汽車總體設(shè)計(jì)-第六章

第6章從動橋設(shè)計(jì)教學(xué)提示：本章主要講解車輪定位參數(shù)，從動橋的結(jié)構(gòu)方案、工作原理，前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、主銷上下軸承和轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承等的設(shè)計(jì)計(jì)算等基本內(nèi)容，還介紹了從動橋的設(shè)計(jì)實(shí)例。教學(xué)要求：了解從動橋的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)元件，掌握車輪定位參數(shù)對汽車操縱穩(wěn)定性的影響，熟練地掌握前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、主銷上下軸承和轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承等的設(shè)計(jì)計(jì)算。通過設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)一步理解和掌握從動橋的設(shè)計(jì)過程。6.1概述從動橋即非驅(qū)動橋，又稱從動車軸，通過懸架與車架 (或承載式車身)相連，兩端安裝從動車輪，用以在車架(或承載式車身)與車輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動橋還要承受和傳遞制動力矩。根據(jù)從動車輪能否轉(zhuǎn)向， 從動橋分為轉(zhuǎn)向橋與非轉(zhuǎn)向橋。 一般汽車多以前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋。為提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動性，有些轎車采用四輪轉(zhuǎn)向；多軸汽車除前橋作為轉(zhuǎn)向橋外，根據(jù)對機(jī)動性的要求，有時(shí)采用兩根以上的轉(zhuǎn)向橋甚至全輪轉(zhuǎn)向。一般商用車采用前置發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向從動橋。乘用車多采用前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動，越野汽車多為全輪驅(qū)動， 故它們的前橋既是轉(zhuǎn)向橋又是驅(qū)動橋，稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。對于非轉(zhuǎn)向從動橋，由于它僅起支持汽車部分簧上質(zhì)量的作用，因此又稱為支持橋或支持車軸。支持橋除不能轉(zhuǎn)向外，其他功能與結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向從動橋相同。按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同，從動橋可分為非斷開式與斷開式兩種。與非獨(dú)立懸架相匹配的非斷開式從動橋是一根支承于左、右從動車輪上的剛性整體橫梁；當(dāng)同時(shí)作為轉(zhuǎn)向橋時(shí)，則其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)相連，如圖 6.1所示。斷開式從動橋與獨(dú)立懸架相匹配，圖6.2為斷開式轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)圖。從動橋的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本要求：具有足夠的強(qiáng)度，以保證可靠地承受車輪與車架 (或承載式車身)之間的作用力。保證有正確的車輪定位，使轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動穩(wěn)定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。從動橋要有足夠剛度，以使車輪定位參數(shù)保持不變。轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷、轉(zhuǎn)向節(jié)與前梁之間的摩擦力應(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。轉(zhuǎn)向輪的擺振應(yīng)盡可能小，以保證汽車的正常、穩(wěn)定行駛。從動橋的質(zhì)量應(yīng)盡可能小，以減小非懸掛質(zhì)量，提高汽車行駛平順性。

圖6.1非斷開式轉(zhuǎn)向橋1—轉(zhuǎn)向節(jié) 2—轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承 3—主銷4—調(diào)整墊片5—前梁圖6.2 斷開式轉(zhuǎn)向橋6.2從動橋的結(jié)構(gòu)方案分析6.2.1從動橋結(jié)構(gòu)形式各種車型的非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋的結(jié)構(gòu)形式基本相同，主要由前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)及轉(zhuǎn)向主銷組成，如圖6.1所示。轉(zhuǎn)向節(jié)通過主銷與前梁鉸接并經(jīng)一對輪轂軸承支承著輪轂，以實(shí)

現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。在左轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳處安裝著轉(zhuǎn)向節(jié)臂，后者與轉(zhuǎn)向直拉桿相連；而在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處則裝著與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連接的轉(zhuǎn)向梯形臂。有的將轉(zhuǎn)向節(jié)臂與梯形臂連成一體并安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處以簡化結(jié)構(gòu)。制動底板緊固在轉(zhuǎn)向節(jié)的凸緣面上。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤滑油槽的青銅襯套以減小磨損。為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)下耳與前梁拳部之間可裝推力滾子軸承；在轉(zhuǎn)向節(jié)上耳與前梁拳部之間裝有調(diào)整墊片以調(diào)整其間隙。帶有螺紋的楔形鎖銷將主銷固定在前梁拳部的孔內(nèi)，使之不能轉(zhuǎn)動。作為主要零件的前梁是用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛的，其兩端各有一呈拳形的加粗部分用來安裝主銷；為提高其抗彎強(qiáng)度，其較長的中間部分采用工字形斷面并相對兩端向下偏移一定距離，以降低發(fā)動機(jī)重心，從而減小傳動系的安裝位置以及傳動軸萬向節(jié)的夾角。為提高其抗扭強(qiáng)度，兩端與拳部相接的部分采用矩形斷面，而靠近兩端使拳部與中間部分相連接的向下彎曲部分則采用兩種斷面逐漸過渡的形狀。中間部分的兩側(cè)還要鍛造出鋼板彈簧支座的加寬支承面。有的汽車轉(zhuǎn)向從動橋的前梁采用組合式結(jié)構(gòu)，即由其采用無縫鋼管的中間部分與采用模鍛成形的兩端拳形部分組焊而成。這種組合式前梁適于批量不太大的生產(chǎn)，并可省去大型鍛造設(shè)備。轉(zhuǎn)向節(jié)多用中碳合金鋼模鍛成整體式結(jié)構(gòu)。 有些大型汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)，由于其尺寸過大,也有采用組焊式結(jié)構(gòu)的，即輪軸部分是經(jīng)壓配并焊接上去的。主銷的幾種結(jié)構(gòu)形式如圖 6.3所示，其中最常用的是圖6.3(a)、圖6.3(b)所示的兩種。4｝4｝下閘口桿比I部細(xì)的主銷卩)岡柱也型 小)擁柱空心喊 松)F端為"淪不寫的［wllL中間為圖6.3主銷的結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承承受作用于汽車前梁上的重力，為減小摩擦，使轉(zhuǎn)向輕便，可采用滾動軸承，例如推力球軸承、推力圓錐滾子軸承或圓錐滾子軸承等，也有采用青銅止推墊片的。主銷上、下軸承承受較大的徑向力，多采用滑動軸承，也有采用滾針軸承的結(jié)構(gòu)，后者的效率高，轉(zhuǎn)向阻力小，且可延長使用壽命。輪轂軸承多由一對單列圓錐滾子軸承組成，這種軸承的剛度較大，可承受較大負(fù)荷。轎車因負(fù)荷較輕，前輪轂軸承也有采用一對單列或一個(gè)雙列向心球軸承的。球軸承的效率較高，能延長汽車的滑行距離。乘用車也有采用一個(gè)雙列圓錐滾子軸承的。左、右輪胎螺栓多數(shù)為右旋螺紋，但有些汽車為了防松，左側(cè)用左旋、右側(cè)用右旋。通常，商用車的非斷開式支持橋，是一根兩端帶有輪軸的剛性橫梁，和轉(zhuǎn)向從動橋類似，它可以是整體鍛造式的，也可以由兩端的鍛造輪軸與中間的無縫鋼管組焊而成。乘用車采用前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的布置形式時(shí)， 其后支持橋可為非斷開式或斷開式的。

下面介紹幾種典型的后支持橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。復(fù)合縱臂式后支持橋(compoundcrankrearaxle)，如圖6.4所示。V形斷面橫梁在汽車行駛時(shí)受扭并具有一定的扭轉(zhuǎn)彈性， 故又可稱為扭轉(zhuǎn)梁或彈性梁。兩縱臂前端裝有錐形支承套，并用螺栓將支承套經(jīng)支架固定在車廂上。兩縱臂后端固定著左、右輪軸并與帶螺旋彈簧的減振器相聯(lián)。由于左、右車輪是經(jīng)具有一定扭轉(zhuǎn)彈性的橫梁相連，故其懸架與非獨(dú)立懸架不完全相同，可看成是近似半獨(dú)立懸架或近似半剛性的后支持橋。該彈性橫梁還兼起橫向穩(wěn)定桿的作用，因此對它還應(yīng)有一定的剛度要求，為此，有時(shí)在橫梁處再加一根扭桿。采用復(fù)合縱臂式后支持橋，可增大汽車后部的空間，有利于整車布置，而且結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小、制造方便，有利于提高汽車的平順性；具有抵抗由于車身側(cè)傾而引起的軸轉(zhuǎn)向效應(yīng)的作用；可設(shè)有車輪外傾角，且該角在兩輪同向跳動時(shí)無變化，而當(dāng)兩輪反向跳動時(shí)其車輪外傾角的變化介于非獨(dú)立懸架和斜臂式獨(dú)立懸架、麥克弗遜式懸架之間，在車輪受到側(cè)向力的作用下，車輪外傾角的變化也不大；其橫梁兩端由在 x，y，z三個(gè)方向具有不同剛度，且沿側(cè)向y的剛度最大的錐形套支承，具有抗側(cè)向力的能力。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)、外后輪所承受的地面?zhèn)认蚍戳?Y2R、Y2l，由錐形支承套的橡 膠套所吸收且有力 矩Y2LY2RrFxb，該力矩有產(chǎn)生過度轉(zhuǎn)向的趨勢。另外，其橫梁承受扭轉(zhuǎn)和剪切載荷，且在橫梁與縱臂的焊縫處應(yīng)力較大，其強(qiáng)度就成了復(fù)合縱臂式后支持橋承載能力的限制條件。圖6.4 圖6.4 復(fù)合縱臂式后支持橋具有后置橫向傳力桿的后支持橋，在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的受力如圖 6.5所示。倒U形斷面且兩端向上彎曲的橫梁 2通過焊在其兩側(cè)的縱臂和位于其后面的傳力桿與車廂相連。經(jīng)傳力桿1傳來的側(cè)向力由桿3分配給左、右側(cè)車廂。將傳力桿 1布置在橫梁之后，汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)地面給輪胎的側(cè)向力將使汽車有不足轉(zhuǎn)向的趨勢。V//////AFV//////AF 1__ —丄^777777777^7圖6.5具有后置橫向傳力桿的后支持橋1—傳力桿 2—橫梁 3—傳力桿最簡單的非斷開式支持橋，采用無縫鋼管組焊的橫梁，其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉且輪胎的磨損較輕，接地性好，當(dāng)車輪跳動時(shí)輪距及車輪定位都不會改變。這種結(jié)構(gòu)的支持橋在加裝橫向傳力桿后，當(dāng)輪胎承受地面?zhèn)认蚍戳r(shí)的受力情況如圖6.6所示。r\/ '1V//////A1TJh—1 巧/////////7/圖6.6輪胎承受地面?zhèn)认蚍戳r(shí)的受力情況6.2.2 車輪定位參數(shù)汽車前輪的定位參數(shù)包括：車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷偏移距、主銷后傾角和前束等，如圖6.7所示。另外，前束也常用前輪處于直行位置時(shí)，左、右前輪輪輞的前、后極端點(diǎn)距離之差表示。車輪外傾角車輪外傾角是車輪中心平面相對于垂直面的傾角。站在汽車前面向后看，如圖 6.7所示，車輪外傾角有正、負(fù)之分。較早的車輛常具有較大的正外傾角，其目的是保證車輪垂直于當(dāng)時(shí)的表面弧度較大的單車道路面。商用車空車時(shí)車輪有外傾角要求，而當(dāng)滿載時(shí)由于前軸受載變形，車輪外傾角明顯減小。在現(xiàn)代汽車上，前輪外傾角通常為0°或+1°以內(nèi)的小角度。具有外傾角的車輪趨向于向其傾斜的方向滾動，從而產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向力（外傾側(cè)向力），它對轉(zhuǎn)向車輪具有如兩個(gè)有益的作用：（1） 趨向于抵消由路面不平而作用到車輪上的不大的側(cè)向力。（2） 在轉(zhuǎn)向連桿系中施加一個(gè)小的側(cè)向預(yù)加載荷，有利于消除其中的間隙。因而，其總的作用是提高汽車直線行駛的穩(wěn)定性。主銷內(nèi)傾角主銷內(nèi)傾角 是前輪的旋轉(zhuǎn)軸線（主銷軸線）相對于垂直線的傾角， 如圖6.7所示。在非獨(dú)立懸架前軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，確實(shí)有主銷存在，前輪在轉(zhuǎn)向時(shí)就繞著它旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線與主銷的軸線重合。這便是主銷內(nèi)傾角這個(gè)術(shù)語的最初來源。但是在獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中， 不存在主銷這個(gè)零件。在如圖6.8所示的采用不等長雙橫臂式懸架中，主銷軸線是上、下球頭銷中心的連線；在如圖 6.9所示的麥弗遜懸架中，轉(zhuǎn)向時(shí)車輪的擺轉(zhuǎn)軸線（主銷軸線）是減振器總成的上支點(diǎn)中心和懸架橫擺臂球銷中心的連線。

圖6.8雙橫臂懸架的主銷主銷內(nèi)傾角對改善汽車的操縱性是有利的。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪繞傾斜的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，汽車的前部被稍稍抬起，勢能增大，有降低高度的趨勢。這樣就對轉(zhuǎn)向輪施加一個(gè)回正力矩，而且這種趨勢在汽車向前和向后行駛中都存在。 在現(xiàn)代汽車中，主銷內(nèi)傾角的范圍在6°12°之間。主銷偏移距主銷偏移距是主銷軸線與地面的交點(diǎn)和車輪中心線與地面的交點(diǎn)之間的距離，如見圖6.7所示。主銷偏移距也有正負(fù)之分，如果偏移距在車輪中心線與地面交點(diǎn)的內(nèi)側(cè)，為正；如果在外側(cè)，則為負(fù)。如圖6.9所示為一個(gè)偏移距為負(fù)的例子。

II圖6.9麥弗遜懸架的主銷軸線1—地面制動力 2—車輪與地面接觸中心 3—主銷軸線與地面交點(diǎn)設(shè)計(jì)主銷偏移距的主要目的是減小停車轉(zhuǎn)向力。停車轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向阻力最大，停車轉(zhuǎn)向阻力矩的經(jīng)驗(yàn)公式為3(6-1)W2(6-1)T-3P2式中，T為作用在輪胎上的停車轉(zhuǎn)向阻力矩 （Nm）; 為輪胎與地面之間的摩擦系數(shù)；作用在輪胎上的垂直載荷（N）;P為輪胎氣壓（N/m2）。在干燥的水泥路面上，可取 1.0。而當(dāng)汽車行駛起來以后，最大的轉(zhuǎn)向阻力矩大約是停車轉(zhuǎn)向阻力矩的三分之一。參見圖6.9,其中偏移距是23,2是車輪與地面接觸面積的中心，3是主銷軸線與地面的交點(diǎn)。如果是停車轉(zhuǎn)向，則車輪將繞 3點(diǎn)邊滾、邊滑，可在某種程度上減小轉(zhuǎn)向阻力。而如果偏移距為0,即3點(diǎn)與2點(diǎn)重合，則停車轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪將繞3點(diǎn)純滑動，轉(zhuǎn)向阻力大。主銷偏移距的尺度一般不超過輪胎接地印跡寬度的一半，因?yàn)樵僭龃笠膊粫贉p小停車轉(zhuǎn)向阻力，反而會增大地面沖擊對轉(zhuǎn)向盤的影響。在如圖6.9所示懸架系統(tǒng)中，主銷偏移距為負(fù)，在一些比較新型的汽車中采用這種偏移距。采用負(fù)偏移距的優(yōu)點(diǎn)是在一個(gè)輪胎放氣或左、右車輪上制動力不相等時(shí)，具有抵抗汽車改變行駛方向的能力。在圖6.9中，汽車左輪（沿著汽車行駛方向看）上作用一個(gè)較大的制動力（大于右輪上的制動力），這個(gè)力趨于使汽車向左轉(zhuǎn)向。但是，由于存在負(fù)的偏移距，這個(gè)力還有另一個(gè)作用，即它產(chǎn)生一個(gè)繞主銷 3的沿順時(shí)針方向作用的力矩，它作用在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，趨于使前輪向右 （沿順時(shí)針方向）轉(zhuǎn)動。因此，不均勻制動力的這兩個(gè)作用相互抵消，有助于維持汽車的直線行駛。但當(dāng)偏移距為正時(shí)，不具有這種特性。當(dāng)主銷軸線與地面的交點(diǎn)和輪胎在地面上的印跡中心重合時(shí)，偏移距為零，這種轉(zhuǎn)向稱為中心點(diǎn)轉(zhuǎn)向。在這種情況下，主銷內(nèi)傾角一般不小于 10°（而當(dāng)偏移距為負(fù)時(shí)，主銷內(nèi)傾角更大）。中心點(diǎn)轉(zhuǎn)向的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于制動力和驅(qū)動力 （在轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋情況下）對主銷軸線均無轉(zhuǎn)矩作用，因?yàn)樗鼈兌纪ㄟ^輪胎在地面上的印跡中心。其缺點(diǎn)在于停車轉(zhuǎn)向阻力較大。主銷后傾角主銷后傾角是轉(zhuǎn)向車輪的旋轉(zhuǎn)軸線相對于垂直線（從汽車側(cè)面看，如圖6.7所示）的傾角。主銷后傾角也有正、負(fù)之分。正的主銷后傾角的作用是使主銷軸線與地面的交點(diǎn)位于輪胎接地印跡中心之前，二者之間的距離稱為機(jī)械拖距，如圖 6.10所示。圖6.10主銷后傾角的作用原理汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向車輪上作用有側(cè)向力，弓I起彈性輪胎出現(xiàn)側(cè)偏角。地面對輪胎作用的側(cè)向力的合力作用點(diǎn)位于輪胎的地面印跡中心之后。側(cè)向力合力作用點(diǎn)與輪胎的地面印跡中心的距離，稱為輪胎拖距。輪胎上總的主銷后傾拖距由機(jī)械拖距 （由主銷后傾角引起）和輪胎拖距組成。由于這種拖距存在，地面作用在輪胎上的側(cè)向力便在轉(zhuǎn)向車輪上作用一個(gè)繞主銷軸線的回正力矩。

這種回正力矩在汽車以高、中速行駛、且以較小的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向時(shí)效果較大。而由主銷內(nèi)傾角引起的回正力矩在低速、大轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向時(shí)效果較大。在現(xiàn)代裝有子午線輪胎的車輛上，其主銷后傾角的范圍大致為 -1°?+3°，也有采用+6°的。但在后置發(fā)動機(jī)的汽車中，由于前輪負(fù)荷較輕，輪胎拖距較小，為提供足夠的回正力矩，往往采用更大的主銷后傾角。前束和反前束在汽車的俯視圖上，前束是前輪中心線與汽車縱向?qū)ΨQ軸線之間的夾角，它使兩個(gè)前輪的中心線交于汽車前方的一點(diǎn)，如圖 6.7所示；反前束使兩個(gè)前輪的中心線向汽車前方發(fā)散。在實(shí)際中，前束和反前束并不用角度來表示，而是用在車輪輪輞最前點(diǎn)和最后點(diǎn)之間的距離之差表示，一般為0?5mm。在前輪不是驅(qū)動輪時(shí)，往往設(shè)置前束。當(dāng)汽車靜止時(shí)，前輪具有專門設(shè)置的前束。但當(dāng)汽車行駛時(shí)，在前輪上作用有向后的力 （由滾動阻力引起，是地面作用在車輪上的力 ）,這種力使轉(zhuǎn)向桿系發(fā)生變形，在主銷偏移距為正時(shí)，趨于減小前束。所以，當(dāng)汽車行駛起來以后，兩個(gè)前輪將趨于相互平行。對前輪驅(qū)動汽車，當(dāng)主銷偏移距為正時(shí)，往往設(shè)置反前束。當(dāng)汽車行駛時(shí)，在前輪上作用有地面驅(qū)動力（方向向前），它們也使轉(zhuǎn)向桿系發(fā)生變形，趨于使反前束減弱。所以，當(dāng)汽車行駛起來以后，兩個(gè)前輪將趨于相互平行。但如果主銷偏移距為負(fù)，則汽車靜止時(shí)，前輪應(yīng)設(shè)置前束，而不是反前束。前束也有抵銷車輪外傾角影響的作用 如果存在車輪L外傾角，左右車輪分別向外側(cè)轉(zhuǎn)動；而如果左右兩輪帶有向內(nèi)的前束角，則使它們向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動。兩者作用相互抵消，左右車輪直線行進(jìn)，如圖 6.11所示。LII

利用藺朿時(shí)的廳進(jìn)方向 為刎翌也遽處 圖6.11 前輪前束與車輪外傾角對汽車行駛的影響6.3從動橋的設(shè)計(jì)計(jì)算6.3.1 轉(zhuǎn)向從動橋主要零件尺寸的確定轉(zhuǎn)向從動橋采用工字形斷面的前梁，可保證其質(zhì)量最小而在垂向平面內(nèi)的剛度大，強(qiáng)度高。工字形斷面尺寸的推薦值如圖 6.12所示。圖中虛線繪出的是其當(dāng)量斷面。該斷面的垂向彎曲截面系數(shù)Wv和水平彎曲截面系數(shù) Wh（單位均為mm3）可近似取為3Wv20aTOC\o"1-5"\h\z3 (6-2)Wh5.5a3式中，a為工字形斷面的中部尺寸 (mm)。在設(shè)計(jì)中為了預(yù)選前梁在板簧座處的彎曲截面系數(shù) Wv(cm3)，可采用經(jīng)驗(yàn)公式Wv ml/2200 (6-3)式中，m為作用在該前梁上的簧上質(zhì)量 (kg)；為車輪中線至板簧座中線間的距離 (cm);2200為系數(shù)(kg/cm2)。圖6.12前梁工字形斷面尺寸關(guān)系的推薦值轉(zhuǎn)向從動橋前梁拳部之高度約等于前梁工字形斷面的高度，而主銷直徑可取為拳部高度的0.35-0.45倍。主銷上、下滑動軸承(即壓入轉(zhuǎn)向節(jié)上、下孔中的襯套 )的長度則取為主銷直徑的1.25?1.50倍。6.3.2轉(zhuǎn)向從動橋主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算轉(zhuǎn)向從動橋的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是計(jì)算前梁、 轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、主銷上下軸承(即轉(zhuǎn)向節(jié)襯套卜轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承或止推墊片等在制動和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。繪制計(jì)算用簡圖時(shí)可忽略車輪的定位角，即認(rèn)為主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角均為 0,而左、右轉(zhuǎn)向節(jié)軸線重合且與主銷軸線位于同一側(cè)向垂直平面內(nèi)，如圖 6.13所示。制動工況下的前梁強(qiáng)度計(jì)算制動時(shí)前輪承受的制動力巳和垂向力乙傳給前梁，使前梁承受轉(zhuǎn)矩和彎矩?？紤]到制動時(shí)汽車質(zhì)量向前轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)移，則前輪所承受的地面垂向反力為Z1$m1 (6-4)2

式中，Gi為汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷 (N);m為汽車制動時(shí)對前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對轎車和載貨汽車的前橋可取 1.4?1.7。咼(2?.) 咼(2?.) Nd咼』 即￡札"ti圖6.13轉(zhuǎn)向從動橋在制動和側(cè)滑工況下的受力分析簡圖1—制動工況下的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖 2—側(cè)滑工況下的彎矩圖(6-5)前輪所承受的制動力為(6-5)Pt乙式中， 為輪胎與路面的附著系數(shù)。由乙和Pt對前梁引起的垂向彎矩 Mv(Nmm)和水平方向的彎矩Mh(Nmm)在兩鋼板彈簧座之間達(dá)到最大值，分別為色mi2色mi2gw(6-6)GiBsMhP」2Zi12 mi (6-7)22式中，gw為車輪(包括輪轂、制動器等)所受的重力(N);B為前輪輪距(mm);s為前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離(mm)。制動力巳還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩 T(Nmm)GTPj; -mirr (6-8)2式中，rr為輪胎的滾動半徑(mm)。前梁在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力 w和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 (MPa)分別為Mv MhwMv MhwWv WhTWtT/Jk/max(6-9)(N)分別為Z1RGt2hg (N)分別為Z1RGt2hg 1(6-11)G122hg1B1(6-12)式中，Wt為前梁在危險(xiǎn)斷面處的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù) (mm3);max為前梁橫斷面的最大厚度(mm);Jk為前梁橫斷面的極慣性矩 (mm4)，對工字形斷面：(6-10)Jk0.4(6-10)式中，h為字形斷面矩形元素的長邊長(mm); 為工字形斷面矩形元素的短邊長(mm)。當(dāng)前梁在鋼板彈簧座附近的危險(xiǎn)斷面為圓管斷面時(shí) (無縫鋼管組焊式前梁)，則在該斷面處的合成彎矩M及合成彎曲應(yīng)力 與驅(qū)動橋殼的計(jì)算相同。前梁應(yīng)力的許用值 w300MPa; 150MPa。前梁可采用45、30Cr、40Cr等中碳鋼或中碳合金鋼制造，硬度應(yīng)達(dá)到 HB241?285。在最大側(cè)向力(側(cè)滑)工況下的前梁強(qiáng)度計(jì)算乙L、Z1R和Y1L2hg1B1(6-13)乙L、Z1R和Y1L2hg1B1(6-13)YrG122hg1B1式中，G1為汽車停于水平路面時(shí)的前橋軸荷(N);B為汽車前輪輪距(mm);hg為汽車質(zhì)心高度(mm);i為側(cè)滑附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)令 i1。式中“+”、“-號的取舍：當(dāng)Yl、Yir向右作用時(shí)，如圖6.13所示，取上面的符號;Yil、Yr向左作用時(shí)取下面符號。側(cè)滑時(shí)左、右鋼板彈簧對前梁的垂直作用力為T1L 0.5GT1L 0.5G1 G11hgrr/sT1R 0.5G G11 hg rrIs(6-15)式中，G為滿車滿載時(shí)車廂分配給前橋的垂向總載荷 (N)；?為板簧座上表面的離地高度(mm)；s為兩板簧座中心間的距離(mm)。汽車側(cè)滑時(shí)，左、右前輪輪轂內(nèi)、外軸承的徑向支承力(N)分別為SlrrrYl-乙L(6-16)ababS2LrrY1L亠乙L(6-17)ababS1RrrrY1RbZZ1R(6-18)ababS2R丄Y1Ra乙R(6-19)abab式中，?為輪胎的滾動半徑(mm);a為El、Sr至輪胎中線的距離(mm)；b為鼻、S2R至輪胎中線的距離(mm)。將乙l、乙r、丫億、Yr代入式(6-16)?式(6-18)，即可求得左、右前輪輪轂內(nèi)軸承對輪轂的徑向支承力Sl、Sr和外軸承對輪轂的徑向支承力 S2L、Sr,這樣也就求出了輪轂軸承對輪軸的徑向支承反力。根據(jù)這些力及前梁在板簧座處的垂向力 t1l、t1r，可繪出前梁與輪軸在汽車側(cè)滑時(shí)的垂向受力彎矩圖，如圖 6.13,2所示。由該彎矩圖可見，前梁的最大彎矩出現(xiàn)在側(cè)滑方向一側(cè)拳部的主銷孔處 (1—1剖面處)；而另一側(cè)則在板簧座處 (n—II剖面處)，可由下式直接求出Mii乙Ll1Mii乙Ll1丫沙MiiiiZ1rI2Y1Rrr(6-20)式中，M為彎矩(N-mm)。轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)斷面在軸徑為轉(zhuǎn)向節(jié)在制動和側(cè)滑工況下的強(qiáng)度計(jì)算轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)斷面在軸徑為d1的輪軸根部即III—III剖面處，如圖6.14所示。1)在制動工況下A—A剖面處的軸徑僅受垂向彎矩 Mv和水平方向的彎矩Mh而不受轉(zhuǎn)矩，因制動力矩不經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸傳遞而直接由制動底板傳給在轉(zhuǎn)向節(jié)上的安裝平面，這時(shí)可按式 (6-6)和式(6-7)計(jì)算其Mv及Mh,但需以J代替該兩式中的l2oIII-III剖面處的合成彎曲應(yīng)力w(MPa)為WG1—m1WG1—m122gw式中，d1為轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑(mm)。上式的許用彎曲應(yīng)力為 w=550MPa。轉(zhuǎn)向節(jié)采用30Cr,40Cr等中碳合金鋼制造，心部硬度達(dá) HB241?285,高頻淬火后表面硬度達(dá)HRC57?65,硬化層深1.5?2.0mm，輪軸根部的圓角滾壓處理。輪腑中心狡輪腑中心狡(a) (b) (c) (d)圖6.14 轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷及轉(zhuǎn)向節(jié)襯套受力圖2)在側(cè)滑工況下在汽車發(fā)生側(cè)滑時(shí)，左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險(xiǎn)斷面III-III處的彎矩不等，可分別按下式求得MLIII-IIIRIII-III乙MLIII-IIIRIII-III乙Ll3 Y1LrrZ1Rl3 Y1Rrr(6-22)左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力為WLMLIII-IIIW30.1d1WRRIII-IIIWLMLIII-IIIW30.1d1WRRIII-IIIWZ1Rl3 YRrr(6-23)0.1d13主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動和側(cè)滑工況下的強(qiáng)度計(jì)算在制動和側(cè)滑工況下，在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套的中點(diǎn)，即與輪軸中心線相距分別為 c、d的兩點(diǎn)處，在側(cè)向平面(見圖6.14(b))和縱向平面(見圖6.14(c))內(nèi)，對主銷作用有垂直其軸線方向的力。1)在制動工況下地面對前輪的垂向支承反力 乙所引起的力矩乙h，由位于通過主銷軸線的側(cè)向平面內(nèi)并在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)處垂直地作用于主銷的力 Qmz(N)所形成的力偶矩Qmzcd所平衡，故有QmzQmz制動力矩Pj由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷的力 Qmt(N)所形成的力偶QmtCd所平衡，故有QmT上J-ZlJL (6-25)cdcd而作用于主銷的制動力巳則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上下襯套中點(diǎn)處作用于主銷的力 Q“Qt所平衡，如圖6.14(c)所示，且有Qt?P0QTlQt?P0QTlP￡(6-26)(6-27)PTiI5由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖(圖PTiI5(6-28)力N位于側(cè)向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為 |4,如將N的著力點(diǎn)移至主銷中心線與輪軸中心線的交點(diǎn)處， 則需對主銷作用一側(cè)向力矩 NJ，如圖6.14(b)所示。力矩NJ由位于側(cè)向平面內(nèi)并作用于主銷的力偶矩 QmNcd所平衡，故有NJ4

cd(6-29)NJ4

cd(6-29)而力N則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上下襯套中點(diǎn)處作用于主銷的力 Qn一QNI所平衡，且有Qn(Qn(iNd

cd(6-30)QniNc

cdQniNc

cd(6-31)Q“和在下襯套的中點(diǎn)作用由圖6.14(b)可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點(diǎn)作用于主銷的合力于主銷的合力Qi分別為Qy■.QmzQmn2QnyQmt2Qry(6-32)Qi-.：?QmzQmn2QNyQmtQtI2(6-33)可見，在汽車制動時(shí)主銷的最大載荷發(fā)生在轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套的中點(diǎn)處，其值為 Qlo2)在側(cè)滑工況下汽車發(fā)生側(cè)滑時(shí)，僅有在側(cè)向平面內(nèi)起作用的力和力矩，且作用于左、右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷的力Qmz是不相等的，它們可分別按下式求得Qmzl乙LI1Yl「.cdG1磯1l1 1rr/cd2B1(6-34)QmzrZ1RI1佔(zhàn).cd1也l1 1rr/cd2B1取Ql、Qmzl、Qmzr中的最大值作為主銷的計(jì)算載荷 Qj,計(jì)算主銷在前梁拳部下端面處的彎曲應(yīng)力 W和剪切應(yīng)力(6-35)4Qjd(6-35)4Qjdo2(6-36)QjhO.ldo3TOC\o"1-5"\h\z式中，do為主銷直徑(mm);h為轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)至前梁拳部下端面的距離 (mm)。主銷的許用彎曲應(yīng)力與許用剪切應(yīng)力分別是： w=5OOMPa，S=1OOMPa。主銷采用2OCr、2OCrNi、2OCrMnTi等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，滲碳層深 1.O?1.5mm,HRC56?62。轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的擠壓應(yīng)力 C為(6-37)qlC阮(6-37)式中，I為襯套長(mm);Qj取Ql、Qmzl、Qmzr中的最大值。轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的許用擠壓應(yīng)力為 C=5OMPa。在靜載荷下，上式的計(jì)算載荷為QjQQjQmzZ1I1/cdG1l1/(cd)2(6-38)此時(shí)取C1.5MPa轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承和止推墊片的計(jì)算1)推力軸承的計(jì)算如果汽車向右轉(zhuǎn)彎，則其前外輪即前左輪的地面垂向反力該式亦可表達(dá)為2hg1)推力軸承的計(jì)算如果汽車向右轉(zhuǎn)彎，則其前外輪即前左輪的地面垂向反力該式亦可表達(dá)為2hgB1VaRgZ1L增大，如式(6-11)所示，(6-39)將上述計(jì)算工況的有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，并設(shè) hg/RO.5，則有1.25G!2 O.625G可近似地認(rèn)為推力軸承的軸向載荷 Fa等于上述前外輪的地面垂向外力，即有FaO.625G!鑒于轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承在工作中的相對轉(zhuǎn)角不大及軸承滾道圈破壞帶來的危險(xiǎn)性，軸承的選擇按其靜承載容量Co進(jìn)行，且當(dāng)量靜載荷Po O.5~O.33Co。2)轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計(jì)算當(dāng)采用青銅止推墊片代替轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承時(shí)，在汽車滿載情況下，止推墊片的靜載荷可取為

FaFaGi2此時(shí)止推墊片的擠壓應(yīng)力為(6-40)4Fa(6-40)2 72Dd式中，d為止推墊片的內(nèi)徑； D為止推墊片的外徑。通常取Cw30MPa。上述對非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋的轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、轉(zhuǎn)向節(jié)襯套和止推墊片的應(yīng)力計(jì)算及相應(yīng)的許用應(yīng)力以及選擇轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承的方法，同樣適用于斷開式轉(zhuǎn)向從動橋相應(yīng)零件的應(yīng)力計(jì)算。6.4設(shè)計(jì)實(shí)例已知參數(shù)滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷 G:40000N車輪（包括輪轂、制動器等）所受的重力gw:7100N汽車制動時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù) ^：1.6TOC\o"1-5"\h\z路面附著系數(shù) ：0.8側(cè)滑附著系數(shù) ,:1主銷后傾角 ：0°主銷內(nèi)傾角 ：6°車輪外傾角 ：1°輪距B:1914mm前梁上兩鋼板彈簧座中心間的距離 s:880mm輪胎的滾動半徑rr:476mm汽車質(zhì)心高度hg:1300mm板簧座上表面的離地高rr:376mmI3:42mm轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸根部軸徑d,:70mm根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求確定前梁中間部分下偏移量： 100mm根據(jù)上述參數(shù)初步確定前梁和轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)如圖 6.15、圖6.16所示，前梁采用45鋼制造，經(jīng)計(jì)算可得前梁在危險(xiǎn)斷面處（A—A斷面）的垂向彎曲截面系數(shù)Wv214912mm3、水平彎曲截面系數(shù)Wh82973mm3;前梁橫斷面的最大厚度 max=105mm;前梁橫斷面的極慣性矩JK0.4h3=10136788mm4,扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)WT=96540mm3。根據(jù)上述已知參數(shù)可以對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。

制動工況下的前梁強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)圖6.13及式(6-4)?(6-10)可得前輪所承受的地面垂向反