载重汽车转向桥设计

摘要

本设计为载重汽车的转向桥，此转向桥需要适应不同路况，不同速度下的稳定行驶，因此对前桥的要求也越来越高。在汽车设计、制造、因此应该本着既能有足够的承载能力，又能实现耐用经济的思想进行方案的选择，为了降低生产成本，又在结构上满足要求的情况下应尽量简单。

通过设计：（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。

通过分析工作原理设计转向节、前轴、主销等零件的尺寸，使各个零部件的强度满足校核，并运用caxa等绘图软件绘制装配图和零件图。

关键词: 转向桥；定位参数；转向节；前轴；主销

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Abstract

This design is Steering Axle for heavy trucks. The design is need to adapt to different road and under different speeds, so the stability of front axle higher requirements. In car design, manufacture, and should be based on both have enough carrying capacity, and can achieve durable economic thoughts options, in order to reduce the production cost, and meets the requirements in the structure of situations should as far as possible simple.

By design: (1) To ensure adequate strength: in order to ensure affordable and reliable force between wheel and frame. By design: (1) To ensure adequate strength: in order to ensure affordable and reliable force between wheel and frame. (2) Ensure adequate rigidity: in order to change the wheel alignment parameters. (3)To ensure the correct positioning of steering wheel angle: to make the steering wheel movement and stability, manipulating light and reduce tire wear. (4) The steering axle of quality should be as small as possible: to reduce the non-sprung mass, improve vehicle ride comfort.

Works by analyzing the design of steering knuckle, front axle, kingpin and other parts of the size, so that the strength of the various components to meet the check, and use other mapping software caxa assembly drawing and parts are drawing.

Key words: steering axle; positional parameters; knuckle; front axle；kingpin

II

目录

前言 (1)

1.汽车转向桥的概况 (2)

1.1汽车转向桥目前状况 (2)

1.1.1汽车前桥的分类 (2)

1.1.2前桥各参数对汽车稳定性的作用与影响 (2)

1.2从动桥的结构形式 (5)

1.2.1 从动桥总体结构 (5)

1.2.2 载重汽车从动桥 (6)

1.2.3 载重汽车从动桥 (7)

1.2.4设计意义 (7)

2.转向桥的设计结构参数 (8)

2.1结构参数选择 (8)

2.2从动桥总体结构选择 (8)

2.3确定前桥具体结构型式 (8)

3.前轴设计 (9)

3.1前轴强度计算 (9)

3.1.1前轴受力分析简图 (9)

3.1.2前轴载荷的计算（分三种工况分析） (10)

3.2前轴弯矩及扭矩计算 (11)

3.2.2各个断面弯扭矩计算（分三种工况分析） (12)

3.3断面系数计算 (13)

3.4应力计算 (19)

3.5前轴材料的许用应力 (20)

4.转向节设计 (21)

4.1截面系数计算 (21)

4.2弯矩计算 (21)

4.3应力计算 (22)

4.4转向节的材料、许用应力及强度校核 (22)

5.主销设计 (23)

5.1主销受力计算参数 (23)

5.2计算载荷 (23)

5.3弯矩计算 (25)

5.4抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积的计算 (25)

5.5应力计算 (26)

5.6主销材料及许用应力 (27)

6.转向传动机构设计 (28)

6.1转向传动机构强度计算 (28)

6.1.1球头销 (29)

6.1.2转向拉杆 (29)

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6.2杆件设计结果 (30)

7.经济技术分析 (31)

7.1我国汽车车桥行业发展历程 (31)

7.2国内汽车车桥产量和市场容量分析 (31)

7.3汽车车桥业发展特征及问题透视 (31)

7.4车桥产品结构解析－转向桥经济性分析 (31)

7.5提高转向桥经济性 (32)

8.结论 (33)

致谢 (34)

参考文献 (35)

附录 (36)

附录1英文原文 (36)

附录2中文译文 (46)

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前言

随着我国交通运输事业的迅速发展，汽车运输的承载重量和运行速度都在不断增加，于是人们对汽车的安全运行也越来越重视，所以对汽车车桥的设计也提出了更高的要求。前桥通过悬架与车架相连，两端安装车轮，其功用是传递车架与车轮之间各方向的作用力及其力矩，因前轮受到垂直力和垂直反力及由其形成的弯矩；水平方向的道路阻力和侧向制动力以及其形成的水平方向的弯矩；由制动力引起的转矩等各种力均需经过前桥前梁传递给悬架，然后再传递给车架，故对前桥前梁有以下的要求：必须有足够的强度和刚度，保证可靠的承受和传递车轮与车架间的最大作用力。应使转向节与主销和前梁间的摩擦力尽可能小。应保证车轮正确的定位角和合适的转向角；从而保证汽车的行驶稳定性和操纵轻便性，减轻轮胎磨耗，以延长前桥的使用寿命。本次设计针对前桥的使用功能方面进行了设计，本着尽量减少车身重量的目的进行设计，随着我国汽车行业的飞速发展，转向桥的制作及设计技术在不久的将来会全面发展，逐渐赶超欧美、日本等先进汽车生产国。

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1.汽车转向桥的概况

1.1汽车转向桥目前状况

1.1.1汽车前桥的分类

从动桥即非驱动桥，又称从动车桥。它通过悬架与车架(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。

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。转向节的销孔内压入带有润滑油槽的青铜衬套以减小磨损。为使转向轻便，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。

1.1.2前桥各参数对汽车稳定性的作用与影响

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β角，称为主销内倾角。

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图1-1 主销内倾角

Figure 1-1 Kingpin Inclination

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，同时也可减小转向轮传到方向盘上的冲击力。主销内倾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，保证汽车作直线行驶。内倾角一般为??8~5；主销偏移距一股为30～40mm 。轻型客车、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，使转向变得很沉重。为了克服因左、右前轮制动力不等而导致汽车制动时跑偏，近年来出现主销偏移距为负值的汽车。

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。现代轿车采用低压宽断面斜交轮胎，具有较大的弹性回正力矩，故主销后倾角就可以减小到接近于零，甚至为负值。但在采用子午线轮胎时，由于轮胎的拖距较小，则需选用较大的后倾角。举一个生活中的例子： 我们在骑自行车拐弯的时候，会自然地将车子向所转的方向倾斜，让车轮与地面有一个夹角，学过物理的人知道，这样做是为了产生足够的向心力。汽车也是一样，右侧车轮在右转弯的时候在主

销内倾角和后倾角的共同作用下会向右侧倾倒，而左侧车轮虽也有主销内倾角，却不会向左侧倾倒，因为还有主销后倾角，把它又拉了回来，甚至也能向右微微倾斜。不仅如此，两侧车轮的转动还使右侧车身降低，左侧车身抬高，整个车身也向右倾斜，于是产生了足够的向心力。

图1-2 车轮外倾角和主销后倾角

Figure 1-2 camber and caster angle

前轮定位除上述主销后倾角、主销内倾角外，还有车轮外倾角及前束，共4项参数。车轮外倾指转向轮在安装时，其轮胎中心平面不是垂直于地面，而是向外倾斜一个角度α，称为车轮外倾角。此角约为?

~

5.0，一般为?1左右。它可以避免汽车重载时车轮

?5.1

产生负外倾即内倾，同时也与拱形路而相适应。由于车轮外倾使轮胎接地点向内缩，缩小了主销偏移距，从而使转向轻便并改善了制动时的方向稳定性。

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