第3章設計計算
3.1 汽車轉向系主要引數的選擇
3.1.1 汽車主要尺寸的確定
汽車的主要尺寸引數包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、後懸、接近角、離去角、最小離地間隙等，如圖3-1所示。
圖3-1汽車的主要引數尺寸
(1)軸距
軸距l的選擇要考慮它對整車其他尺寸引數、質量引數和使用效能的影響。軸距短一些，汽車總長、質量、最小轉彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會帶來一系列問題，例如車廂長度不足或後懸過長；汽車行駛時其縱向角振動過大；汽車加速、制動或上坡時軸荷轉移過大而導致其制動性和操縱穩定性變壞；萬向節傳動的夾角過大等。
因此，在選擇軸距時應綜合考慮對有關方面的影響。當然，在滿足所設計汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要效能和整體布置等要求的前提下，將軸距設計得短一些為好。
輕型貨車、鞍式牽引車和礦用自卸車等車型要求有小的轉彎半徑，故其軸距比一般貨的短，而經常運送大型構件、長尺寸或輕拋貨物的貨車和貨櫃運輸車，則軸距可取得長一些。汽車總質量愈大，軸距一般也愈長。
軸距l對整備質量、汽車總長、最小轉彎直徑、傳動軸長度、縱向通過半徑有影響。當軸距短時，上述各指標減小。
(2)前輪距b1和後輪距b2
改變汽車輪距b會影響車廂或駕駛室內寬、汽車總寬、總質量、側傾剛度、最小轉彎直徑等因素發生變化、增大輪距則車廂內寬隨之增加，並導致汽車的比功率、幣轉矩指標下降，機動性變壞。
受汽車總寬不得超過2.5m限制，輪距不宜過大。但在選定的前輪距b1範圍內，應能布置下發動機、車架、前懸架和前輪，並保證前輪有足夠的轉向空間，同時轉向杆系與車架、車輪之間有足夠的運動間隙。
在確定後輪距b2時，應考慮兩縱樑之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度以及它們之間應留有必要的間隙。
(3)外廓尺寸
汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。它應根據汽車的型別、用途、承載量、道路條件、結構選型與布置以及有關標準、法規限制等因素來確定。gb1589-79 對汽車外廓尺寸界限做了規定，總高不大於4m，總寬（不包括後視鏡）不大於2.
5m；外開窗，後視鏡等突出部分寬250mm。總長：貨車及越野車不大於12m；一般大客車不大於12m，鉸接式大客車不大於18m；牽引車帶半掛車不大於16m，汽車拖帶掛車不大於20m，掛車長度不大於8m。
根據畢業設計課題及以上的論述，本次設計初選尺寸資料如下：
軸距: l=6800mm總長: l長=11800mm
前輪距: b1=2280mm總寬: l寬=2400mm
後輪距: b2=2270mm總高: l高=3280mm
3.1.2 汽車質量引數的確定
汽車的質量引數包括整車整備質量m0、裝載質量me、質量係數η、汽車總質量ma、軸荷分配等。
(1)整車整備質量m0
整車整備質量是指車上帶有全部裝備(包括隨車工具、備胎等)，加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時的整車質量。
整車整備質量對汽車的製造成本和燃油經濟型有影響。目前，盡可能減少整車整備質量的目的是：通過減輕整備質量增加載質量或載客量，抵消因滿足安全標準、排氣淨化標準和雜訊標準所帶來的整備質量的增加，節約燃料。
減少整車整備質量的措施主要有：新設計的車型應使其結構更合理，採用強度足夠的輕質材料，如塑料、鋁合金等等。過去用金屬材料製作的儀表板、油箱等大型結構件，用塑料取代後減重效果十分明顯，目前得到比較廣泛的應用。
今後，塑料載汽車上會進一步得到應用。
(2)汽車的載質量me
汽車的載質量是指在硬質良好路面上行駛時所允許的額定載質量。汽車在碎石路面上行駛時，載質量約為好路面的75％～85％。越野汽車的載質量是指越野汽車行駛時或在土路上行駛的額定在質量。
商用貨車載質量me的確定，首先應與企業商品規劃符合，其次要考慮到汽車的用途和使用條件。原則上，貨流大、運距長或礦用自卸車應採用大噸位貨車以利降低運輸成本，提高效率；對貨源變化頻繁、運距短的市內運輸車，宜採用中、小噸位的貨車比較經濟。
(3) 質量係數η
質量係數η是指汽車裝載質量與整車整備質量的比值，即η＝me／m0。該係數反映了汽車的設計水平和工藝水平，η值越大，說明該汽車的結構和製造工藝越先進。
(4) 汽車總質量ma
汽車總質量ma是指裝備齊全，並按規定裝滿客、貨時的整車質量。
(5) 軸荷分配
汽車的軸荷分配是汽車的重要質量引數，它對汽車的牽引性、通過性、制動性、操縱件和穩定性等主要使用效能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響。因此，在總體設計時應根據汽車的布置型式、使用條件及效能要求合理地選定其軸荷分配。汽車的布置型式對軸荷分配影響較大，例如對載貨汽車而言，長頭車滿載時的前軸負荷分配多在28％上下，而平頭車多在33％～35％。
對轎車而言，前置發動機前輪驅動的轎車滿載時的前軸負荷最好在55％以上，以保證爬坡時有足夠的附著力；前置發動機後輪驅動的轎車滿載時的後軸負荷一般不大於52％；後置發動機後輪驅動的轎車滿載時後軸負荷最好不超過59％，否則，會導致汽車具有過多轉向特性而使操縱性變壞。
在確定軸荷分配時也要考慮到汽車的使用條件。對於常在較差路面上行駛的載貨汽車，為了保證其在泥濘路而上的通過能力，常將滿載前軸負荷控制在26％～27％，以減小前輪的滾動阻力並增大後驅動輪的附著力。對於常在潮濕路面上行駛的後驅動輪裝用單胎的4×2平頭貨車，空載時後鈾負荷應不小於41％，以免引起例滑。
在確定軸荷分配時還要充分考慮汽車的結構特點及效能要求。例如：重型礦用自卸汽車的軸距短、質心高，制動或下坡時質量轉移會使前軸負荷過大，故在設計時可將其前軸負荷適當減小，使後軸負荷適當加大。
根據畢業設計課題及以上的論述，本次設計初選質量資料如下：
汽車總質量ma=150t
整車整備質量： m0=60t
滿載時車輛前軸負荷: 28%×150t=42t
轉向系的主要效能引數
(1)轉角及最小轉彎半徑
最小轉彎半徑是指轉向輪轉角在最大位置條件下，汽車低速行駛時前外轉向輪與地面接觸點的軌跡到轉向中心o點的距離。
汽車的機動性，常用最小轉彎半徑來衡量，但汽車的高機動性則應由兩個條件保證。即首先應使轉向輪轉到最大轉角時，汽車的最小轉彎半徑能達到汽車軸距的2-2.5倍；其次，應這樣選擇轉向系的角傳動比，即由轉向盤處於中間的位置向左或右旋轉至極限位置的總旋轉圈數，對轎車應不超過2圈，對貨車不應超過3圈。
汽車在轉向時，若不考慮輪胎的側向偏離，其內、外轉向輪理想的轉角關係如圖3-3所示，由下式決定：
(3-1)
式中：—外轉向輪轉角；
—內轉向輪轉角；
k—兩轉向主銷中心線與地面交點間的距離；
l—汽車軸距
汽車的最小轉彎半徑rmin與其內、外轉向輪在最大轉角與、軸距l、主銷距k及轉向輪的轉臂a等尺寸有關。在轉向過程中除內、外轉向輪的轉角外，其他引數是不變的。最小轉彎半徑是指汽車在轉向輪處於最大轉角的條件下以低速轉彎時前外輪與地面接觸點的軌跡構成圓周的半徑。
可按下式計算：
3-2)
圖3-2理想的內、外轉向輪轉角間的關係
初選汽車的軸距為:l=6800mm，而外轉向輪偏轉角的最大值一般取45,取轉向輪轉臂a=0.3m。
所以計算出最小轉彎半徑：rmin≈10m
（2）轉向系的效率
功率從轉向軸輸入，經轉向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉向器的正效率，用符號表示，；反之稱為逆效率，用符號表示。
正效率計算公式：
3-3）
逆效率計算公式：
3-4）
式中，為作用在轉向軸上的功率；為轉向器中的磨擦功率；為作用在轉向搖臂軸上的功率。
正效率高，轉向輕便；轉向器應具有一定逆效率，以保證轉向輪和轉向盤的自動返回能力。但為了減小傳至轉向盤上的路面衝擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。
1) 轉向器的正效率
影響轉向器正效率的因素有轉向器的型別、結構特點、結構引數和製造質量等。
本設計轉向器為迴圈球式，其傳動副之間用滾動摩擦代替滑動摩擦，如果忽略軸承和其經地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，其效率可用下式計算
3-5）
式中，為蝸桿（或螺桿）的螺線導程角；ρ為摩擦角，ρ=arctanf；f為磨擦因數。
設計時取=8°，f=0.03，ρ=1.718°代入得：
=82.1%
2) 轉向器的逆效率
根據逆效率不同，轉向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。
路面作用在車輪上的力，經過轉向系可大部分傳遞到轉向盤，這種逆效率較高的轉向器屬於可逆式。它能保證轉向輪和轉向盤自動回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時，傳至轉向盤上的車輪衝擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。
屬於可逆式的轉向器有齒輪齒條式和迴圈球式轉向器。
不可逆式和極限可逆式轉向器
不可逆式轉向器，是指車輪受到的衝擊力不能傳到轉向盤的轉向器。該衝擊力轉向傳動機構的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正，駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現代汽車不採用這種轉向器。
極限可逆式轉向器介於可逆式與不可逆式轉向器兩者之間。在車輪受到衝擊力作用時，此力只有較小一部分傳至轉向盤。
如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式計算
=78.33-6）
式（3-5）和式（3-6）表明：增加導程角，正、逆效率均增大。受增大的影響，不宜取得過大。
當導程角小於或等於磨擦角時，逆效率為負值或者為零，此時表明該轉向器是不可逆式轉向器。為此，導程角必須大於磨擦角。通常螺線導程角選在8°～10°之間，本車選用8°。
（3）傳動比變化特性
1）轉向系傳動比
轉向系的傳動比包括轉向系的角傳動比和轉向系的力傳動比。
轉向系的力傳動比3-9）
轉向系的角傳動比3-10)
式中，為轉向盤轉角增量；為轉向節轉角增量；dt為時間增量。
轉向系的角傳動比由轉向器角傳動比和轉向傳動機構角傳動比組成，即253-11)
設計說明書
北京化工大學化學工程學院 化工設計 課程作業 題目 學生 班級 學號 指導教師 200 年月日 目錄 需註明說明書各部分的起始頁碼，題目和頁碼用 相連 主要題目用黑體字，每節題目用宋體字 設計說明書正文約20頁。全文本型一律採用宋體和times new roman英文。全文單倍行距。一級標題 章 採...
設計說明書
1.設計任務書 1.設計題目 非同步電動機變頻調速的plc控制系統設計 1.2目的意義 1 綜合運用並鞏固所學機電一體化設計知識 2 採用程式設計的方法實現非同步電動機變頻調速系統設計。1.3設計內容 變頻器 採用松下vf0超小型變頻器。要求輸出轉速按下圖 見附圖 函式變化，請編寫梯形圖控制程式，並...
設計說明書
一 概述1 二 課題簡介及設計要求1 1 簡介1 2 本設計的具體要求2 三 粉碎機械種類的設計2 1 物料粉碎的方法種類及其分析3 2 粉碎機構的確定4 3 粉碎機構的設計6 四 粉碎機械零件結構的設計 1 sfy b 2片粉碎機設計的基本原理7 2 主要部件零件的設計8 五 錘式粉碎機的操作 維...