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车辆毕业设计-挂车前桥与悬架设计(全套CAD图纸

时间:2020-11-23 12:45

  挂车前桥和悬架是挂车一个重要的组成部分。在查阅相关资料后,根据挂车前转向桥和悬架的结构特点、工作原理定设计的主要内容包括:转向从动桥前梁、 转向从动桥转向节、转向从动桥主销和转向节衬套的设计和校核,以及钢板弹簧 悬架的设计和校核。本设计采用工字型前梁并稍向下弯曲,已达到降低重心和提 高刚度的作用。在前梁初步计算完成之后会用有限元ANSYS 进行静力学分析,以 保证设计质量。挂车悬架把车架和车轴弹性的连接起来。它的主要功用是传递作 用在车轮和车身之间的一切力和力矩,比如支撑力、制动力和驱动力等,并且缓 和有不平路面传给车身的冲击载荷,衰减由此引起的震动,保证乘员舒适性,减 小货物和车辆本身的动载荷。由于钢板弹簧结构简单,制造成本低,维修方便等 优点,所以本设计主要采用有主副簧的钢板弹簧作为弹性元件。 关键词:挂车;前桥;悬架;主销;钢板弹簧 ABSTRACT Trailer front axle importantpart trailers.After accessrelevant information, according trailerfront steering bridge suspensionstructure characteristics, working principle set design maincontent includes: steering driven bridge girder, steering driven bridge before knuckles, steering driven bridge dowel steeringknuckle bushings design leafspring suspension design designUSES workbefore beam slightlyfont already, bend down improvestiffness. formerbeams after completing preliminary calculation finiteelement analysis software ANSYS designquality. Trailer suspension frame elasticconnecting. Its main function transferfunction between bodyall support,making. Keywords: Trailer; Front axle; Suspension; Dowel; Leaf spring 绪论……………………………………………………………………11.1 本设计的目的与意义……………………………………………………1 1.2 本设计的主要内容………………………………………………………2 1.3 本设计的主要参数………………………………………………………4 从动桥的概述及选型………………………………………………52.1 从动桥的概述……………………………………………………………5 2.2 从动桥转向装置的结构形式选择及确定………………………………8 2.3 本章小结…………………………………………………………………8 从动桥设计计算及校核……………………………………………93.1 转向从动桥前梁的设计和校核…………………………………………9 3.1.1 在制动工况下前梁应力分析……………………………………10 3.1.2 在最大侧向力工况下的前梁应力分析…………………………12 3.2 转向从动桥转向节设计和校核…………………………………………13 3.2.1 在制动工况下的转向节分析……………………………………14 3.2.2 在侧滑工况下的转向节分析……………………………………14 3.3 转向从动桥的主销和转向节衬套的设计和校核………………………15 3.3.1 主销在制动工况下的应力计算…………………………………15 3.3.2 主销在侧滑工况下的应力计算…………………………………16 3.3.3 转向节衬套的应力计算…………………………………………18 3.4 整体式转向梯形机构优化设计…………………………………………18 3.5 本章小结…………………………………………………………………20 悬架的概述及选型…………………………………………………214.1 悬架的概述………………………………………………………………22 4.2 前后悬架形式的选择……………………………………………………26 4.3 本章小结…………………………………………………………………23 弹性元件的计算………………………………………………………245.1 悬架主要参数的确定计算………………………………………………24 5.2 悬架的基本参数的计算…………………………………………………28 5.3 悬架的强度校核计算……………………………………………………34 5.4 本章小结…………………………………………………………………37 结论………………………………………………………………………………39 参考文献…………………………………………………………………………40 致谢………………………………………………………………………………41 附录A……………………………………………………………………………42 附录B……………………………………………………………………………44 1.1本设计的目的和意义 汽车是现代交通工具中应用的最多,最普遍,也是最方便的交通运输工具。 汽车的车桥和悬架是汽车上的重要组成部分。汽车的从动桥的转向性能直接影响 汽车的行驶安全性。随着公路业得迅速发展和车流密度日益增大,人们对安全性、 可靠性的要求越来越高。汽车已经成为现代社会发展不可缺少的交通工具,在人 门的日常生活中扮演着重要的角色。汽车工业以其强有力的产业拉动作用,已经 成为我国国民经济发展的支柱性行业。随着我汽车工业的迅猛发展,汽车零部件 的自行开发和研究工作也随之广泛地展开。汽车在公路上高速行驶,汽车的零部 件承受着静载荷和动载荷作用,这些作用直接影响着汽车的使用寿命和汽车运行 的可靠性。 车桥(也称为车轴)通过悬架和车架(或承载式车身)相连,它的两端安装 着车轮,其功用是传递车架(或承载式车身),与车轮之间的各方向的作用力及 其力矩。 车桥是汽车的主要零件之一,它是汽车主要承载件和传力件,支撑着汽车的 载荷,并将载荷传给车轮,在实际行驶中,作用在车轮上的牵引力、制动力、横 向力,也是经过桥壳传到悬架及车架上的。同时汽车在路面上高速行驶,由于路 面不平度的影响,汽车的车桥会受到交变载荷的作用,在这种复杂的交变载荷的 反复作用下,会发生裂纹萌生和扩转并导致突然断裂。因此,在技术上了解车桥 的静态特性,有着及其重要的实际意义。 在汽车车桥及悬架的制造过程中,涵盖了铸(灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、 铸钢)、锻(模锻、精锻、平锻和热压)、焊(电焊、点焊、二氧化碳保护焊)、 热处理(表面淬火热处理、表面高频淬火处理)粉末冶金等各种热加工工艺。 通过查阅相关的资料,运用专业基础理论和专业知识,确定挂车车桥和悬架 的总体设计方案,进行部件的设计计算和结构设计。进一步巩固和加深对所学的 基础理论、基本技能和专业知识的认识掌握,使之系统化、综合化。培养文献查 阅、使用、文件编辑、文字表达等基本实践能力以及外文资料的阅读和翻译的基 本技能,使初步掌握科学研究的基本方法。使树立符合国情和生产实际的正确设 计思想和观点,培养严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、善于与他人合作的工作 作风。 总之,由上述可见,汽车车桥及悬架设计涉及的机械零部件及元件的品种极 为广泛,对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要涉及到所有的现代机械制造 工艺。因此,通过对汽车车桥与悬架的学习和设计实践,再加上优化设计,可靠 性设计和有限元分析等内容,可以更好地学习并掌握现代汽车设计与机械设计的 全面知识和技能。 1.2 本设计的主要内容 挂车是本身没有自带动力及驱动装置,由汽车牵引组成汽车列车用以载运人 员及货物的汽车。挂车分为全挂车和半挂车,全挂车与半挂车最大的不同是,汽 车列车在运输作业时,挂车的全部载荷由挂车承载,牵引车只起牵引作用。因此, 全挂车的前支撑为轮轴结构,且通常具有转向装置,一减少侧滑、摩擦和汽车列 车的转向阻力。本设计为全挂车。而全挂车的前桥为转向从动桥。转向方式为轮 转向式转向装置。采用轮转向式转向装置的挂车的主要优点是货台或车厢的地板 离地面较低,且左右车轮可以实现正确的转向角度,车轮磨损较小,但对杆系的 传动比精确度要求较高。 根据悬架的结构的不同,车桥分为整体式和断开式两种。 根据车桥上车轮的作用,车桥又可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥、和支 持桥四种类型。一般汽车多以前桥为转向桥,以后桥、中桥为驱动桥。本设计为 转向桥。 转向桥是利用车桥中的转向节使车轮偏转一定的角度,实现汽车的转向。转 向桥一般位于汽车的前部,因此也常称之为前桥。 前梁用钢材锻造,断面为工字型以提高抗弯强度。为提高抗扭强度,接近两 端略制成方形。中部加工出两处用以支撑钢板弹簧的加宽面——弹簧座。中部向 下凹,降低发动机位置,从而降低汽车的重心,扩展驾驶员的视野,并减小传动 轴与变速器输出轴之间的夹角。前梁两端各有一个加粗部分,呈拳形,其中有通 孔,主销即插入两孔内。通过主销将转向节与前梁的拳部相连,并用带螺纹的楔 形锁销将主销固定在拳部孔内,是之不能转动。前轮可以绕主销偏转一定角度而 使汽车转向。为了减小磨损,转向节孔销内压入青铜衬套,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。为使转向灵活轻便, 在转向节下耳与前梁拳部之间装有推力滚子轴承。在转向节上耳与拳部之间装有 调整垫片,以调整其间的间隙。在转向节的上耳上装有与转向节臂制成一体的凸 缘,在下耳上则装着与转向梯形臂制成一体的凸缘,这两个凸缘均制成有一矩形 键,因此在左转向节的上下耳上都有与之配合的键槽。转向节通过矩形键及带有 锥形套的双头螺栓与转向节臂及梯形臂相连。在键槽端面间装有条形的橡胶密封 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。轴承的松紧度可用调整螺母(装于轴承外端)加以调整。轮毂外端用冲压的金属罩盖住。轮毂 内侧装有油封。如果油封漏油,则外面的挡油盘仍足以防止润滑油进入制动器内, 转向节上靠近主销孔的一端有方形的凸缘,固定制动底板。 对车桥提出的设计要求: (1)外廓尺寸小,保证汽车具有足够的离地间隙,以足通过性要求。 (2)具有足够的刚度和强度,以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种 力和力矩;在此条件下,尽可能降低质量,尤其是簧下质量,以减少不平路面 的冲击载荷,提高汽车的行驶平顺性。 (3)结构简单,加工工艺性好,制造容易,维修、调整方便。 (4)与悬架导向机构运动协调。 对车桥设计完成之后要进行校核和ANSYS 有限元分析。 悬架是车架(或车载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的 总称。其功用是把路面作用于车轮上的垂直反力(支承力)、纵向反力(牵引力 和制动力)和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递给车架或车载式车身 上,以保证汽车的正常行驶。 现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式,但是一般都由弹性元件、导向 装置、减振器和辅助元件组成。辅助元件包括缓冲块和横向稳定器等。弹性元件 的功用是缓和冲击,减振器的作用是使振动迅速衰减,振幅迅速减小。导向机构 的作用是使车轮按一定的轨迹相对于车架和车身运动。悬架是采用非独立悬架, 因为非独立悬架结构简单,工作可靠、制造简单、维修方便。 非独立悬架其结构特点是两侧的车轮有一整体式车桥相连。车轮连同车桥一 起通过弹性悬架与车架(或承载式车身)连接。当一侧车轮因道路不平而发生跳 动时,必然引起另一侧的车轮在汽车横向平面内发生摆动,故称为非独立悬架。 在中、重型汽车上普遍采用。 对悬架提出的设计要求有: (1)保证汽车有良好的行驶平顺性。 (2)具有合适的衰减振动的能力。 (3)保证汽车具有良好的操纵稳定性。 (4)汽车制动或加速时,要保证车身稳定,减少车身纵倾,转弯时车身侧倾角 要合适。 (5)有良好的隔声能力。 (6)结构紧凑、占用空间尺寸小。 (7)可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩,在满足零部件质量要小的同 时,还要保证有足够的强度和寿命。 对悬架设计完成之后要进行校核。 1.3 本设计的主要参数 表1.1 结构参数表 前轮轮距B 1840 弹簧座中心距K 880 弹簧座中心到主销中心距离b 370 上下凸缘间距h幅板厚度 125 138/65 65/65 55/58 16/14 主销长度 221 主销直径 50 主销中心到上衬套中心距n 81 主销中心到下衬套中心距e 81 上衬套长度 52 下衬套长度 52 止推轴承高度 16.5 主销中心到压力中心距g主销中心到转向节大轴颈中心距P 大轴颈宽度 小轴颈宽度 大轴颈直径 小轴颈直径 100 110 61 35 55 35 从动桥的概述及选型2.1 从动桥的概述 从动桥即非驱动桥,又称从动车轴。它是通过悬架与车架(或承载式车身) 相联,两侧安装着从动车轮,用以在车架(或承载式车身)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,从动桥分为转向桥和非转向桥。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。对于非转向从动桥,由于它仅起支持汽车部分簧上质量的作用,因此又称为 支持桥或支持车轴。 从动桥按与其匹配的悬架结构的不同,也可分为断开式和非断开式两种。与 非独立悬架相匹配的非断开式从动桥式一根支承于左、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。 在汽车的设计、制造、装配调整和使用的过程中必须注意防止可能引起的转 向车轮的摆阵,它是指汽车行驶转向轮绕主销不断的摆动的现象,它将破坏汽车 的正常行驶。转向车轮的摆动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,即对外界系统输入能量。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,形成摆动。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,而 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阵往往属于自激振动 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、断面跳动、 轮胎的几何和机械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。其特点是转向轮摆阵频率与车轮转速一 致,而且一般都有明显的共振车速,共振范围较窄。通常在高速行驶时发生的摆 阵往往属于受迫振动型。 图2.1非断开式转向从动桥 如图2.1 所示,非断开式转向从动桥主要由前梁、转向节及转向主销组成。 转向节利用主销与前梁铰接并经一对轮毂轴承支承着车轮的轮毂,以达到车轮转 向的目的。在左转向节的上耳处安装着转向节臂,后者与转向直拉杆相连;而在 转向节的下耳处则装着与转向横拉杆相连接的转向梯形臂。有的将转向节臂与梯 形臂连成一体并安装在转向节的下耳处以简化结构。制动底板紧固在转向节的突 缘面上。转向节的销孔内压入带有润滑槽的青铜衬套以减小摩擦。为使转向轻便, 在转向节下耳与前梁拳部之间可装滚子推力轴承,在转向节上耳与前梁拳部之间 装有调整垫片以调整其间隙。带有螺纹的楔形锁销将主销固定在前梁拳部的孔 内,使之不能转动。 主销的几种结构形式如图2.2 所示,其中最常使用的是(a)(b)两种。 (a)圆柱实心型;(b)圆柱空心型(c)上、下端为直径不等的圆柱、中间为椎体的主销;(d)下 部圆柱比上部细的主销 图2.2 主销的结构型式 为了保证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面内都有一定的倾角。在纵向 平面内,主销上部向后倾角一个γ角,称为主销后倾角。在横向平面内,主销上 部内倾一个β角,称为主销内倾角。 主销后倾使主销轴线与路面的交点位于轮胎接地中心之前,该距离称为后倾 拖地距。当直线行驶的汽车的转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转时,汽车就偏 离直线行驶而有所转向,这时引起的离心力使路面对车轮作用着一阻碍其侧滑的 侧向反力,使车轮产生绕主销旋转的回正力矩,从而保证了汽车具有较好的直线 行驶稳定性。此力矩称稳定力矩。稳定力矩也不宜过大,否则在汽车转向时为了 克服此稳定力矩需在方向盘上施加更大的力,导致方向盘沉重。后倾角通常在3 以内。 主销内倾也是为了保证汽车直线行驶的稳定性并使转向轻便。主销内倾使主 销轴线与路面的交点至车轮中心平面的距离即主销偏移距离减小,从而可减小转 向时需加在方向盘上的力,使转向轻便,同时也可减少转向轮传到方向盘上的冲 击力。主销内倾角使前轮转向时不仅有绕主销的转动,而且伴随有车轮轴及前横 梁向上的移动,而当松开方向盘时,所储存的上升位能使转向轮自动回正,保证 汽车作直线mm。 轻型货车及装有动力转向的汽车可选择较大的主销内倾角及后倾角,以提高其转 向车轮的自动回正性能。但内倾角也不宜过大,即主销偏移距离不宜过小,否则 在转向过程中车轮绕主销偏转时,随着滚动将伴随着沿路面的滑动,从而增加轮 胎与路面间的摩擦阻力,使转向变的很沉重。 2.2 从动桥转向装置的结构形式选择及确定 全挂车的转向方式有两种:一种是轴转向式,即转向时,车轮除绕其中心旋 转外,还与车轴一起绕车轴中心中点垂直线转动。轴转向式转向通常有单转盘转 向和双转盘转向。另一种是轮转向式,即转向时,车轮绕转向主销转动,而车轴 不转动。本设计采用轮转向式转向装置。 挂车的牵引杆通过一个摆臂将牵引车转向的摆动转变为直拉杆的推拉运动, 然后再通过一个转向拐臂拉动转向梯形机构的横拉杆使挂车随牵引车一起实现 转向。采用轮转向式转向装置的挂车的主要优点是货台或车厢的地板离地面较 低,且左右车轮可以实现正确的转向角度,车轮磨损较小,但对杆系的传动比精 确度要求较高。 2.3 本章小结 本章对挂车前桥进行了系统的概述和总结,系统的分析了前桥的种类、结构 形式、及工作原理,并根据本设计所要求的参数进行了严格规范的选取,选取了 适合本设计的前桥的结构形式,还对跟前桥有关的零部件进行了细致地分析和选 取,是以后计算和设计的理论基础和工作依据。 从动桥设计计算及校核3.1 转向从动桥前梁的设计和校核 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,如图3.1 所示。 1-制动工况下的弯矩图和转矩图;2-侧滑工况下的弯矩图 图3.1 转向从动桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图 3.1.1 在制动工况下的前梁应力计算 制动时前轮承受的制动力P 传给前梁,使前梁承受转矩和弯矩。考虑到制动时汽车质量向前转向桥的转移,则前轮所承受的地面垂向反力为: ——汽车制动时对前桥的质量转移系数,对轿车和载货汽车的前桥可取1.4~1.7。 紧急制动是车桥所承受的最恶劣的工况之一。此时,前梁的垂直载荷增大, 水平弯曲力矩达最大值,同时还存在巨大的制动扭转力矩。前梁垂直载荷增大的 比例称为质量转移系数 ——挂车重心的高度,取mm 1200 ——挂车重心到后轴中心线)两式,代入得:Z1=43101.216N。前轮所承受的制动力为: Pr=Z1 (3.3) Z1——前轮所承受的地面垂向反力,N。代入得:Pr=30170.8512N。 由Z1 和Pr 对前梁引起的垂向弯矩 在两钢板弹簧座之间达到最大值,分别为 ——转向节主销中心至钢板弹簧座中心的水平距离,取为350mm; Z1——前轮所承受的地面垂向反力,N; Pr——前轮所承受的制动力,N。 代入得: =19395547.2Nmm; =13576883.04Nmm。 制动力Pr 还使前梁在主销孔至钢板弹簧座之间承受转矩: (3.6)式中:Pr——前轮所承受的制动力,N; —轮胎的滚动半径,取为500mm。代入得:T=15085425.6 Nmm。 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。该断面的垂向弯曲截面系数: (3.7)代入得: mm244040 125 8520 125 100 (3.8)代入得: mm67800 100 2085 100 20 ——查表取0.208; ——拳部截面宽取C80 mm。 代入得: mm106496 (3.10)代入得: MPa 73 (3.11)代入得: MPa 65 前梁可采用45,30Cr,40Cr等中碳钢或中碳合金钢制造,本设计采用40Cr, 硬度为HB241~285HB, MPa300 MPa150 可见前梁在制动工况下的弯曲应力和扭转应力均小于许用应力值,故满足使用条件。 3.1.2 在最大侧向力(侧滑)工况下的前梁应力计算 挂车发生侧滑时,车轮上的横向力达到最大值。前梁在垂直平面内的弯矩由 垂直载荷和侧滑时的横向反作用力造成,且无纵向力作用,左、右车轮承受的地 面垂向反力 各不相等,前轮的地面反力(单位都为N)分别为: ——车轮轮距,取mm 1840 ——挂车重心的高度,取mm 1200 代入得:Z1L=62101.538N;Z1R=682.435N; Y1L=46576.154N; Y1R=511.826N。 左钢板弹簧座处弯矩: (3.16)右钢板弹簧座处弯矩: (3.17)左拳部弯矩: (3.19)式中:Z1L——左车轮承受地面的垂向反力; Z1R——右车轮承受地面的垂向反力; Y1L——左车轮承受地面的侧向反力; Y1R——右车轮承受地面的侧向反力; ——横向附着系数,取为0.75。代入得: 35 Nmm;875 Nmm;23288077 Nmm;255913 Nmm。拳部的抗弯断面系数: ——拳部的高度,取85mm ——拳部的长度,取80mm (3.21)代入得: 256.834MPa 可见前梁在侧滑工况下的弯曲应力小于许用应力值,故满足使用条件。约束和加载 当大梁校正仪安装完毕保持稳定是时,支架最低面就是固定面,所以约束 就加在支架最低的面, 支撑重量全部作用在方口钢立柱的上部截面上,竖直 向下。加载时加的为面力,则载荷情况为 Pa mm 求解Solve/CurrentLS/Ok/Close。查看结果并分析查看变形结果:General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/DOF Solution;X 和总变形最大变形量DMX=0.138mm, 变形 3.2 转向从动桥转向节的设计和校核 转向节多用中碳合金钢模锻成整体式结构。有些大型汽车的转向节,由于其 尺寸过大,也有采用组焊式结构的,即其轮轴部分是经压配并焊接上去的,作用 效果良好。转向节推力轴承承受作用于汽车前梁上的重力,为减小摩擦使转向轻 便可采用滚动轴承,例如推力球轴承、推力圆锥滚子轴承或圆锥滚子轴承等。也 有采用青铜止推垫片的。 如图3.2 所示,从动桥转向节的危险断面在轴径为d 的轮轴根部剖面处。图3.2 转向节、主销及转向节衬套的计算用图 3.2.1 在制动工况下的计算 而不受转矩,因制动力矩不经转向节的轮轴传递而直接由制动底板传给在转向节上的安装 平面。这时可按公式计算其垂向弯矩 ,则—剖面处的合成弯曲应力: (3.22)式中:d1——转向节的轮轴根部轴径,mm; ——质量转移系数。代入得: =399.445MPa。上式的许用弯曲应力为 弯曲应力小于许用应力,满足使用条件。转向节采用40Cr 中碳合金钢制造,心部硬度HB245,高频淬火 后表面硬度HRC60,硬化层深1.8mm。轮轴根部的圆角滚压处理。 3.2.2 在侧滑工况下的计算 转向节上的作用力按侧滑情况考虑。要计算转向节指轴根部的弯曲应力 ——压力中心到转向节指轴根部的距离,取为mm 35 代入得:17 Nmm。转向节的抗弯断面系数: ——转向节的指轴根部轴径为84mm。代入得: 5927084 (3.25)代入得: MPa 2406 转向节采用30Cr中碳合金钢制造,经过调制处理,心部硬度HRC241~285, 高频淬火后表面硬度HRC57~65,硬化层深1.5~2.0mm,轮轴根部的圆角液压 处理。应力的许用值为[ ]=550MPa ,故满足使用条件。3.3 转向从动桥的主销和转向节衬套的设计和校核 3.3.1 主销在制动工况下的应力计算 主销在制动工况下的受力简图如图3.3 所示: 图3.3主销在制动工况下的受力分析简图 (3.26)由Pr 所产生的反作用力 (3.28)由横拉杆所产生的反作用力 (3.30)由制动力矩T所产生的反作用力 ——主销中心到上衬套中心距,取mm 81 ——主销中心到下衬套中心距,取mm 81 (3.32)代入得: 1132733603 84 3.3.2主销在侧滑工况下的应力计算 主销在侧滑工况下的受力简图如图3.4 所示: 图3.4主销在侧滑工况下的受力分析简图 假设向左侧滑,左侧主销上的垂直反作用力 mm581 mm419 ,左侧主销上的作用力较大。上端: (3.33)下端: (3.34)代入得: ——转向节下衬套中点到拳部下端面的距离,取28mm。代入得: MPa 30447 MPa58336 主销采用20Cr,20CrNi,20CrMnTi等低碳合金钢制造,本设计采用20Cr, 渗碳淬火,渗碳层深1.0~1.5mm,HRC56~62, MPa500 MPa100 可见主销的弯曲应力和剪切应力都在许用值范围内,故满足使用条件。3.3.3 转向节衬套的应力计算 转向节衬套的挤压应力 ——主销直径,取为50mm。代入得: MPa 5028 衬套一般采用ZCuSn10P1 材料 [10] ,其许用挤压应力 MPa 50 (3.37)代入得: MPa 4529 MPa15 ,衬套的挤压应力在许用值范围内,故满足使用条件。 3.4 整体式转向梯形机构优化设计 转向梯形机构用来保证转弯行驶时汽车的车轮均能绕同一瞬时转向中心在 不同半径的圆周上作无滑动的纯滚动。为此,转向梯形应保证内、外转向车轮的 理想转向关系如公式(3.38)所示。因此,在设计中首先是要确定转向梯形机构 的几何尺寸参数,其次是进行零件的强度计算。 汽车转向行驶时,受弹性轮胎侧偏角的影响,所有车轮不是绕位于后轴延长 线上的点滚动,而是绕位于前轴和后轴之间的汽车内侧某一点滚动。此点位置与 前轮和后轮的侧偏角大小有关。由于影响轮胎侧偏角的因素很多,且难以精确确 定,故下面是在忽略侧偏角的影响的条件下,分析有关两轴汽车的转向问题。此 时两转向轴线的延长线应交在后轴延长线 所示。设 分别为内、外转向车轮的转角,L 为汽车轴距,K 为两主销中心线延长线到地面交点之间的 距离。若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶,则梯形机构应保证内、外转 向车轮的转角关系为: cotcot (3.39)转向梯形机构实际上不能完全精确地满足公式(3.38)的要求,而只能以足 够的工程精度接近该式。即转向梯形机构使式(3.38)中的L 值不再是汽车的轴 愈接近1,则该转向梯形愈能精确地反映式(3.38)的要求,使转向亦愈顺畅。 (a)内、外转向轮的理想转角关系;(b)由转向梯形决定的内、外转向轮的实际转角关系 图3.5 不计轮胎侧向弹性时的汽车转向简图 由图3-5(b)中的 OAB sin(sin sin(sin sin sin(sin sin (3.40)代入得: 42 6048259 OA164 4500866 转向横拉杆两端球铰接中心间的距离n,转向梯形臂长m和梯形底角 。根据汽车的总体布置或转向桥的布置图,首先可找出汽车的轴距L 及转向主销 间距K ,再按 在图(3-6)的关系曲线图上找出x,则有: (3.41)代入得: 74 图3.6转向梯形简图及x 的关系曲线确定整体式后置转向梯形机构的几何尺寸后就进行校核,而校核前是按经验 公式确定梯形的初选尺寸,即认为后置梯形的参数 (3.42)代入得: 3.5本章小结 本章对挂车的前桥进行设计计算,主要有转向从动桥前梁的设计计算、转向 节的设计计算、主销和转向节衬套的设计计算、转向梯形的计算。这些零部件的 设计计算都是从两方面进行的,即在制动工况下和最大侧向力(侧滑)工况下, 其中前梁的力学要求比较高,所以针对前梁做了ANSYS 分析,进一步对所设计的 前梁进行校核分析,以保证本设计的质量。 悬架的概述及选型4.1 悬架的概述 悬架式保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性 联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关 装置的总称。 悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架(或承载式车身)之间的一切力 和力矩,并缓和汽车行驶过不平路面时所产生的冲击,衰减由此引起的承载系统 的振动,以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性 联接,依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷,并依靠其 变形来吸收能量,达到缓和冲击的目的。采用弹性联接后,汽车可以看作是由悬 挂质量(即簧载质量)、非悬架质量(即非簧载质量)和弹簧(弹性元件)组成 的振动系统,承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。 挂车悬架是将挂车车架与车轴相连的全套装置的总称,其主要功能是传递作 用在车轮和车架之间的各种载荷,并减少或消除由不平路面通过车轴传给车架的 冲击和振动,以改善挂车行驶的平顺性。挂车的悬架也是由弹性元件、减震器和 导向装置三部分组成的。悬架弹性元件很多,但挂车常用的弹性元件主要有钢板 弹簧、空气弹簧、液压弹簧以及它们的组合。挂车的悬架应用最普遍的是纵置钢 板弹簧非独立悬架、独立的或是非独立的空气弹簧悬架、钢板弹簧平衡悬架和液 压弹簧平衡悬架等。我国现生产使用的通用型挂车半挂车仍然都装用钢板弹簧, 它的优点是结构和工艺简单,安装维修方便,价格低廉,在缓冲功能方面也能基 本满足要求。在一些较大装载质量的挂车上,因其具有多轴承载,为保证各轴车 轮与地面均有良好的接触及使悬架系统的载荷均匀,多采用钢板弹簧平衡悬架。 进入20 世纪90 年代后期,空气弹簧的结构更加成熟,并且功能更加多样化,空 气弹簧悬架装置的使用性能优点越来越得到认同。据报道,在空气弹簧生产地的 欧洲,目前已有超过50%的新型挂车使用了空气弹簧悬架。但是由于对空气囊的 折叠疲劳寿命、抗老化性能、上下盖板的粘接强度和气密性都要求甚严,同时对

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