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汽车转向桥设计说明书
任务书要求：
（1）了解汽车转向桥的结构，功能
（2）进行汽车转向桥的受力分析
（3）总体方案设计
（4）画出转向节的零件图
(5）画出转向桥的总装图
一、 概述
转向桥是利用转向节使车轮偏转一定的角度以实现汽车的转向,同时还承受和传递汽车与车架及车架之间的垂直载荷、 纵向力和侧向力以及这些力形成的力矩。转向桥通常位于汽车的前部，因此也常称为前桥。
各类汽车的转向桥结构基本相同，主要有前轴（梁)、转向节、主销和轮毂
 (1）前轴：由中碳钢锻造，采用抗弯性较好的工字形断面。为了提高抗扭强度,接近两端略呈方形。前轴中部下凹使发动机的位置得以降低，进而降低汽车质心，扩展驾驶员视野，减小传动轴与变速器输出轴之间的夹角。下凹部分的两端制有带通孔的加宽平面，用以安装钢板弹簧。前轴两端向上翘起,各有一个呈拳形的加粗部分，并制有通孔。
 （2)主销：即插入前轴的主销孔内。为防止主销在孔内转动,用带有螺纹的楔形销将其固定.
    (3）转向节:转向节上的两耳制有销孔，销孔套装在主销伸出的两端头，使转向节连同前轮可以绕主销偏转，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).
 转向节的两个销孔，要求有较高的同心度，以保证主销的安装精度和转向灵活.为了减少磨损，在销孔内压入青铜或尼龙衬套。衬套上开有润滑油槽，由安装在转向节上的油嘴注入润滑脂润滑。为使转向灵活轻便，还在转向节下耳的上方与前轴之间装有推力轴承11;在转向节上耳与前轴之间,装有调整垫片8,用以调整轴向间隙。
 左转向节的上耳装有与转向节臂9制成一体的凸缘,在下耳上装有与转向节下臂制成一体的凸缘。两凸缘上均制有一矩形键与左转向节上、下耳处的键槽相配合,转向节即通过矩形键及带有键形套的双头螺栓与转向节上下臂连接。
 (4）轮毂：轮毂通过内外两个滚锥轴承套装在转向节轴颈上.轴承的松紧度可以由调整螺母调整，调好后的轮毂应能正、反方向自由转动而无明显的摆动。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.
 轮毂外端装有冲压的金属端盖，防止泥水或尘土浸入.轮毂内侧装有油封 （有的油封装在转向节轴颈的根部)，有的还装有挡油盘。一旦油封失效，则外面的挡油盘仍可防止润滑脂进入制动器内。
本文设计的是JY1061A型采用前置后轮驱动的载货汽车转向桥,因此该转向桥为从动桥。从动桥的功用:从动桥也称非驱动桥，又称从动车轴。它通过悬架与车架（或承载式车身)相联，两端安装从动车轮，用以承受和传递车轮与车架之间的力（垂直力、纵向力、横向力）和力矩。并保证转向轮作正确的转向运动
1、设计要求：
（1）保证有足够的强度：以保证可靠的承受车轮与车架之间的作用力。
（2）保证有足够的刚度：以使车轮定位参数不变。
（3）保证转向轮有正确的定位角度：以使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损.
（4）转向桥的质量应尽可能小：以减少非簧上质量，提高汽车行驶平顺性。
通过对CJ1061A型前桥的设计,可以加深我们的设计思想，即：
（1） 处理好设计的先进性和生产的可能性之间的关系;
（2） 协调好产品的继承性和产品的“三化”之间的关系.
2、结构参数选择
JY1061A型汽车总布置整车参数见表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
本前桥采用非断开式转向桥
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的拳部里。
（2）转向节结构型式：整体锻造式。
（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
如图1所示：
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,纵向力制动力达到最大值,因质量重新分配，而使前轴上的垂直载荷增大,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，因横向力的作用，汽车前桥左右车轮上的垂直载荷发生转移.
（1)确定侧向滑移附着糸数：
在侧滑的临界状态，横向反作用力等于离心力F离,并达到最大值F离=，Ymax=G1Ф′
，为保证不横向翻车，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，因路面不平引起垂直动载荷，至使垂直反作用力达到最大值
取动载荷糸数=2.5
N
载荷计算结果列表，如下表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的弯矩、扭矩
Ⅰ—Ⅰ断面位于钢板弹簧座内侧，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的固定端），故两钢板弹簧之间这段梁可不考虑受扭）
Ⅱ-Ⅱ断面位于钢板弹簧座外侧附近，此断面内就弯矩最大,而扭矩最小
Ⅲ—Ⅲ断面处的弯矩，扭矩均较大
Ⅳ—Ⅳ断面位于梁端，此断面内扭矩最大，而弯矩最小
各断面示意图如图1
各断面的计算参数如下表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各断面弯扭矩计算如下
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对应与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对应与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带入值与紧急制动时一致
ⅲ）越过不平路面
垂直面内弯矩 Mˊ=Z1ˊLi
式中Li带入与上面计算中一致
弯扭矩计算结果如下表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如图3所示
图3 前轴简化图
b）计算断面糸数
i）Ⅰ-Ⅰ断面
如图3所示
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 换算断面简图如图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，下翼缘不等长的工字形断面。计算其垂直面内抗弯断面系数的关系是确定出形心轴坐标。
形心轴Xc—Xc的坐标：
=
=30。796
该断面对形心轴的惯性矩：
上翼面的抗弯断面系数:
下翼面的抗弯断面系数：
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断面计算简图如图5
如图5 III-III断面计算简图
1)垂直面内，水平面内的抗弯断面系数：
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：
在矩形长边中点上的扭转应力
在矩形短边中点上的扭转应力
工字形断面中所产生的最大应力和最大扭转应力是作用在梁断面上的不同点处.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 前轴材料的许用应力
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、转向节的材料、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如图6
如图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,忽略主销倾角的影响,并假定力的作用点位于主销衬套中点。
A）、、按表1取值
B）汽车紧急制动时
力在主销的支承反力和。
主销受到和u的作用，力u由下式求得：
力在主销的两个支承上反作用力和
力u在主销的两个支承上反作用力和
由制动力矩的作用，在主销的两个支撑上产生反作用力和
作用在主销下端的 合力（图14）
C）汽车侧滑时
左主销上支承的 反作用力
左主销下支承的 反作用力
右主销上支承的 反作用力
右主销下支承的 反作用力
D）汽车越过不平路面时
动载荷在主销上、下支承上产生的作用反力和.
3.3、弯矩计算
在紧急制动和侧滑时，主销下支承的反作用力为最大，在越过不平路面时，因主销下端的作用力臂大于上端，所以只需要计算主销下支承处的弯矩（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的计算
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
分别计算个工况下的弯曲应力、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
详细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： 其余量单位：

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，
参考文献:
1、《汽车设计》 刘惟信 2001.7 清华大学出版社
2、《汽车车桥设计》 刘惟信 2004。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 2005。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 2004.5 机械工业出版社
6、《汽车构造》吉林大学汽车工程系 陈家瑞 2006。5 人民交通出版社
11