汽车转向桥桥设计项目说明指导书.docx

汽车转向桥设计说明书

任务书要求：
（1）了解汽车转向桥结构，功效
（2）进行汽车转向桥受力分析
（3）总体方案设计
（4）画出转向节零件图
（5）画出转向桥总装图

一、 概述
转向桥是利用转向节使车轮偏转一定角度以实现汽车转向，同时还承受和传输汽车和车架及车架之间垂直载荷、 纵向力和侧向力和这些力形成力矩。转向桥通常在汽车前部，所以也常称为前桥。

各类汽车转向桥结构基础相同，关键有前轴（梁）、转向节、主销和轮毂
 (1)前轴：由中碳钢铸造，采取抗弯性很好工字形断面。为了提升抗扭强度，靠近两端略呈方形。前轴中部下凹使发动机位置得以降低，进而降低汽车质心，扩展驾驶员视野，减小传动轴和变速器输出轴之间夹角。下凹部分两端制有带通孔加宽平面，用以安装钢板弹簧。前轴两端向上翘起，各有一个呈拳形加粗部分，并制有通孔。
 (2)主销：即插入前轴主销孔内。为预防主销在孔内转动，用带有螺纹楔形销将其固定。
    (3)转向节：转向节上两耳制有销孔，销孔套装在主销伸出两端头，使转向节连同前轮能够绕主销偏转，实现汽车转向。为了限制前轮最大偏转角，在前轴两端还制有最大转向角限位凸块(或安装限位螺钉)。
 转向节两个销孔，要求有较高同心度，以确保主销安装精度和转向灵活。为了降低磨损，在销孔内压入青铜或尼龙衬套。衬套上开有润滑油槽，由安装在转向节上油嘴注入润滑脂润滑。为使转向灵活轻便，还在转向节下耳上方和前轴之间装有推力轴承11；在转向节上耳和前轴之间，装有调整垫片8，用以调整轴向间隙。
 左转向节上耳装有和转向节臂9制成一体凸缘，在下耳上装有和转向节下臂制成一体凸缘。两凸缘上均制有一矩形键和左转向节上、下耳处键槽相配合，转向节即经过矩形键及带有键形套双头螺栓和转向节上下臂连接。
 (4)轮毂：轮毂经过内外两个滚锥轴承套装在转向节轴颈上。轴承松紧度能够由调整螺母调整，调好后轮毂应能正、反方向自由转动而无显著摆动。然后用锁紧垫圈锁紧。在锁紧垫圈外端还装有止推垫圈和锁紧螺母，拧紧后应把止推垫圈弯曲包住锁紧螺母或用开口销锁住，以防自行松动。
 轮毂外端装有冲压金属端盖，预防泥水或尘土浸入。轮毂内侧装有油封 (有油封装在转向节轴颈根部)，有还装有挡油盘。一旦油封失效，则外面挡油盘仍可预防润滑脂进入制动器内。
本文设计是JY1061A型采取前置后轮驱动载货汽车转向桥，所以该转向桥为从动桥。从动桥功用：从动桥也称非驱动桥，又称从动车轴。它经过悬架和车架（或承载式车身）相联，两端安装从动车轮，用以承受和传输车轮和车架之间力（垂直力、纵向力、横向力）和力矩。并确保转向轮作正确转向运动

1、设计要求：
（1）确保有足够强度：以确保可靠承受车轮和车架之间作用力。
（2）确保有足够刚度：以使车轮定位参数不变。
（3）确保转向轮有正确定位角度：以使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎磨损。
（4）转向桥质量应尽可能小：以降低非簧上质量，提升汽车行驶平顺性。
经过对CJ1061A型前桥设计，能够加深我们设计思想，即：
（1） 处理好设计优异性和生产可能性之间关系；
（2） 协调好产品继承性和产品“三化”之间关系。
2、结构参数选择
JY1061A型汽车总部署整车参数见表1：
表1
汽车总质量Ga（N）
前轴轴载质量G1（N）
汽车质心至前轴中民线距离L1（mm）
汽车质心至后轴中心线距离L2(mm)
轴距L（mm）
汽车质心高度hg(mm)
前钢板弹簧座中心距B〞(mm)
58359
20727
2133
1175
3308
1060
780
主销中心距B′(mm)
前轮距B1(mm)
车轮滚动半径rr(mm)
主销内倾角β
主销后倾角ﻻ
前轮外倾角a
前轮前束（mm）
1415
1584
480
8°
2.5°
1°
2

2.1、转向桥结构形式
本前桥采取非断开式转向桥
2.2、选择前桥结构型式及参数
（1）前轴结构形式：工字形断面加叉形转向节主销固定在前轴两端拳部里。
（2）转向节结构型式：整体铸造式。
（3）主销结构型式:圆柱实心主销。
（4）转向节止推轴承结构形式：止推滚柱轴承。
（5）主销轴承结构形式：滚针轴承
（6）轮毂轴承结构形式：单列向心球轴承
2.3、前轮定位角
本型前轮定位角选择见 ‘表1’
二、转向桥强度计算
1、前轴强度计算
1.1、前轴受力简图
图1所表示：

图1 汽车向左侧滑时前轴受力图
1.2、前轴载荷计算
ⅰ）紧急制动
工 汽车紧急制动时，纵向力制动力达成最大值，因质量重新分配，而使前轴上垂直载荷增大，对后轮接地点取矩得
取路面附着糸数Ф=0.7
制动时前轴轴载千质量重新分配分配糸数m1===1.63
垂直反作用力：Z1l= Z1r==16891.6N
横向反作用力：X1l=X1r= Ф=11824.1N
ⅱ）侧滑
汽车侧滑时，因横向力作用，汽车前桥左右车轮上垂直载荷发生转移。
（1）确定侧向滑移附着糸数：
在侧滑临界状态，横向反作用力等于离心力F离，并达成最大值F离=,Ymax=G1Ф′
,为确保不横向翻车，须使V滑<V翻，则有：，所以<，得到<=0.747，取=0.65
（2）对车轮接地点取矩
垂直反作用力：
Z==19360.5N
Z=1346.5N
横向反作用力
Y1l=12584.3N
Y1r=875.2N
ⅲ）越过不平路面
汽国越过不平路面时，因路面不平引发垂直动载荷，至使垂直反作用力达成最大值
取动载荷糸数=2.5
N
载荷计算结果列表，以下表2：
表2 单位 N
紧急制动
Z1
16891.6
X1
11824.1
侧滑
Z1l
19360.5
Z1r
1346.5
Y1l
12584.3
Y1r
875.2
越过不平路面
Z1′
25883.75
1.3、弯矩及扭矩计算
①选择下述四个部位计版式其断面弯矩、扭矩
Ⅰ-Ⅰ断面在钢板弹簧座内侧，属于前轴中部最弱部位。此断面内弯矩最大（钢板弹簧座可视为梁固定端），故两钢板弹簧之间这段梁可不考虑受扭）
Ⅱ-Ⅱ断面在钢板弹簧座外侧周围，此断面内就弯矩最大，而扭矩最小
Ⅲ-Ⅲ断面处弯矩，扭矩均较大
Ⅳ-Ⅳ断面在梁端，此断面内扭矩最大，而弯矩最小
各断面示意图图1
各断面计算参数以下表3
表3
` 参数
车型
L1
L2
L3
L4
h1
h2
h3
h4
JY1061
402
316
167
138
129
125
34
0
②各断面弯扭矩计算以下
ⅰ）紧急制动
垂直面内弯矩 M′=Z1li
水平面内弯矩 M〝=Xli
上式中Li对应和Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ断面分别带入L1、L2、L3、L4
钢板弹簧外侧扭矩 Mn=X
上式中hi对应和Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ断面分别带入h1、h2、h3、0。
ⅱ）侧滑
左侧各断面垂直面内弯矩 =Z1l-Y1l(rr-hi)
上式中Li,hi带入值和紧急制动时一致
ⅲ）越过不平路面
垂直面内弯矩 Mˊ=Z1ˊLi
式中Li带入和上面计算中一致
弯扭矩计算结果以下表4
表4 单位 N
结果
工况
Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ
紧急制动

6790423
5337746
2820897
2331041

4753288
3736416
1974625
1631726
Mn
4150259
4197556
5273549
5675568
侧滑

3365832
1650492
-2379394
-3368715
越不平路

10405268
8179265
4322586
3571958
(4)断面糸数计算
<A>A工字形断面前轴
a) 断面简图
本汽车前轴简化为换算断面形状后图3所表示

图3 前轴简化图
b)计算断面糸数
i)Ⅰ-Ⅰ断面
图3所表示
①垂直面内抗弯断面糸数
=37003.48N.mm
②水平面内抗弯断面糸数

ⅱ）Ⅱ--Ⅱ 断面
① 换算断面简图图4

图4 II—II断面计算简图

② 垂直面内抗弯断面系数
Ⅱ--Ⅱ断面为上，下翼缘不等长工字形断面。计算其垂直面内抗弯断面系数关系是确定出形心轴坐标。
形心轴Xc-Xc坐标：

=
=30.796

该断面对形心轴惯性矩：

上翼面抗弯断面系数：

下翼面抗弯断面系数：

③水平面内抗弯断面系数：

③ 抗扭断面系数
由经验公式得

iii) Ⅲ-Ⅲ断面
III-III断面计算简图图5

图5 III-III断面计算简图
1）垂直面内，水平面内抗弯断面系数：

2）抗扭断面系数：

iv) Ⅳ-Ⅳ断面
1）垂直面内，水平面内抗弯断面系数：

2）抗扭断面系数：

v) 各断面尺寸参数见表5：
表5 单位：
JY1061

Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ
B
72
92

B1
60
50

12.5
12.5

b
72
58
43
43

60
16

12.5
12.5

t
12
42

h
36
43
15

H
61
68
52
52
vi)断面系数计算结果列表见表6
表6 单位：

Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ
W'
37003.48
34347.214
18913.52
19378.7
W"
21744
27822.97
11402.2
16024.7

62935.57
17173.512
20910.34

（5）应力计算
a)计算公式
i)汽车紧急制动时
垂直面内弯曲应力
水平面内弯曲应力
合成应力
扭转应力：
在矩形长边中点上扭转应力
在矩形短边中点上扭转应力
工字形断面中所产生最大应力和最大扭转应力是作用在梁断面上不一样点处。对于上翼面长边中点，其相当应力：
ii)汽车侧滑时
垂直面弯曲应力
iii)汽车越过不平路面时
垂直面弯曲应力
b) 应力值计算结果列表：

表7 单位：

Ⅰ-Ⅰ
Ⅱ-Ⅱ
Ⅲ-Ⅲ
Ⅳ-Ⅳ

紧急制动

183.508
155.406
149.147
120.289

218.602
134.293
173.179
101.826

66.696
307.075
271.424

402.110
300.300
357.270
496.140
侧 滑

90.960
40.053
-125.804
-173.836
越不平路

281.197
238.135
228.545
184.324
（6）JY1061 前轴材料许用应力
材料：30Cr 调质硬度 ： HB241—281 ：800—937
许用应力：
2、转向节强度计算
作用力、、按表1-1取值
2.1、截面系数计算
取轮毂内轴承根部处指轴为计算断面

2.2、弯矩计算
A紧急制动时
B侧滑时

C超越不平路面时

计算用参数JY1061
， ，
2.3、应力计算
A）紧急制动时
B）侧滑时
C）超越不平路面时
弯矩、应力计算结果列表见表8
表8
功况
M

紧急制动
825303.22
155.8
侧滑
-5658732.69
-63285
超越不平路
518175
57.951
2.4、转向节材料、许用应力及强度校核
材料 JY1061 40Gr
许用应力 查YB6-71：

3、主销强度计算
3.1、主销作用力计算简图图6

图6 主销作用力计算简图
主销受力计算参数见表9
表9
参数车行
a
b
c
e
f
l

n

D
h
H
JY1061
67
70
20
497
360

165

480
30
37
40
3.2、计算载荷
计算时，忽略主销倾角影响，并假定力作用点在主销衬套中点。
A）、、按表1取值
B）汽车紧急制动时
力在主销支承反力和。

主销受到和u作用，力u由下式求得：

力在主销两个支承上反作用力和

力u在主销两个支承上反作用力和

由制动力矩作用，在主销两个支撑上产生反作用力和

作用在主销下端 协力（图14）

C)汽车侧滑时
左主销上支承 反作用力

左主销下支承 反作用力

右主销上支承 反作用力

右主销下支承 反作用力

D）汽车越过不平路面时
动载荷在主销上、下支承上产生作用反力和。

3.3、弯矩计算
在紧急制动和侧滑时，主销下支承反作用力为最大，在越过不平路面时，因主销下端作用力臂大于上端，所以只需要计算主销下支承处弯矩（图15）

A) 汽车紧急制动时
=1816786.99N.mm
B) 汽车侧滑时
=1248525.04N.mm
C) 汽车越过不平路面时
=2650.72N.mm
（5）抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积计算
A)主销抗弯断面系数
=2650.72mm3
B)主销剪切面积
=706.86mm2
D) 主销衬套挤压面积
=1200mm2
D:主销外径，d：主销内径
3.4应力计算
分别计算个工况下弯曲应力、剪切应力、挤压应力见表10。
表10

弯曲应力
剪切应力
挤压应力
紧急制动时

侧滑时

越过不平路面时

公式编号
67
68
69
载荷、弯矩、应力计算结果列表见表11：88
具体D=W=G图=纸：三 二 ③ 1爸 爸 五 四 0 六
全 套 资 料 低 拾10快起

表11 主销受力单位：N M单位： 其它量单位：

主销受力
M

紧急制动

49102.27
1216783.99
685.74
69.5
40.920
侧滑

24602

38676

越过不平路面

5980.21
591267.77
223.06
22.61
13.32
3.5、主销材料及许用应力
JY1061:
许用应力

按力作静载荷计算时，
参考文件：
1、《汽车设计》 刘惟信 .7 清华大学出版社
2、《汽车车桥设计》 刘惟信 .4 清华大学出版社
3、CA1080,NJ130,BJ130前桥总成图，零件图。
4、《汽车设计》郭学讯，邓亚东 .8 人民交通出版社
5、《汽车设计》吉林工业大学出版社 王望予 .5 机械工业出版社
6、《汽车结构》吉林大学汽车工程系 陈家瑞 .5 人民交通出版社