9
參數(shù)車行
a
b
c
e
f
l
n
D
h
H
HX6850A
77.5
82.5
30
562.5
402.5
193
485
38
42
48
3.2、計算載荷
計算時，忽略主銷傾角的影響，并假定力的作用點位于主銷襯套中點。
A）、、按表1取值
B）汽車緊急制動時 力在主銷的支承反力和。
主銷受到和u的作用，力u由下式求得：
力在主銷的兩個支承上反作用力和
力u在主銷的兩個支承上反作用力和
由制動力矩的作用，在主銷的兩個支撐上產(chǎn)生反作用力和
作用在主銷上端的 合力（圖14）
作用在主銷下端的 合力（圖14）
C)汽車側(cè)滑時
左主銷上支承的 反作用力
左主銷下支承的 反作用力
右主銷上支承的 反作用力
右主銷下支承的 反作用力
D）汽車越過不平路面時
動載荷在主銷上、下支承上產(chǎn)生的作用反力和。
3.3、彎矩計算
在緊急制動和側(cè)滑時，主銷下支承的反作用力為最大，在越過不平路面時，因主銷下端的作用力臂大于上端，所以只需要計算主銷下支承處的彎矩（圖15）
A) 汽車緊急制動時
N.mm
B) 汽車側(cè)滑時
N.mm
C) 汽車越過不平路面時
N.mm
（5）抗彎斷面系數(shù)、剪切面積和主銷襯套擠壓面積的計算
A)主銷抗彎斷面系數(shù)
mm3
B)主銷剪切面積
mm2
D) 主銷襯套擠壓面積
mm2
D:主銷外徑
3.4應(yīng)力計算
分別計算個工況下的彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力、擠壓應(yīng)力見表10。
表10
彎曲應(yīng)力
剪切應(yīng)力
擠壓應(yīng)力
緊急制動時
側(cè)滑時
越過不平路面時
公式編號
68
69
70
載荷、彎矩、應(yīng)力計算結(jié)果列表見表11：88
表11 主銷受力單位：N M單位： 其余量單位：
主銷受力
M
緊急制動
61397.73
258704.66
478.93
54.16
33.66
側(cè)滑
26526.27
44720.71
1878269.82
348.84
39.45
24.52
越過不平路面
25391.95
1066461.9
198.07
22.40
13.92
3.5、主銷材料及許用應(yīng)力
HX6850:
許用應(yīng)力
按力作靜載荷計算時，
三 結(jié)論
根據(jù)各應(yīng)力計算結(jié)果，說明該汽車前橋滿足強度要求及設(shè)計要求。
四 參考文獻：
1、《汽車設(shè)計》 劉惟信 2001.7 清華大學(xué)出版社
2、《汽車車橋設(shè)計》 劉惟信 2004.4 清華大學(xué)出版社
3、CA1080,NJ130,BJ130前橋總成圖，零件圖。
4、《汽車設(shè)計》郭學(xué)訊，鄧亞東 2005.8 人民交通出版社
5、《汽車設(shè)計》吉林工業(yè)大學(xué)出版社 王望予 2004.5 機械工業(yè)出版社
6、《汽車構(gòu)造》吉林大學(xué)汽車工程系 陳家瑞 2006.5 人民交通出版社
設(shè)計日志：
6 /17 認真閱讀前橋設(shè)計指導(dǎo)書，明確設(shè)計任務(wù)與要求，并對重要的地方進行標注和詳細分析。對不對的地方認真思考，并請教老師和同學(xué)。
6/18 根據(jù)設(shè)計指導(dǎo)書和網(wǎng)上資料進行設(shè)計說明書 ，做了幾乎一整天，累了晚上看電影。
6/19 早上起來玩了下游戲，然后繼續(xù)做課程說明書。
6/20 三天的奮斗終于完成了說明書粗稿，晚上開始畫圖工作。
6/21 早上完成了總裝圖的主視圖，中午和下午繼續(xù)工作，終于用一天和一晚上的時間終于搞定了總裝圖，任務(wù)終于有所減緩。就剩下一張零件圖，零件圖準備用電腦畫圖，用CAD慢慢搞定它。
6/22 用一天的時間把零件圖也弄好啦。
6/23 上午仔細檢查設(shè)計說明書、零件圖和總裝圖，下午復(fù)習(xí)大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo)考試。
6/24 中午考試，晚上回來完成課程設(shè)計的裝訂。
24