车辆工程毕业论文1--轻型载重货车设计(转向系及前桥设计).pdf

毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告学院：车辆与动力工程学院2013 年 4 月 15 日课题名称学生姓名轻型载货汽车设计（转向系及前桥设计）1111专业班级车辆 091课题类型工程设计薛运起高工指导教师职称课题来源组合生产曹艳玲副教授1.设计（或研究）的依据与意义汽车在行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴线偏转一定角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统（俗称汽车转向系）。因此，汽车转向系的功用是，保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。按转向能源的不同，转向系可分为机械转向系和动力转向系。转向系以驾驶员的体力（手）作为转向能源的转向系，叫机械转向系。兼用驾驶员体力和和发动机的动力为转向能源的转向系叫动力转向系。传统的汽车转向系统是机械转向系，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的转向力时)。目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。但是，随着汽车工业的快速发展，轿车的时速也也在快速提升。高速轿车转向时的阻力矩比普通汽车要大得多，单靠选用角传动比较大的转向器来提高机械转向系的传动效率，远不能满足转向轻便和行车安全的 要求，机械转向系也很难兼顾操纵省力和灵敏两方面的要求。因此，动力转向系统应运而生，动力转向系的转向加力装置是以发动机输出的动力为能源来增大驾驶员操纵转向轮转向的力量，从而使操纵十分简单，同时选用传动比较小的转向器角传动比，还能满足转向灵敏的要求。动力转向系统分为液压转向系统和电动转向系统 2 种。其中液压转向系统由于工作压力高（可达 10Mp 以上），部件尺寸很小，液压系统工作时无噪声，工作滞后时间短，而且能吸收来自不平路面的冲击与振动，在实际中应用的最多，目前已在和各类各级汽车上获得广泛应用。本课题就以机械转向系为对向，介绍研究轻型车上机械式转向机构的实现方法，以及相关重要参数，总结大学期间学习的各科专业知识，如机械原理、机械设计、机械制造基础以及液压传动等，为以后工作打下实践基础。I2.国内外同类设计（或同类研究）的概况综述转向器是转向系主要构成的关键零件，随着电子技术在汽车中的广泛应用，转向装置的结构也有很大变化。从目前使用的普遍程度来看，主要的转向器类型有 4 种：有蜗杆销式(WP 型)、蜗杆滚轮式(WR 型)、循环球式(BS 型)、齿条齿轮式(RP 型)。这四种转向器型式，已经被广泛使用在汽车上。据了解，在世界范围内，汽车循环球式转向器占 45左右，齿条齿轮式转向器占 40左右，蜗杆滚轮式转向器占 10左右，其它型式的转向器占 5。循环球式转向器一直在稳步发展。在西欧小客车中，齿条齿轮式转向器有很大的发展。日本汽车转向器的特点是循环球式转向器占的比重越来越大，日本装备不同类型发动机的各类型汽车，采用不同类型转向器，在公共汽车中使用的循环球式转向器，已由60年代的 625，发展到现今的 100了(蜗杆滚轮式转向器在公共汽车上已经被淘汰)。大、小型货车大都采用循环球式转向器，但齿条齿轮式转向器也有所发展。微型货车用循环球式转向器占 65，齿条齿轮式占 35。我国的转向器生产，除早期投产的解放牌汽车用蜗杆滚轮式转向器，东风汽车用蜗杆肖式转向器之外，其它大部分车型都采用循环球式结构，并都具有一定的生产经验。目前解放、东风也都在积极发展循环球式转向器，并已在第二代换型车上普遍采用了循环球式转向器。由此看出，我国的转向器也在向大量生产循环球式转向器发展。在国外，循环球式转向器实现了专业化生产，同时以专业厂为主、大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本“精工”(NSK)公司的循环球式转向器就以成本低、质量好、产量大，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国ZF 公司也作为一个大型转向器专业厂著称于世。它从1948 年开始生产 ZF 型转向器，年产各种转向器 200 多万台。还有一些比较大的转向器生产厂，如美国德尔福公司 SAGINAW分部；英国 BURM#0；AN 公司都是比较有名的专业厂家，都有很大的产量和销售面。专业化生产已成为一种趋势，只有走这条道路，才能使产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。齿轮齿条式转向器和循环球式转向器，已成为当今世界汽车上主要的两种转向器；而蜗轮蜗杆式转向器和蜗杆肖式转向器，正在逐步被淘汰或保留较小的地位。在小客车上发展转向器的观点各异，美国和日本重点发展循环球式转向器，比率都已达到或超过 90；西欧则重点发展齿轮齿条式转向器，比率超过 50，法国已高达 95。由于齿轮齿条式转向器的种种优点，在小型车上的应用(包括小客车、小型货车或客货两用车)得到突飞猛进的发展；而大型车辆则以循环球式转向器为主要结构。循环球式转向器的优点：效率高，操纵轻便，有一条平滑的操纵力特性曲线，布置方便，特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好，与液压助力装置的动作配合得好。可以实现变速比的特性，满足了操纵轻便性的要求。中间位置转向力小、且经常使用，要求转向灵敏，因此希望中间位置附近速比小，以提高灵敏性。大角度转向位置转向阻力大，但使用次数少，因此希望大角度位置速比大一些，以减小转向力。由于循环球式转向器可实现变速比，应用正日益广泛。通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，这也是它应用广泛的原因之一。齿轮齿条式转向器的主要优点：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量比较小；传动效率高达90%；齿轮与齿条之间因磨损出现间隙后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧，能II自动消除间隙，这不仅可以提高转向系统的刚度，还可以防止工作时产生冲击和噪声；转向器占用体积小；制造成本低。基于以上调查和转向器的优点，循环球式转向器和齿轮齿条式转向器将是以后转向器的发展的趋势和潮流。从汽车制造成本和转向的要求分析，本次课程设计的是轻型载货汽车的转向系的设计由于考虑以下因素：a.转向器要提供轻便的方向控制，同时转向盘的转角范围不允许过大。这要求转向器的自由行程尽可能小，传动比适当，驾驶员主动转动转盘时的机械效率高。可能需要动力助力。b.使地面对前轮的扰动尽可能地被传到转向盘上，同时还要让驾驶员能够感觉到路面状况的变化。这要求在前轮因受到地面干扰而试图转动转向盘时转向器的机械效率适当地低，既逆效率适当地低。c.不能妨碍汽车完成转向后、返回直线行驶状态时的前轮自动会正，这又要求转向器的逆效率适当地高。d.停车转向时驾驶员转动转向盘的力应该被减小到最低限度。为了使驾驶员能够比较舒服地进行停车转向，一般要求采用动力助力。停车转向时所需要的转向力一般是最大的。e.使汽车具有良好的高速操纵稳定性。这一般要求转向器的自由行程、尽可能小，有适当的传动比和动力助力。综上所述，本次课题选取循环球式转向器综上所述，本次课题选取循环球式转向器I I I3.课题设计（或研究）的内容课题研究的主演内容：1.轻型汽车转向器的方案论证；2.转向器的主要性能参数选择；3.转向器各部件的设计计算；4.转向器角传动比的变化规律5.转向梯形的设计6.转向器的强度校核；7.绘制零件图及装配图解决方法：1.查阅资料确定轻型汽车即总质量小于3500KG的M型和N型汽车所使用的转向器的类型。2.确定转向器的角传动比，转矩传动比。研究转向器的正效率和逆效率。影响转向器效率的因素有转向器类型和转向器的结构参数与效率。3.查阅资料和学过的知识，根据选择的性能参数设计计算。4.通过网络和查阅资料研究转向器角传动比的变化规律5.通过学过的知识完成转向梯形的设计并进行校核。6.研究在 EPS 和非 EPS 两种状态下转向器的受力情况，并对其进行强度校核。7.用 CAD 绘图软件绘制所设计的零件图和装配图。4.设计（或研究）方法1.查阅资料确定轻型汽车即总质量小于3500KG的M型和N型汽车所使用的转向器的类型。2.确定转向器的角传动比，转矩传动比。研究转向器的正效率和逆效率。影响转向器效率的因素有转向器类型和转向器的结构参数与效率。3.查阅资料和学过的知识，根据选择的性能参数设计计算。4.通过网络和查阅资料研究转向器角传动比的变化规律5.通过学过的知识完成转向梯形的设计并进行校核。6.研究在 EPS 和非 EPS 两种状态下转向器的受力情况，并对其进行强度校核。7.用 CAD 绘图软件绘制所设计的零件图和装配图。I V5.实施计划56 周 调研，查阅资料，明确具体任务。78 周 讨论，设计总体方案。910 周 完成主要总装图设计。1112 周完成零、部件图设计，并完成机绘图。1314 周 编写设计说明书。15 周 整理图纸及全部设计文件，最后交卷。指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日V轻型载重货车设计(转向系及前桥设计)摘 要在本次毕业设计中，是关于轻型载货汽车的前桥及转向系统的设计。本着力争性能可靠，价优，易造的设计构想，同时也主要参照拖厂的同类车型，努力去改造，去创新。转向从动桥是通过悬架和车相连，两侧安装着从动车轮，用以传递车架与车轮之间的各种力和力矩。汽车的转向系是利用转向节使车轮可以偏转一定角度以实现汽车的转向。汽车的转向系是用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，在行驶中起到重要作用。主要可分为机械转向系，动力转向系和电动转向系。其中电动转向系是未来汽车转向系的发展方向。综合各种因素，本次设计采用采用转向梯形机构布置在前轴之后的整体式车桥和采用了正效率很高，操纵方便且使用寿命长的机械式循环球式转向器。本次设计包括对转向从动桥结构形式的选择，主要是计算前轴、转向节、主销、主销上下轴承、转向节推力轴承或止推垫片等在制动和侧滑两种工况下的应力校核。还包括转向器的结构选择及其设计计算并对转向梯形进行优化设计。设计中水平有限，但希望能设计出一辆经济实用的轻型载货汽车。关键词：运输车，前桥，主销，转向轴V ITHE DESIGNS OF THE STEERING SYSTEM ANDFRONT AXLE IN OWN UNLOAD AGRICULTURETRUCK TO TRANSPORT OF KD1080ABSTRACTIn this graduated designs,my assignment is the light trucks front axle and steeringsystem.I shall try my be st to design my assignment,I want the light trucks capacity issecure and the price is low.It is also easy to make,at the same time,I refer to the lighttruck which made in YT factory.I want to improve and innovate it.Steering front axle connects the frame by suspension.Driven wheel are installed atthe sides of the fore axle,which transmits kinds of forces and torques into the wheels.The steering knuckle link to the front axle causes the front wheels to turn to the right orleft.The steering system enables the driver to guide the automobile or wheeled tractordown the road and turn ringht or left.It is very important for the truck.there aremannnual steering,power steering and electric power steering.The electric powersteering system will be the direction in the future.In view of all the factors,I adopt the ladder-shaped organization assigns after thefront axle and very efficient that can be handled easily and had long performance lifesteering box of the circulation ball type.The design includes selection of the structure ofthe fore axle but most calculate the streys inspection under the break and the secondslide of front axle,steering knuckle inserts,king pin and ball bearing,thrust bearing andstop last spacer.Still include choosing and designing aslo calculating and carrying onoptimization design ladder-shapedly of steering.The level is limited in the design,but Ihope to design a economical and practical agricultural light truck.KEY WORDS:transporter,the front axle,king pin,steering shaftVII主 要符号 表量 的 名 称量 的符 号单 位汽 车 前 轴 静 载 荷汽 车 质 心 高 度转 向 阻 力 矩接 触 应 力前 轮 承 受 的 制 动 力前 轮 承 受 的 垂 直 力垂 向 弯 矩水 平 弯 矩车 轮 所 受 的 重 力前 轮 轮 距两 钢 板 弹 簧 座 中 心 距转 矩轮 胎 的 滚 动 半 径地 面 垂 向 反 力地 面 侧 向 反 力力 偶 矩轴 承 的 轴 向 载 荷轴 承 静 承 载 容 量G1hgMrpZ1MMhgwBSTrrZYQFaC0r8N mmN.mmMPaNNN.mmN.mmNmmmmN.mmmmNNN.mmNKN轴 承 当 量 静 载 荷转 向 轴 输 入 功 率转 向 器 中 的 摩 擦 功 率效 率导 程 角附 着 系 数P0p1p209KNKwKwrad目录前言.12第一章 概述.12第二章 从动桥的方案确定.152.1从动桥总体方案确定.15第三章 转向系的方案确定.173.1转向系整体方案确定.173.2转向器结构形式及选择.173.3循环球式转向器结构及工作原理.18第四章 从动桥的设计计算.204.1 从动桥主要零件尺寸的确定.204.2从动桥主要零件工作应力的计算.204.3在最大侧向力(侧滑)工况下的前梁应力计算.224.4转向节在制动和侧滑工况下的应力计算.244.5主 销 与 转 向 节 衬 套 在 制 动 和 侧 滑 工 况 下 的 应 力计算.254.6 转向节推力轴承的计算.28第五章转向系统的设计计算.295.1转向系主要性能参数.295.1.1 转向器的效率.295.1.2 传动比的变化特性.295.2主要参数的确定.305.2.1给定的主要计算参数.305.2.2选择主要转向参数.305.2.3车轮的左右最大转角确定.315.3转向梯形的选择设计.325.4转向梯形的优化.335.5循环球式转向器的设计.365.5.1转向器（循环球式）的效率.365.5.2主要参数的选择.365.5.3螺杆、钢球和螺母传动副.37105.5.4齿条、齿扇传动副设计.385.6转向系主要性能参数确定.395.6.1转向系的角传动比.395.5.2转向盘旋转圈数 n.395.6循环球式转向器零件强度的校核.395.6.1 钢球与滚道间的接触应力.405.6.2 齿的弯曲应力.405.7转向系其他元件的选择及材料的确定.41第六章转向系主要零件的强度计算.426.1计算载荷的确定.426.2主要零件的强度计算.42总 结.35致 谢.45参考文献.4611前言在 目 前 金 融 危 机 的 大 环 境 下，伴 随 着 汽 车 行 业 的 发 展，轻 型 货 运 汽 车在 国 民 生 产 中 扮 演 着 更 重 要 的 角 色。轻 型 载 货 汽 车 各 个 领 域 得 到 了 广 泛 应 用，对 于 它 的 设 计 是 依 据 以 往 理论 知 识 及 实 践 经 验，在 满 足 其 功 用 的 前 提 下 来 进 行 的。转 向 系 统 是 用 来 保持 或 改 变 汽 车 行 驶 方 向 的 机 构，它 在 整 体 设 计 中 亦 有 其 重 要 地 位，对 转 向时 车 轮 正 确 运 动 和 汽 车 的 安 全 行 驶 有 重 大 影 响，这 就 要 求 其 工 作 可 靠、操纵 轻 便。在 目 前 的 设 计 和 使 用 方 面，转 向 系 统 由 机 械 式 和 动 力 式 两 类，由 于 动力 式 转 向 系 统 能 减 轻 驾 驶 员 的 负 担，而 且 操 作 方 便，所 以 到 广 泛 使 用。机械 式 转 向 系 统 由 于 造 价 低 廉，而 且 能 够 满 足 轻 型 货 车 等 一 大 部 分 汽 车 的 转向 需 要，固 也 得 到 了 广 泛 的 使 用。机 械 式 转 向 系 由 操 纵 机 构、转 向 器 和 转向 传 动 机 构 组 成，其 重 点 是 转 向 器 和 传 动 机 构 的 设 计。现 今 国 内 轻 型 汽 车多 才 用 整 体 式 循 环 球 式 转 向 器，整 体 式 后 置 梯 形。本 毕 业 设 计 说 明 书，主 要 讲 述 了 前 桥 前 悬 和 转 向 系 统 的 选 择 设 计 和 方案 分 析。对 前 桥 前 悬 和 转 向 系 统 的 分 类 和 工 作 原 理 进 行 了 深 入 的 对 比 和 分析，选 出 最 优 方 案 来 进 行 设 计；对 于 转 向 系 统 的 重 要 组 成 部 分 转 向 器 和 转向 传 动 机 构 进 行 分 析 设 计，选 择 合 适 的 机 构 和 零 件。12第一章 概述从 动 桥 通 过 悬 架 与 车 架 相 联，两 侧 安 装 着 从 动 车 轮，用 以 在 车 架 与 车轮 之 间 传 递 铅 垂 力、纵 向 力 和 横 向 力。从 动 桥 还 要 承 受 和 传 递 制 动 力 矩。根 据 从 动 车 轮 能 否 转 向，从 动 桥 分 为 转 向 桥 与 非 转 向 桥。一 般 汽 车 多以 前 桥 为 转 向 桥。为提 高 操 纵 稳 定 性 和 机 动 性，有些 轿 车 采 用 全 四 轮 转 向。多 轴 汽 车 除 前 轮 转 向 外，根 据 对 机 动 性 的 要 求，有 时 采 用 两 根 以 上 的 转 向桥 直 至 全 轮 转 向。一 般 载 货 汽 车 采 用 前 置 发 动 机 后 桥 驱 动 的 布 置 形 式，故 其 前 桥 为 转 向从 动 桥。轿 车 多 采 用 前 置 发 动 机 前 桥 驱 动，越 野 汽 车 均 为 全 轮 驱 动，故 它们 的 前 桥 既 是 转 向 桥 又 是 驱 动 桥，称 为 转 向 驱 动 桥。从 动 桥 按 与 其 匹 配 的 悬 架 结 构 的 不 同，也 可 分 为 非 断 开 式 与 断 开 式 两种。与 非 独 立 悬 架 相 匹 配 的 非 断 开 式 从 动 桥 是 一 根 支 承 于 左、右 从 动 车 轮上 的 刚 性 整 体 横 梁，当又 是 转 向 桥 时，则其 两 端 经 转 向 主 销 与 转 向 节 相 联。断 开 式 从 动 桥 与 独 立 悬 架 相 匹 配。为 了 保 持 汽 车 直 线 行 驶 的 稳 定 性、转 向 轻 便 性 及 汽 车 转 向 后 使 前 轮 具有 自 动 回 正 的 性 能，转 向 桥 的 主 销 在 汽 车 的 纵 向 和 横 向 平 而 内 都 有 一 定 倾角。在 纵 向 平 面 内，主 销 上 部 向 后 倾 斜 一 个角，称 为 主 销 后 倾 角。在 横向 平 面 内，主 销 上 部 向 内 倾 斜 一 个 角，称 为 主 销 内 倾 角。还 有 车 轮 外 倾角 及 前 束。在 汽 车 的 设 计、制 造、装 配 调 整 和 使 用 中 必 须 注 意 防 止 可 能 引 起 的 转向 车 轮 的 摆 振，它 是 指 汽 车 行 驶 时 转 向 轮 绕 主 销 不 断 摆 动 的 现 象，它 将 破坏 汽 车 的 正 常 行 驶。转 向 车 轮 的 摆 振 有 自 激 振 动 与 受 迫 振 动 两 种 类 型。前者 是 由 于 轮 胎 侧 向 变 形 中 的 迟 滞 特 性 的 影 响，使 系 统 在 一 个 振 动 周 期 中 路面 作 用 于 轮 胎 的 力 对 系 统 作 正 功，即 外 界 对 系 统 输 入 能 量。如 果 后 者 的 值大 于 系 统 内 阻 尼 消 耗 的 能 量，则 系 统 将 作 增 幅 振 动 直 至 能 量 达 到 动 平 衡 状态。这 时 系 统 将 在 某 一 振 幅 下 持 续 振 动，形 成 摆 振。其 振 动 频 率 大 致 接 近系 统 的 固 有 频 率 而 与 车 轮 转 速 并 不 一 致，且 会 在 较 宽 的 车 速 范 围 内 发 生。通 常 在 低 速 行 驶 时 发 生 的 摆 振 往 往 属 于 自 摄 振 动 型。当 转 向 车 轮 及 转 向 系统 受 到 周 期 性 扰 动 的 激 励，例 如 车 轮 失 衡、端 面 跳 动、轮 胎 的 几 何 和 机 械13特 性 不 均 匀 以 及 运 动 学 上 的 干 涉 等，在 车 轮 转 动 下 都 会 构 成 周 期 性 的 扰 动。在 扰 动 力 周 期 性 的 持 续 作 用 下，便 会 发 生 受 迫 振 动。当 扰 动 的 激 励 频 率 与系 统 的 固 有 频 率 一 致 时 便 发 生 共 振。其 特 点 是 转 向 轮 摆 振 频 率 与 车 轮 转 速一 致，而 且 一 般 都 有 明 显 的 共 振 车 速，共 振 范 围 较 窄(3 5km/h)。通 常 在高 速 行 驶 时 发 生 的 摆 振 往 往 属 于 受 迫 振 动 型。转 向 轮 摆 振 的 发 生 原 因 及 影 响 因 素 复 杂，既 有 结 构 设 计 的 原 因 和 制 造方 面 的 因 素 如 车 轮 失 衡、轮 胎 的 机 械 特 性、系 统 的 刚 度 与 阻 尼、转 向 轮的 定 位 角 以 及 陀 螺 效 应 的 强 弱 等；又 有 装 配 调 整 方 面 的 影 响，如 前 桥 转 向系 统 各 个 环 节 间 的 间 隙(影 响 系 统 的 刚 度)和 摩 擦 系 数(影 响 阻 尼)等。合 理地 选 择 这 些 有 关 参 数、优 化 它 们 之 间 的 匹 配，精 心 地 制 造 和 装 配 调 整，就能 有 效 地 控 制 前 轮 摆 振 的 发 生。在 设 计 中 提 高 转 向 器 总 成 与 转 向 拉 杆 系 统的 刚 度 及 悬 架 的 纵 向 刚 度，提 高 轮 胎 的 侧 向 刚 度，在 转 向 拉 杆 系 中 设 置 横向 减 震 器 以 增 加 阻 尼 等，都 是 控 制 前 轮 摆 振 发 生 的 一 些 有 效 措 施。14第二章 从动桥的方案确定2.1从动桥总体方案确定转 向 从 动 桥 的 主 要 零 件 有 前 梁，转 向 节，主 销，注 销 上 下 轴 承 及 转 向节 衬 套，转 向 节 推 力 轴 承，轮 毂 等。转 向 前 桥 有 断 开 式 和 非 断 开 式 两 种。断 开 式 前 桥 与 独 立 悬 架 相 配 合，结 构 比 较 复 杂 但 性 能 比 较 好，多 用 于 轿 车 等 以 载 人 为 主 的 高 级 车 辆。非 断开 式 又 称 整 体 式，它 与 非 独 立 悬 架 配 合。它 的 结 构 简 单，承 载 能 力 大，这种 形 式 再 现 在 汽 车 上 得 到 广 泛 应 用。因 此 本 次 设 计 就 采 用 了 非 断 开 式 从 动桥。作 为 主 要 零 件 的 前 梁 是 用 中 碳 钢 或 中 碳 合 金 钢 的，其 两 端 各 有 一 呈 拳形 的 加 粗 部 分 为 安 装 主 销 的 前 梁 拳 部；为 提 高 其 抗 弯 强 度，其 较 长 的 中 间部 分 采 用 工 字 形 断 面 并 相 对 两 端 向 下 偏 移 一 定 距 离，以 降 低 发 动 机 从 而 降低 传 动 系 的 安 装 位 置 以 及 传 动 轴 万 向 节 的 夹 角。为 提 高 其 抗 扭 强 度，两 端与 拳 部 相 接 的 部 分 采 用 方 形 断 面，而 靠 近 两 端 使 拳 部 与 中 间 部 分 相 联 接 的向 下 弯 曲 部 分 则 采 用 两 种 断 面 逐 渐 过 渡 的 形 状。中 间 部 分 的 两 侧 还 要 锻 造出 钢 板 弹 簧 支 座 的 加 宽 文 承 面。转 向 节 用 中 碳 合 金 钢 模 级 成 整 体 式 结 构。转 向 节 通 过 主 销 与 前 梁 的 拳部 相 连，使 前 轮 可 以 绕 主 销 偏 转 一 定 的 角 度 使 汽 车 转 向。为 减 小 磨 损，转向 节 销 孔 内 设 计 时 压 入 青 铜 衬 套，衬 套 上 的 润 滑 油 槽 在 上 面 端 部 是 切 通 的，用 装 在 转 向 节 上 的 油 嘴 注 入 润 滑 脂 润 滑，为 使 转 向 轻 便，在 转 向 节 和 前 梁拳 部 设 有 圆 锥 推 力 滚 子 轴 承。主 销 的 几 种 结 构 型 式 如 图 2-1 所 示，本 次 设 计 用(a)。15（a）(b)(c)(d)图 2-1 主 销 结 构 形 式（a）圆 柱 实 心 型 (b)圆 柱 空 心 型 (c)上，下 端 为 直 径 不 等 的圆 柱，中 间 为 锥 体 的 主 销 (d)下 部 圆 柱 比 上 部 细 的 主 销车 轮 轮 毂 通 过 两 个 圆 锥 滚 子 轴 承 支 撑 在 转 向 节 外 端 的 轴 颈 上，轴 承 的 松 紧度 可 通 过 调 整 螺 母 进 行 调 整。轮 毂 外 端 用 冲 压 的 金 属 外 罩 罩 住。轮 毂 内 侧有 油 封，以 防 润 滑 油 进 入 制 动 器 内。16第三章 转向系的方案确定3.1转向系整体方案确定用 来 改 变 或 恢 复 汽 车 行 驶 方 向 的 专 设 机 构 即 称 作 汽 车 的 转 向 系。转 向 系 可 按 转 向 能 源 的 不 同 分 为 机 械 转 向 系 和 动 力 转 向 系 两 大 类。在现 代 汽 车 结 构 中，常 用 机 械 式 转 向 系。机 械 式 转 向 系 依 靠 驾 驶 员 的 手 力 转动 方 向 盘，经 过 转 向 器 和 转 向 传 动 机 构 使 转 向 轮 偏 转。有 些 汽 车 装 有 防 伤机 构 和 转 向 减 振 装 置。还 有 一 些 汽 车 的 专 门 装 有 动 力 转 向 机 构，并 借 助 此机 构 来 减 轻 驾 驶 员 的 手 力，以 降 低 驾 驶 员 的 劳 累 程 度。本 次 设 计 采 用 机 械 式 转 向 器。对 转 向 系 的 主 要 要 求 有：一、操 纵 轻 便。本 次 设 计 针 对 轻 型 载 货 货 车，要 求 方 向 盘 最 大 手 力 不 超 过360N,方 向 盘 的 回 转 圈 数 要 少。二、工 作 安 全 可 靠。三、在 转 向 后，方 向 盘 有 自 动 回 正 能 力，能 保 持 汽 车 有 稳 定 的 直 线 行 驶 能力。四、在 前 轮 受 到 冲 击 时，转 向 系 传 递 反 向 冲 击 到 方 向 盘 上 要 小。五、应 尽 量 减 小 转 向 系 统 连 接 处 的 间 隙，间 隙 应 能 自 动 补 偿 即 调 整，除 了设 计 应 正 确 的 选 择 导 向 轮 的 定 位 角 外，转 向 盘 在 中 间 式 的 自 由 行 程 应当 保 证 直 线 行 驶 的 稳 定 性 和 转 向 盘 相 对 导 向 轮 偏 转 角 的 灵 敏 度。3.2 转向器结构形式及选择根 据 转 向 器 所 用 传 动 副 的 不 同，转 向 器 有 多 种。常 见 的 有 循 环 球 式球 面 蜗 杆 蜗 轮 式、蜗 杆 曲 柄 销 式 和 齿 轮 齿 条 式 等。转 向 器 的 结 构 形 式，决 定 了 其 效 率 特 性 以 及 对 角 传 动 比 变 化 特 性 的17要 求。选 用 那 种 效 率 特 性 的 转 向 器 应 有 汽 车 用 途 来 决 定，并 和 转 向 系 方案 有 关。经 常 行 驶 在 好 路 面 上 的 轿 车 和 市 内 用 客 车，可 以 采 用 正 效 率 较高 的、可 逆 程 度 大 的 转 向 器。效 率 高、工 作 可 靠、平 稳，蜗 杆 和 螺 母 上 的 螺 旋 槽 在 淬 火 后 经 过 磨削 加 工，所 以 耐 磨 且 寿 命 较 长。齿 扇 和 齿 条 啮 合 间 隙 的 调 整 工 作 容 易 进行。和 其 它 形 式 转 向 器 比 较，其 结 构 复 杂，对 主 要 零 件 加 工 精 度 要 求 较高。蜗 杆 曲 柄 销 式 转 向 器 角 传 动 比 的 变 化 特 性 和 啮 合 间 隙 特 性 变 化 受限 制，不 能 完 全 满 足 设 计 者 的 意 图。齿 轮 齿 条 式 转 向 器 的 结 构 简 单，因 此 制 造 容 易，成 本 低，正、逆 效率 都 高。为 了 防 止 和 缓 和 反 向 冲 击 传 给 方 向 盘，必 须 选 择 较 大 的 传 动 比，或 装 有 吸 振 装 置 的 减 振 器。本 设 计 采 用 循 环 球 式 转 向 器。3.3循环球式转向器结构及工作原理循 环 球 式 转 向 器 中 一 般 有 两 级 传 动 副。第 一 级 是 螺 杆 螺 母 传 动 副，第二 级 是 齿 条 齿 扇 传 动 副。转 向 螺 杆 的 轴 颈 支 撑 在 两 个 圆 锥 滚 子 轴 承 上。轴 承 紧 度 可 用 调 整 垫 片调 整。转 向 螺 母 的 下 平 面 上 加 工 成 齿 条，与 齿 扇 轴 内 的 齿 扇 部 分 相 啮 合。通 过 转 向 盘 转 动 转 向 螺 杆 时，转 向 螺 母 不 转 动，只 能 轴 向 移 动，并 驱 使 齿扇 轴 转 动。为 了 减 小 转 向 螺 杆 和 转 向 螺 母 之 间 的 摩 擦，其 间 装 有 小 钢 球 以实 现 滚 动 摩 擦。二 者 的 螺 旋 槽 能 配 合 形 成 近 似 圆 形 断 面 轮 廓 的 螺 旋 管 状 通道。转 向 螺 母 外 有 两 根 导 管，两 端 分 别 插 入 螺 母 的 一 对 通 孔。导 管 内 装 满了 钢 球。两 根 导 管 和 螺 母 内 的 螺 旋 管 状 通 道 组 合 成 两 条 各 自 独 立 的 封 闭 的钢 球 流 道。转 向 器 工 作 是 两 列 钢 球 只 是 在 各 自 封 闭 的 流 道 内 循 环，而 不 脱出。转 向 螺 母 上 的 齿 条 式 倾 斜 的，因 此 与 之 啮 合 的 齿 应 当 是 分 度 圆 上 的 齿厚 沿 齿 扇 轴 线 按 线 性 关 系 变 化 的 变 厚 齿 扇。因 为 循 环 球 转 向 器 的 正 传 动 效率 很 高，操 作 轻 便，使 用 寿 命 长。经 常 用 于 各 种 汽 车。综 上 最 后 本 次 设 计 选 定 循 环 球 式 转 向 器。1819第四章 从动桥的设计计算4.1 从动桥主要零件尺寸的确定转 向 从 动 桥 采 用 工 字 形 断 面 的 前 梁，可 保 证 其 质 量 最 小 而 在 垂 向 平面 内 的 刚 度 大，强 度 高。工 字 形 断 面 尺 寸 的 推 荐 值，见 图5-1，图 中 虚 线绘 出 的 是 其 当 量 断 面。该断 面 的 垂 向 弯 曲 截 面 系 数Wv和 水 平 弯 曲 截 面 系 数Wh（单 位 为mm3）可 近 似 取 为Wv 20a3 2011.53 3.04103mm3Wh 5.5a3 5.511.53 8.36103mm3(4-1)式 中a-工 字 形 断 面 的 中 部 尺 寸,a=11.5 mm;由 经 验 公 式：Wv ml(4-2)2200式 中m-作 用 于 前 梁 上 的 簧 上 质 量,m=806kg；l-车 轮 中 线 至 板 簧 中 线 的 距 离,l=335mm。403335103122.732103mm3Wv 22004.2从动桥主要零件工作应力的计算主 要 是 计 算 前 梁、转 向 节、主 销、主 销 上 下 轴 承(即 转 向 节 衬 套)、转向 节 推 力 轴 承 或 止 推 垫 片 等 在 制 动 和 侧 滑 两 种 工 况 下 的 工 作 应 力。绘 制 计算 用 简 图 时 可 忽 略 车 轮 的 定 位 角，即 认 为 主 销 内 倾 角、主 销 后 倾 角，车 轮外 倾 角 均 为 零，而 左 右 转 向 节 轴 线 重 合 且 与 主 销 轴 线 位 于 同 一 侧 向 垂 直 平面 内。如 下 所 示：20图 4 1 转 向 从 动 桥 在 制 动 和 侧 滑 工 况 下 的 受 力 分 析 简 图1-制 动 工 况 下 的 弯 矩 图 2-侧 滑 工 况 下 的 弯 矩 图制 动 工 况 下 的 前 梁 应 力 计 算：制 动 时 前 轮 承 受 的 制 动 力P和 垂 直 力Z1传 给 前 梁，使 前 梁 承 受 弯 矩 和 转z矩。考 虑 到 制 动 时 汽 车 质 量 向 前，转 向 桥 转 移，则 前 轮 所 承 受 的 地 面 垂 直反 力 为：Z1G1m1(4-3)2式 中：G1 汽 车 满 载 静 止 于 水 平 路 面 时 前 桥 给 地 面 的 载 荷，N；对 轿 车 和 载 货 汽 车 的m1 汽 车 制 动 时 对 前 桥 的 质 量 转 移 系 数，前 桥 可 取 1.5；质 量 分 配 给 前 桥 35%；Z1G1m11=8069.81.5 5942.1N22前 轮 所 承 受 的 制 动 力：Pz Z1(4-4)式 中：轮 胎 与 路 面 的 附 着 系 数 取 为 0.6；Pz=5942.10.6=3554.5N由 于Z1