汽車前橋設(shè)計說明書

1、汽車設(shè)計課程設(shè)計（論文）題目：HX6850前橋設(shè)計說明書學生姓名專業(yè)_車輛工程學號班級2009級2班指導教師成績_工程技術(shù)學院2012年6月一、前言21、使用性能要求22、結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇32.1、 從動橋結(jié)構(gòu)形式32.2、 選擇前橋結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)32.3、 前輪定位角3二、前橋強度計算51、前軸強度計算51、 前軸受力簡圖51、 前軸載荷計算51、 彎矩及扭矩計算72、轉(zhuǎn)向節(jié)強度計算16截面系數(shù)計算16彎矩計算17應(yīng)力計算16轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強度校核173、主銷強度計算17主銷作用力計算簡圖如圖617計算載荷18彎矩計算20力計算20主銷材料及許用應(yīng)力21三結(jié)論21四參考文獻：21一、前

2、言前橋一般位于汽車的前部，也稱轉(zhuǎn)向橋或從動橋。前橋是汽車上一個重要的總成件，主要包括轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向主銷、前梁等零部件。前橋是通過懸架與車架相連，用以承受地面與車架之間的垂直載荷外，還承受制動力和側(cè)向力以及這些力所構(gòu)成的力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的運動。車橋通過懸架與車架連接，支撐著汽車大部分重量，并將車輪的牽引力或者制動力，以及側(cè)向力經(jīng)過懸架傳給車架。在汽車使用中，轉(zhuǎn)向橋的受力狀況比較復雜，因此應(yīng)具有足夠的強度。為保證轉(zhuǎn)向車輪的正確定位角度，使操縱輕便并減輕輪胎的磨耗，轉(zhuǎn)向橋也應(yīng)有足夠的剛度。此外，還應(yīng)盡量減輕轉(zhuǎn)向橋的重量?？傊?，由于在汽車的行駛過程中，前橋所處的工作環(huán)境惡劣，工況復雜，其承受的載

3、荷也多為交變載荷，從而其零部件易出現(xiàn)疲勞裂紋甚至斷裂現(xiàn)象。這就要求其在結(jié)構(gòu)設(shè)計上必須有足夠的強度、剛度和抗疲勞破壞的能前軸：是前橋的主要承重零部件，我公司有管式和鍛打式兩種結(jié)構(gòu)形式，但主要以鍛打式為主。前橋承受汽車的前部重量，把汽車的前進推力從車架傳給車輪，并與轉(zhuǎn)向裝置的有關(guān)機件作關(guān)節(jié)式聯(lián)系，實施汽車的轉(zhuǎn)向。前橋是利用它的兩端通過主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)連接，用以轉(zhuǎn)向節(jié)的擺轉(zhuǎn)來實現(xiàn)汽車的方向。1、使用性能要求為使汽車在行駛中具有較好的直線行駛能力，前橋應(yīng)滿足下列要求：(1)足夠的強度，以保證可靠的承受車輪與車架(或承載式車身)之間的作用力。(2)正確的車輪定位，使轉(zhuǎn)向輪運動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。

4、前輪定位包括主銷內(nèi)傾，主銷后傾，前輪外傾和前輪前束。(3)足夠的剛度，使受力后變形要小，保證主銷和轉(zhuǎn)向輪有正確的定位角度保持不變。(4)轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)與前橋之間的摩擦力應(yīng)盡可能小，以保證轉(zhuǎn)向操作的輕便性，并有足夠的耐磨性。(5)轉(zhuǎn)向輪的擺振應(yīng)盡可能小，以保證汽車的正常，穩(wěn)定行使。(6)前橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能小，以減少非簧載質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。2、結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇HX6850A型汽車總布置整車參數(shù)見表1:表1汽車總質(zhì)量Ga(N)前軸軸載質(zhì)魚G1(N)汽車質(zhì)心至前軸中民線距離L1(mm)汽車質(zhì)心至后軸中心線距離L2(mm)軸距L(mm)汽車質(zhì)心高度hg(mm)前鋼板彈簧座中心距B(mm)913

5、85295472937140043001170740主銷中心距B(mm)前輪距B1(mm)車輪滾動半徑rr(mm)主銷內(nèi)傾角3主銷后傾角？前輪外傾角a刖輪刖束(mm)1480170048581.5110從動橋結(jié)構(gòu)形式本前橋采用非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋。選擇前橋結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)(1)前軸結(jié)構(gòu)形式：工字形斷面加叉形轉(zhuǎn)向節(jié)主銷固定在前軸兩端的拳部里。(2)轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)型式：整體鍛造式。(3)主銷結(jié)構(gòu)型式：圓柱實心主銷。(4)轉(zhuǎn)向節(jié)止推軸承結(jié)構(gòu)形式：止推滾柱軸承。(5)主銷軸承結(jié)構(gòu)形式：滾針軸承(6)輪轂軸承結(jié)構(gòu)形式：單列向心球軸承前輪定位角(1)前輪定位角的作用：前輪定位的作用是減小前輪偏轉(zhuǎn)時的阻力矩，使轉(zhuǎn)向

6、操縱輕便、靈活，且使前輪具有自動回正的作用，保證拖拉機直線行駛的穩(wěn)定性，減少輪胎磨損。(2)本型前輪定位角選擇見表1二、前橋強度計算1、前軸強度計算前軸受力簡圖前軸載荷計算1）緊急制動二、前橋強度計算1、前軸強度計算前軸受力簡圖如圖1所示：Z1L以圖i汽車向左側(cè)滑時前軸受力圖前軸載荷計算1）緊急制動汽車緊急制動時，縱向力制動力達到最大值，因質(zhì)量重新分配，而使前軸上的垂直載荷增大，對后輪接地點取矩得取路面附著系數(shù)中=0.7制動時前軸軸載質(zhì)量重新分配分配系數(shù)巾1=酗+1=0.7-1170+1=1.59L21400垂直反作用力：Zn=Z1r=叫工J529547=23489.87N22橫向反作用力：X

7、n=X1r=mG=16442.91N2)側(cè)滑2)側(cè)滑汽車側(cè)滑時，因橫向力的作用，汽車前橋左右車輪上的垂直載荷發(fā)生轉(zhuǎn)移。(1)確定側(cè)向滑移附著系數(shù)：在側(cè)滑的臨界狀態(tài)，橫向反作用力等于離心力F離，并達到最大值F離=G1V，丫max=GlgR，為保證不橫向翻車，須使V滑丫翻，則有：L舞,所以；,B1,2hg2hg29547211700.68、Zn=1(1)=二(1：)=28601.50N2B121700G12hgZ介=萬(1-B1-)=945.50N橫向反作用力G1-2hg中.丫11：(1)，=19449.02N2B1G12hg、,.Y1r-(1):-J=642.94N2B13)越過不平路面3)越過

8、不平路面汽車越過不平路面時，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。載貨汽車取動載荷系數(shù):=2.0Z1l=Z1r=、.G1=229547=29547N22載荷計算結(jié)果列表，如下表2:載荷計算結(jié)果列表緊急制動Z123489.87X116442.91側(cè)滑Z1l28601.50Z1r945.50Y1l19449.02Y1r642.94越過不平路面Z129547表2單位N彎矩及扭矩計算1.3、彎矩及扭矩計算選擇下述四個部位計版式其斷面的彎矩、扭矩。I-I斷面位于鋼板彈簧座內(nèi)側(cè)，屬于前軸中部最弱部位。此斷面內(nèi)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）；n-

9、n斷面位于鋼板彈簧座外側(cè)附近，此斷面內(nèi)就彎矩最大，而扭矩最??；出-出斷面處的彎矩，扭矩均較大；IV-IV斷面位于梁端，此斷面內(nèi)扭矩最大，而彎矩最??；各斷面示意圖如圖1各斷面的計算參數(shù)如下表3表3車型L1L2L3L4h1h2h3h4HX68504803902501551131133001）緊急制動各斷面彎扭矩計算如下1）緊急制動垂直面內(nèi)彎矩M=Z1li水平面內(nèi)彎矩M：r-X1li上式中Li對應(yīng)與I-1、n-n、m-mw-w斷面分別帶入LpL2、L3、L4。2）側(cè)滑3）越過/、平路面鋼板彈簧外側(cè)扭矩Mn=X1（rr-h）t式中h對應(yīng)與I-1、n-n、田-田、2）側(cè)滑左側(cè)各斷面垂直面內(nèi)彎矩M1=Z上

10、式中Li,hi帶入值與緊急制動時一致3）越過/、平路面垂直面內(nèi)彎矩乂=乙式中Li帶入與上面計算中一致彎扭矩計算結(jié)果如卜表4表4W-IV斷面分別帶入1lli-Yll(rr-hi)h|h2、h3、h4。單位N.mm彎扭矩計算結(jié)果、結(jié)果工況二、I-1n-nm-mW-W緊急制動M11275137.69161049.35872467.53640929.85M7892596.86412734.94110727.52548651.05Mn6116762.526116762.527481524.057974811.35側(cè)滑Mi6493.453919.56-1699.05-4999.61越不平路M14182.5

11、611523.335909.404579.794）斷面系數(shù)計算4）斷面系數(shù)計算A工子形斷卸前軸a）斷面簡圖本汽車前軸簡化為換算斷面形狀后如圖3所示HX6850汽車前梁具工字形斷面，兩端為拳式、中部下沉。為便于各斷面系數(shù)的計算，需將各實際斷面形狀簡化為換算斷面形狀。簡化時，突緣厚度取為平均值。a)斷面簡圖圖3前軸簡化圖b)計算斷面系數(shù)b)計算斷面系數(shù)1)1-1斷面如圖3所示(1)垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)W-BH3-bth36H337592-60606923=82321.74mm2tlB3h3t6B=30450mm3(2)水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)332167560156752)n-n斷面(1)算斷面簡圖2

12、)n-n斷面(1)算斷面簡圖如圖4圖4IIII斷面計算簡圖(2)垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)(2)垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)n-n斷面為上，下翼緣不等長的工字形斷面。計算其垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)的關(guān)系是確定出形心軸坐標。形心軸Xc-Xc的坐標:“Fiyiy1二、FiBt1*1/2tlbt2(H-1/2t2)(B-B1)*h(t1h/2)Bt1bt2(B-B1)h=40.30丫2=H-y1=92-40.30=51.70h2=、2-t2=51.70-16=35.70=h-=60-35.70=24.30該斷面對形心軸的慣性矩:13333Jxc=產(chǎn)1-Bhby2-巾2)44419407.35mm上翼面的抗彎斷面系數(shù):

13、W上=Jxcy14419407.3540.293=109689.94mm卜翼面的抗彎斷面系數(shù):WjJxcy24419407.3551.70=85465.76mm30、系數(shù)m1.01.52.03.04.06.08.010.0ot0.1400.2940.4570.7901.1231.7892.4563.123p0.2080.3460.4930.8011.1501.7892.4563.12311.00.8590.7950.7530.7450.7430.7420.742對上方矩形截面(3)水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)(4)抗扭斷面系(3)水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)1333W(B3t1b3t2t3h)6B=40147

14、.78mm3(4)抗扭斷面系數(shù)視工字形斷面由幾個矩形斷面組成。引用材料力學關(guān)于“矩形及狹長形截面等直桿在純扭轉(zhuǎn)”時的公式進行計算,當m=h：二4時,b當m=h4時,b任一個矩形截面的川和叫為：Jni=ab4,Wni=Pb3;31m二竺*W-吐絲嘰3；33其中h矩形長邊的長,b矩形短邊的長B108m1=6.754Jn1m-0.6343t1t1166.75-0.634416133693.44mm3Wm(m二0.63仁6.75-0.633316=8355.84mm-n1=16mmWm對中間矩形截面m?=h=60=2.5c4使用插值法得325=0.6235,35=0.647,t24444Jn2=t4=

15、0.6235244=206862.336mm4Wn2=？t3=0.647243-8944.128mm3,Jn2-23.13mmWn2對下方矩形m3.b=68=4.254t216Jn3m-0.6343t24.25-0.6344二:-：16=79080.11mmWn3(m-0.63)3=(6.750.63)、163=4942.51mm3,J3=16mm3Wn3所以,WniiJniiJnimaxWni133693.44206862.33679080.1133mm=18142.494mm23.133)m-in斷面換算斷面簡圖如圖53)出-出斷面(1)換算斷面簡圖如圖5如圖5III-III斷面計算簡圖(

16、2)垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)(2)垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)形心軸Xc-Xc的坐標:出出斷面為上，下翼緣不等長的工字形斷面。計算其垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)的關(guān)系是確定出形心軸坐標。Bti2t1bt2(H-2t2)(B-B)h(tih/2).34.22Btibt2(B-Bi)hy2=H-必=70-34.22=35.78h2=y2-t2=35.78-25=10.78h1=h-h2=25-10.78=14.22該斷面對形心軸的慣性矩:133334J一時182fh2廠1943391.93.上翼面的抗彎斷面系數(shù)：Jx01943391.933W上=xc=5679111mmy134.22卜翼面的抗彎斷面系數(shù):Jxc194

17、3391.933W下=xc=54315.03mmy235.78水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：(3)水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù):1333W川：(B3tl+b3t2+t3h)=34008.896B(4)抗扭斷面系(4)抗扭斷面系數(shù)視工字形斷面由幾個矩形斷面組成。引用材料力學關(guān)于“矩形及狹長形截面等直桿在純扭轉(zhuǎn)”時的公式進行計算，任一個矩形截面的Jni和W,為:h.當m4時，Jnib=b：Wni=Pb3；h.當m4時，Jnibm-0.634XA/(m-0.63)3b,Wnib；33其中h矩形長邊的長,b矩形短邊的長對上方矩形截面m,=旦=75=3.754,使用插值法得a375=1.03975,B375=1.062

18、75,t120Jn1=t14=1.03975204=166360mm4W1=Pt13=1.06275203=8502mm3,k=19.57mmn11Wn2對中間矩形截面m2=1=1.44,使用插值法得%4=0.2632,214=0.3184,h25.4_44Jn2=:h4=0.2632254=102812.5mm4Wn2=Ph3=0.3184m253=4975mm3,Ji=20.67mmWn2對下方矩形b65m3=-=2.64,使用插值法得o(26=0.6568,P26=0.6778,t2252Jn3=七4=0.6568254-256562.5mm4nWn3，t23=0.6778253=105

19、90.625mm3,Jn2=24.23mmWn2所以,WAiii_UIJnJnimax166360102812.5256562.533mm=21697.69mm24.23)IV-IV斷面(1)畫出斷面簡圖4)IV-IV斷面(1)畫出斷面簡圖(2)垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：(2)垂直面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：2-2bH2657023W453083.33mm66(3)水平面內(nèi)抗彎斷面系數(shù)：山b2H652703W4=49291.67mm66(4)抗扭斷面系數(shù)：(4)抗扭斷面系H70m-二b65=1.0774,使用插值法得（/.=0.1637pl.077=0.2293,數(shù)：叫=Pb3=0.2

20、293父653=62958.33mm35)各斷面尺5)占助回乂至繳見衣5：單位：mm參數(shù)見表5:HX6850I-In-nm-mw-wB7510875Bi608440ti161620b75686565bi604430t2161625t152435h606025H92927070表6單位：NmmI-In-nm-mIV-IVW*82321.7485465.2454315.0353083.33FFW3045040147.7834008.8949291.67W.18142.49421697.6962958.33(5)應(yīng)力#算(5)應(yīng)力#算a)計算公式1)汽車緊急制1)汽車緊急制動時動時垂直向內(nèi)彎曲應(yīng)力J

21、=M_WM水平囿內(nèi)彎曲應(yīng)力?！?W合成應(yīng)力O合=CT+CT扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：在矩形長邊中點上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力Tmax=%Wn在矩形短邊中點上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力T=%maxiiiax工字形斷面中所產(chǎn)生的最大應(yīng)力和最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是作用在梁斷面上的不向點處。對于上翼面長邊中點，其相當應(yīng)力：J萬+37之2）汽車側(cè)滑時M垂直面彎曲應(yīng)力。=W3）汽車越過/、平路面時M垂直面彎曲應(yīng)力仃=Wa）應(yīng)力值計算結(jié)果列表：表7單位：x108N/mm2I-In-nm-mIV-IV緊急制動b136.96107.19108.1268.59CT259.20159.73120.8751.71max86.06178.0185.91J422.21290.

22、79329.80191.35側(cè)滑b78.8845.86-31.28-94.18越不平路仃“172.28134.83108.6586.28（6）HX6850A前軸材料的許用應(yīng)力2）汽車側(cè)滑時3）汽車越過不平路面時應(yīng)力值計算結(jié)果列表HX6850A前軸材料的許用應(yīng)力2、轉(zhuǎn)向節(jié)強度計算2.1、截面系數(shù)計算材料：45倜質(zhì)硬度：HB230-255ab(N/mm):786853許用應(yīng)力：。合E仃s=(0.60.7)obEEs=0.7os2、轉(zhuǎn)向節(jié)強度計算作用力乙1、X11、丫1按表1-1取值截面系數(shù)計算取輪轂內(nèi)軸承根部處指軸為計算斷面.3一3二d一55W=16325.5532322.2、彎矩計算A緊急制動時

23、彎矩計算A緊急制動時B側(cè)滑時Mz制=C1Jz；+X12=30父23489.872+16442.912=860191.23B側(cè)滑時C超越不平路面時Mc=Z11cl-丫1rr=28601.5030-19449.02485-T574720C超越不平路面時乂制y=Z；C1=29547M30=886410計算用參數(shù)HX6850d1=55,Ci=30,d2=40應(yīng)力計算應(yīng)力計算A)緊急制動A)緊急制動時Mza=W860191.2316325.55=52.69B）側(cè)滑時,Mc側(cè)B）側(cè)滑時燈=W-8574720=525.2316325.55C）超越不平路面時彎矩、應(yīng)力計算結(jié)果列表2.4、轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力

24、及強度校核3主銷強度計3.1、主銷作用力計算簡圖如圖6工小_,My越886410一.C)超越不平路面時5=54.30W16325.55彎矩、應(yīng)力計算結(jié)果列表見表8功況M緊急制動860191.2352.69側(cè)滑-8574720-525.23超越/、平路88641054.30表82.4、轉(zhuǎn)向節(jié)的材料、許用應(yīng)力及強度校核材料HX6850A40MnB許用應(yīng)力CTCTs查2YB6-71：仃b=980N/mm-S=(0.65-0.75)二b3、主銷強度計算3.1、主銷作用力計算簡圖如圖如圖6主銷作用力計算簡圖3.2、計算載荷參數(shù)車行abceflI1nrrDhHHX6850A77.582.530562.54

25、02.5B1-B2193B1-B2485384248主銷受力計算參數(shù)見表9表93.2、計算載荷計算時，忽略主銷傾角的影響，并假定力的作用點位于主銷襯套中點。A)Z1、X1、Yi按表1取值B)汽車緊急制動時力乙在主銷的支承反力S；和S；。1700-148023489.87277.582.5=16149.29N主銷受到Xi和u的作用,力u由下式求得:u=X1l=16442.91l1110x193=9371.61力X1在主銷的兩個支承上反作用力S2和S2bS2二X116442.91ab77.582.5a77.5S2=X1一=16442.91ab77.582.582.58478.38N=7964.53

26、N力u在主銷的兩個支承上反作用力S3和S3S3=b=9371.6182.5=4832.24Nab160,a77.5S3=9371.61，-4539.37Nab160由制動力矩X1rr的作用，在主銷的兩個支撐上產(chǎn)生反作用力S4和S4S4=S4=X1rr=16442.91485=49842.57Nab1603.3、彎矩計算作用在主銷上端的合力(圖14)S：(S-S3,)2S-S/)2=(4832.24-16149.29)2(8478.38-49842.57)2-42884.40N作用在主銷下端的合力(圖14)S-=-.；-(SS3)2(S2s4)2)、(16149.294539.37)2(7964

27、.5349842.57)2=61397.73NC)汽車側(cè)滑時左主銷上支承的反作用力cYnf-Znl18194.44402.5-27991.44110S上=ab160=26526.27N左主銷下支承的反作用力右主銷上支承的反作用力19449.02562.5-28601.50110160=48711.93NcYrfZ1rl642.94402.5945.50110S上=1r1r2267.43Nab160右主銷下支承的反作用力Sr=Y1reZ1rlabD）汽車越過不平路面時642.94562.5945.50110160=465.66N動載荷在主銷上、下支承上產(chǎn)生的作用反力S；和S；。_l110S1=S

28、1=Z12954720313.56Nab1603.3、彎矩計算在緊急制動和側(cè)滑時，主銷下支承的反作用力為最大，在越過不平路面時，因主銷下端的作用力臂大于上端，所以只需要計算主銷下支承處的彎矩（圖15）A）汽車緊急制動時rrM=S三h=61397.7342=2578704.66N.mmB）汽車側(cè)滑時M=S下，h=44720.71父42=1878269.82N.mmC）汽車越過不平路面時MuSh=25391.95421066461.9N.mm（5）抗彎斷面系數(shù)、剪切面積和主銷襯套擠壓面積的計算A）主銷抗彎斷面系數(shù)3二D3W5384.32mm332B）主銷剪切面積22F-D=1133.54mm24D）主銷襯套擠壓面積F-DH=1824mm2D:主銷外徑3.4應(yīng)力計算3.4應(yīng)力計算分別計算個