汽車前橋設計結構設計

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1、汽車前橋設計結構設計一、前曰前橋一般位于汽車的前部，也稱轉向橋或從動橋。前橋是汽車上一個重要的總成件， 主要包括轉向節、轉向主銷、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，還承受制動力和側向力以及這些力所構成的力矩，并保證轉向輪作 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，以及側向力經過懸架傳給車架。在汽車使用中，轉向橋的受力狀況比較復雜，因此應 具有足夠的強度。為保證轉向車輪的正確定位角度，使操縱輕便并減輕輪胎的磨耗，轉向橋 也應有足夠的剛度。此外，還應盡量減輕轉向橋的重量?？傊?，由于在汽車的行駛過程中， 前橋

2、所處的工作環境惡劣，工況復雜，其承受的載荷也多為交變載荷，從而其零部件易出現 疲勞裂紋甚至斷裂現象。這就要求其在結構設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構形式，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，并與轉向裝置的有關 機件作關節式聯系，實施汽車的轉向。前橋是利用它的兩端通過主銷與轉向節連接，用以轉 向節的擺轉來實現汽車的方向。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

3、車輪定位，使轉向輪運動穩定，操縱輕便并減輕輪胎的磨損。前輪定位包括 主銷內傾，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，保證主銷和轉向輪有正確的定位角度保持不變。(4) 轉向節與主銷，轉向節與前橋之間的摩擦力應盡可能小，以保證轉向操作的輕便性， 并有足夠的耐磨性。(5) 轉向輪的擺振應盡可能小，以保證汽車的正常，穩定行使。(6) 前橋的質量應盡可能小，以減少非簧載質量，提高汽車行駛平順性。2、結構參數選擇CJ6590A型汽車總布置整車參數見表1：表1汽車總質量Ga(N)前軸軸載質量G1 (N)汽車質心至前軸中民線距離L1(mm)汽車質心至 后軸中心線 距離L2(mm)

4、軸距L(mm)汽車質心高度hg(mm)前鋼板彈簧座中心距B (mm)36422136221878112230001007760主銷中心距B，(mm)前輪距B1(mm)車輪滾動半 徑 r r(mm)主銷內傾角8主銷后傾角前輪外傾角a刖輪刖束(mm)132914803657.5111-32.1、從動橋結構形式本前橋采用非斷開式轉向從動橋。2.2、選擇前橋結構型式及參數(1) 前軸結構形式：圓管形斷面中部下沉前梁，兩端為拳式。(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

5、：單列向心球軸承2.3、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時的阻力矩，使轉向操縱輕便、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 算二、前橋強度計算1、前軸強度計算1、前軸強度計1.1、前軸受力簡圖1.1、前軸受力簡圖如圖1所示:1.2、前軸載荷1.2、前軸載荷計算計算1）緊急制動對后輪接地點取矩得取路面附著集數中=0.71）緊急制動汽車緊急制動時，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， 制動時前軸軸載質量重新分配分配條數m1=平 +1=1.628L2m G垂直

6、反作用力：Z1廣Z1=*=11090N 橫向反作用力：Xii=X 寸中=7763N2）側滑2）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）確定側向滑移附著條數：GV 2在側滑的臨界狀態，橫向反作用力等于離心力F離，并達到最大值F離二-R ,Ymax=Gq，,為保證不橫向翻車，須使 V沖v則有： 渺JB，所以中B，得到 滑 翻 2hg2hg1700 =0.726，取=0.72x1170（2）對車輪接地點取矩垂直反作用力：G八2hg中、Z =*（1 + ）=13299N1i 2 B1G2hg 中Z1r=苛(1-一Bp)=323Q6N橫向反作用力Yn = G1(1 +

7、 2 應=9309N112 B1Y1r = 1(1 - 2hg )中 =226N2B13）越過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。3）越過不平路面載貨汽車取動載荷條數5 =2.0載荷計算結果列表，如下表2：載荷計算結果列表表2單位NZ1緊急制動X1Z1l側滑Z1rY1lY1r越過不平路面Z1z1.3、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側，屬于前軸中部最弱部位。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斷面位于鋼板彈簧座外側

8、附近，此斷面內就彎矩最大，而扭矩最??；m-m斷面處的彎矩，扭矩均較大；w-w斷面位于梁端，此斷面內扭矩最大，而彎矩最??；各斷面示意圖如圖1各斷面的計算參數如下表3表3參數 車型、L1L2L3L4h1h2h3h4CJ6590各斷面彎扭矩計算如下1）緊急制動1）緊急制動垂直面內彎矩M，= ZI水平面內彎矩M = XI1 i上式中Li對應與I- I、II-II、m-m、W-W斷面分別帶入L、L、L、L。12342）側滑3）越過不平路面彎扭矩計算結果鋼板彈簧外側扭矩m廣%（h）上式中h對應與I- I、II-II、m-m、W-W斷面分別帶入h、h、h、h。 i12342）側滑左側各斷面垂直面內彎矩M =

9、 Z l - Y （r - h ） 11l i 1l r i上式中L,氣帶入值與緊急制動時一致3）越過不平路面垂直面內彎矩M = Z：l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.mm、.、結果 工況I-Iii-nm-mW-W緊急制動MMMn側滑M 越不平路M4）斷面條數計算I-III-IIw-w在矩形短邊中點上的扭轉應力C =次max（5）應力計算a）計算公式1）汽車緊急制動時垂直面內彎曲應力。=水平面內彎曲應力?！倍铣蓱εまD應力:在矩形長邊中點上的扭轉應力T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。對于上翼b面長邊中點，其相當應力：d2）汽

10、車側滑時垂直面彎曲應力b =3）汽車越過不平路面時垂直面彎曲應力b=a）應力值計算結果列表單位： x 108 N / mm 2I-III-IIIII-IIIw-w緊急制動bbTmaxbd側滑b 越不平路b(6) CJ6590A前軸材料的許用應力材料：45調質硬度：HB230255。b(N/mm2): 786853許用應力： b合 Q = (0.6 0.7)bbT T = 0.7b2、轉向節強度計算作用力Z、X 11、Y1按表1-1取值2.1、截面系數計算取輪轂內軸承根部處指軸為計算斷面22、彎矩計算A緊急制動時B側滑時C超越不平路面時計算用參數CJ65902.3、應力計算A）緊急制動時B）側滑

11、時C）超越不平路面時彎矩、應力計算結果列表見表8表8功況Mb緊急制動側滑超越不平路2.4、轉向節的材料、許用應力及強度校核材料 CJ6590A 40MnB許用應力 b bj查 YB6-71： g b = 980N / mm2b = （0.65 - 0.75）b Sb3、主銷強度計算3.1、主銷作用力計算簡圖如圖6W7如圖6主銷作用力計算簡圖主銷受力計算參數見表9表9參數車行abcefl11nrDhHCJ6590A59662242429975.51293603652537403.2、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、X 1、Y1按表1取值B) 汽車緊

12、急制動時 力彳在主銷的支承反力和S；。主銷受到X 1和u的作用，力u由下式求得：V-力X 在王銷的兩個支承上反作用力S2和S2一一力 U在王銷的兩個支承上反作用力S3和$3一一由制動力矩X,的作用，在主銷的兩個支撐上產生反作用力 4和、4作用在主銷上端的合力(圖14)S = J(S -S )2 + (S -S )2 = 19060. 333NX、1324作用在主銷下端的合力(圖14)SX =(S + S3 )2 + (S2 + S4 )2 = 27748. 087C) 汽車側滑時左主銷上支承的反作用力左主銷下支承的反作用力右主銷上支承的反作用力右主銷下支承的反作用力D) 汽車越過不平路面時動載

13、荷在主銷上、下支承上產生的作用反力s和S。33 53.3、彎計在緊急制動和側滑時，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M = S h = 10266792.22NmmB）汽車側滑時M = S下 h = 871110 . 684 N.mmC）汽車越過不平路面時M = S h = 304424.456 N.mm（5）抗彎斷面系數、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W =主=1533.98 mm3 32B）主銷剪切面積F = D 2 = 490. 874 mm2 4D）主銷襯套擠壓

14、面積F = D H = 1000 mm2D:主銷外徑3.4應力計算分別計算個工況下的彎曲應力、剪切應力、擠壓應力見表10。表10彎曲應力剪切應力擠壓應力緊急制動時M b =WST = FS b = cF側滑時M b =W.=S下 Fb = S下 c F越過不平路面時Mb =WS t = 1FS b = 1 cF公式編號686970載荷、彎矩、應力計算結果列表見表11： 88表11主銷受力單位：N M單位：mm2 其余量單位：N/mm2主銷受力Mbtb緊急制動-側滑S上S下越過不平路面3.5、主銷材料及許用應力CJ6590:許用應力b b = 833N/mm2t t = 83.3N/mm2b g

15、 = 49.0N / mm2按力X廣 %作靜載荷計算時，b c 15N/mm2三結論根據各應力計算結果，說明該汽車前橋滿足強度要求及設計要求。四參考文獻:1、汽車設計劉惟信2001.7清華大學出版社2、汽車車橋設計劉惟信2004.4清華大學出版社3、CA1080,NJ130,BJ130前橋總成圖，零件圖。4、汽車設計郭學訊，鄧亞東2005.8人民交通出版社5、汽車設計吉林工業大學出版社王望予2004.5機械工業出版社6、汽車構造吉林大學汽車工程系陳家瑞2006.5人民交通出版社設計日志：6 /17認真閱讀前橋設計指導書，明確設計任務與要求，并對重要的地方進行標注 和詳細分析。對不對的地方認真思考，并請教老師和同學。6/18根據設計指導書和網上資料進行設計說明書，做了幾乎一整天，累了晚上看 電影。6/19早上起來玩了下游戲，然后繼續做課程說明書。6/20三天的奮斗終于完成了說明書粗稿，晚上開始畫圖工作。6/21早上完成了總裝圖的主視圖，中午和下午繼續工作，終于用一天和一晚上的時 間終于搞定了總裝圖，任務終于有所減緩。就剩下一張零件圖，零件圖準備用電腦 畫圖，用CAD慢慢搞定它。6/22用一天的時間把零件圖也弄好啦。6/23上午仔細檢查設計說明書、零件圖和總裝圖，下午復習大學生就業指導考試。6/24中午考試，晚上回來完成課程設計的裝訂。16