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1、黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论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
2、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
3、（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
4、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。
5、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
6、。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
7、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垫。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
8、，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
9、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
10、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1840弹簧座中心距880弹簧座中心到主销中心距离370断面尺寸全高上凸缘宽度下凸缘宽度上下凸缘间距幅板厚度125138/6565/6555/5816/14主销长度221主销直径50主销中心到上衬套中心距81主销中心到下衬套中心距81上衬套长度52下衬套长度52止推轴
11、承高度16.5转向节主销中心到压力中心距主销中心到转向节大轴颈中心距大轴颈宽度小轴颈宽度大轴颈直径小轴颈直径10011061355535第2章 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
12、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
13、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。
14、通常在高速行驶时发生的摆阵往往属于受迫振动型。1- 转向节推力轴承；2-转向节；3-调整垫片；4主销；5-前梁图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
15、，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角，称为主销后倾角。在横向平面内，主销上部内倾一个角，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
