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1、載貨汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)書 1 轉(zhuǎn)向橋 本節(jié)重點(diǎn)介紹轉(zhuǎn)向橋的定義和安裝形式。 1.1 轉(zhuǎn)向橋的定義 轉(zhuǎn)向橋是汽車的重要組成部分，轉(zhuǎn)向橋是利用車橋中的轉(zhuǎn)向節(jié)使車輪可以偏移一定角 度，并承受地面與車架之間的力及力矩，以實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。 1.2 轉(zhuǎn)向橋的安裝形式 一般載貨汽車采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)后橋驅(qū)動(dòng)的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向從動(dòng)橋。轎車多 采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前橋驅(qū)動(dòng)，越野車均為全輪驅(qū)動(dòng)，故他們的前橋既是轉(zhuǎn)向橋也是驅(qū)動(dòng)橋， 稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。 轉(zhuǎn)向橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)不用，又可分為非斷開式與斷開式兩種。與非獨(dú)立懸架 匹配的非斷開式的轉(zhuǎn)向橋是一根支承于左、右從動(dòng)車輪上的剛性整體橫梁，當(dāng)又是轉(zhuǎn)向橋 時(shí)，

2、其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)相連。斷開式轉(zhuǎn)向橋與獨(dú)立懸架相匹配。 2 轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu) 2.1 轉(zhuǎn)向橋的組成部分 各種車型的非斷開式轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)型式基本相同，它主要由前梁（由于汽車前橋?yàn)檗D(zhuǎn) 向橋，因此其橫梁常稱前梁） 、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向主銷、轉(zhuǎn)向梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿等組成。 1）前梁 前梁是非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋最主要的零件，由中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。其兩端各有 一呈拳形的加粗部分作為安裝主銷前梁拳部。為提高其抗彎強(qiáng)度，其較長(zhǎng)的中間部分采用 工字行斷面，并相對(duì)兩端向下偏移一定距離，以便降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置，從而降低 汽車傳動(dòng)系的安裝高度并減小傳動(dòng)軸萬向節(jié)主、從動(dòng)軸的夾角；為提高前梁的抗扭強(qiáng)度，

3、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連接的向下彎曲部 分，則采用上述兩種斷面逐漸過度的形狀。中間部分的兩側(cè)還要鍛造出鋼板彈簧支座的加 寬支承面。 非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的前梁亦可采用組合式結(jié)構(gòu)，即由無縫鋼管的中間部分和模鍛成 型的兩端拳形部分組焊而成。這種組合式前梁適用于批量不大的生產(chǎn)，并可省去大型鍛造 設(shè)備。 2）主銷 其結(jié)構(gòu)型式有幾種，如圖2-1所示，其中（a）、（b）兩種型式是最常見的結(jié)構(gòu)。 3） 轉(zhuǎn)向節(jié) 多用中碳合金鋼斷模鍛成整體式結(jié)構(gòu)，有些大型汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)，由于其尺寸過大，也 有采用組焊式結(jié)構(gòu)的，即其輪軸部分是經(jīng)壓配并焊上去的。 4） 轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯

4、形臂 由中碳鋼或中碳合金鋼如 40、 35Cr、 40CrNi 鋼等用模鍛加工制成。多采用沿其長(zhǎng)度 變化尺寸的橢圓形截面以合理地利用材料和提高其強(qiáng)度和剛度。 5）轉(zhuǎn)向橫拉桿 應(yīng)選用剛性好、質(zhì)量小的 20鋼， 30 鋼或 35鋼的無縫鋼管制造，其兩端的球形鉸接作為單 獨(dú)組件，組裝好后以組件客體上的螺紋旋到桿的兩端端部，使橫拉桿的桿長(zhǎng)可調(diào)，以便用 于調(diào)節(jié)前束。球形鉸接的球銷與襯墊均采用低碳合金鋼如 12CrNi3A,20CrNi,20CrMnTi, 工 作表面經(jīng)滲碳淬火，滲碳層深 1.5?3.0mm,表面硬度 56?63HRC允許采用 40或 1 圖

5、2-1主銷的結(jié)構(gòu)型式 Fig.2-1 The structural shape of king pin （a）圓柱實(shí)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(xì)的主銷 45中碳鋼制造并經(jīng)高頻淬火處理，球銷的過渡圓角處用滾壓工藝增強(qiáng)， 球形鉸接的殼體用 35鋼或40鋼制造。為了提高球頭和襯墊工作表面的耐磨性，可采用等離子或氣體等離子 金屬噴鍍工藝；亦可采用耐磨性好的工程塑料制造襯墊。后者在制造過程中可滲入專門的 成分（例如尼龍-二硫化鉬），對(duì)這類襯墊可免去潤(rùn)滑。 6） 轉(zhuǎn)向節(jié)推理軸承 承受作用于汽車前梁上的重力。為減小摩擦使轉(zhuǎn)

6、向輕便，可采用滾動(dòng)軸承，如推力球 軸承、推力圓錐滾子軸承等。也有采用青銅止推墊片的。 7） 主銷上、下軸承 承受較大的徑向力，多采用滾動(dòng)軸承（即壓入轉(zhuǎn)向節(jié)上、下中的襯套） ，也有采用滾 針軸承的結(jié)構(gòu)。后者的效率較高，轉(zhuǎn)向阻力小，且可延長(zhǎng)使用壽命。 8） 輪毅軸承 多由兩個(gè)圓錐滾子軸承組對(duì)，這種軸承的支承剛度較大，可承受較大負(fù)荷。轎車因負(fù) 荷較輕，前輪毅軸承也有采用也有采用一對(duì)單列或一個(gè)雙列向心軸承的， 球軸承的效率高, 能延長(zhǎng)汽車的滑行距離，有的轎車采用一個(gè)雙列圓錐滾子軸承。 9） 左、右輪胎螺栓 多數(shù)為右旋螺紋，但有些汽車為了防松，左側(cè)用左旋，右側(cè)用右旋。 2.2 轉(zhuǎn)向橋

7、的結(jié)構(gòu)及其影響因素 非斷開式轉(zhuǎn)向橋主要由前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)及轉(zhuǎn)向主銷組成。轉(zhuǎn)向節(jié)利用主銷與前梁鉸接并 經(jīng)一對(duì)輪毅軸承支承著車輪的輪毅，以達(dá)到車輪轉(zhuǎn)向的目的。在左轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳處安裝著 轉(zhuǎn)向梯形臂，后者與轉(zhuǎn)向直拉桿相連；而在左、右轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處則裝有與轉(zhuǎn)向橫拉桿聯(lián) 接的轉(zhuǎn)向梯形臂。有的將轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向梯形臂聯(lián)成一體并安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處以簡(jiǎn)化 結(jié)構(gòu)。制動(dòng)底版緊固在轉(zhuǎn)向節(jié)的凸緣面上。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤(rùn)滑槽的青銅襯套以 減小磨損。為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)下耳與前梁拳部之間可裝滾子推力軸承，在轉(zhuǎn)向節(jié)上 耳與前梁拳部之間裝有調(diào)整墊片以調(diào)整其間隙。帶有羅紋的楔形鎖銷將主銷在前梁拳部的 孔內(nèi)，使之不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

8、 為了保持汽車直線行駛的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性及汽車轉(zhuǎn)向后使前輪具有自動(dòng)回正的性 能，轉(zhuǎn)向橋的主銷在汽車的縱向和橫向平面內(nèi)部有一定傾角。在縱向平面內(nèi)，主銷上部向 后傾斜一個(gè) 角，稱為主銷后傾角。在橫向平面內(nèi)主銷上部相內(nèi)傾斜一個(gè)B角，稱為主銷 內(nèi)傾角。 主銷后傾使主銷軸與路面的交點(diǎn)位于輪胎接地中心之前，該距離稱為后傾拖距。當(dāng)直 線行駛的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏移時(shí)，汽車就偏離直線行使而有轉(zhuǎn)向， 這時(shí)引起的離心力使路面、對(duì)車輪作用著一阻礙其側(cè)滑的側(cè)向反力，使車輪產(chǎn)生主銷旋轉(zhuǎn) 的回正力矩，從而保證了汽車具有較好的直線行使穩(wěn)定性。此力矩稱為穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力 矩也不宜過大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)為了

9、克服此穩(wěn)定力矩需在轉(zhuǎn)向盤施加更大的力，導(dǎo)致轉(zhuǎn) 向沉重。主銷后傾角通常在 30以內(nèi)?，F(xiàn)在轎車采用低壓寬斷面斜交輪胎，具有較大的彈性 回轉(zhuǎn)力矩，故主銷后傾角就可以減小到接近于零，甚至為負(fù)值。但在采用子午線輪胎時(shí)， 由于輪胎的拖距較小，則需選用較大的主銷后傾角。 主銷內(nèi)傾也是為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性并使轉(zhuǎn)向輕便。主銷內(nèi)傾使主銷軸線與 路面的交點(diǎn)至車輪中心平面的距離即主銷偏移距減小，從而可減小轉(zhuǎn)向時(shí)需加在轉(zhuǎn)向盤上 的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時(shí)也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向是 不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且伴隨有車輪軸及前橫梁向上的移動(dòng)，而當(dāng)松開轉(zhuǎn)向盤是，所儲(chǔ) 存的上升位能使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)

10、回正，保證汽車作直線行使。主銷內(nèi)傾角一般為 5°?8°;注銷 偏移距一般為30?40mm輕型客車、輕型貨車及裝有動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車可選擇較大的主銷內(nèi) 傾角及后傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的自動(dòng)回正性能。但主銷內(nèi)傾角也大，即主銷偏移距 圖2-2轉(zhuǎn)向橋 Fig.2-2 The steeri ng axle 1.轉(zhuǎn)向推力軸承；2轉(zhuǎn)向節(jié)；調(diào)整墊片；4.主銷；5前梁 不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏移時(shí)，隨著滾動(dòng)將伴隨著沿路面的滾動(dòng)，從而 增加輪胎與路面的摩擦阻力，使轉(zhuǎn)向變得很沉重。為了克服因左、右前輪制動(dòng)力不等而導(dǎo) 致汽車制動(dòng)時(shí)跑偏，近年來出現(xiàn)了主銷偏移距為負(fù)值的汽車。 前輪定位除上述

11、主銷后傾角，主銷內(nèi)傾角外，還有車輪外傾角及前束，共四項(xiàng)參數(shù)。 車前外傾指轉(zhuǎn)向輪安裝時(shí)，其輪胎中心平面不是垂直與地面，而是向外傾斜一個(gè)角度 a，稱為車輪外傾角。此a角約為0.5。?1.5°,—般a為1°左右。它可以避免汽車重載時(shí)車 輪產(chǎn)生負(fù)外傾即內(nèi)傾，同時(shí)車輪外傾也與拱行路面相適應(yīng)。由于車輪外傾角使輪胎接地點(diǎn) 內(nèi)縮?？s小了主銷偏義距，從而使轉(zhuǎn)向輕便并改善了制動(dòng)力的方向穩(wěn)定性。 前束的作用是為了消除汽車在行駛中因車輪外傾導(dǎo)致的車輪前端向外張開的不利影 響（具有外傾角的車輪在滾動(dòng)時(shí)猶如滾錐，因此當(dāng)汽車向前行駛時(shí)，左、右兩前輪的前端 會(huì)向外張開），為此在車輪安裝時(shí)，可使汽車兩輪的中心平面不平行，且

12、左、右輪前面輪 緣間的距離A小于后面輪緣間的距離 B,以使前輪在每一瞬間的滾動(dòng)方向向著正前方。前 束值即（B-A）, 一般汽車約為3?5mm可通過改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度來調(diào)整。設(shè)定前束的 名義值時(shí)，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)向梯形中的彈性和間隙等因素。 在汽車設(shè)計(jì)、制造、裝配調(diào)整和使用中必須注意防止可能引起的轉(zhuǎn)向車輪的擺振，它 是指汽車行駛時(shí)轉(zhuǎn)向車輪繞主銷不斷受迫振動(dòng)的現(xiàn)象，它將破壞汽車的正常行駛。 轉(zhuǎn)向車輪的擺振有自激振動(dòng)與受迫振動(dòng)兩種類型。前者是由于輪胎側(cè)向變形中的遲滯 特性的影響，使系統(tǒng)在一個(gè)振動(dòng)周期中路面作用與輪胎的力對(duì)系統(tǒng)做正功，即外面對(duì)系統(tǒng) 輸入能量。如果后者的值大于系統(tǒng)內(nèi)阻尼消耗的能量，則系統(tǒng)將

13、作增幅振動(dòng)直至能量達(dá)到 平衡狀態(tài)。這時(shí)系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)震動(dòng)，形成擺振。其振動(dòng)頻率大致接近系統(tǒng)的固 有頻率而與車輪轉(zhuǎn)速并不一致。當(dāng)車輪向車輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動(dòng)的激勵(lì)，例如車 輪失衡。端面跳動(dòng)，輪胎的幾何和機(jī)械特性不均勻及運(yùn)動(dòng)學(xué)上的干涉等，在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)下都 會(huì)構(gòu)成周期性的擾動(dòng)。在擾動(dòng)力周期性的持續(xù)作用下，便會(huì)發(fā)生受迫振動(dòng)。當(dāng)擾動(dòng)的激勵(lì) 頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時(shí)便發(fā)生共振。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向車輪擺振頻率與車輪轉(zhuǎn)速一致， 而且一般豆油明顯的共振車速，共振范圍（3-5km/h ）。通常在告訴行駛時(shí)發(fā)生的擺振往往 都屬于受迫振動(dòng)型。 轉(zhuǎn)向車輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復(fù)雜,既有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的原因和制造方

14、面的因素, 如車輪失衡、輪胎的機(jī)械特性、胸的剛度與阻尼、轉(zhuǎn)向車輪的定位角以及陀螺效應(yīng)的強(qiáng)弱 等；又有裝配調(diào)整方面的影響,如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的間隙（影響系統(tǒng)的剛度）和摩 擦（影響阻尼）等。合理地選擇有關(guān)參數(shù)。優(yōu)化他們之間的匹配,精心地制造和調(diào)整裝配, 就能有效的控制前輪擺振的發(fā)生。在設(shè)計(jì)中提高轉(zhuǎn)向器總成與轉(zhuǎn)向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架 的縱向剛度,提高輪胎的側(cè)向剛度,在轉(zhuǎn)向拉桿系中設(shè)置橫向減振器以增加阻尼等,都是 控制前輪擺振的一些有效措施。 3轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 轉(zhuǎn)向橋主要零件尺寸的確定 轉(zhuǎn)向橋采用工子形斷面的前梁，可保證其質(zhì)量最小而在垂向平面內(nèi)的剛度大、 強(qiáng)度高 工字形斷面尺寸值

15、見圖 3-1，圖中虛線繪出的是其當(dāng)量斷面。該斷面的垂向彎曲截面系數(shù) W和水平彎曲截面系數(shù)W可近似取為 W=20a3=20X 11.53=3.04 X 104 mm3 (3-1) W=5.5a3 =5.5 X 11.5=8.36 X 103 mm (3-2) 式中：a――工字形斷面的中部尺寸，見圖 3-1 在設(shè)計(jì)中為了預(yù)選前梁在板簧座處的彎曲截面系數(shù) W可采用經(jīng)統(tǒng)計(jì)取得的經(jīng)驗(yàn)公式： W=ml/2200=820 X 345/2200=128.60 cm 3 (3-3) 式中：m作用于該前梁上的簧上質(zhì)量，kg; l 車輪中線至板簧座中線間的距離，cm; 2200 系數(shù)，kg ? cn

16、f。 轉(zhuǎn)向橋前梁拳部之高度約等于前梁工字形斷面的高度，而主銷直徑可取為拳部高度的 0.35?0.45倍。主銷上、下滾動(dòng)軸承(即壓入轉(zhuǎn)向節(jié)上、下孔中的襯套)的長(zhǎng)度則取為主 銷直徑的1.25?1.50倍 圖3-1前梁工字形斷面尺寸關(guān)系的推薦值 Fig.3-1 n. recomme ndatio n D1 of dime nsion 轉(zhuǎn)向橋主要零件工作應(yīng)力的計(jì)算 本設(shè)計(jì)以DD1021汽車為研究對(duì)象，其有關(guān)參數(shù)為： 前軸軸荷：820kg； 整車質(zhì)心高度：540mm 滾動(dòng)半徑：314mm 主要是計(jì)算前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、主銷上下軸承（即轉(zhuǎn)向節(jié)襯套） 、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承 或止推

17、墊片等在制動(dòng)和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。繪制計(jì)算用簡(jiǎn)圖時(shí)可忽略車輪的定位 角，即認(rèn)為主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角及車輪外傾角均為零，而左、右轉(zhuǎn)向節(jié)軸線重合且與 主銷軸線位于同一側(cè)向垂直平面內(nèi)，如圖（3-2 ）所示⑶。 圖3-2轉(zhuǎn)向橋在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的受力分析簡(jiǎn)圖 Fig.3-2 The force an alysis of steeri ng axle （a）制動(dòng)工況下的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖； （b）側(cè)滑工況下的彎矩圖 3.2 非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋前梁應(yīng)力計(jì)算 321 在制動(dòng)情況下的前梁應(yīng)力計(jì)算 制動(dòng)時(shí)前輪承受的制動(dòng)力P和垂向力乙傳給前梁，使前梁承受轉(zhuǎn)矩和彎矩?？紤]到制 動(dòng)時(shí)汽車質(zhì)

18、量向前轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)移，則前輪所承受的地面垂向反力為 Z=G ml /2=8200 X 1.5/2=6150N (3-4) 式中：G――汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷； ml 汽車制動(dòng)時(shí)對(duì)前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)， 對(duì)前橋和載貨汽車的前橋可取1.4~1.7 < 前輪所承受的制動(dòng)力為 P r=Zi =6150 X 1.0=6150N (3-5) 式中： ――輪胎與路面的附著系數(shù)。 由乙和P對(duì)前梁引起的垂向彎矩 M和水平方向彎矩M在兩鋼板彈簧座之間達(dá)最大值, 分別為 G1 m1' M=(乙-g w) l 2=( 2 gwK200「5 908) 1380 720

19、 =1.73 X 106 N?mm 2 - - (3-6) 式中: B s =6150X 1.0 X 2 l 2——為輪胎中線至板簧座中線間的距離， M = Prl 2= Z1 1^=2.03X 106 N?mm (3-7) mm; 車輪(包括輪毅、制動(dòng)器等)的重力，N; 前輪輪距，mm S 前輪上兩板簧座中線間的距離， mm 制動(dòng)力Pr還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩 T： T=Pr「=6150X314=1.93 X 106 N?mm (3-8) 式中：rr――輪胎的滾動(dòng)半徑。 圖3-2給出了前梁在汽車制動(dòng)工況下的彎矩圖及轉(zhuǎn)矩圖 前梁

20、在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力 w和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力(單位均為MPa分別為 (3-9) w=坐業(yè)=嗨° 2030000 =300MPa Wv Wh 30400 8360 (3-10) T T 1930000 , = = =150MPa Wt Jk/ max 式中：W――前梁在危險(xiǎn)斷面處的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)，mm; max 前梁橫斷面的最大厚度，mm; Jk――前梁橫截面的極慣性矩，對(duì)工字形斷面: Jk=0.4 h 3 mm4 h 工字形斷面矩形元素的長(zhǎng)邊長(zhǎng)， mm; 工字形斷面矩形元素的短邊長(zhǎng)，mm 前梁應(yīng)力的許用值為[q=340MPa [ ]=150MPa 前梁可采用

21、45,30Cr,40Cr等中碳鋼或中碳合金鋼制造，硬度為 241?285HB 3.2.2 在最大側(cè)向力(側(cè)滑)工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算 當(dāng)汽車承受大側(cè)向力時(shí)無縱向力作用， 左、右前輪承受的地面垂向反力Z1L,Z1R和側(cè)向反 力Yl、Y1R各不相等，則可推出前輪的地面反力(單位均為 N)分別為 G1 / 2hg 1 8200 / 2 540 1.0 …… 一 Z1L —(1 —)= (1 -7308.70N (3-11) 2 B1 2 1380 G1 / 2hg 1、 8200 / 2 540 1.0 … … Z1R

22、 (1 )- (1 -902 N (3-12) 2 B1 2 1380 G1 / 2hg 1 8200 / 2 540 1.0、 Y1L (1 ) - (1 -7308.70N (3-13) 2 B1 2 1380 G1 8200 2 540 1.0 Y1R —(1 2hg 1) - (1 -902 N (3-14) 2 B1 2 1380 式中：G――汽車停于水平路面時(shí)的前橋軸荷，N; B 1 汽車前輪輪距，mm;

23、 h g 汽車質(zhì)心高度，mm; 1 ――輪胎與路面的側(cè)面附著系數(shù)。取 1=1.0。 側(cè)滑時(shí)左、右鋼板彈簧對(duì)前梁的垂向作用力(N)為 Tn=0.5G ' +G 1(h g-r r' )/s=0.5 X 8200+8200X 1.0 (540-260) /720=7288.9N (3-15) 「r=0.5G ' -G 1(h g-r r' )/s=0.5 X 8200-8200 X 1.0 (540-260) /720=911.1N (3-16) 式中：G' 汽車滿載時(shí)車廂分配給前橋的垂向總載荷， N; 板簧座上表面的離地高度，mm N）分別為 汽車側(cè)滑時(shí)左、右前輪輪轂內(nèi)、外軸承

24、的徑向力(單位為 20 7308.70 - 23 20 20 7308.70 23 20 20 SlL= Y1L a b rr S2L= Y1L a b rr Sr= Y1R a b rr Sr= Y1R a b b 314 Z1L = a b 23 20 a 314 Z1L = a b 23 20 b 314 a b 23 20 a 314 Z1R=- a b 23 20 902 902 式中: -一輪胎的滾動(dòng)半徑，mm; Sl、Sr至車輪中線的距離, mm; 7308.70=49991.5N (3-17) 7308.

25、70=56752.9N (3-18) 20 902 =7004.1N 23 20 20 902 =6165.2N 23 20 (3-19) (3-20) S2L、S2R至車輪中線的距離, mm Sl、Sr和外軸 根據(jù)這些 求得乙l, Z1R, Y1L, Yr即可求得左、右前輪輪轂內(nèi)軸承對(duì)輪毅的徑向支承 承對(duì)輪毅的徑向支承力 S2L、S2R,這樣就求出了輪毅軸承對(duì)軸輪的徑向支承反力 力及前梁在鋼板彈簧座處的垂向力 T1L,T 1R,可繪出前梁與輪軸在汽車側(cè)滑時(shí)的垂向受力彎矩 圖（見圖3-3）。由彎矩圖可見，前梁的最大彎發(fā)生在汽車側(cè)滑方向一側(cè)的主銷孔處（I — I

26、剖面處）；而另一側(cè)則在鋼板彈簧座處（n — n剖面處），可由下式直接求出： MI — i = Y1Lrr -Z J 1=7308.7 X 314-7308.7 X 99=1.57 X 106 N?mm （3-21） Mt—n =ZrI 2+Yrh=902X 340+902X 314=5.90 X 105 N?mm （3-22） 式中：M 彎矩，N?mm; Z1L, Z 1R——左、右前輪承受地面的垂向反力， N; Y1L, Yr——左、右前輪承受地面的側(cè)向反力， No 3.3 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 如下圖所示，轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)斷面處于軸徑為 d1的輪軸根部，即m — m剖面

27、處。 ⑷ (b) (c) (d} 圖3-3轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷及轉(zhuǎn)向襯套的計(jì)算用圖 Fig.3-3 The knuckle 、king pin 、bush ' s computation graph 3.3.1 工況下的轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力計(jì)算 轉(zhuǎn)向節(jié)在川一川剖面處的軸徑僅受垂向彎矩 M和水平方向的彎矩 M而不受轉(zhuǎn)矩，因制 動(dòng)力矩不經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸傳遞，而直接由制動(dòng)底板傳給在轉(zhuǎn)向節(jié)上的安裝平面。這時(shí)可按 計(jì)算其M及M,但需以13代替兩式中的丨2,艮卩gw MV=(Z1- gw)l 3 = (6150-908) X 48.5=2.54 X 105 N?mm (3-23) M= Z1 l 3=G1

28、m' l 3=6150X 1.0 X48.5=2.98 X 105 N?mm (3-24) 2 式中：乙——前輪所承受的地面垂向反力，N; ――輪胎與路面的附著系數(shù)； 173 0 0 002 20)300002 =620 MPa (3-25) 0.1 353 心部硬度241?285HB高頻淬火后表面硬 13——輪胎中心線至m — m剖面間的距離。 m—m剖面處的合成彎曲應(yīng)力 w為 _ M： M 2 . M： M 2 _ w = — w 0.1d； 式中：d1——轉(zhuǎn)向節(jié)輪軸根部軸徑mm 轉(zhuǎn)向節(jié)采用30Cr,40Cr等中碳合金鋼制造， 度57?65HRC硬化層深1.5?2.

29、0mm輪軸根部的圓角滾壓處理 332 在汽車側(cè)滑工況下的轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力計(jì)算 在汽車側(cè)滑時(shí)，左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險(xiǎn)斷面川一川處的彎矩是不等的， 可按下公式求得: Mm—m = Yiirr- Z ilI 3 =7308.7 X 314-7308.7 X 48.5=1.94 X 106 N?mm (3-26) W-m =Z1rI 3+YRrr=902X 48.5+902 X 314=3.26 X 105 N?mm (3-27) 左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力為 Ml m — m wl w Z1L|3 - Y 1irr 0.1d； 7308.7 314 7308.7 48.5

30、3 0.1 35 =452 MPa (3-28) MR m — m wl w Z1R|3 Y1Rrr = 902 314 902 48.5 0.1d1 0.1 353 =76MPa (3-29) 3.4 主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算 在制動(dòng)和側(cè)滑工況下，在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套的中點(diǎn)，即與輪軸中心線相距分別為c,d 的兩點(diǎn)處，在側(cè)向平面和縱向平面內(nèi)，對(duì)主銷作用有垂直其軸線方向的力。 3.4.1 在汽車制動(dòng)工況下的計(jì)算 地面對(duì)前輪的垂向支承反力 乙所引起的力矩 乙11,由位于通過主軸線的側(cè)平面內(nèi)并在 轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)處垂直地作用于主銷

31、的力 QZ所形成的力偶Qz(c+d)所平衡，故有 =6277 N (3-30) Z1I1 6150 99 (c d) 48.5 48.5 制動(dòng)力矩Rrr由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷的力 Qr所形成的力偶Qr ( C+d)所平 衡，故有 4 Qr=Rr〃 (c+d) =Z1 rrr/ (c+d) =6150 X 1.0 X 314/ (48.5+48.5 ) =2.00 X 10N (3-31) 而作用于主銷的制動(dòng)力P則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)出作用的主銷的力 Q、Qi所平衡, 且有 Prd (c d) = 6150 48.5 48.5 48.5 =3075 N

32、(3-32) (3-33) Prc = 6150 48.5 =3075 N (c d) 48.5 48.5 由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖可知，制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向橫拉桿的作用力 N為 N= Prl1 6150 99 115 =5294 N (3-34) 力N位于側(cè)向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為 丨4,如將N的著力點(diǎn)移至主銷中心線與 輪軸中心線交點(diǎn)處，貝U需對(duì)主銷作用一側(cè)向力矩 N。力矩Nb，由位于側(cè)向平面內(nèi)并作用 于主銷的力偶Qn( c+d)所平衡，故有 Nl 4 QM= (c d) =5294 99 =5403 N (3-35) 48.5 4

33、8.5 而力N則在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)處作用于主銷的力 Qu,QnI所平衡，且有 小 Nd 5294 48 5 亠亠—.. Q= =2647 N (3-36) (c d) 48.5 48.5 宀 Nc 5294 48 5 小小—. Qi =2647 N (3-37) (c d) 48.5 48.5 由圖3-3可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點(diǎn)作用于主銷的合力 Q和在下襯套的中點(diǎn)作用于主 銷的合力Q分別為 Q= . (Qmz Qmn Qnu)2 (QMr Qru)2 = (6277 5403 2647)2 (20000 307

34、5)2 4 =1.92 X 10 N (3-3 8) Q=.,(Qmz Qmn Qni)2 (QMr Qrl)2 = .(6277 5403 2647)2 (20000 307勺2 4 =2.72 X10 N (3-39) 由上兩式可見，在汽車制動(dòng)工況下，主銷的最大載荷發(fā)生在轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套的中點(diǎn)處， 其值計(jì)算所得到的Q。 3.4.2 在汽車側(cè)滑工況下的計(jì)算 僅有在側(cè)向平面內(nèi)起作用的力和力矩，且作用于左、右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷的力Qz是不相等的, 他們分別按下式求得： QzL=(Z1L|1 Y1Lrr)/(c d) (7308.7 314 7308.7 99)/(48.5 48.5)

35、 4 =1.62 X 10 N (3-4 =2.00 X 103 N (3-4 1) 式中：Z1L, Z1R——汽車左、右前輪承受的地面垂向反作用力， N; l 1 輪胎中心線至主銷軸線的距離 mm; rr 輪胎的滾動(dòng)半徑 mm; Y1L，Y1r——左、右前輪承受地面的側(cè)向反力， N; G――汽車靜止于水平路面時(shí)的前橋的軸荷， N; hg 汽車質(zhì)心高度，mm; B1 汽車前輪輪距，mm; 1 輪胎與路面的側(cè)向附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取 =1.0. 取Q, Qmzl, Q mzr中最大的作為主銷的計(jì)算載荷 Q,計(jì)算主銷在前梁拳部下端處的彎曲力 w和剪應(yīng)切力s Qjh 0.1

36、d； = 27200 21 0.1 243 =413 MPa (3-42) 4Qj do 4 27200 3.14 242 =66 MPa (3-43) 式中:do——主銷直徑mm; h 轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)至前梁拳部下端面的距離 ，mm 主銷的許用應(yīng)力彎曲力[w]=413MPa;許用剪切應(yīng)力[s]=66MPa 主銷采用20Cr,20CrNi,20CrMnTi等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，滲碳層深 1.0? 1.5mm,56 ?62HRC 轉(zhuǎn)向襯套的擠壓應(yīng)力 c為 =8.3 MPa (3-44) _ Qj _ 27200 c= = ld0 136

37、 24 式中：l 襯套長(zhǎng),mm; Qj j計(jì)算載荷，取Q,QmzlQmzr中最大值,N; d0 主銷直徑,mm> 轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的許用擠壓應(yīng)力為[c]=50MPa 在靜載荷下，上式的計(jì)算載荷取 (3-45) Q=Qz=Zil i/(c+d)= li /(c d) =6277N 2 3.5 推力軸承和止推墊片的計(jì)算 計(jì)算時(shí)首先要確定推力軸承和止推墊片的當(dāng)量靜載荷 3.5.1 推力軸承計(jì)算 對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承，文獻(xiàn)推薦取汽車以等速 Va=40km/h、沿半徑R=50m或以Va=20km/h, 沿半徑R=12m勺圓周行使的工況作為計(jì)算工況。如果汽車向右轉(zhuǎn)彎則其前外輪即前左輪的 地

38、面垂向反力乙L增大。 汽車前橋的側(cè)滑條件為 2 P1=mv^ > Yl+Yr=G 1=mg 1=820X 10X 1.0=8200N (3-46) R 2 Va Rg (3-47) Z1L號(hào)1 2 (晉)(訃 (3-48) 式中： P1 前橋所受的側(cè)向力，N; m――汽車滿載時(shí)的整車質(zhì)量分配給前橋的部分； R 汽車轉(zhuǎn)彎半徑，mm; va 汽車行使速度，mm/s; g 重力加速度，mm/s； Y1L、Yr 地面給左、右前輪的側(cè)向反作用力， N; 1——輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)； G——汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷， 由上式可得

39、 式，并hg/B=0.5,則有 將上述計(jì)算工況的Va、R等的有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3-44), (3-45) 乙 l=1.25G/2=0.625G1 可近似地認(rèn)為推力軸承的軸向載荷 F,等于上述前輪的地面垂向反力，即有 Fa=0.6256G=0.625 X 6150=3844 N (3-49) 鑒于轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承在工作中的相對(duì)轉(zhuǎn)角不大的及軸承滾道圈破壞帶來的危險(xiǎn)性，軸 承的選擇按其靜承載容量Co進(jìn)行，且取當(dāng)量靜載荷P0為： Po= (0.5 ?0.33 ) C0 3.5.2 轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計(jì)算 當(dāng)采用青銅止推墊片代替轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承時(shí)，在汽車滿載情況下，止推墊片的靜載荷 可取為 F

40、a=G1 =6150 =3075 N (3-50) 2 2 這時(shí)止推墊片的擠壓力為 4Fa c= 2 =1 MPa (3-51) (D d ) 式中：d; D——止推墊片的內(nèi)、外徑 通常取[c] < 30MPa 4轉(zhuǎn)向橋定位參數(shù) 轉(zhuǎn)向橋在保證汽車轉(zhuǎn)向功能時(shí)，應(yīng)使轉(zhuǎn)向輪有自動(dòng)回正作用，以保證汽車穩(wěn)定直線行使。 即當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在偶遇外力作用發(fā)生偏移時(shí)，一旦作用的外力消失后，應(yīng)能立即自動(dòng)回到原來 直線行使的位置。這種自動(dòng)回正作用是由轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)來保證的，也就是轉(zhuǎn)向輪、主 銷和前軸之間的安裝應(yīng)具有一定的相對(duì)位置。這些轉(zhuǎn)向的定位參數(shù)有主銷后傾角、主銷內(nèi) 傾角、前輪外傾角和前輪前束［

41、4］。 4.1 主銷后傾角 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向橋時(shí)，使主銷在汽車的縱向平面內(nèi)，其上部有向后的一個(gè)傾角 ，即主銷軸線 a) b) 4-1主銷后傾角作用示意圖 Fig.4-1 The king pin casterangle ' s sketch map 和地面垂直線在汽車縱向平面內(nèi)的夾角，如圖 4-1所示。 主銷后傾角 能形成回正的穩(wěn)定力矩。當(dāng)主銷具有后傾角時(shí)，主銷軸線與路面的交點(diǎn) a將位于車輪與路面接觸點(diǎn)b的前面，如圖4-1a所示。當(dāng)汽車直線行使時(shí)，若轉(zhuǎn)向輪偶然 受到外力作用稍有偏移(例如向右偏移)，將使汽車行使方向向右偏離。這時(shí)，由于汽車 本身離心力的作用，在車輪與路面接觸點(diǎn)

42、b處，路面對(duì)車輪作用著一個(gè)側(cè)向反力 Fy。反力 Fy對(duì)車輪形成繞主銷軸線作用的力矩 FyL,其方向正好與車輪偏移方向相反。 在此力矩作用 下，將使車輪回到原來中間的位置，從而保證汽車穩(wěn)定直線行使，故此力矩稱為穩(wěn)定力矩。 但此力矩不宜過大。否則在轉(zhuǎn)向時(shí)為了克服該穩(wěn)定力矩，駕駛員要在轉(zhuǎn)向盤上施加較大的 力（即所謂轉(zhuǎn)向沉重）。因穩(wěn)定力矩的大小取決力臂L的數(shù)值，而力臂L又取決于后傾角 的大小?，F(xiàn)在一般采用 角不超過2°?3°。現(xiàn)在高速汽車由于輪胎氣壓降低、彈性增加， 而引力穩(wěn)定性增大。因此， 角可以減小到接近于零，甚至為負(fù)值。本設(shè)計(jì)采用主銷后傾 角為零。 4.2 主銷內(nèi)傾角 在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向橋時(shí)，主

43、銷在汽車的橫向平面內(nèi)，其上部向內(nèi)傾斜一個(gè) 角（即主銷軸線 與地面垂直線在汽車橫向平面內(nèi)的夾角）稱為主銷內(nèi)傾角，如圖 4-2a所示。 4-2主銷內(nèi)傾角作用示意圖及車輪外傾角 Fig.4-2 The king pin angle of toe- in ' s sketch map 主銷內(nèi)傾角 也有使車輪自動(dòng)回正的作用，如圖 4-2b所示。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在外力作用下 由中間位置偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度（為了方便解釋，圖中畫成1800即轉(zhuǎn)到如雙點(diǎn)劃線所示位置）時(shí), 車輪的最低點(diǎn)將陷入路面以下。但實(shí)際上車輪下邊緣不可能陷入路面以下，車輪將轉(zhuǎn)向車 輪連同整個(gè)汽車前部向上抬起一個(gè)相應(yīng)的高度，這樣，汽車本身的

44、重力有使轉(zhuǎn)向輪回到原 來中間位置的效應(yīng)。 此外，主銷的內(nèi)傾角還使得主銷軸線與路面交點(diǎn)到車輪中心平面與地面交線的距離 減?。▓D 4-2a ），從而可減小轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員加在轉(zhuǎn)向盤上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時(shí)也 可減小從轉(zhuǎn)向輪到轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。但 c 的值也不宜過小，即內(nèi)傾角不宜過大，否則在 轉(zhuǎn)向時(shí)車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)的過程中，輪胎與路面間將產(chǎn)生較大的滑動(dòng)，因而增加了輪胎與路 面間的摩擦阻力。這不僅使轉(zhuǎn)向變得沉重，而且加速了輪胎的磨損。因此，一般內(nèi)傾角 不大于 80，本設(shè)計(jì)內(nèi)傾角 為 7.5 度。 主銷內(nèi)傾角是在前梁設(shè)計(jì)中保證的，由機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)的。加工時(shí)，將前梁兩端主銷孔 軸線上端向內(nèi)傾角就形成內(nèi)傾角

45、 。 4.3 車輪外傾角 除上述主銷后傾角和內(nèi)傾角兩個(gè)角度保證汽車穩(wěn)定直線行使外，前輪外傾角 也具有 定位作用。 是通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角， 如圖 4-2c 所示。如果空車時(shí)車輪的安裝正好垂直于路面，則滿載時(shí)，車橋?qū)⒁虺休d變形 而可能出現(xiàn)車輪內(nèi)傾，這將加速汽車輪胎的偏磨損。另外，路面對(duì)車輪的垂直反作用力及 輪轂緊固螺母的負(fù)荷，降低了他們的使用壽命。因此，為了使輪胎磨損均勻和減輕輪轂外 軸承的負(fù)荷，安裝車輪時(shí)應(yīng)預(yù)先使車輪有一定的外傾角，以防止車輪內(nèi)傾。同時(shí)，車輪有 了外傾角也可以與拱形路面相適應(yīng)。 但是，外傾角也不宜過大， 否則會(huì)是輪胎產(chǎn)生偏磨損。

46、前輪外傾角是在轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)中確定的。設(shè)計(jì)時(shí)使轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸的軸線與水平面成一角 度，該角度即為前輪外傾角 （一般 為 10 左右）。 4.4 車輪前束 車輪有了外傾角后，在滾動(dòng)時(shí)就類似于滾錐，從而導(dǎo)致兩側(cè)車輪向外滾開。由于轉(zhuǎn)向 橫拉桿和車橋的約束使車輪不可能向外滾開，車輪將在地面上出現(xiàn)邊滾邊滑的現(xiàn)象，從而 增加了輪胎的磨損。為了消除車輪外傾帶來的這種不良后果，在安裝車輪時(shí)，使汽車兩前 輪的中心面不平行，兩輪前邊緣距離的 B小于后邊緣距離A,如圖4-3所示。這樣可使車 輪在每一瞬間時(shí)滾動(dòng)方向接近于向著正前方。從而在很大程度上減輕和消除了由于車輪外 傾角而產(chǎn)生的不良后果。 前輪前束可通過改變橫拉桿

47、的長(zhǎng)度來調(diào)整，調(diào)整時(shí)，可根據(jù)各廠家規(guī)定的測(cè)量位置， 使兩輪前后距離差A(yù)-B符合國(guó)家規(guī)定的前束值。一般前束值為 0?12mm測(cè)量位置除圖示 位置外，還通常取兩輪胎中心平面出的前后差值，也可以選取兩車輪鋼圈內(nèi)側(cè)面處前后差 值。此外，前束也可用角度——前束角表示，如圖 4-3中的 角 4-3車輪前束 Fig.4-3 toe in 5 轉(zhuǎn)向橋?qū)嶒?yàn) 在汽車行駛過程中，轉(zhuǎn)向橋承受著復(fù)雜而繁重的載荷，首先，它和驅(qū)動(dòng)橋共同承受著 汽車的滿載荷重；另外，它還承受著作用與路面、車架或車廂之間的垂向力、縱向力和側(cè) 向力，以及這三個(gè)方向的沖擊載荷和制動(dòng)力矩等。在這些靜、動(dòng)（沖擊）載荷的作用下， 轉(zhuǎn)向橋必

48、須保持有足夠的強(qiáng)度、鋼度，足夠的壽命以及滿意的性能，為此，轉(zhuǎn)向橋及以及 他們的零、部件，必須經(jīng)受嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)。 通常，轉(zhuǎn)向橋和驅(qū)動(dòng)橋以及零、部件一樣，需裝車進(jìn)行整車的道路實(shí)驗(yàn)、使用實(shí)驗(yàn)和 室內(nèi)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)；也有進(jìn)行總成及其主要零、部件的室內(nèi)專項(xiàng)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)。 5.1 車道路實(shí)驗(yàn)、使用實(shí)驗(yàn)及整車室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn) 用于考核轉(zhuǎn)向橋及其零、部件的可靠性、耐久性；對(duì)各種道路的適應(yīng)性及對(duì)整車結(jié)構(gòu) 的適應(yīng)性；測(cè)定性能指標(biāo)，例如轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)向輕便性、轉(zhuǎn)向車輪的自動(dòng)回正性能及直線行 駛的穩(wěn)定性、有無轉(zhuǎn)向車輪的擺振及其擺振車速等，并要對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題提出解決措施。 總成及其主要零、部件的臺(tái)架試驗(yàn) 測(cè)試總成及其主要零、部件的強(qiáng)

49、度、剛度、疲勞壽命等。對(duì)非斷開式轉(zhuǎn)向橋的疲勞實(shí) 驗(yàn)，可按 JB3605 規(guī)定的臺(tái)架試驗(yàn)方法進(jìn)行。對(duì)前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)橋轎車具有扭轉(zhuǎn)梁的 復(fù)合縱臂式后支持橋，推薦作垂向彎曲疲勞壽命實(shí)驗(yàn)及扭轉(zhuǎn)疲勞壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)要求檢 查并記錄首次出現(xiàn)裂紋時(shí)的循環(huán)次數(shù)， 12 萬次循環(huán)及 60 萬次循環(huán)時(shí)焊縫裂紋出現(xiàn)的部位 及長(zhǎng)度，以及最終斷裂時(shí)的循環(huán)次數(shù)等。 通常，轉(zhuǎn)向橋的前梁和支持橋的橫梁的抗彎剛度試驗(yàn)與靜彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)可在材料實(shí)驗(yàn) 用的油壓機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)將轉(zhuǎn)向橋總成放在專用的支承架上。這種支承應(yīng)能消除實(shí)驗(yàn)過 程中由于試件變形所產(chǎn)生的附加應(yīng)力。左、右支承中心應(yīng)在左、右車輪的中心線位置相重 合，載荷應(yīng)加到左、

50、右鋼板彈簧座的中心線位置上。為測(cè)量轉(zhuǎn)向橋的前梁和支持橋的橫梁 的變形情況，可選擇其中點(diǎn)和左、右板簧座中心位置下的點(diǎn)或更多的點(diǎn)作為測(cè)試點(diǎn)，并用 千分表指示該點(diǎn)的變形量。 剛度試驗(yàn)時(shí)，載荷由零開始逐漸增大，記錄每次加載后的變形量，直至加到汽車滿載 時(shí)被測(cè)轉(zhuǎn)向橋負(fù)荷的 2.5 倍，然后在進(jìn)行卸載實(shí)驗(yàn)。如此反復(fù)進(jìn)行數(shù)次，當(dāng)取得穩(wěn)定數(shù)據(jù) 后即可結(jié)束剛度試驗(yàn)并在同一試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行靜彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)。這時(shí)先將剛度試驗(yàn)用的千分 表拆下，并繼續(xù)逐步、平穩(wěn)地加大載荷，并注意記錄材料達(dá)到屈服極限時(shí)的載荷及最后達(dá) 到強(qiáng)度極限時(shí)的破壞載荷。 5.2 轉(zhuǎn)向橋有時(shí)還在扭力機(jī)上進(jìn)行靜扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn) 轉(zhuǎn)向橋的彎曲疲勞壽命試驗(yàn)通

51、常在能循環(huán)地變化載荷（由 0至Pmax）、專用的液壓式彎 曲疲勞壽命實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，或在通用的液壓式疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。其支承位置和加載 位置與抗玩剛度試驗(yàn)及靜彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)相同。載荷可直接加到試件上，亦可經(jīng)過放大后 加到試件上。作用在試件上的循環(huán)載荷最大值 Pmax可取為汽車滿載時(shí)從動(dòng)橋軸負(fù)荷 G的 2..5 （或2?3）倍；交變載荷的變化頻率可選為 100?300次/min。試驗(yàn)過程中應(yīng)用計(jì)數(shù) 器記錄交變載荷作用的循環(huán)次數(shù)，注意觀察試件，并把開始出現(xiàn)疲勞裂紋的循環(huán)次數(shù)記錄 下來。 6 結(jié)論 近年來隨著生產(chǎn)水平汽車水平和路面的改善，汽車行使速度的不斷提高，同時(shí)人們對(duì) 客車的性能要求也

52、越來越高，如何保證既要具有高的行使速度又要具有良好的轉(zhuǎn)向性能以 滿足用戶的要求，是亟待解決的問題。針對(duì)此現(xiàn)象，本論文選擇汽車的主要組成部分轉(zhuǎn)向 橋來進(jìn)行設(shè)計(jì)并以DD1021輕型貨車轉(zhuǎn)向橋作為研究對(duì)象。 本設(shè)計(jì)以《汽車設(shè)計(jì)》為理論基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)中確定了轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向橋 及其零件組成，通過計(jì)算設(shè)計(jì)出了主要零件的尺寸、強(qiáng)度和合理的整體布局。設(shè)計(jì)后的轉(zhuǎn) 向橋具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)向靈敏的特點(diǎn)，制造容易，成本低。廣泛用于微、 輕型載貨汽車。 本文所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向橋?qū)ν愋偷霓D(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。 致謝 本設(shè)計(jì)在任蘭鑄老師的悉心指導(dǎo)下完成。從課題的選擇、理論研究到論文的撰寫都

53、得 到了任老師的指導(dǎo)和熱情幫助。任老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、豐富的經(jīng)驗(yàn)以及獨(dú)到的 見解，使我受益匪淺，在此表示衷心的感謝。 由于本人水平能力有限，本設(shè)計(jì)中一定存在許多的錯(cuò)誤，希望各位老師能給予批評(píng)、 指正。 最后，感謝在百忙之中評(píng)審論文和參加答辯工作的專家與教授們！ 參考文獻(xiàn) [1] 王洪欣?機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)（I ） [M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001. [2] 王洪欣?機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)（n ） [M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001. [3] 竺延年 . 最新車橋設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量檢測(cè)及國(guó)內(nèi)外實(shí)用手冊(cè) [M]. 中國(guó)知識(shí)出版社 ,2005. [4] 陳家瑞 . 汽車結(jié)構(gòu)

54、 [M]. 吉林工業(yè)大學(xué) ,2000. [5] 徐清富 . 國(guó)外汽車最近結(jié)構(gòu)手冊(cè) [M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ,1996. [6] D.J.Segal.Highway Vehic Object Simulation Model[M] .Programmers Manual,1976. [7] 程振彪 . 世界載貨汽車工業(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài) [M]. 汽車科技 ,2001. [8] 謝衛(wèi)國(guó)，汪紅心.貨車平順性預(yù)測(cè)與優(yōu)化[J].汽車工程，1991,（3）:69 ?79. [9] 神龍汽車有限公司著編.中國(guó)轎車叢書-富康[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1998. [10] 中國(guó)第一汽車

55、集團(tuán)公司著編 .中國(guó)轎車叢書-紅旗[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998. [11] 李卓森等編 .中外汽車圖冊(cè)車身分冊(cè) （一） [M]. 長(zhǎng)春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社 ,1995. 附錄 A 數(shù)控技術(shù)發(fā)展 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。 這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一 個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó) 家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。 在我國(guó)，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視， 近年來取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。 特 別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以 PC 平臺(tái)為基礎(chǔ)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但 是，我國(guó)在數(shù)

56、控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、商品 化進(jìn)程、市場(chǎng)占有率等方面情況尤為突出。在新世紀(jì)到來時(shí)，如何有效解決這些問題，使 我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們?cè)趪?guó)際競(jìng) 爭(zhēng)中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。為完成此 任務(wù)，首先必須確立符合中國(guó)國(guó)情的發(fā)展道路。為此，本文從總體戰(zhàn)略和技術(shù)路線兩個(gè)層 次及數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、數(shù)控整機(jī)等幾個(gè)具體方面探討了新世紀(jì)的發(fā)展途徑。 1 總體戰(zhàn)略 制定符合中國(guó)國(guó)情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì) 21 世紀(jì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。 通過對(duì)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的分析和對(duì)我

57、國(guó)數(shù)控領(lǐng)域存在問題的研究，我們認(rèn)為以科 技創(chuàng)新為先導(dǎo)，以商品化為主干，以管理和營(yíng)銷為重點(diǎn)，以技術(shù)支持和服務(wù)為后盾，堅(jiān)持 可持續(xù)發(fā)展道路將是一種符合我國(guó)國(guó)情的發(fā)展數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的總體戰(zhàn)略。 1.1 以科技創(chuàng)新為先導(dǎo) 中國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，從無到有，從引進(jìn)消化到擁有自己獨(dú)立的自主 版權(quán)，取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。但回顧這幾十年的發(fā)展，可以看到我們?cè)跀?shù)控領(lǐng)域的進(jìn)步主 要還是按國(guó)外一些模式，按部就班地發(fā)展，真正創(chuàng)新的成分不多。這種局面在發(fā)展初期的 起步階段，是無可非議的。但到了世界數(shù)控強(qiáng)手如林的今天和知識(shí)經(jīng)濟(jì)即將登上舞臺(tái)的新 世紀(jì)，這一常規(guī)途徑就很難行通了。例如，在國(guó)外模擬伺服快過時(shí)

58、時(shí)，我們開始搞模擬伺 服，還沒等我們占穩(wěn)市場(chǎng)，技術(shù)上就已經(jīng)落后了；在國(guó)外將脈沖驅(qū)動(dòng)的數(shù)字式伺服打入我 國(guó)市場(chǎng)時(shí)，我們就跟著搞這類所謂的數(shù)字伺服，但至今沒形成大的市場(chǎng)規(guī)模；近來國(guó)外將 數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡(luò)（通過光纜等）與數(shù)控裝置連接時(shí)，我們又跟著發(fā)展此類系統(tǒng)， 前途仍不樂觀。這種老是跟在別人后面走，按國(guó)外已有控制和驅(qū)動(dòng)模式來開發(fā)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系 統(tǒng)，在技術(shù)上難免要滯后，再加上國(guó)外公司在我國(guó)境內(nèi)設(shè)立研究所和生產(chǎn)廠，實(shí)行就地開 發(fā)、就地生產(chǎn)和就地銷售，使我們的產(chǎn)品在性能價(jià)格比上已越來越無多大優(yōu)勢(shì)，因此要進(jìn) 一步擴(kuò)大市場(chǎng)占有率，難度自然就很大了。 為改變這種現(xiàn)狀，我們必須深刻理解和認(rèn)真落實(shí)“科學(xué)技術(shù)是第

59、一生產(chǎn)力”的偉大論 斷，大力加強(qiáng)數(shù)控領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國(guó)特色的實(shí)用的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，逐步 建立自己獨(dú)立的、先進(jìn)的技術(shù)體系。在此基礎(chǔ)上大力發(fā)展符合中國(guó)國(guó)情的數(shù)控產(chǎn)品，從而 形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類齊全的數(shù)控機(jī)床整機(jī)的完整的產(chǎn)業(yè)體系。這樣，才 不會(huì)被國(guó)外牽著鼻子，永遠(yuǎn)受別人的制約，才有可能用先進(jìn)、實(shí)用的數(shù)控產(chǎn)品去收復(fù)國(guó)內(nèi) 市場(chǎng)，打開國(guó)際市場(chǎng)，使中國(guó)的數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在 21 世紀(jì)走在世界的前列。 1.2 在商品化上狠下工夫 近幾年我國(guó)數(shù)控產(chǎn)品雖然發(fā)展很快，但真正在市場(chǎng)上站住腳的卻不多。就數(shù)控系統(tǒng)而言， 國(guó)產(chǎn)貨仍未真正被廣大機(jī)床廠所接受，因此出現(xiàn)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)用于舊機(jī)床改造的例

60、子較 多，而裝備新機(jī)床的卻很少，機(jī)床廠出產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床大多數(shù)用的都是國(guó)外的系統(tǒng)。這 當(dāng)然不是說舊機(jī)床的數(shù)控化改造不重要，而是說明從商品的角度看，我們的數(shù)控系統(tǒng)與國(guó) 外相比還存在相當(dāng)大的差距。 影響數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床商品化的主要因素除技術(shù)性能和功能外， 更重要的就是可靠 性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。以往，一些數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品的研究、開發(fā)部門，所追求的往往是一 些體現(xiàn)技術(shù)水平的指標(biāo)（如多少通道、多少軸聯(lián)動(dòng)、每分鐘多少米的進(jìn)給速度等等） ，而 對(duì)影響實(shí)用性的一些指標(biāo)和一些小問題卻不太重視，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、魯棒性、可靠性、 實(shí)用性方面花的精力相對(duì)較少。從而出現(xiàn)某些產(chǎn)品鑒定時(shí)的水平都很高，甚至也獲各種大 獎(jiǎng)。

61、但這些高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品到用戶哪兒卻由于一些小問題而表現(xiàn)不盡人意，最后喪 失了信譽(yù)， 打不開市場(chǎng)。這說明，高指標(biāo)、高性能的樣機(jī)型的產(chǎn)品離用戶真正需要的實(shí)用、 可靠的商品是有相當(dāng)大的距離的，將一個(gè)高指標(biāo)、高性能的產(chǎn)品變?yōu)橐粋€(gè)有市場(chǎng)的商品還 需作出大量艱苦的努力。 1.4 強(qiáng)技術(shù)支持和服務(wù) 數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床作為典型的高技術(shù)產(chǎn)品，對(duì)用戶的技術(shù)支持和服務(wù)是相當(dāng)重要的。以 前國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品喪失信譽(yù)的原因，除可靠性問題外，另一大問題就是缺乏有力的技術(shù)支持 和服務(wù)。用戶花了很多錢買的數(shù)控機(jī)床或數(shù)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題卻叫天天不應(yīng)，叫地地 不靈，以后誰還敢買我們的產(chǎn)品。因此，應(yīng)將對(duì)用戶的技術(shù)支持和服務(wù)當(dāng)成重

62、要的日常工 作來抓，使我們?cè)谑袌?chǎng)上向縱深挺進(jìn)時(shí)，有一個(gè)強(qiáng)大后方。因此，為了取得數(shù)控產(chǎn)品市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)的全面勝利，必須建立以技術(shù)支持和服務(wù)為核心的強(qiáng)大后方。當(dāng)然，為贏得主動(dòng)，后 方也須主動(dòng)出擊。目前，利用先進(jìn)的信息技術(shù)手段（如網(wǎng)絡(luò)和多媒體） ，將為建立新一代 立體化的技術(shù)支持和服務(wù)體系開辟新的途徑。 1.5 持續(xù)發(fā)展道路 可持續(xù)發(fā)展是下一世紀(jì)企業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)要有大的發(fā)展也必須堅(jiān)持走可 持續(xù)發(fā)展的道路。綠色是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，其主要思想是清潔和節(jié)約。為此應(yīng) 大力加強(qiáng)綠色數(shù)控產(chǎn)品的開發(fā)，加速促進(jìn)數(shù)控產(chǎn)品、數(shù)控產(chǎn)業(yè)以及整個(gè)制造業(yè)的綠色化， 主要戰(zhàn)略措施應(yīng)考慮以下幾方面：①有效減

63、少產(chǎn)品制造及使用過程中的環(huán)境污染。如減少 數(shù)控機(jī)床的鑄件結(jié)構(gòu)，消除鑄造對(duì)環(huán)境的污染；將數(shù)控機(jī)床主軸的潤(rùn)滑以油氣潤(rùn)滑、噴油 潤(rùn)滑等取代油霧潤(rùn)滑，減少對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染；在精密數(shù)控機(jī)床及其運(yùn)行環(huán)境的溫度控制 中取消氟利昂制冷的恒溫技術(shù)；以電傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)，減少噪聲污染。②大幅度降低資 源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并 減少產(chǎn)品壽命結(jié)束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅(qū)動(dòng)代替感應(yīng)驅(qū)動(dòng)，提高效率和功 率因數(shù)，節(jié)約能源；以電傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)，提高效率，減少能源消耗。③加強(qiáng)用數(shù)控技 術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床。這既符合運(yùn)用信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技

64、 術(shù)和裝備現(xiàn)代化這一產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，又可取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)擁 有普通機(jī)床數(shù)百萬臺(tái)，加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床將成為下世紀(jì)我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域的重要發(fā) 展方向。④大力發(fā)展綠色數(shù)控機(jī)床。綠色數(shù)控機(jī)床應(yīng)是材料消耗少、能耗低、無污染，壽 命長(zhǎng)且便于拆卸回收的新型機(jī)床。 2 技術(shù)途徑 2.1發(fā)展具有中國(guó)特色的新一代 PC數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是各類數(shù)控裝備的核心，因此通過科技創(chuàng)新首先發(fā)展具有中國(guó)特色的新型數(shù)控系 統(tǒng)，將是推動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的有效技術(shù)途徑。實(shí)踐證明， 10年來我們所走的PC數(shù)控道路 是完全正確的。PO （包括工業(yè)PC產(chǎn)量大、價(jià)格便宜，技術(shù)進(jìn)步和性能提高很快，且可 靠性高（

65、工業(yè)P（主機(jī)的MTB已達(dá)30年： 3］）。因此，以其作為數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)不 但可以大幅度提高數(shù)控系統(tǒng)的性能價(jià)格比，而且還可充分利用通用微機(jī)已有軟硬件資源和 分享計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新成果，如大容量存儲(chǔ)器、高分辨率彩色顯示器、多媒體信息交換、 聯(lián)網(wǎng)通訊等。此外，以通用微機(jī)作為數(shù)控平臺(tái)還可獲得快速的技術(shù)進(jìn)步，當(dāng) PO升級(jí)換代 時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)也可相應(yīng)升級(jí)換代，從而長(zhǎng)期保持技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。 目前，PC數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)有2種主要形式：（1）專用數(shù)控加PC前端的復(fù)合式結(jié)構(gòu)； （2）通用PC加位控卡的遞階式結(jié)構(gòu)。另外還有一種正在發(fā)展的數(shù)字化分布式結(jié)構(gòu)。其方 案是將由DS等組成的數(shù)字式伺

66、服通過以光纜等為介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)控裝置連接起來，組成 一完整的數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然性能很好，但由于開發(fā)和生產(chǎn)成本太高，近期難以被國(guó) 內(nèi)廣大用戶所接受。我們認(rèn)為，上述結(jié)構(gòu)并不是符合中國(guó)國(guó)情的最好方案，適合中國(guó)國(guó)情 的應(yīng)是將所有數(shù)控功能全軟件化的集成式結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的硬件規(guī)模最小，不但有利 于降低系統(tǒng)成本，而且更重要的是可以有效提高系統(tǒng)的可靠性。 幾十年的經(jīng)驗(yàn)表明， 可靠性好壞是國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能否發(fā)展的關(guān)鍵。 雖然影響數(shù)控系統(tǒng) 可靠性的因素很多，但過大的硬件規(guī)模和較低的硬件制造工藝水平往往對(duì)可靠性造成最大 的威脅。以往，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)時(shí)由于種種原因的限制，不得不選用技術(shù)指標(biāo)不 太高的普通CPU這樣，為完成數(shù)控的復(fù)雜功能往往需要由多個(gè) CP來組成系統(tǒng)，有時(shí)還需 另加一些專用或通用硬件電路來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的一些高實(shí)時(shí)性功能（如細(xì)插補(bǔ)、位置伺服 控制等），從而造成系統(tǒng)硬件規(guī)模龐大。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)這種批量不大的產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有 工藝條件下，很難從硬件制造的角度保證系統(tǒng)的可靠性，因而使得國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn) 場(chǎng)的表現(xiàn)不佳，對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的形象和聲譽(yù)造成嚴(yán)重影響，使得不少用戶現(xiàn)在還心有余 悸。