1、貨車轉向橋設計摘要隨著汽車行業(yè)的發(fā)展隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，作為汽車的關鍵零部件的轉向橋也得到了相應的發(fā)展，基本以形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。而且隨著生產(chǎn)水平的發(fā)展，汽車的行駛速度不斷提高，人們對汽車的性能要求也越來越高，如何保證既要具有較高的行駛速度又要具有良好的轉向性能，就成了必須要解決的問題。本次設計為載重汽車的轉向橋，此橋需要適應在不同的路況，不同的速度下使汽車保持穩(wěn)定的行駛，并且使貨車轉向橋具有良好的穩(wěn)定性和靈敏性。文中介紹了轉向橋的概念，用途，總體布局，通過對前軸、轉向節(jié)、轉向梯形、主銷等零件的尺寸和結構的設計，選擇合適的材料，并對其進行強度的校核，以保證所本次設計的轉向橋符合汽車

2、道路行駛要求。關鍵詞：轉向橋；前梁；主銷；定位參數(shù)1The Design of Steering Axle TruckAbstractWith the development of the automotive industry, as a key component of the steering axle car has also been a corresponding development, basic to the formation of a specialized, series production of the situation. And with the develop

3、ment of the production level, the travel speed car continues to improve, people on the cars performance requirements are also increasing, how to ensure that it is necessary to have a higher travel speed and also has good steering performance, it becomes necessary to solve the problem. The design for

4、 the trucks steering axle, this bridge needs to adapt to different road conditions, different speeds making the car stable under travel, and the steering axle truck has good stability and sensitivity. This paper introduces the concept of steering axle, use, overall layout, through the front axle, st

5、eering knuckles, steering the size and structure of the trapezoid, kingpin and other parts of the design, selection of suitable materials, and its strength and the order ensure that the design of the steering axle in line with the requirements of automobile roads.Key words: initial velocity method;

6、gas emission rate; mine panel1目 錄 摘要1 Abstract1第一章 緒論11.1汽車轉向橋的概述11.2轉向橋的研究意義11.3轉向橋的發(fā)展背景21.3.1轉向系統(tǒng)發(fā)的發(fā)展歷史21.3.2我國轉向系統(tǒng)的發(fā)展21.4轉向橋的分類與基本結構31.5典型車型前橋總成結構3第二章 轉向橋的零件分析52.1前梁52.2轉向節(jié)62.3轉向梯形62.3.1整體式轉向梯形62.3.2斷開式轉向梯形72.4主銷92.5轉向節(jié)臂92.6輪轂組合92.7軸承102.7.1輪轂軸承102.7.2轉向節(jié)止推軸承102.7.3主銷軸承102.8轉向拉桿總成102.8.1轉向球頭112.8

7、.2轉向直拉桿112.8.3轉向橫拉桿112.9前輪擺振的機理112.9.1自激擺振112.9.2受迫擺振12第三章 轉向橋的設計計算133.1轉向從東橋的主要零件尺寸的確定133.1.1參考車型制動系相關主要參數(shù)數(shù)值133.1.2實際參數(shù)133.2轉向從動橋主要零件的校核143.2.1 前梁在制動工況與側滑工況下的校核143.2.2轉向節(jié)在制動和側滑工況下的應力計算183.2.3主銷與轉向節(jié)襯套在制動和側滑工況下的應力計算203.2.4轉向節(jié)推力軸承的計算22第四章 轉向梯形的設計244.1轉向梯形的理論特性24I4.2轉向梯形的布置254.3轉向梯形機構尺寸的初步確定254.4轉向梯形設計

8、中應說明的幾個問題264.5阿克曼式轉向角264.6球頭銷27第五章 轉向車輪的定位285.1主銷后傾角285.2主銷內傾角285.3前輪外傾角295.4前輪前束295.5拆卸、安裝及調整295.5.1總成的拆卸295.5.2總成的裝配305.5.3車橋的調整30第六章 轉向橋實驗326.1整車道路試驗及使用實驗326.2臺架實驗326.3靜扭轉強度試驗32總 結33參考文獻34致 謝35II第一章 緒論隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以及車流密度的日益增大，人們對行車安全也更加的重視，因此對車橋的設計也提出了更高的要求。轉向橋的作用是傳遞車架與車輪之間各方向的作用力及其力矩，直接影響著轉向

9、系的操縱性與靈活性，對行車安全有著重要的影響。1.1汽車轉向橋的概述 前橋一般位于汽車的前部，也稱轉向橋或從動橋。前橋是汽車上一個重要的總成件，主要包括轉向節(jié)、轉向主銷、前梁、轉向節(jié)襯套、主銷上下軸承、轉向節(jié)推力軸承、輪轂等零部件。前橋通過車架與懸架連接，支撐著汽車大部分重量，并將汽車的牽引力或制動力，以及側向力經(jīng)懸架傳給車架。轉向橋是利用車橋中的轉向節(jié)使車輪可以偏轉一定角度以實現(xiàn)汽車的轉向。前橋除常承受垂直載荷外，還承受縱向力和側向力以及這些力所引起的力矩。 為使汽車在行駛中具有較好的直線行駛能力，前橋應滿足下列要求：(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。

10、(2)正確的車輪定位，使轉向輪運動穩(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，保證主銷和轉向輪有正確的定位角度保持不變。(4)轉向節(jié)與主銷，轉向節(jié)與前橋之間的摩擦力應盡可能小，以保證轉向操作的輕便性，并有足夠的耐磨性。(5)轉向輪的擺振應盡可能小，以保證汽車的正常，穩(wěn)定行使。(6)前橋的質量應盡可能小，以減少非簧載質量，提高汽車行駛平順性。1.2轉向橋的研究意義改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關鍵部件的轉向系統(tǒng)也得到了相應的發(fā)展，基本形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。而作為汽車轉向系的重要部件的轉向橋，在汽車

11、系統(tǒng)中占有重要地位，因而它的發(fā)展同時也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展。而且隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大，為保證人身和車輛的安全，必須為汽車配備十分可靠的轉向系統(tǒng)。在設計中通過優(yōu)化零件設計，使用合適的材料，提高轉向橋的經(jīng)濟性與靈敏性，保證汽車行駛的安全性能。1.3轉向橋的發(fā)展背景1.3.1轉向系統(tǒng)發(fā)的發(fā)展歷史回顧汽車前橋的發(fā)展歷史。100多年前，汽車剛剛誕生初期，其轉向操縱是仿照馬車和自行車的轉向方式，即用一個操縱桿或手柄來使前輪偏轉，以實現(xiàn)轉向。由于操縱費力且不可靠，導致時常發(fā)生車毀人亡的事故。第一輛不用馬匹來拉的四輪車面世時，它已經(jīng)把前橋和前輪組成了一個總成。該總成安裝在樞軸上，可以繞前橋

12、中心的一個點轉動，利用一個桿柱，連接前橋的中點，通過地板注上延伸，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，還是很好使用的，但當車速提高后，駕駛員就要求提高轉向的準確性，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、將前輪用轉向節(jié)與前梁連接的方式(即改進轉向器的想法)。他研制了一種允許汽車前輪在主軸上獨立回轉的結構，這就是把車輪與轉向節(jié)連接起來，轉向節(jié)又用可轉動的銷軸與前軸連接，從而發(fā)明了現(xiàn)代轉向梯形機構，并在第二年將在英國獲得的專利權轉讓給出版商，即英籍德國人阿克曼。阿克曼向英國專利局申請“平行連桿式轉向機構”專利。現(xiàn)

13、在人們常將轉向梯形的特性關系式cotcotKL稱為阿克曼公式。林肯斯潘杰原理被年輕的汽車工業(yè)所采用，但可憐的他并未得到過任何榮譽。而魯?shù)罓柗虬⒖寺且粋€書商和出版商，他根本不知道什么叫轉向節(jié)，是一個與汽車毫不相干的人。林肯斯潘杰把他在英國威爾士的發(fā)明權給了他，因而阿克曼就成了名。另外一個為發(fā)展現(xiàn)代轉向器做出重大貢獻而從未獲得過任何榮譽的人是杰特，他是法國四輪馬車的制造商。1878年，他發(fā)明了第一個平行四邊形轉向聯(lián)動機構，但他當時沒有稱它為這個名稱。杰特的轉向機構，可以把轉向中心點移向兩側，他把一根桿子與帶有兩個連接臂的轉向節(jié)相連。今日稱此桿子為橫拉桿，而把這兩個連接塊稱為轉向臂和隨動臂。杰特把

14、轉向往的一端與轉向臂連接，當轉動轉向柱時，通過轉向臂和從動臂、橫拉桿和車輪軸就可以轉動車輪。1857年，英國的達吉思蒸汽汽車是第一次采用方向盤的機動車輛。1872年蘇格蘭的查理士魯?shù)婪虻谝粋€把方向盤裝到煤氣發(fā)動機車輛上。從前，想把方向盤裝到車輛上的多次嘗試均未得到認可。上世紀20年代中期，汽車生產(chǎn)者討論了把驅動作用從后輪移到前輪是否更好些的問題。1934年3月24日，安德烈雪鐵龍成功制造了一種新型的汽車，一款名叫7A的前驅動汽車問世。前輪驅動、無底盤的車身結構、通過扭桿實現(xiàn)單輪減振以及液壓制動等等，這些都曾有人采用過的，但從未有人把這些集中在一輛汽車上，并且是成批生產(chǎn)的。受雪鐵龍委托的安德烈勒

15、費弗爾及其助手莫里斯圣蒂拉創(chuàng)造的這種汽車，其設計方案即使在70多年后的今天也沒有過時。1.3.2我國轉向系統(tǒng)的發(fā)展我國汽車在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下無論在數(shù)量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大。直到近年來，中國整體經(jīng)濟發(fā)展迅速，居民收入的持續(xù)增長以及擴大內需、拉動消費的財政政策，特別是在中國加入WTO以后，汽車關稅不斷下調，國外知名的汽車巨頭也瞄準了中國這個巨大的市場，陸續(xù)在華投資設廠，越來越多款式新穎、乘坐舒適安全的汽車隨之進入中國市場，加速了轎車進入家庭的步伐。中國人被壓抑以久的購買熱情得以釋放，

16、汽車市場出現(xiàn)井噴行情，業(yè)界普遍認為2003年是中國汽車正式進入家庭的元年。這兩年來我國汽車的銷量，特別是轎車的銷量取得了大幅增長，有些產(chǎn)品如雅閣、波羅等還供不應求，甚至有的還出現(xiàn)需要“加價”才能購買的情況。中國汽車市場火爆的局面也似乎預示著中國汽車工業(yè)迎來了真正發(fā)展的春天。 隨著我國交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展，汽車運輸?shù)某休d重量和運行速度都在不斷增加。于是人們對汽車的安全運行和舒適性也越來越重視，因而對汽車車橋的設計也提出了更高的要求。汽車工業(yè)作為我國重點發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，其前景非常廣闊。而且我國的汽車車橋行業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)形成了一定的規(guī)模市場。中、輕型貨車的轉向橋設計在市場上已成為通用的成熟技術，也

17、有非常完備的系列化、標準化的零件產(chǎn)品，短期內不會有較大的創(chuàng)新改革，重型貨車由于其載重量的因素，需要更好的轉向性能和更穩(wěn)定的行駛能力，國內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)。雖然目前我國汽車車橋技術與國外先進技術還有較大的差距，但是隨著我國社會的發(fā)展，我國汽車車橋行業(yè)將會有更大的進步。1.4轉向橋的分類與基本結構轉向橋按與其匹配的懸架結構不同，可分為非斷開式和斷開式兩類。與非獨立懸架相匹配的非斷開式前橋是一根支承于左、右從動車輪上的剛性整體橫梁，當又是前橋時，則其兩端經(jīng)轉向主銷與轉向節(jié)相聯(lián)。斷開式前橋與獨立懸架相匹配。根據(jù)車橋上車輪的作用，車橋又可分為轉向橋、驅動橋、轉向驅動

18、橋和支持橋四種類型。其中，轉向橋和支持橋都屬于從動橋。一般汽車多以前橋為轉向橋，而以后橋和中、后兩橋為驅動橋。越野汽車的前橋則為轉向驅動橋。由于本車采用非獨立懸架系統(tǒng)，所以采用非斷開式轉向橋。本車為發(fā)動機前置后輪驅動，故前橋為轉向從動橋。非斷開式轉向橋主要由前軸、轉向節(jié)和轉向主銷等組成。轉向節(jié)利用主銷與前軸鉸接并經(jīng)一對輪轂軸承支承著車輪的輪轂，以達到車輪轉向的目的。在左轉向節(jié)的上耳處安裝著轉向節(jié)臂，后者與轉向直拉桿相聯(lián)；而左、右轉向節(jié)的下耳處則裝有與轉向橫拉桿聯(lián)接的轉向梯形臂。有的將轉向節(jié)臂與轉向梯形臂聯(lián)成一體并安裝在轉向節(jié)的下耳處以簡化結構。制動底板緊固在轉向節(jié)的凸緣面上。轉向節(jié)的銷孔內壓入

19、帶有潤滑油槽的青銅襯套以減小磨損。為使轉向輕便，在轉向節(jié)下耳與前梁部之間可裝滾子推力軸承，在轉向節(jié)上耳與前軸拳部之間裝有調整墊片以調整其間隙。帶有螺紋的楔形鎖銷將主銷固定在前梁拳部的孔內，使之不能轉動。1.5典型車型前橋總成結構(1)微型汽車前軸微型汽車前懸架普遍采用了獨立懸架的結構。前軸的載荷相對較小，結構也較為簡單。微型汽車前軸一般多為斷開式活動關節(jié)的結構，由前軸本體，左右橫擺臂，加強桿臂等組成。(2)轎車前橋轎車前橋采用麥弗遜式懸架。它承擔著驅動及轉向的雙重功能，懸架上端與車身相連，下端與車輪軸承殼體相連，車輪的外傾是通過懸架與軸承殼體的連接螺栓來調整的，副車架利用彈性件通過控制臂，球鉸

20、與懸掛相連，提高了行駛的穩(wěn)定性和乘坐的舒適性。(3)越野車前橋越野汽車的前橋負有轉向和驅動兩種任務，故稱為轉向驅動橋。它和一般驅動橋一樣，具有主傳動器、差速器和半軸。不同之處是，由于轉向的需要，半軸被分為內，外兩段而用萬向節(jié)連接起來，同時主銷也因而做成上下兩段。(4)載重汽車前軸載重汽車前軸采用工字形斷面主要用以提高前軸的抗彎強度。上部有二處加寬平面，用以支承鋼板彈簧。前軸兩端各有一個拳形部分，其中有通孔，作為裝轉向節(jié)主銷只用。主銷與左右轉向節(jié)鉸接，用帶有螺紋的楔形鎖銷橫穿過與主銷孔垂直通孔，靠鎖銷楔面將主銷固定在前軸孔內，使它不能轉動。34第二章 轉向橋的零件分析本章主要介紹轉向橋的主要零部

21、件的作用、構成以及各零部件之間的連接關系。2.1前梁前梁的主要起承載作用，它上面不僅承擔著整個車頭的全部重量，還要承載車廂部位分配過來的部分重量，并將這些重量經(jīng)前軸兩端傳遞給車頭部兩邊的車輪。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；為提高其抗彎強度，其較長的中間部分采用工字形斷面并相對兩端向下偏移一定距離，以降低發(fā)動機從而降低傳動系的安裝位置以及傳動軸萬向節(jié)的夾角。為提高其抗扭強度，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。中間部分的兩側還要鍛造出鋼板彈簧支座的加寬支承面。其主要涉及參數(shù)

22、有板簧中心距、主銷中心距、前軸落差、及板簧座截面尺寸及主銷傾角。前軸有工字梁前軸，其形狀復雜，截面起伏較大，特別是彈簧座、工字梁部位具有深而窄的截面，是一種難鍛造的軸類零件；有鋼板拼焊成管狀的前軸梁；還有采用熱擠壓技術制造一體式無縫鋼管前軸梁成型工藝，其包括七道工序，下料、增厚、推方、鐓實、壓頸脖、整體成型、熱處理。優(yōu)點是輕量化、 承載強、 成型簡單；不足是材料多次加熱，材料晶粒粗大，影響材料機械性能，目前受到無縫鋼管剛度限制，5 t 的一體式無縫鋼管前軸梁暫時制造不出來。圖2-1 一體式無縫鋼管成型的前軸梁三維視圖本次設計所采用轉向從動橋，其采用無縫鋼管的中間部分與采用鍛模成型的兩端拳形部分

23、組焊而成。與傳統(tǒng)工字梁比較，等截面面積的空心梁截面模量要大于等截面面積的工字梁截面模量，因此理論上等強度的空心梁重量要低于工字梁，或者等重量的空心梁強度要優(yōu)于工字梁。這種設計結構簡單，大大減少了從動轉向橋的質量，提高了汽車的行駛平順性，而且運行成本更低，有效載荷增加，使撓度最小化，抗扭強度提高，使用壽命延長。但焊接式空心梁的缺點是對焊接的質量控制難度、成本均較高。2.2轉向節(jié)轉向節(jié)熟稱羊角，是前橋上主要的轉向件。 轉向節(jié)是一個叉形部件，上下兩叉制有同軸銷孔，通過主銷與前梁拳部相連，使前輪可以繞主銷偏轉一定角度而使汽車轉向。轉向節(jié)用中碳合金鋼模級成整體式結構。轉向節(jié)與前梁組裝后構成鉸鏈裝置，利用

24、該鉸鏈裝置使車輪可以偏轉一定角度，從而實現(xiàn)汽車的轉向行駛。轉向節(jié)是車輪和方向盤之間的聯(lián)系紐帶，通過方向盤的旋轉，帶動連桿，即開始調整車輪的高度，而車輪通過兩個軸承與轉向節(jié)配合，使他們連接在一起。轉向節(jié)錐孔與轉向節(jié)臂配合，并和轉向橫拉桿連接。轉向節(jié)法蘭面通過四個螺釘和制動盤連接在一起。轉向節(jié)的功用是承受汽車前部載荷，支承并帶動前輪轉向。在汽車的行駛狀態(tài)下受到多變的沖擊載荷。轉向節(jié)的結構形式按節(jié)體和輪軸的組合方式，分為整體式和分開式兩種。整體式轉向節(jié)是節(jié)體和輪軸合為一個整體，其毛坯一般采用鍛造成型。分開式轉向節(jié)是節(jié)體和輪軸分成兩件。輪軸采用棒形坯料，節(jié)體毛坯為鍛造或鑄造成型，分別加工后再壓配成一體

25、。整體式主要用于商用車（貨車），分開式主要用于乘用車（轎車）。轉向節(jié)按扭轉方向是否有明顯的彈性，可分為剛性轉向節(jié)和撓性轉向節(jié)。剛性轉向節(jié)是靠零件的鉸鏈式連接傳遞動力的，可分成不等速轉向節(jié)(如十字軸式)、準等速轉向節(jié)(如雙聯(lián)式、凸塊式、三銷軸式等)和等速轉向節(jié)(如球叉式、球籠式等)。撓性轉向節(jié)是靠彈性零件傳遞動力的，具有緩沖減振作用。不等速轉向節(jié)是指轉向節(jié)連接的兩軸夾角大于零時，輸出軸和輸入軸之間以變化的瞬時角速度比傳遞運動，但平均角速度比為1的轉向節(jié)。準等速轉向節(jié)是指在設計角度下工作時以等于1的瞬時角速度比傳遞運動，而在其它角度下工作時瞬時角速度比近似等于1的轉向節(jié)。輸出軸和輸入軸以等于1的瞬

26、時角速度比傳遞運動的轉向節(jié)，稱之為等速轉向節(jié)。本次采用傳統(tǒng)類型的轉向節(jié)，包括三部分“軸-盤-叉”，采用模鍛中的臥鍛方式（鍛壓力與軸的軸線方向垂直），可獲得較高的力學性能。2.3轉向梯形轉向梯形可分為整體式和斷開式，選擇整體式或斷開式轉向梯形方案與懸架采用何種方案有關。無論采用哪一種方案，都必須正確選擇轉向梯形參數(shù)，做到汽車轉彎時，保證全部車輪繞一個瞬時轉向中心行駛，使在不同圓周上運動的車輪，作無滑動的純滾動。同時，為達到總體布置要求的最小轉彎直徑，轉向輪應有足夠大的轉角。由于轎車、輕型越野車、輕型客車的前軸普遍采用獨立懸架，因此斷開式轉向梯形在這些汽車上得到廣泛應用。而貨車、大客車采用整體式前

27、軸占得比例居多，故采用整體式轉向梯形的比例也相應占大多數(shù)。2.3.1整體式轉向梯形整體式轉向梯形是由轉向橫拉桿l，轉向梯形臂2和汽車前軸3組成，如圖1-1所示。圖1-1中梯形臂呈收縮狀向后延伸。這種方案的優(yōu)點是結構簡單，調整前束容易，制造成本低；主要缺點是一側轉向輪上、下跳動時，會影響另一側轉向輪。圖2-2整體式轉向梯形1轉向橫拉桿 2轉向梯形臂 3前軸當汽車前懸架采用非獨立懸架時，應當采用整體式轉向梯形。整體式轉向梯形的橫拉桿可位于前軸后或前軸前(稱為前置梯形)。對于發(fā)動機位置低或前輪驅動汽車，常采用前置梯形。前置梯形的梯形臂必須向前外側方向延伸，因而會與車輪或制動底板發(fā)生干涉，所以在布置上

28、有困難。為了保護橫拉桿免遭路面不平物的損傷，橫拉桿的位置應盡可能布置得高些，至少不低于前軸高度。 2.3.2斷開式轉向梯形 轉向梯形的橫拉桿做成斷開的，稱之為斷開式轉向梯形。斷開式轉向梯形有對稱桿式、中間臂式、齒輪齒條拉桿式等幾種方案。斷開式轉向梯形的主要優(yōu)點是它與前輪采用獨立懸架相配合，能夠保證一側車輪上、下跳動時，不會影響另一側車輪；與整體式轉向梯形比較，由于桿系、球頭增多，所以結構復雜，制造成本高，并且調整前束比較困難。(1)中心臂式轉向梯形，如圖2-3.中心臂式轉向梯形結構特點是，在汽車的縱向對稱平面附近布置有繞固定軸轉動的中心臂，中心臂的一端與左、右橫拉桿相連轉向搖臂也經(jīng)轉向拉桿與中

29、心臂相連。當轉向搖臂擺動時經(jīng)轉向拉桿帶動中心臂轉動，進而牽動左、右橫拉桿，使左、右輪偏轉，實現(xiàn)轉向。圖2-3 中心臂式轉向梯形1-齒條；2-橫拉桿；3-梯形臂(2)對稱桿式轉向梯形，如圖2-4.對稱桿式轉向梯形結構特點是，固定在轉向節(jié)的左右梯形臂經(jīng)各自球頭銷與橫拉桿連接。兩橫拉桿端部分別與轉向搖臂和過渡臂連接。當搖臂擺動時，帶動中間桿同時推拉兩個橫拉桿，是轉向輪偏轉，實現(xiàn)轉向。 圖2-4 對稱桿式轉向梯形1-梯形臂；2-橫拉桿；3中間桿；4-過渡臂；5轉向搖臂(3)齒輪齒條拉桿式轉向梯形，如圖2-5.齒輪齒條拉桿式轉向梯形的特點是，將齒輪齒條式轉向器橫置在汽車上，經(jīng)齒條兩端的球頭或中間部位與左

30、右橫拉桿連接。當齒條移動時，推動或拉動橫拉桿，使轉向輪偏轉，實現(xiàn)轉向。圖2.5 齒輪齒條拉桿式轉向梯形2.4主銷主銷是傳統(tǒng)汽車上轉向輪轉向時的回轉中心，是一根較粗的銷軸。他是影響整車性能的重要零部件。它將轉向節(jié)和前梁鉸接在一起，以實現(xiàn)車輪的轉動。主銷上有止動槽，鎖栓通過止動槽將主銷固定在前軸的主銷孔內，使其不能轉動也不能軸向移動。主銷的幾種結構型式如圖2-1所示，本次設計采用（a）型主銷。 （a） (b) (c) (d)圖2-6主銷結構形式(a)圓柱實心型 (b) 圓柱空心型 (c) 上，下端為直徑不等的圓柱，中間為錐體的主銷 (d)下部圓柱比上部細的主銷2.5轉向節(jié)臂整體式前軸靠近轉向盤一側

31、的轉向節(jié)上有兩個臂，分別于縱拉桿和橫拉桿相連，另一側的轉向節(jié)上只有一個通過橫拉桿連接的節(jié)臂。轉向節(jié)臂在轉向節(jié)上的連接方式主要是通過1/81/10的錐面和鍵連接，其連接牢靠，不易松動，但轉向節(jié)的加工工序較多。轉向節(jié)臂多采用與轉向節(jié)相同的材料鍛造而成，并通過熱處理使之與轉向節(jié)達到同一硬度。一般提高硬度可增加零件的疲勞壽命，但是硬度過高，原件的韌性也會變差，機械加工也比較困難。2.6輪轂組合車輪輪轂通過兩個圓錐滾子軸承支撐在轉向節(jié)外端的軸頸上，帶動車輪轉動，同時與摩擦片形成摩擦副，實現(xiàn)車輪的止動。輪轂外端用沖壓的金屬外罩罩住。輪轂內側有油封，以防潤滑油進入制動器。輪胎螺栓采用止口定位，規(guī)格為M22*

32、1.5，數(shù)量為10個。2.7軸承2.7.1輪轂軸承大多數(shù)汽車前輪輪轂均安裝在一對滾錐軸承上。其由多個圓錐滾子軸承組成，這種軸承的支撐剛度較大，可承受較大負荷。轎車因負荷較輕，前輪轂軸承也有采用一對單列或一個雙列向心軸承的，球軸承的效率較高，能延長汽車的滑行距離，有的轎車采用一個雙列圓錐滾子軸承。而且軸承的松緊度可通過調整螺母進行調整。2.7.2轉向節(jié)止推軸承轉向節(jié)通過止推軸承來承受作用于汽車前梁上的重力。止推軸承主要有以下幾種類型。(1)滑動止推軸承 由鋼墊片和耐磨襯墊組合而成。其優(yōu)點是制造容易，成本低，對灰沙不像滾軸軸承那樣敏感，磨損均勻；缺點磨損快，壽命短，潤滑困難，摩擦阻力大，致使轉向沉

33、重。(2)止推滾珠軸承 此結構基本上能克服滑動軸承的缺點，使轉向輕便，但是因為滾珠與座圈之間為點接觸容易在座圈上壓出凹痕，影響使用壽命和效果。(3)止推滾柱軸承 具有止推滾珠軸承的優(yōu)點，同時它是線接觸，接觸面積大，可降低接觸面上的單位負荷，不易壓出凹痕，壽命較長并能承受較大的沖擊。其缺點是尺寸較滾珠軸承大，價格昂貴。(4)止推滾錐軸承 軸承外座圈壓在轉向節(jié)上，內座圈與主銷配合，省去了主銷下部的襯套。它能承受徑向載荷，又能承受軸向載荷。此外，其摩擦阻力小，保持潤滑時間長，保養(yǎng)簡單。缺點是轉向節(jié)上主銷孔加工復雜。2.7.3主銷軸承主銷軸承要承受較大的徑向力，因此多數(shù)汽車采用兩個滑動軸承來承擔。滑動

34、軸承一般采用鋼帶卷成，襯套上壓出樹枝狀油槽。近年來有些汽車的主銷軸承采用鋼背復合襯套。它首先在鋼背上融合上一層多孔青銅層，然后在這多孔層上壓上一層與添加材料混合的合成材料，形成牢固的結合體。其特點是摩擦系數(shù)低，使用中不易與主銷燒結在一起。也有一些汽車主銷軸承采用雙排滾針軸承，其效率高，轉向阻力小，且可延長使用壽命 ，但價格昂貴，徑向尺寸大。2.8轉向拉桿總成轉向拉桿是用來連接汽車前輪轉向節(jié)和轉向齒輪，使方向盤轉動時，可使前輪由一邊擺向另一邊。 轉向拉桿分為轉向直拉桿和轉向橫拉桿。 轉向橫拉桿是汽車轉向梯形的一部分，起到轉向的傳力作用。 轉向直拉桿是方向機拉臂和轉向節(jié)左臂連接的一個桿，把方向機動

35、力傳給轉向節(jié)后就可以控制車輪了。拉桿應有較小的質量和足夠的剛度。拉桿的形狀應符合布置要求，有時不得不做成彎的，這就減小了縱向剛度。穩(wěn)定性安全系數(shù)不小于1.52.5。2.8.1轉向球頭轉向拉桿球頭的工作原理帶球頭外殼的拉桿，轉向主軸的球頭置于球頭外殼內，球頭通過其前端的球頭座與球頭外殼的軸孔邊緣鉸接，球頭座與轉向主軸間的滾針鑲在球頭座內孔面槽內，本實用新型具有減輕球頭磨損，提高主軸的抗拉等特點。2.8.2轉向直拉桿轉向直拉桿的作用是將轉向搖臂傳來的力和運動傳給轉向梯形臂(或轉向節(jié)臂)。它所受的力既有拉力、也有壓力，因此直拉桿都是采用優(yōu)質特種鋼材制造的，以保證工作可靠。在轉向輪偏轉或因懸架彈性變形

36、而相對于車架跳動時，轉向直拉桿與轉向搖臂及轉向節(jié)臂的相對運動都是空間運動，為了不發(fā)生運動干涉，上述三者間的連接都采用球銷。2.8.3轉向橫拉桿橫拉桿是連接左右轉向臂的，可以使兩個車輪同步，二可以可通過旋轉橫拉桿改變其長度完成前束的調整。轉向拉桿末端通過球節(jié)與轉向節(jié)相連，左右接頭結構相同，但與橫拉桿旋裝的螺紋旋向相反，球銷上端與梯形臂錐孔相連，可繞球心做一定范圍內的擺動。由于直接用力轉動車輪用力較大，故現(xiàn)大部分車都是用的液壓轉向，減輕駕駛者的用力，也使轉向更靈活、易操作。橫拉桿通常為冷拔鋼管，由40鋼無縫鋼管制成。2.9前輪擺振的機理轉向輪的擺振從其發(fā)生機理分析，則有兩種不同性質的擺振，即自激擺

37、振和受迫擺振。由于兩種擺振機理不同，其消除方法也不同。2.9.1自激擺振汽車轉向輪產(chǎn)生自己擺振是由于汽車的懸架和轉向系統(tǒng)結構上存在問題，使得行駛中反饋增強，而懸架和轉向系統(tǒng)的擺振阻尼較小時，一旦受到力的干擾和沖擊，就會發(fā)生擺振，并且車速越高，擺振的幅度和擺振的可能性也越大。其振動頻率大致接近系統(tǒng)的固有頻率而與車輪轉速并不一致，且會在較寬的車速范圍內發(fā)生。2.9.2受迫擺振轉向輪受迫擺振的原因是在轉向輪上作用著一種周期性的干擾力，迫使轉向輪產(chǎn)生擺振。其干擾的頻率總是與車輪的轉動頻率相同，與車速成正比。當車速達到某個數(shù)值，干擾的頻率與轉向輪系統(tǒng)的自振頻率相等時，就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，擺振最厲害。當車速

38、提高或降低后，破壞了共振的條件，擺振減弱至消失。通常在高速行駛時發(fā)生的擺振往往屬于受迫振動型。所以車速越高擺振越厲害的擺振屬于自激擺振，某個車速擺振最厲害的擺振是受迫振動。在區(qū)分兩種擺振類型時，會有兩種不同的感受。如果是受迫振動，在車速增加時，可以明顯的感覺到方向盤的振幅逐漸增加的變化過程，自激擺振，就難感覺到此過程，好像擺幅在一瞬間就達到了最大值，即使減速，擺振也無明顯減弱，只有等車速降低到最低時擺振才會停止。這是因為自激擺振并非車速一高就必然發(fā)生，而是需要一定的誘發(fā)干擾力，即具有一定的偶然性。其發(fā)生時的車速往往高于能維持擺振最低車速。確定引起擺振的具體根源，一般原則是自激擺振在懸架和轉向系

39、統(tǒng)上，受迫擺振在車輪上。轉向輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復雜，既有結構設計的原因和制造方面的因素如車輪失衡、輪胎的機械特性、系統(tǒng)的剛度與阻尼、轉向輪的定位角以及陀螺效應的強弱等；又有裝配調整方面的影響，如前橋轉向系統(tǒng)各個環(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參數(shù)、優(yōu)化它們之間的匹配，精心地制造和裝配調整，就能有效地控制前輪擺振的發(fā)生。在設計中提高轉向器總成與轉向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架的縱向剛度，提高輪胎的側向剛度，在轉向拉桿系中設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。第三章 轉向橋的設計計算本次設計的轉向從動橋采用無縫鋼管熱擠壓整體式成型

40、。這種設計結構簡單，耐久性極高，運行成本低，有效載荷增加，大大減少了從動轉向橋的質量。3.1轉向從東橋的主要零件尺寸的確定3.1.1參考車型制動系相關主要參數(shù)數(shù)值驅動形式:4*2 滿載軸荷:5t車輪規(guī)格：7.50V-20 輪胎規(guī)格：10.00- 20前軸落差：93主銷中心距：1773 主銷內傾角：7車輪外傾角：1 前束：13內輪胎最大轉角：47 外輪胎最大轉角：36輪距：1940 簧距：820轉向節(jié)臂中心孔到主銷：313 mm轉向節(jié)臂中心孔到板簧（下表面）：52轉向節(jié)臂中心孔到前軸中心：偏后6車輪栓:10個 均勻分布于直徑為285.75的圓上定位方式：球面座定位3.1.2實際參數(shù)驅動形式:4*

41、2 滿載軸荷:5t車輪規(guī)格：8.00V-20 輪胎規(guī)格：11.00 R20前軸落差：87主銷中心距：1773.3 主銷內傾角：7車輪外傾角：1 前束：13內輪胎最大轉角：47 外輪胎最大轉角：36輪距：1980 簧距：820轉向節(jié)臂中心孔到主銷：216 mm轉向節(jié)臂中心孔到板簧（下表面）：172轉向節(jié)臂中心孔到前軸中心：偏后6車輪栓:10個 均勻分布于直徑為335的圓上定位方式：止口定位分布圓直徑為280.8mm3.2轉向從動橋主要零件的校核3.2.1 前梁在制動工況與側滑工況下的校核前梁矩形空心截面的垂向彎曲截面系數(shù)、水平彎曲截面系數(shù)和扭轉截面系數(shù)（單位均為mm）圖3-1 矩形空心截面的截面

42、系數(shù)圖3-2轉向從動橋在制動和側滑工況下的受力分析簡圖1-制動工況下的彎矩圖和轉矩圖；2-側滑工況下的彎矩圖(1)制動工況下的前梁應力計算：制動時前輪承受的制動力和垂直力傳給前梁，使前梁承受彎矩和轉矩。考慮到制動時汽車質量向前，轉向橋轉移，則前輪所承受的地面垂直反力為： (3-1) 式中：汽車滿載靜止于水平路面時前橋給地面的載荷，N； 汽車制動時對前橋的質量轉移系數(shù)，對轎車和載貨汽車的前橋可取1.5；1.5=36750N前輪所承受的制動力為： (3-2)式中：輪胎與路面的附著系數(shù)取為0.6； =367500.6=22050N由于和對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最大值，

43、分別為： （3-3） （3-4）式中：見圖3-2，取=580 mm 車輪(包括輪毅、制動器等)所受的重力，N； =357.7N； 汽車前輪輪距；取B=1980 mm； 前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離；取為820 mm制動力還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉矩： (3-5)式中：輪胎的滾動半徑，取為512mm=22050512=11289600Nmm彎曲應力：(2)在最大側向力(側滑)工況下的前梁應力計算汽車在側滑時，因橫向力的作用，汽車左右車輪上的垂直載荷發(fā)生偏移。 確定側向滑移附著系數(shù)在側滑的臨界狀態(tài)，橫向反作用力等于離心力，并達到最大值,為保證不翻車，須使，則有：，所以，得到，取。 側

44、滑工況下的受力分析及應力計算當汽車承受最大側向力時無縱向力作用，左、右前輪承受 的地面垂向反力 和 與側向反力 和 各不相等，前輪的地面反力(單位都為N)分別為： (3-6) (3-7) (3-8) (3-9)式中：汽車質心高度,取為1100mm；此時，向右作用。則有：側滑時左、右鋼板彈簧對前梁的垂直作用力為： (3-10) (3-11)式中：滿載時車廂分配給前橋的垂向總載荷， 則有側滑時左右前輪輪轂內外軸承的徑向支承力分別為： (3-12) (3-13) (3-14) (3-15)式中- -輪胎的滾動半徑，； -至車輪中心線的距離，取a=50； -至車輪中心線的距離，取b=50所以有： 根據(jù)

45、這些力及前梁在板簧座處的垂向力可繪出前梁與輪軸在汽車側滑時的垂向受力彎矩圖。由該彎矩圖可見，前梁的最大彎矩發(fā)生在側滑方向一側拳部的主銷孔處；另一側則在板簧座處，可由下式直接求出： (3-16) (3-17)式中 -彎矩，。所以可以求出：則彎曲應力為：MPa(3)前梁材料、許用應力及強度校核前梁采用30Cr合金鋼。許用應力為: ， 所以H=124mm, B=116mm,=10mm的前梁符合條件。3.2.2轉向節(jié)在制動和側滑工況下的應力計算如圖3-2所示，轉向節(jié)的危險斷面在軸徑為d1的輪軸根部即-剖面。圖3-3 轉向節(jié)、主銷及轉向節(jié)襯套的計算用圖（1）截面系數(shù)計算（2）在制動工況下轉向節(jié)的受力分析

46、及應力計算IIIIII剖面處的軸徑僅受垂向彎矩和水平方向的彎矩而不受轉矩，因制動力矩不經(jīng)轉向節(jié)的輪軸傳遞而直接由制動底板傳給在轉向節(jié)上的安裝平面。這時的，及IIIIII剖面處的合成彎矩應力（MPa） (3-18) (3-19) (3-20)式中：轉向節(jié)的輪軸根部軸徑取為76mm； =50；則有： （3）在側滑工況下的受力分析及應力計算在側滑時左、右轉向節(jié)在危險斷面IIIIII處的彎矩是不等的，可分別按下式求得：NmmNmmMPaMPa （4）轉向節(jié)的材料、許用應力及強度校核轉向節(jié)采用40Cr制造，心部硬度241285HRC，高頻淬火后表面硬度5765HRC，硬化層深1.52.0mm。許用應力

47、MPa MPaMPa，所以所選轉向節(jié)符合要求。3.2.3主銷與轉向節(jié)襯套在制動和側滑工況下的應力計算在制動和側滑工況下，在轉向節(jié)上、下襯套的中心，即與輪軸中心線相距分別為c，d的兩點處，在側向平面(圖33(c)和縱向平面(圖33(d)內，對主銷作用有垂直其軸線方向的力。主銷彎曲截面系數(shù)計算：主銷剪切面積：主銷襯套擠壓面積：式中：主銷直徑，取為47 mm；D-主銷襯套外徑，取為52；H-主銷下襯套的長度，取為65。在制動工況下受力分析: (3-21)式中：-主銷中心線到輪胎中心線的距離，取103.5； 取106,取80；N制動力矩由位于縱向平面內并作用于主銷的力所形成的力偶所平衡(見圖33(c)

48、。故有NN與主銷的力，平衡(見圖33(c)，且有：由轉向橋的俯視圖(圖33(d)的下圖)可知，制動時轉向橫拉桿的作用力N為：力N位于側向平面內且與輪軸中心線的垂直距離為（取為80 mm）如將的著力點移至主銷中心線與輪鈾中心線的交點處則需對主銷作用一側向力矩 (見圖33(b)。力矩由位于側向平面內并作用于主銷的力偶矩所平衡，故有而力N則內存整向節(jié)上下襯套中點處作用于主銷的力，所平衡，且有：由圖32(b)可，在轉向節(jié)上襯套的中點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： 由上兩式可見，在汽車制動時，主銷的最大載荷發(fā)生在轉向節(jié)下襯套的中點處，其值為82294.8N。在側滑工況下受力分析僅

49、有在側向平面內起作用的力和力矩，且作用于左右轉向節(jié)主銷的力 是不相等的，它們可分別按下式求得：彎曲應力和剪切應力的計算取中最大的作為主銷的計算荷,N,計算主銷在前梁拳部下端面彎曲應力和剪切應力：MPaMPa式中： h 轉向節(jié)下襯套中點至前梁拳部下端面的距離見圖32(a),取h=60.5mm；主銷材料及許用應力主銷材料采用20CrNi制造，滲碳淬火，滲碳層深1.01.5mm，5662HRC。許用彎曲應力和許用剪切應力分別為=500MPa和=100MPa；MPa MPa轉向節(jié)襯套的受力分析轉向節(jié)襯套的擠壓應力為MPa轉向節(jié)襯套的許用擠壓應力為=50MPaMPa在靜載荷下，上式的計算載荷取N MPa

50、此時取MPa,MPa。3.2.4轉向節(jié)推力軸承的計算對轉向節(jié)推力軸承，取汽車以等速40kmh，沿半徑R50m的圓周行駛的工況作為計算工況。如果汽車向右轉彎，外輪即左前左輪的地面垂向反力增大。 (3-22)將上述計算工況的有關數(shù)據(jù)代入上式，并設=0.5，則有：可近似地認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:于轉向節(jié)推力軸承在工作中的相對轉角不大及軸承滾輪使圓周破壞帶來的危險性，軸承的選擇按其靜承載容量進行，且取當量靜載荷。此時，取系數(shù)0.4，則 所以選擇軸承型號為81210.第四章 轉向梯形的設計4.1轉向梯形的理論特性為了使汽車轉向時轉向輪只有純滾動而無滑移，應如圖4-1所示，

51、兩轉向輪應繞后軸延長線上的O點轉動，且內外轉向輪的轉角應保證下列關系： (4-1)式中： -外轉向輪轉角； -內轉向輪轉角； K-兩主銷延長線至地面交點間的距離，如圖4-1； L-兩主銷延長線與地面腳墊至后軸的距離，如圖4-1。圖4-1理論上的轉向特性曲線圖4-1中的GC線為理論上轉角正確的轉向梯形特性曲線，其作法如下。以兩主銷延長線至地面的交點A和B作垂直于后軸軸線，交于C和D點，前軸軸線的中點G作一直線至后軸上的C點，GC即為理論特性曲線。由此可見GC線上任何一點與A和B兩點連線所形成的角和角都符合純滾動關系式，所以稱之為理論特性曲線。進行轉向梯形的設計時應要保證內、外轉角符合或接近純滾動

52、關系式，也就是說內外轉向軸線的交點都應在GC線上或在其附近。目前的轉向梯形機構還不能絕對保證符合轉向梯形理論特性曲線。由于受到車輪前軸布置的影響，梯形設計時在常用的范圍1520內偏差應盡量小，以減小汽車在高速行駛時輪胎的磨損；至于轉向輪在最大轉角時，汽車速度較低，偏差大些影響不大。上面論證的梯形特性是以剛性車輪為前提的，目前汽車上所用的車輪都是彈性的充氣輪胎，在輪胎受到橫向阻力時，車輪不在與軸相垂直平面內滾動，而是在與平面成角的平面內滾動，即繞線滾動。由于彈性輪胎存在橫向偏離問題，當汽車轉向時，所有車輪不是繞點滾動，而是繞點滾動，點又不在后軸延長線上，而在前軸與后軸中間與汽車縱軸線相垂直的某一直線上，即點的位置取決于前輪的橫向偏離角和后輪的橫向偏離角。由于影響輪胎的橫向偏離因素太多，目前無法用簡單方法加以確定，所以目前仍以剛性輪胎的假設來進行轉向梯形設計，而一般車輛在實際使用中完全可以滿足要求，因此暫時不考慮輪胎橫向偏離問題。4.2轉向梯形的布置為保證汽車行駛的安全性，在一般情況下應盡量將梯形布置在前軸之后，橫拉桿的高度在前軸下表面以上15處，以避免障礙物的