汽車轉向橋設計說明書
學院：專業：機械製造及其自動化
學生姓名:
學號:設計題目：汽車轉向橋的設計
指導教師:
任務書要求：
（1）了解汽車轉向橋的結構，功能
（2）進行汽車轉向橋的受力分析
（3）總體方案設計
（4）畫出轉向節的零件圖
（5）畫出轉向橋的**圖
一、 概述
轉向橋是利用轉向節使車輪偏轉一定的角度以實現汽車的轉向，同時還承受和傳遞汽車與車架及車架之間的垂直載荷、 縱向力和側向力以及這些力形成的力矩。轉向橋通常位於汽車的前部，因此也常稱為前橋。
各類汽車的轉向橋結構基本相同，主要有前軸（梁）、轉向節、主銷和輪轂
(1)前軸：由中碳鋼鍛造，採用抗彎性較好的工字形斷面。為了提高抗扭強度，接近兩端略呈方形。
前軸中部下凹使發動機的位置得以降低，進而降低汽車質心，擴充套件駕駛員視野，減小傳動軸與變速器輸出軸之間的夾角。下凹部分的兩端制有帶通孔的加寬平面，用以安裝鋼板彈簧。前軸兩端向上翹起，各有乙個呈拳形的加粗部分，並製有通孔。
(2)主銷：即插入前軸的主銷孔內。為防止主銷在孔內轉動，用帶有螺紋的楔形銷將其固定。
(3)轉向節：轉向節上的兩耳制有銷孔，銷孔套裝在主銷伸出的兩端頭，使轉向節連同前輪可以繞主銷偏轉，實現汽車轉向。為了限制前輪最大偏轉角，在前軸兩端還制有最大轉向角限位凸塊(或安裝限位螺釘)。
轉向節的兩個銷孔，要求有較高的同心度，以保證主銷的安裝精度和轉向靈活。為了減少磨損，在銷孔內壓入青銅或尼龍襯套。襯套上開有潤滑油槽，由安裝在轉向節上的油嘴注入潤滑脂潤滑。
為使轉向靈活輕便，還在轉向節下耳的上方與前軸之間裝有推力軸承11；在轉向節上耳與前軸之間，裝有調整墊片8，用以調整軸向間隙。
左轉向節的上耳裝有與轉向節臂9製成一體的凸緣，在下耳上裝有與轉向節下臂製成一體的凸緣。兩凸緣上均制有一矩形鍵與左轉向節上、下耳處的鍵槽相配合，轉向節即通過矩形鍵及帶有鍵形套的雙頭螺栓與轉向節上下臂連線。
(4)輪轂：輪轂通過內外兩個滾錐軸承套裝在轉向節軸頸上。軸承的鬆緊度可以由調整螺母調整，調好後的輪轂應能正、反方向自由轉動而無明顯的擺動。
然後用鎖緊墊圈鎖緊。在鎖緊墊圈外端還裝有止推墊圈和鎖緊螺母，擰緊後應把止推墊圈彎曲包住鎖緊螺母或用開口銷鎖住，以防自行鬆動。
輪轂外端裝有沖壓的金屬端蓋，防止泥水或塵土浸入。輪轂內側裝有油封 (有的油封裝在轉向節軸頸的根部)，有的還裝有擋油盤。一旦油封失效，則外面的擋油盤仍可防止潤滑脂進入制動器內。
本文設計的是jy1061a型採用前置後輪驅動的載貨汽車轉向橋，因此該轉向橋為從動橋。從動橋的功用：從動橋也稱非驅動橋，又稱從動車軸。
它通過懸架與車架（或承載式車身）相聯，兩端安裝從動車輪，用以承受和傳遞車輪與車架之間的力（垂直力、縱向力、橫向力）和力矩。並保證轉向輪作正確的轉向運動
1、設計要求：
（1）保證有足夠的強度：以保證可靠的承受車輪與車架之間的作用力。
（2）保證有足夠的剛度：以使車輪定位引數不變。
（3）保證轉向輪有正確的定位角度：以使轉向輪運動穩定，操縱輕便並減輕輪胎的磨損。
（4）轉向橋的質量應盡可能小：以減少非簧上質量，提高汽車行駛平順性。
通過對cj1061a型前橋的設計，可以加深我們的設計思想，即：
（1） 處理好設計的先進性和生產的可能性之間的關係；
（2） 協調好產品的繼承性和產品的「三化」之間的關係。
2、結構引數選擇
jy1061a型汽車總布置整車引數見表1：
表12.1、轉向橋結構形式
本前橋採用非斷開式轉向橋
2.2、選擇前橋結構型式及引數
（1）前軸結構形式：工字形斷面加叉形轉向節主銷固定在前軸兩端的拳部裡。
（2）轉向節結構型式：整體鍛造式。
（3）主銷結構型式:圓柱實心主銷。
（4）轉向節止推軸承結構形式：止推滾柱軸承。
（5）主銷軸承結構形式：滾針軸承
（6）輪轂軸承結構形式：單列向心球軸承
2.3、前輪定位角
本型前輪定位角選擇見 『表1』
二、轉向橋強度計算
1、前軸強度計算
1.1、前軸受力簡圖
如圖1所示：
圖1 汽車向左側滑時前軸受力圖
1.2、前軸載荷計算
ⅰ）緊急制動
工汽車緊急制動時，縱向力制動力達到最大值，因質量重新分配，而使前軸上的垂直載荷增大，對後輪接地點取矩得
取路面附著糸數ф=0.7
制動時前軸軸載千質量重新分配分配糸數m1===1.63
垂直反作用力：z1l= z1r==16891.6n
橫向反作用力：x1l=x1r=ф=11824.1n
ⅱ）側滑
汽車側滑時，因橫向力的作用，汽車前橋左右車輪上的垂直載荷發生轉移。
（1）確定側向滑移附著糸數：
在側滑的臨界狀態，橫向反作用力等於離心力f離，並達到最大值f離=,ymax=g1ф′
,為保證不橫向翻車，須使v滑（2）對車輪接地點取矩
垂直反作用力：
z==19360.5n
z=1346.5n
橫向反作用力
y1l=12584.3n
y1r=875.2n
ⅲ）越過不平路面
汽國越過不平路面時，因路面不平引起垂直動載荷，至使垂直反作用力達到最大值
取動載荷糸數=2.5
n載荷計算結果列表，如下表2：
表2單位 n
1.3、彎矩及扭矩計算
①選擇下述四個部位計版式其斷面的彎矩、扭矩
ⅰ-ⅰ斷面位於鋼板彈簧座內側，屬於前軸中部最弱部位。此斷面內彎矩最大（鋼板彈簧座可視為梁的固定端），故兩鋼板彈簧之間這段梁可不考慮受扭）
ⅱ-ⅱ斷面位於鋼板彈簧座外側附近，此斷面內就彎矩最大，而扭矩最小
ⅲ-ⅲ斷面處的彎矩，扭矩均較大
ⅳ-ⅳ斷面位於樑端，此斷面內扭矩最大，而彎矩最小
各斷面示意圖如圖1
各斷面的計算引數如下表3
表3②各斷面彎扭矩計算如下
ⅰ）緊急制動
垂直面內彎矩 m′=z1li
水平面內彎矩 m〝=xli
上式中li對應與斷面分別帶入l1、l2、l3、l4
鋼板彈簧外側扭矩 mn=x
上式中hi對應與斷面分別帶入h1、h2、h3、0。
ⅱ）側滑
左側各斷面垂直面內彎矩=z1l-y1l(rr-hi)
上式中li,hi帶入值與緊急制動時一致
ⅲ）越過不平路面
垂直面內彎矩 mˊ=z1ˊli
式中li帶入與上面計算中一致
彎扭矩計算結果如下表4
表4單位 n
(4)斷面糸數計算
a工字形斷面前軸
a) 斷面簡圖
本汽車前軸簡化為換算斷面形狀後如圖3所示
圖3 前軸簡化圖
b)計算斷面糸數
i)ⅰ-ⅰ斷面
如圖3所示
①垂直面內抗彎斷面糸數
=②水平面內抗彎斷面糸數
ⅱ）ⅱ--ⅱ 斷面
1 換算斷面簡圖如圖4
圖4 ii—ii斷面計算簡圖
2 垂直面內抗彎斷面係數
斷面為上，下翼緣不等長的工字形斷面。計算其垂直面內抗彎斷面係數的關係是確定出形心軸座標。
形心軸xc-xc的座標：
==30.796
該斷面對形心軸的慣性矩：
上翼面的抗彎斷面係數：
下翼面的抗彎斷面係數：
③水平面內抗彎斷面係數：
3 抗扭斷面係數
由經驗公式得
iii) ⅲ-ⅲ斷面
iii-iii斷面計算簡圖如圖5
如圖5 iii-iii斷面計算簡圖
1）垂直面內，水平面內的抗彎斷面係數：
2）抗扭斷面係數：
iv) ⅳ-ⅳ斷面
1）垂直面內，水平面內抗彎斷面係數：
2）抗扭斷面係數：
v) 各斷面尺寸引數見表5：
表5單位：
vi)斷面係數計算結果列表見表6
表6單位：
（5）應力計算
a)計算公式
i)汽車緊急制動時
垂直面內彎曲應力
水平面內彎曲應力
合成應力
扭轉應力：
在矩形長邊中點上的扭轉應力
在矩形短邊中點上的扭轉應力
工字形斷面中所產生的最大應力和最大扭轉應力是作用在梁斷面上的不同點處。對於上翼面長邊中點，其相當應力：
ii)汽車側滑時
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