載貨汽車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)書

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)，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(wàn)向節(jié)主、從動(dòng)軸的夾角；為提高前梁的抗扭強(qiáng)度， 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(guò)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(wú)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(guò)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(wú)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1.53.0mm,表面硬度 5663HRC允許采用 40或1圖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(guò)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(guò)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)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)。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(guò)大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)為了克服此穩(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)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3040mm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.2-2The steeri ng axle1.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(guò)小，否則在轉(zhuǎn)向過(guò)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(lái)出現(xiàn)了主銷偏移距為負(fù)值的汽車。前輪定位除上述主銷后傾角，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。縮小了主銷偏義距，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35mm可通過(guò)改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度來(lái)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 cnf。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0.350.45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1.251.50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。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)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1.41.7 <前輪所承受的制動(dòng)力為Pr=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=(2gwK2005 908) 1380 720 =1.73 X 106 N?mm2 - -(3-6)式中:B s=6150X 1.0 X 2l 2為輪胎中線至板簧座中線間的距離，M = Prl 2= Z11=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，mmS 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 =300MPaWv Wh304008360(3-10)T T 1930000 ,=150MPaWt 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=0.4h 3 mm4h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45,30Cr,40Cr等中碳鋼或中碳合金鋼制造，硬度為 241285HB3.2.2 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(wú)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 18200 /2540 1.0一Z1L(1)=(1-7308.70N(3-11)2B121380G1 /2hg 1、8200 /2540 1.0Z1R(1)-(1-902 N(3-12)2B121380G1 /2hg 18200 /25401.0、Y1L(1)-(1-7308.70N(3-13)2B121380G1820025401.0Y1R(12hg 1)- (1-902 N(3-14)2B121380式中：G汽車停于水平路面時(shí)的前橋軸荷，N;B1汽車前輪輪距，mm;hg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，mmN）分別為汽車側(cè)滑時(shí)左、右前輪輪轂內(nèi)、外軸承的徑向力(單位為207308.70 -23 20207308.7023 2020SlL=Y1La brrS2L=Y1La brrSr=Y1Ra brrSr=Y1Ra bb314Z1L =a b 23 20a314Z1L =a b 23 20b314a b 23 20a314Z1R=- a b 2320902902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)7308.70=56752.9N (3-18)20902 =7004.1N23 2020902 =6165.2N23 20(3-19)(3-20)S2L、S2R至車輪中線的距離,mmSl、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） Mtn =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，No3.3 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剖面處。(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 graph3.3.1 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gwMV=(Z1- gw)l 3 = (6150-908) X 48.5=2.54 X 105 N?mm(3-23)M= Z1 l 3=G1m'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 00220)300002 =620 MPa (3-25)0.1 353心部硬度241285HB高頻淬火后表面硬13輪胎中心線至m m剖面間的距離。 mm剖面處的合成彎曲應(yīng)力 w為_ M： M 2. M： M 2 _w =w0.1d；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5765HRC硬化層深1.52.0mm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:Mmm = 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 mwl wZ1L|3 - Y 1irr0.1d；7308.7 314 7308.7 48.530.1 35=452 MPa (3-28)MR m mwlwZ1R|3 Y1Rrr = 902 314902 48.50.1d10.1 353=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(guò)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的力QZ所形成的力偶Qz(c+d)所平衡，故有=6277 N(3-30)Z1I16150 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4Qr=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 48.548.5 48.5=3075 N(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=Prl16150 99115=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 4QM=(c d)=5294 99 =5403 N(3-35)48.548.5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Nd529448 5 亠亠.Q=2647 N(3-36)(c d)48.548.5宀Nc529448 5 小小.Qi=2647 N(3-37)(c d)48.548.5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 3075)24=1.92 X 10 N(3-38)Q=.,(Qmz Qmn Qni)2 (QMr Qrl)2 = .(6277 5403 2647)2 (20000 307勺24=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)4=1.62 X 10 N(3-4=2.00X 103 N(3-41)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sQjh0.1d；= 27200 210.1 243=413 MPa(3-42)4Qjdo4 272003.14 242=66MPa(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 _ 27200c=ld0 136 24式中：l襯套長(zhǎng),mm;Qjj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) =6277N23.5 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面垂向反力乙L增大。汽車前橋的側(cè)滑條件為2P1=mv > Yl+Yr=G 1=mg 1=820X 10X 1.0=8200N(3-46)R2VaRg(3-47)Z1L號(hào)12(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(lái)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 ) C03.5.2 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Fa=G1 =6150 =3075 N(3-50)2 2這時(shí)止推墊片的擠壓力為4Fac=2 =1 MPa(3-51)(D d )式中：d; D止推墊片的內(nèi)、外徑通常取c < 30MPa4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(lái) 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(lái)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 pincasterangle ' 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)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(lái)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(guò)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。現(xiàn)在一般采用 角不超過(guò)2°3°?，F(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，汽車本身的重力有使轉(zhuǎn)向輪回到原 來(lái)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 減小（圖 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(guò)小，即內(nèi)傾角不宜過(guò)大，否則在 轉(zhuǎn)向時(shí)車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)的過(guò)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 。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(guò)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(guò)大， 否則會(huì)是輪胎產(chǎn)生偏磨損。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(lái)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(guò)改變橫拉桿的長(zhǎng)度來(lái)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 012mm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 in5 轉(zhuǎn)向橋?qū)嶒?yàn) 在汽車行駛過(guò)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(wú)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(wèn)題提出解決措施?？偝杉捌渲饕?、部件的臺(tái)架試驗(yàn) 測(cè)試總成及其主要零、部件的強(qiáng)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(wàn)次循環(huán)及 60 萬(wàn)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(guò) 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、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(guò)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23）倍；交變載荷的變化頻率可選為100300次/min。試驗(yàn)過(guò)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(lái)。6 結(jié)論 近年來(lái)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) 客車的性能要求也越來(lái)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(wèn)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(lái)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(guò)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) 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 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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(guò)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)我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域存在問(wèn)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(guò) 40 多年的發(fā)展，從無(wú)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(wú)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(guò)時(shí)時(shí)，我們開始搞模擬伺 服，還沒(méi)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(méi)形成大的市場(chǎng)規(guī)模；近來(lái)國(guó)外將 數(shù)字式伺服發(fā)展到用網(wǎng)絡(luò)（通過(guò)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(lè)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(lái)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(lái)越無(wú)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(shuō)舊機(jī)床的數(shù)控化改造不重要，而是說(shuō)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(wèn)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)。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(wèn)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(shuō)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(wèn)題外，另一大問(wèn)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(wèn)題卻叫天天不應(yīng)，叫地地 不靈，以后誰(shuí)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)成重要的日常工 作來(lái)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：有效減少產(chǎn)品制造及使用過(guò)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。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(wèn)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。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 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(wàn)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。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(wú)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(guò)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(lái)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（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)字式伺服通過(guò)以光纜等為介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)控裝置連接起來(lái)，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(guò)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(lái)組成系統(tǒng)，有時(shí)還需 另加一些專用或通用硬件電路來(lái)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。