电动的四轮叉车的转向桥总成设计

1、三 江 学 院本科毕业设计（论文）题 目 四轮电动叉车的转向桥总成设计 高 职 院 （系） 机械设计制造及其自动化专业学生姓名 骆 俊 学号 G115152022 指导教师 徐 伟 职称 实验师 指导教师工作单位 机械工程学院 起讫日期 2014.12.8-2015.4.12 摘 要 本次毕业设计的题目是四轮电动叉车的转向桥总成设计，本次设计时为了配合专业课的教学红做二进行的，这是对叉车转向桥的设计的一次实践和学习的机会。 通过此次毕业设计，要求我们毕业生对叉车的转向桥的设计、制造和技术要求等都要有一定的了解和掌握。本设计书采用行业新标准和我国法定计量单位，符合工程设计要求。本设计书编写时引用

2、了教材叉车构造与设计（修订版，陶元芳 卫良宝 太原科技大学出版社 2008.9）关键字：叉车转向系统，设计，制造，技术要求。 ABSTACT The topic of graduation design is the steering system of a circle type 3 ton forklift. The design is in line with the teaching of specialized courses conducted, which provides a good practice and learning opportunity for the stee

3、ring system design of forklift. Through this graduation of forklift, the process of manufacturing craft process,technical requirements etc ,in some extent. This designsheets adopt new professional standards and our country legal unit fi measurement,matching the engineering design. This designsheets

4、quote from the textbook the structure and design of forklift(revised version, staff room of hoisting machinery,Tao yuanfang,Wei liangbao,the university of science and technology,Septembe.2008)Keywords: the steering system of forklift ,design ,manufacturing, technology requirements. 目 录第一章 绪 论1 1.2 叉

5、车简介1 1.2.1叉车的分类1 1.2.2叉车发展情况2 国外的发展状况2 叉车在国内的发展2 1.2.3未来叉车的发展趋势3 1.2.4叉车的特点及用途4 1.3 本课题研究的内容与目的4第二章 叉车转向桥的设计6 2.1转向桥的结构简介6 2.1.1转向桥的组成6 2.2转向桥的设计方案8 2.2.1确定基本结构8 2.2.2主要零件的材料选择9 2.3转向桥体设计10 2.3.1桥体材料及型式10 2.3.2转向桥分析及数据计算11总结13致谢14参考文献15附录15三江学院2015届本科毕业生毕业设计（论文）第一章 绪 论1.2 叉车简介1.2.1叉车的分类叉车可以根据动力不同可分为

6、内燃叉车，功率分电动叉车，手动叉车；可根据叉车的特点和功能划分，达到车和叉车货叉侧是这三的三种基本类型是常见的类型；按支持可以分为三个支点，支点叉车和四种类型。本文研究是2.5T电动三轮平衡重叉车。平衡重式叉车是最常见的，数量最大和用途最广的一种叉车。它的工作装置的伸缩式门架和使它可以发生摆动升降液压系统组成的摆动叉。后者是由泵，液压阀，气缸，和他们接触的工作，形成一个循环管组成，等。工作装置位于前轴，重量和平衡平衡叉上的重型车辆的荷载来确保当它工作在满负荷不落。货叉是基本的提取方法。为适应不同的目标受众和提高效率，而且可以容纳其他附属物（即取物装置）。三轮电动叉车以其小巧灵活，在国内外广受好

7、评。因为，作为汽车电源系列卡车，无污染，噪音低，操作方便；因为是三点支持的结构，它可以实现转向的程度，转弯半径小，适用于狭窄的通道或工作物质转移空间小的地方，广泛应用于不同的地方。 图1叉 车1.2.2叉车发展情况国外的发展状况英国克拉克公司1932年向市场提供第一台叉车起，第二次世界大战期间，叉车开始应用于装卸作业。在这4O多年当中有很多国家，在生产一般叉车的同时又相继生产重型叉车(一般指额定起重量2O吨以上)和小型叉车。如英NLncerBoss公司生产了世界上最大额定起重量为59吨的内燃平衡式重叉车，并已投入正常使用。日本小松叉车公司最近投放市场的被称为微型叉车的起重量为025吨的蓄电池叉

8、车，自重仅550公斤。因此，大、小型叉车的品种、结构和使用性能都在不断地发展和提高，使用范围也有了扩大。叉车的起升速度是提高装卸效率的主要参数，国外中、小型内燃叉车起升速度高达每分钟40米，比60年代的增长一倍。 叉车在国内的发展中国叉车工业，自从1958年大连叉车总厂生产了第一台仿苏叉车后，叉车的生产历史已经有50多年了，曾经生产过叉车的企业约100多家，目前生产的叉车起重量在0.5t-45t之间，产品品种达1000多种。目前，中国工程机械工业协会公布了截止到2010年年底中国主要工程机械产品的拥有量。经过半年的调查研究结果显示：国内叉车的拥有量有400000台目前叉车全行业生产的产品超过6

9、0个企业（包括个人独资，合资企业）。根据小企业的划分，内燃叉车的主要生产商有35家；属于电动叉车制造商有12家；轻小型运输车辆生产企业有1400多家。八十年代，是中国叉车行业十年的快速发展，其发展状况表现出以下特点：第一，八十年代初起重量大吨位发展。，国内生产5吨以上叉车的厂家只有大连，宝鸡、北京、湖南等因五个生产厂，三四个规格，最大起重量不超过25吨。二、采用系夕jJ设计的思想，增加与完善叉车的品种, 这种系列设计的先进设计思想，迅速被整个行业所接受。三、蓄电池叉车生产厂家增加较多。七十年代末，生产蓄电池叉车的厂家只有抚顺、沈阳、上海等几个生产厂，但目前日发展到三十多个厂家，如内蒙、四川、云

10、南、海南也相继建立的蓄电池叉车生产厂，这对改善我国蓄电池叉车的工业布局，、起了极的作用。前几年，国内每年包括进口叉车大约销售在2.5万台，2t- 4 t级的叉车占全部的80，其中3t叉车又占2t-4t级的60%以上。大吨位叉车、仓储叉车(堆垛机、前移式叉车、插腿式叉车)是我国叉车的短处。目前，大吨位叉车的80%依赖进口。长期以来，我国叉车市场内燃叉车的比例一直保持着80%的大基数，而更加环保的全电动叉车却只有仅仅20%，与欧洲市场的70%相去甚远，甚至是比全球市场的50%还要低，都有巨大的差距。而且国内的内燃叉车有以国产品牌为主，技术含量低，价格低。在欧洲，自2007年开始，叉车就开始强制执行

11、欧洲第三阶段排放标准，而在中国，第二阶段排放在2010年10月才执行，第三阶段标准的执行更是遥遥无期。因此，即使人们的节能减排意识在逐渐加强，但市场首先要需要经历从内燃叉车主导到电动叉车主导，再到新能源叉车的一个更迭过程，这是一个循序渐进的过程，不可能一蹴而就。考虑到中国目前的市场状况，与西方发达国家相比，还有较大差距。中国整体产业链升级，提高附加值和盈利，金融危机的影响消除，以及有关新能源叉车的国家相关政策的出台，都还需时间，新能源叉车的前景光明，有很大的发展空间。1.2.3未来叉车的发展趋势目前由于能源和环保问题是困扰着当今世界发展的两大难题，近几年，随着国际石油价格的大幅攀升以及京都议定

12、书的生效，使得新能源发展愈加成为国际能源领域的热点，各国都已经将其提升到国家发展的战略高度，新能源的发展已经成为迫在眉睫的问题。 随着科学技术的进步，市场经济的发展，物流设备在经济发展中的地位和作用也越来越明显，叉车普及率也越来越高，叉车制造业之间的竞争也逾显激烈。企业只有不断的进行技术创新及探索，才有可能在激烈的市场竞争中立于不败之地，也只有不断地寻求未来叉车的发展趋势、适时地将产品推向市场，接受市场的考险，并不断的进行改进，才能使企业不断的发展壮大6总之，未来叉车的发展趋势具有以下特点：1重视人体工程学。为了提高操纵舒适性研究表明：驾驶室的布置紧凑的内墙将有助于提高驾驶的舒适性。如果所有的

13、控件可以根据人机工程学布置，就能使驾驶员操作更舒适，更专心工作，从而提高生产效率。在2O00年汉诺威物流展览会上，国际上各大公司竞相展示其未来型概念叉车。这些叉车虽然还只是样机模型，还未正式用于商业生产，但却为未来叉车的设计指明了方向。2绿色环保成为叉车工业追求的目标，叉车分内燃叉车和电动叉车。内燃叉车以发动机为动力，其优点为其功率强劲、适用范围广；缺点是排放和噪声污染较大，对人类健康危害较大。随着人们环保意识的增强以及环保法规的出台，污染小、噪声小的叉车必然受到追捧。电动叉车以其零排放、噪声小必将成为首选的对象；天然气、液化石油气等燃料势必叉车也将会得到更进一步的发展。3更强调叉车的安全性随

14、着国际化进程的进一步加快，工业企业除了不断改进产品质量、提高产品的舒适性等性能外，对产品的安全性也越来越重视。产品的安全性已经成为企业迈向国际市场的一道门槛7。最近几年电动车辆由于噪声销、无污染，产销量呈逐步上升趋势，从产品的品种到产品的形式、制造工程设整个叉车行业发生了几乎翻天覆地的变化。1.2.4叉车的特点及用途叉车是一种以货叉为主要取物工具，依靠液压起升机构实现对货物托取和升降，由轮胎行走机构实现货物水平搬运的装卸车辆。它主要用来对各种件物进行装卸、堆垛、拆垛和短距离搬运。叉车的类型和大小的变化，提取工具（附件）多工作范围广泛而灵活，因而得到广泛应用。从而各国的大规模生产，是世界上一种保

15、有量最大的装卸机械。它也是各个港口和仓库的常用搬运车辆。叉车由于结构紧凑、尺寸小、重量轻、轮胎式无轨行走、机动性好，因此广泛应用于港口的仓库、货场、货仓内进行堆码、拆垛作业，大大提高了仓库容积的利用率、货场面积利用率和货舱填充率。小型叉车还可到铁路车厢内进行装车、卸车，到集装箱内进行装箱拆箱。叉车还对载货汽车、挂车、半挂车等进行装车或卸车作业，还可在码头前沿和库场之间进行短距离的货物转运作业。专用的叉车还可以队船舶进行滚上滚下装卸作业。叉车按用途分为通用叉车和专用叉车。通用叉车是大批量生产的、在各个部分和场所普遍使用的叉车；专用叉车是专门用来装卸某种货物的叉车或专用于特殊场合的叉车。港口的专用

16、叉车有集装箱叉车、集装箱内作业叉车和滚上滚下叉车。1.3 本课题研究的内容与目的车辆转向系统的是用来对转向车轮或铰接车架的方位(正中位置或左、右偏转位置)和偏转角度实行操纵控制的全套机构，它保证驾驶员对车辆行驶方向的控制。驾驶员可以根据作业的需要、行驶的条件和环境，或者保持车辆平稳地直线行驶，或者灵活地改变行驶方向和曲线行驶。 叉车良好的转向操纵性能是保证叉车安全作业、减轻驾驶员疲劳、提高工作效率的重要因素。为此，对转向系统提出如下要求： 1操纵轻便灵活 操纵转向盘的力应小，转向盘的转角也不能太大，由中间位置朝一个方向的最大转角小能超过2.5转。转向操纵消耗的能量较大时应采用动力转向系统。路面

17、对转向轮的冲击应较少地传到转向盘上来，使驾驶员不致于过分紧张和疲劳。 2工作稳定可靠 转向系统零件承受路面对转向轮的变化冲击载荷，应保证机构和零件有足够的强度及寿命。系统中的间隙或转向盘的自由行程应较小，以保证车辆直线行驶的稳定性(避免蛇行现象)和转向操纵的灵敏性。对动力转向系统，应考虑控制系统的稳定性，避免系统的振动；还应考虑因发动机或油泵等发生故障而动力转向失效时，由人力应急转向的措施。 3保证转向轮正确的运动规律为了提高车辆的机动性，应使转向轮有较大的偏转角，同时应使左右车轮的偏转角基本符合的关系，以保证转向车轮在路面上作滚动运动，避免滑动，减小曲线行驶阻力和减少轮胎磨损。 车辆的转向操

18、纵性能不完全取决于转向系统，它还与行走支承系统有关。例如在转向桥上采取主销内倾等构造措施，可使转向轮受到自动回正力矩作用，有利于提高直线行驶的稳定性；另外，轮胎的径向和侧向刚性对车辆的转向操纵性也有影响。但是，转向系统对车辆转向操纵性和机动性是最主要的决定因素。本课题研究的内容是四轮叉车的转向桥总成设计，目的在于掌握这种机械设备的总体框架与结构，了解当今的发展现状与趋势，并且自己也能设计该转向桥的总体方案，它一定是要符合强度要求的。进一步的讲，通过此次毕业设计，自己所取得的不仅仅是这方面的知识，而且是这其中的学习方法和自学能力，这是对于即将步入社会的我是相当宝贵的经验，我会把握这次机会，尽力完

19、成课题。第二章 叉车转向桥的设计2.1转向桥的结构简介转向桥包括桥体、转向节和主销。转向杆系安装在转向桥体上，通过转向节和转向轮相联。转向桥和车体相接，和驱动桥一起支承整台叉车。转向桥除承受垂直力外，还承受着由车体传来的纵向力和轮子转向产生的侧向力，并将它们传给转向轮。转向桥总成如图2所示： 图2 转向桥实物2.1.1转向桥的组成(1) 转向桥体转向桥体为工字形截面的实心梁，它是铸铁焊接成型。焊接桥体重量轻，工艺简单。我们设计的转向桥体与转向节连接方式采用叉形结构，这是便于转向梯形机构置于桥体中间。（图3位转向桥体） 图3 转向桥体（2） 转向节与主销 转向节与主销转向轮安装在转向节上。与转向

20、节做成一体的转向节臂与梯形机构的横拉杆相连。为了叉车直线行驶的稳定性和转向轻便，主销有内倾角，车轮有外倾角，它们均称为转向轮的定位角。主销有了内倾角后，转向节的轴线与主销孔的轴线不再互相垂直，给转向节的加工带来困难；但主销轴线与地面交点至车轮支承中心点的距离却由e1减小为e，从而减小了转向轮偏转的阻力矩，还可以减小不平路面对转向系的冲击负载。此外，还可使转向轮有自动回正作用，易于保持叉车直线行驶，减少蛇行现象。这是因为主销内倾角使车在直线行驶时，其重心处于最低位置，为稳定平衡状态。一旦转向轮偏转，叉车重心就随之升高，存贮一定量的势能，叉车处于不稳定平衡状态，这个势能使叉车有回到稳定状态的趋势，

21、迫使转向轮偏向原来的作用。 图4 主销内倾角和车轮外倾角（3）转向轮转向轮总成由轮毂、转向轮总成、轴承、轮毂盖、U型密封圈、紧固件等组成，承受车体的重量和地面上的各种力。轮毂用两个圆锥滚子轴承及紧固件等装在转向节上，轴承内侧装有油封，用来密封轮毂和转向节腔内的润滑脂，轴承的游隙通过调整螺母进行调节。图5 转向轮2.2转向桥的设计方案2.2.1确定基本结构本文中转向桥的机构采用六连杆机构，但实质是对称的四连杆机构.目前这种设计方案在现代的叉车转向桥设计中是比较成熟的，是在六连杆机构基础上对其进行优化，使其具有最小的转弯半径，并且运动部件较少，结构紧凑，容易保养。（如图6） 图6机构简图 自由度计

22、算：P=3N-2P-H=33-24=1计算结果符合，所以结构与设计要求有一个原动件相符合。采用类比的方法，根据相关的资料和一些成熟的设计方案，对其进行参考先假定出各杆件的长度（详情见上图）根据计算：405+100296+115又可知四杆机构的最短杆与最长杆长度之和大于其余两边之和，所以他没有整转副，是双摇杆机构。符合转向的要求。2.2.2主要零件的材料选择（1）转向节：（40Cr）20Cr用于要求中心部强度较高，承受磨损，尺寸较大的渗碳零件，如齿轮，齿轮轴，蜗杆，凸轮，活塞销等；也用于速度较大受中等冲击的调质零件，渗碳淬火后硬度达到HRC56-62 。40Cr在交变载荷，速度中等，中等负荷，强

23、磨损的工作环境下没有很大的影响，适合用于如齿轮，轴的重要性，曲轴，连杆，螺栓，螺母等零件，要求对于直径大于400mm，和其他低冲击韧性的轴和齿轮等，表面淬火后硬度达到HRC48-55其中，调质后的40Cr处理后，具有良好的机械性能，低温冲击韧性和低的缺口敏感性，好急冷头，较高的疲劳强度，弯冷塑性中等，正火或调质已后的切削性能高，才来来源便宜。所以转向节选择40Cr。(2)桥体：（Q390）Q390屈服点s390MPa，抗拉强度b490650Mpa，纵向冲击功27J，其主要应用于金属结构件，心部强度要求不高的渗碳或氰化零件。而桥体主要是焊接而成，故采用Q390为桥体的材料。（3） 轮毂 （45钢

24、）45钢的抗拉强度b600Mpa，屈服强度s355Mpa，冲击功39J常用中碳调质结构钢。45钢的冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和切削加工性，经合适的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源容易。所以轮毂选用45钢。（4） 拉杆(45钢)45钢的抗拉强度b600Mpa，屈服强度s355Mpa，冲击功39J常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。45钢调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的

25、杆类零件、紧固件、传动齿轮及轴类等。所以拉杆选择用45钢。（5） 主销（40cr）40Cr在交变载荷，速度中等，中等负荷，强磨损的工作环境下没有很大的影响，适合用于如齿轮，轴的重要性，曲轴，连杆，螺栓，螺母等零件，要求对于直径大于400mm，和其他低冲击韧性的轴和齿轮等，表面淬火hrc48-55其中，调质后的40Cr处理后，具有良好的机械性能，低温冲击韧性和低的缺口敏感性，好急冷头，较高的疲劳强度，弯冷塑性中等，正火或调质已后的切削性能高，才来来源便宜。所以主销选择40Cr。2.3转向桥体设计2.3.1桥体材料及型式转向桥由转向桥体、两个转向节和两个主销组成。转向桥体通常是一根工字形截面的变截

26、面梁，它可以是模锻件、铸钢件或者钢板焊接件。焊接的梁截面高，重量轻，工艺方便，可将转向梯形结构放在腹板处。本转向系统采用钢板焊接件作为转向桥体。转向桥梁两端与转向节的连接结构，通常有拳形和叉形两种型式，随转向桥梁的制造工艺而定，钢板焊接的转向桥梁两端多用叉形。铰接在转向桥梁两端的转向节，其构造必须与梁端结构相适配，梁端为叉形时转向节端用拳形。主销用来将转向节与转向桥梁铰接，它通常与拳形固定，叉形件上下两耳的销孔内压入青铜衬套，衬套上有润滑油槽，作为主销的滑动轴承，两者可相对偏转。转向轮轮毂通过两个圆锥滚动轴承支承在转向节的轴颈上。车轮垂直反向力通过转向节与转向桥梁间的推力轴承传给转向桥梁；路面

27、给车轮的水平力及力矩，通过转向节及主销上下两端的滑动轴承传给转向桥梁。通过查阅机械手册和工程材料相关书籍，确定转向桥体所使用的材料为Q390钢，屈服点390MPa，抗拉强度490-650MPa。在正火状态下使用，焊接性能良好，推荐使用温度-20-520C。由于采用全液压转向装置和鉴于叉车行驶速度低等特点，将主销内倾角设置为0，从而使加工简单，成本降低便于批量生产。主销的尺寸经过多次筛选，最终确定直径20mm。主销和转向桥体之间通过滚动轴承连接，可以相对转动。主销和转向节直接用定位销固定，不能相对转动。转向桥与转向节之间加推力球轴承。转向桥体两端加端盖密封。最终确定桥体的外形尺寸，使用caxa2

28、013绘制二维图（如图7）图7 转向桥外形2.3.2转向桥分析及数据计算1.由于转向轮上不装制动器，因此可以忽略车轮切向力，至考虑垂直力和因侧滑引起的横向力。转向桥可按一下两种工况选取计算载荷。1）最大垂直力工况空车运行通过不平路面时引起的动载荷使垂直反力达到最大值。其值与道路不平度、轮胎弹性及行驶速度等有关，表达式为： 式中：动载系数，可取=2.5；空载时转向桥的静负载。2） 最大侧向力工况叉车空载时转向行驶，在离心力作用下，车轮处于临界侧滑状态，这时侧向力达到最大值为： 式中：侧滑附着系数；取=0.8-1.0； 一个车轮上的垂直反力。车轮轮胎在转向是受到的磨损也应该在此验证范围之内，但是由

29、于轮胎设计厂家对可靠度的选择一直很高，所以一般不会在轮胎处出现问题。2.叉车所受的最大等效应力远小于桥体材料的屈服强度，较大应力集中在焊接处，Z向最大变形发生在轴套附近。轮毂处的滚动轴承按照GB/T297-1994标准选择：轴承1：d=40mm，D=68mm，T=22mm，B=22mm，轴承2：d=25mm，D=52mm，T=B=22mm。轴承强度校核:锥滚动轴承，单排无组合，静态载荷DIN ISO 76/281 计算径向载荷轴向载荷接触角fo因子=0.00径向载荷系数Xo=0.50轴向载荷系数Yo=0.82静态载荷率Co=57607.58N静态安全系数fs=14.40由此可得，所选择的轴承符

30、合要求。结束语本次设计在指导老师和本人的共同努力下顺利的完成了，本次设计主要完成四轮电动叉车转向系统的设计。从开始到结束可谓是困难多多，但同时也有了很大的收获，给我一次真实的设计演练，为以后的工作做好准备。本次的设计项目主要包括以下几下方面的内容：资料的收集、方案的选择、转向系统的设计、运行机构各部件的选择和图纸的绘制在本次毕业设计之前，我已经学过机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械系统设计等课程，基本上掌握一般机器零部件的设计方法；四轮电动叉车，三点式叉车等的构造型式、工作原理和机构计算等也有了初步的了解。特别是叉车的液压转向系统的设计让我很感兴趣，在其中遇到一些难题，但在老师的指导

31、下我都基本能够弄懂。本次毕业设计综合运用机械制图、计算机造型、力学知识、互换性原理、热处理、机械加工工艺等基础理论知识，对叉车的主要部分进行设计，达到了学习设计方法，熟悉零件的工艺性、机器装配和安全技术方面的知识，培养分析问题和解决问题的能力的目的。同时，在设计的过程当中，也发现自己知识的空缺以及经验的严重不足，（如公差配合、表面粗糙度等）这些将在以后的工作中不断学习、不断进步。这需要一个更大的质和量地再学习过程。本毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。但是毕业设计

32、也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学两年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国现代化建设添上自己的微薄之力。致 谢转眼间已经到了毕业设计的尾声，这就意味着我们即将离开我们生活学习了两年的校园，有些不舍，有些激动，更多是一些美好的回忆。近四个月的毕业设计在指导教师和小组成员的共同努力下圆满的完成了，我在这里向所有帮助过我的人表示衷心的感谢。由于是第一次真正独立的完成一项设计工作，开始的时候有点无从下手，不知道从哪开始。我的指导教师徐伟老师给我们很大的帮助，包括资料的收集，开题报告的撰写，英文翻译的批改和图纸的绘制，都是在徐老师的帮助下才得以顺利进行的。每周两次的见面徐老师都会了解我们的工作进度，在帮我们解决设计问题的同时，并一在督促我们要把握