货车转向桥设计-毕业设计开题报告.doc

机械工程学院 毕业设计（论文）开题报告 毕业设计（论文）题目： 货车转向桥设计 学 生 姓 名： 李宁 指导教师姓名： 张晓东 吴飞龙 专 业： 车辆工程 2015年 4 月 5 日1.课题名称货车转向桥设计2. 课题研究背景转向系统发的发展历史 回顾汽车前桥的发展历史。100多年前，汽车刚刚诞生初期，其转向操纵是仿照马车和自行车的转向方式，即用一个操纵杆或手柄来使前轮偏转，以实现转向。由于操纵费力且不可靠，导致时常发生车毁人亡的事故。第一辆不用马匹来拉的四轮车面世时，它已经把前桥和前轮组成了一个总成。该总成安装在枢轴上，可以绕前桥中心的一个点转动，利用一个杆柱，连接前桥的中点，通过地板注上延伸，方向盘就紧固在杆柱上端，以此操纵汽车。这种装置在汽车车速不超过马车的速度时，还是很好使用的，但当车速提高后，驾驶员就要求提高转向的准确性，以减少轮胎的磨损，提高轮胎的使用寿命。1817年，德国人林肯斯潘杰提出类似于现代汽车、将前轮用转向节与前梁连接的方式(即改进转向器的想法)。他研制了一种允许汽车前轮在主轴上独立回转的结构，这就是把车轮与转向节连接起来，转向节又用可转动的销轴与前轴连接，从而发明了现代转向梯形机构，并在第二年将在英国获得的专利权转让给出版商，即英籍德国人阿克曼。阿克曼向英国专利局申请“平行连杆式转向机构”专利。现在人们常将转向梯形的特性关系式cotcotBL称为阿克曼公式。林肯斯潘杰原理被年轻的汽车工业所采用，但可怜的他并未得到过任何荣誉。而鲁道尔夫阿克曼是一个书商和出版商，他根本不知道什么叫转向节，是一个与汽车毫不相干的人。林肯斯潘杰把他在英国威尔士的发明权给了他，因而阿克曼就成了名。另外一个为发展现代转向器做出重大贡献而从未获得过任何荣誉的人是杰特，他是法国四轮马车的制造商。1878年，他发明了第一个平行四边形转向联动机构，但他当时没有称它为这个名称。杰特的转向机构，可以把转向中心点移向两侧，他把一根杆子与带有两个连接臂的转向节相连。今日称此杆子为横拉杆，而把这两个连接块称为转向臂和随动臂。杰特把转向往的一端与转向臂连接，当转动转向柱时，通过转向臂和从动臂、横拉杆和车轮轴就可以转动车轮。1857年，英国的达吉思蒸汽汽车是第一次采用方向盘的机动车辆。1872年苏格兰的查理士鲁道夫第一个把方向盘装到煤气发动机车辆上。从前，想把方向盘装到车辆上的多次尝试均未得到认可。上世纪20年代中期，汽车生产者讨论了把驱动作用从后轮移到前轮是否更好些的问题。1934年3月24日，安德烈雪铁龙成功制造了一种新型的汽车，一款名叫7A的前驱动汽车问世。前轮驱动、无底盘的车身结构、通过扭杆实现单轮减振以及液压制动等等，这些都曾有人采用过的，但从未有人把这些集中在一辆汽车上，并且是成批生产的。受雪铁龙委托的安德烈勒费弗尔及其助手莫里斯圣蒂拉创造的这种汽车，其设计方案即使在70多年后的今天也没有过时。我国转向系统的发展 我国汽车在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大。 直到近年来，中国整体经济发展迅速，居民收入的持续增长以及扩大内需、拉动消费的财政政策，特别是在中国加入WTO以后，汽车关税不断下调，国外知名的汽车巨头也瞄准了中国这个巨大的市场，陆续在华投资设厂，越来越多款式新颖、乘坐舒适安全的汽车随之进入中国市场，加速了轿车进入家庭的步伐。中国人被压抑以久的购买热情得以释放，汽车市场出现井喷行情，业界普遍认为2003年是中国汽车正式进入家庭的元年。这两年来我国汽车的销量，特别是轿车的销量取得了大幅增长，有些产品如雅阁、波罗等还供不应求，甚至有的还出现需要“加价”才能购买的情况。中国汽车市场火爆的局面也似乎预示着中国汽车工业迎来了真正发展的春天。随着我国交通运输业的迅速发展，汽车运输的承载重量和运行速度都在不断增加。于是人们对汽车的安全运行和舒适性也越来越重视，因而对汽车车桥的设计也提出了更高的要求。汽车工业作为我国重点发展的支柱产业，其前景非常广阔。而且我国的汽车车桥行业发展迅速，已经形成了一定的规模市场。中、轻型货车的转向桥设计在市场上已成为通用的成熟技术，也有非常完备的系列化、标准化的零件产品，短期内不会有较大的创新改革，重型货车由于其载重量的因素，需要更好的转向性能和更稳定的行驶能力，国内的许多厂家和研究机构将研究重点放在双前桥转向系统的开发。虽然目前我国汽车车桥技术与国外先进技术还有较大的差距，但是随着我国社会的发展，我国汽车车桥行业将会有更大的进步。3. 课题研究意义改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件的转向系统也得到了相应的发展，基本形成了专业化、系列化生产的局面。而作为汽车转向系的重要部件的转向桥，在汽车系统中占有重要地位，因而它的发展同时也反映了汽车工业的发展。而且随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大，为保证人身和车辆的安全，必须为汽车配备十分可靠的转向系统。本次设计通过查阅相关的资料，运用基础理和专业知识，采用传统方式对载重汽车转向桥进行结构尺寸设计，使转向桥满足如下设计要求：(1)保证有足够的强度,以保证可靠的承受车轮与车架之间的作用力；(2)保证足够的刚度，以使车轮定位参数不变；(3)保证车轮有正确的定位角度,以使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损；(4)从动桥的质量尽可能小，以减少非簧上质量,以提高汽车行驶平顺性；（5）转向节与主销、转向节与前梁之间的摩擦力应尽可能的小，以保证转向操作的轻便性，并有足够的耐磨性。合理优化前梁，转向节等零部件的结构，使各个部分零件能够合理的配合，以适应复杂路况。尽可能降低整个桥身的质量，从而减轻车的重量，并且对车轮轮毂进行配合设计，使其与转向桥合理配合，达到灵活转向的目的。4.文献查阅概况一般载货汽车采用前置发动机后桥驱动的布置形式，故其前桥为转向从动桥。从动桥通过悬架与车架相联，两侧安装着从动车轮，用以在车架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，从动桥分为转向桥与非转向桥。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。根据从动桥按与其匹配的悬架结构的不同，也可分为非断开式与断开式两种。断开式前桥与独立悬架相配合，结构比较复杂但性能比较好，多用于轿车等以载人为主的高级车辆。非断开式又称整体式，它与非独立悬架配合。它的结构简单，承载能力大，这种形式在现在汽车上得到广泛应用。因此本次设计就采用了非断开式从动桥。非断开式转向从动桥的主要零件有前梁，转向节，主销，注销上下轴承及转向节衬套，转向节推力轴承，轮毂等。（1）前梁作为主要零件的前梁是用中碳钢或中碳合金钢的，其两端各有一呈拳形的加粗部分为安装主销的前梁拳部；为提高其抗弯强度，其较长的中间部分采用工字形断面并相对两端向下偏移一定距离，以降低发动机从而降低传动系的安装位置以及传动轴万向节的夹角。为提高其抗扭强度，两端与拳部相接的部分采用方形断面，而靠近两端使拳部与中间部分相联接的向下弯曲部分则采用两种断面逐渐过渡的形状。中间部分的两侧还要锻造出钢板弹簧支座的加宽文承面。而本次设计所采用转向从动桥，其采用无缝钢管的热挤压整体式成型（两端是锻模）。这种设计结构简单，大大减少了从动转向桥的质量，提高了汽车的行驶平顺性，挠度最小化，抗扭强度提高,而且运行成本更低，有效载荷增加，使用寿命延长。（2）转向节 转向节是一个叉形部件，上下两叉制有同轴销孔，通过主销与前梁拳部相连，使前轮可以绕主销偏转一定角度而使汽车转向。转向节用中碳合金钢模级成整体式结构。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。有的将转向梯形臂与节臂连成一体安装在转向节的下耳处以简化结构。制动底板禁锢在转向节的突缘面上。为减小磨损，转向节销孔内设计时压入青铜衬套，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。为使转向轻便，在转向节和前梁拳部设有圆锥推力滚子轴承，在转向节上耳处与前梁拳部之间装有垫片以调整其间隙，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。（3）整体式转向梯形整体式转向梯形是由转向横拉杆l，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图1-1所示。其中梯形臂呈收缩状向后延伸。这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧转向轮。图1-1整体式转向梯形1转向横拉杆 2转向梯形臂 3前轴。 当汽车前悬架采用非独立悬架时，应当采用整体式转向梯形。整体式转向梯形的横拉杆可位于前轴后或前轴前(称为前置梯形)。对于发动机位置低或前轮驱动汽车，常采用前置梯形。前置梯形的梯形臂必须向前外侧方向延伸，因而会与车轮或制动底板发生干涉，所以在布置上有困难。为了保护横拉杆免遭路面不平物的损伤，横拉杆的位置应尽可能布置得高些，至少不低于前轴高度。 （4）断开式转向梯形 转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形方案之一如图1-2断开式转向梯形的主要优点是它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；与整体式转向梯形比较，由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。（5）主销主销是传统汽车上转向轮转向时的回转中心，是一根较粗的销轴。他是影响整车性能的重要零部件。它将转向节和前梁铰接在一起，以实现车轮的转动。主销上有止动槽，锁栓通过止动槽将主销固定在前轴的主销孔内，使其不能转动也不能轴向移动。主销的几种结构型式如图2-1所示，本次设计用(a)。 （a） (b) (c) (d)图1-2主销结构形式（a） 圆柱实心型 (b) 圆柱空心型 (c) 上，下端为直径不等的圆柱，中间为锥体的主销 (d)下部圆柱比上部细的主销 本次设计采用（a）型主销，（6）轮毂 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，轴承的松紧度可通过调整螺母进行调整。轮毂外端用冲压的金属外罩罩住。轮毂内侧有油封，以防润滑油进入制动器。轮胎螺栓采用止口定位，规格为M22*1.5，数量为10个。（7）前轮定位为了保持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而内都有一定倾角。在纵向平面内，主销上部向后倾斜一个角，称为主销后倾角，一般在3以内。在横向平面内，主销上部向内倾斜一个角，称为主销内倾角一般为58。前轮定位除主销后倾角、主销内倾角外，还包括车轮外倾角及前束，总共四个参数。车轮外倾指转向轮在安装时，其轮胎中心平面不是垂直于地面，而是向外倾斜一个角度，称为车轮外倾角。此角约为0.51.5,一般为1左右。它可以避免汽车重载时车轮产生内倾，同时也与拱形路面相适应，并且使转向轻便，改善了制动时的方向稳定性。前束的作用是为了消除汽车在行驶中因车轮外倾导致的车轮前端向外张开的不利影响，为此在车轮安装时，可使汽车两前轮的中心平面不平行，且左右轮前面轮缘见得距离A小于后面轮缘间的距离B，以使车轮在每一瞬时的滚动方向是向着正前方。前束即（A-B），一般汽车约为35。（8）转向车轮的摆振在汽车的设计、制造、装配调整和使用中必须注意防止可能引起的转向车轮的摆振，它是指汽车行驶时转向轮绕主销不断摆动的现象，它将破坏汽车的正常行驶。在设计中提高转向器总成与转向拉杆系统的刚度及悬架的纵向刚度，提高轮胎的侧向刚度，在转向拉杆系中设置横向减震器以增加阻尼等，都是控制前轮摆振发生的一些有效措施。转向系统的主要功能是控制车辆的行驶方向，其性能优劣直接关系到车辆行驶安全，作业效率和驾驶员的劳动强度。因此在进行设计的时候要选择合理的方案，在保证各零部件强度和刚度的情况下，采用最优的布置，使汽车具有较好的转向灵敏性，降低驾驶员的疲劳度。参考文献1竺延年，最新车桥、制造、质量检测及国内外标准实用手册竺延年 中国知识出版社出版，2005.2刘惟信 ，汽车设计 清华大学出版社出版，2001.3申晋宪 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