汽车前桥设计说明书

1、一、前言前桥一般位于汽车的前部，也称转向桥或从动桥。前桥是汽车上一个重要的总成件，主要包括转向节、转向主销、前梁等零部件。前桥是通过悬架与车架相连，用以承受地面与车架之间的垂直载荷外，还承受制动力和侧向力以及这些力所构成的力矩，并保证转向轮作正确的运动。车桥通过悬架与车架连接，支撑着汽车大部分重量，并将车轮的牵引力或者制动力，以及侧向力经过悬架传给车架。在汽车使用中，转向桥的受力状况比较复杂，因此应具有足够的强度。为保证转向车轮的正确定位角度，使操纵轻便并减轻轮胎的磨耗，转向桥也应有足够的刚度。此外，还应尽量减轻转向桥的重量。总之，由于在汽车的行驶过程中，前桥所处的工作环境恶劣，工况复杂，其承

2、受的载荷也多为交变载荷，从而其零部件易出现疲劳裂纹甚至断裂现象。这就要求其在结构设计上必须有足够的强度、刚度和抗疲劳破坏的能前轴：是前桥的主要承重零部件，我公司有管式和锻打式两种结构形式，但主要以锻打式为主。  前桥承受汽车的前部重量，把汽车的前进推力从车架传给车轮，并与转向装置的有关机件作关节式联系，实施汽车的转向。前桥是利用它的两端通过主销与转向节连接，用以转向节的摆转来实现汽车的方向。1、使用性能要求为使汽车在行驶中具有较好的直线行驶能力，前桥应满足下列要求：(1) 足够的强度，以保证可靠的承受车轮与车架（或承载式车身）之间的作用力。(2)正确的车轮定位，使转向轮运动稳定，操纵

3、轻便并减轻轮胎的磨损。前轮定位包括主销内倾，主销后倾，前轮外倾和前轮前束。(3) 足够的刚度，使受力后变形要小，保证主销和转向轮有正确的定位角度保持不变。(4) 转向节与主销，转向节与前桥之间的摩擦力应尽可能小，以保证转向操作的轻便性，并有足够的耐磨性。 (5) 转向轮的摆振应尽可能小，以保证汽车的正常，稳定行使。(6) 前桥的质量应尽可能小，以减少非簧载质量，提高汽车行驶平顺性。2、结构参数选择HX6850A型汽车总布置整车参数见表1：表1汽车总质量Ga（N）前轴轴载质量G1（N）汽车质心至前轴中民线距离L1（mm）汽车质心至后轴中心线距离L2(mm)轴距L（mm）汽车质心高度hg(mm)前

4、钢板弹簧座中心距B(mm)91385295472937140043001170740主销中心距B(mm)前轮距B1(mm)车轮滚动半径rr(mm)主销内倾角主销后倾角前轮外倾角a前轮前束（mm）148017004858°1.5°1°102.1、从动桥结构形式 本前桥采用非断开式转向从动桥。2.2、选择前桥结构型式及参数（1）前轴结构形式：工字形断面加叉形转向节主销固定在前轴两端的拳部里。（2）转向节结构型式：整体锻造式。（3）主销结构型式:圆柱实心主销。（4）转向节止推轴承结构形式：止推滚柱轴承。（5）主销轴承结构形式：滚针轴承（6）轮毂轴承结构形式：单列向心球轴

5、承2.3、前轮定位角（1）前轮定位角的作用：前轮定位的作用是减小前轮偏转时的阻力矩，使转向操纵轻便、灵活，且使前轮具有自动回正的作用，保证拖拉机直线行驶的稳定性，减少轮胎磨损。（2）本型前轮定位角选择见表1二、前桥强度计算1、前轴强度计算1.1、前轴受力简图1.2、前轴载荷计算1）紧急制动2）侧滑 3）越过不平路面载荷计算结果列表1.3、弯矩及扭矩计算1）紧急制动2）侧滑3）越过不平路面弯扭矩计算结果4) 断面糸数计算a) 断面简图b)计算断面糸数2）- 断面（1）算断面简图（2）垂直面内抗弯断面系数(3)水平面内抗弯断面系数(4) 抗扭断面系数3) -断面(1) 换算断面简图如图5(2) 垂

6、直面内抗弯断面系数(3) 水平面内抗弯断面系数：(4) 抗扭断面系数4) -断面(1) 画出断面简图(2) 垂直面内抗弯断面系数：(3) 水平面内抗弯断面系数：(4) 抗扭断面系数：5) 各断面尺寸参数见表5：（5）应力计算1) 汽车紧急制动时2) 汽车侧滑时3) 汽车越过不平路面时应力值计算结果列表HX6850A前轴材料的许用应力2、转向节强度计算2.1、截面系数计算2.2、弯矩计算 A紧急制动时B侧滑时 C超越不平路面时2.3、应力计算A）紧急制动B）侧滑时C）超越不平路面时弯矩、应力计算结果列表2.4、转向节的材料、许用应力及强度校核3主销强度计算3.1、主销作用力计算简图如图63.2、

7、计算载荷3.3、弯矩计算3.4应力计算3.5、主销材料及许用应力三 结论四 参考文献二、前桥强度计算1、前轴强度计算1.1、前轴受力简图如图1所示：图1 汽车向左侧滑时前轴受力图1.2、前轴载荷计算1）紧急制动 汽车紧急制动时，纵向力制动力达到最大值，因质量重新分配，而使前轴上的垂直载荷增大，对后轮接地点取矩得取路面附着糸数=0.7制动时前轴轴载质量重新分配分配糸数m1=1.59垂直反作用力：Z1l= Z1r=23489.87N横向反作用力：X1l=X1r= =16442.91N2）侧滑 汽车侧滑时，因横向力的作用，汽车前桥左右车轮上的垂直载荷发生转移。（1）确定侧向滑移附着糸数： 在侧滑的临

8、界状态，横向反作用力等于离心力F离，并达到最大值F离=,Ymax=G1,为保证不横向翻车，须使V滑<V翻，则有：，所以<，得到<=0.726，取=0.68（2）对车轮接地点取矩垂直反作用力：Z=28601.50NZ=945.50N横向反作用力Y1l=19449.02NY1r=642.94N3）越过不平路面汽车越过不平路面时，因路面不平引起垂直动载荷，至使垂直反作用力达到最大值。载货汽车取动载荷糸数=2.0N载荷计算结果列表，如下表2： 表2 单位 N紧急制动Z123489.87X116442.91侧滑Z1l28601.50Z1r945.50Y1l19449.02Y1r642.

9、94越过不平路面Z1295471.3、弯矩及扭矩计算选择下述四个部位计版式其断面的弯矩、扭矩。-断面位于钢板弹簧座内侧，属于前轴中部最弱部位。此断面内弯矩最大（钢板弹簧座可视为梁的固定端），故两钢板弹簧之间这段梁可不考虑受扭）；-断面位于钢板弹簧座外侧附近，此断面内就弯矩最大，而扭矩最小；-断面处的弯矩，扭矩均较大；-断面位于梁端，此断面内扭矩最大，而弯矩最小；各断面示意图如图1各断面的计算参数如下表3表3 参数车型L1L2L3L4h1h2h3h4HX6850480390250155113113300各断面弯扭矩计算如下1）紧急制动垂直面内弯矩 水平面内弯矩 上式中Li对应与-、-、-、-断面

10、分别带入。钢板弹簧外侧扭矩 上式中对应与-、-、-、-断面分别带入。2）侧滑 左侧各断面垂直面内弯矩 上式中带入值与紧急制动时一致3）越过不平路面垂直面内弯矩 式中Li带入与上面计算中一致弯扭矩计算结果如下表4表4 单位 N.mm 结果工况-紧急制动11275137.69161049.35872467.53640929.857892596.86412734.94110727.52548651.05Mn6116762.526116762.527481524.057974811.35侧滑6493.453919.56 -1699.05-4999.61越不平路14182.5611523.335909.

11、404579.794) 断面糸数计算<A>A工字形断面前轴a) 断面简图本汽车前轴简化为换算断面形状后如图3所示HX6850汽车前梁具工字形断面，两端为拳式、中部下沉。为便于各断面系数的计算，需将各实际断面形状简化为换算断面形状。简化时，突缘厚度取为平均值。 图3 前轴简化图b)计算断面糸数1)-断面如图3所示（1）垂直面内抗弯断面糸数（2）水平面内抗弯断面糸数2）- 断面（1）算断面简图如图4图4 IIII断面计算简图（2）垂直面内抗弯断面系数 -断面为上，下翼缘不等长的工字形断面。计算其垂直面内抗弯断面系数的关系是确定出形心轴坐标。形心轴Xc-Xc的坐标： = = 40.30

12、该断面对形心轴的惯性矩：上翼面的抗弯断面系数：下翼面的抗弯断面系数：(3) 水平面内抗弯断面系数：(4) 抗扭断面系数视工字形断面由几个矩形断面组成。引用材料力学关于“矩形及狭长形截面等直杆在纯扭转”时的公式进行计算，任一个矩形截面的和为：当；当；其中矩形长边的长，矩形短边的长系数1.01.52.03.04.06.08.010.00.1400.2940.4570.7901.1231.7892.4563.1230.2080.3460.4930.8011.1501.7892.4563.1231.00.8590.7950.7530.7450.7430.7420.742对上方矩形截面，对中间矩形截面，

13、使用插值法得，对下方矩形，所以， 3) -断面(1) 换算断面简图如图5如图5 III-III断面计算简图(2) 垂直面内抗弯断面系数 -断面为上，下翼缘不等长的工字形断面。计算其垂直面内抗弯断面系数的关系是确定出形心轴坐标。形心轴Xc-Xc的坐标： 该断面对形心轴的惯性矩：上翼面的抗弯断面系数：下翼面的抗弯断面系数：(3) 水平面内抗弯断面系数：(4) 抗扭断面系数视工字形断面由几个矩形断面组成。引用材料力学关于“矩形及狭长形截面等直杆在纯扭转”时的公式进行计算，任一个矩形截面的和为：当；当；其中矩形长边的长，矩形短边的长 对上方矩形截面，使用插值法得，对中间矩形截面，使用插值法得，对下方矩

14、形，使用插值法得，所以， 4) -断面 (1) 画出断面简图(2) 垂直面内抗弯断面系数：(3) 水平面内抗弯断面系数：(4) 抗扭断面系数：，使用插值法得，5) 各断面尺寸参数见表5： 单位：HX6850-B7510875608440161620b75686565604430161625t152435h606025H92927070表6 单位： -82321.7485465.2454315.0353083.333045040147.7834008.8949291.6718142.49421697.6962958.33（5）应力计算a)计算公式1) 汽车紧急制动时垂直面内弯曲应力 水平面内弯曲

15、应力 合成应力 扭转应力：在矩形长边中点上的扭转应力 在矩形短边中点上的扭转应力 工字形断面中所产生的最大应力和最大扭转应力是作用在梁断面上的不同点处。对于上翼面长边中点，其相当应力： 2) 汽车侧滑时垂直面弯曲应力 3) 汽车越过不平路面时垂直面弯曲应力 a) 应力值计算结果列表：表7 单位： -紧急制动136.96107.19108.1268.59259.20159.73120.8751.7186.06178.0185.91422.21290.79329.80191.35侧 滑78.8845.86-31.28-94.18越不平路172.28 134.83108.6586.28（6） HX6

16、850A前轴材料的许用应力 材料：45 调质硬度 ： HB230255 ：786853 许用应力： 2、转向节强度计算 作用力、按表1-1取值 2.1、截面系数计算 取轮毂内轴承根部处指轴为计算断面 2.2、弯矩计算 A紧急制动时 B侧滑时 C超越不平路面时 计算用参数HX6850 ， ， 2.3、应力计算 A）紧急制动时B）侧滑时C）超越不平路面时弯矩、应力计算结果列表见表8 表8 功况M紧急制动860191.2352.69侧滑-8574720-525.23超越不平路88641054.302.4、转向节的材料、许用应力及强度校核 材料 HX6850A 40MnB 许用应力 查YB6-71：

17、3、主销强度计算 3.1、主销作用力计算简图如图6 如图6 主销作用力计算简图主销受力计算参数见表9 表9参数车行abceflnDhHHX6850A77.582.530562.5402.51934853842483.2、计算载荷 计算时，忽略主销倾角的影响，并假定力的作用点位于主销衬套中点。 A）、按表1取值 B）汽车紧急制动时 力在主销的支承反力和。 主销受到和u的作用，力u由下式求得： 力在主销的两个支承上反作用力和 力u在主销的两个支承上反作用力和 由制动力矩的作用，在主销的两个支撑上产生反作用力和 作用在主销上端的 合力（图14） 作用在主销下端的 合力（图14） C)汽车侧滑时左主销

18、上支承的 反作用力 左主销下支承的 反作用力 右主销上支承的 反作用力 右主销下支承的 反作用力 D）汽车越过不平路面时 动载荷在主销上、下支承上产生的作用反力和。 3.3、弯矩计算 在紧急制动和侧滑时，主销下支承的反作用力为最大，在越过不平路面时，因主销下端的作用力臂大于上端，所以只需要计算主销下支承处的弯矩（图15）A) 汽车紧急制动时 N.mmB) 汽车侧滑时 N.mmC) 汽车越过不平路面时 N.mm（5）抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积的计算 A)主销抗弯断面系数 mm3B)主销剪切面积 mm2D) 主销衬套挤压面积mm2 D:主销外径3.4应力计算 分别计算个工况下的弯曲应力、剪切应力、挤压应力见表10。表10弯曲应力剪切应力挤压应力紧急制动时侧滑时越过不平路面时公式编号686970载荷、弯矩、应力计算结果列表见表11：88表11 主销受力单位：N M单位： 其余量单位： 主销受力M紧急制动61397.73258704.66478.9354.1633.66侧滑26526.2744720.711878269.82348.8439.4524.52越过不平路面25391