EQ1040轻卡前桥与转向系统的设计

1、本科学生生毕业设设计EQ10040前前桥与转转向系统统的设计计系部名称称：汽车与与交通工工程学院院专业班级级：车辆工工程 BB07-4班学生姓名名：董迪指导教师师：纪峻岭岭职称：副副教授黑龙江工工程学院二一一一年六月月The Graaduaatioon DDesiign forr Baacheelorrs DeggreeeEQ10040 Ligght Truccks Fronnt AAxlee And Steeerinng SSysttem Desiign Canddidaate：Donng DiSpecciallty：Vehhiclle EEngiingeeeriingClasss：B07-

2、4Supeerviisorr：Asssociiatee Prrof. Jii JuunliingHeillonggjiaang Insstittutee off Teechnnoloogy20111-066Harrbin黑龙江工程学院本科生毕业设计 II摘要在整个世世界汽车车市场的的需求和和发展中中，亚太太地区将将成为全全球最大大的汽车车销售市市场，其其中以中中国的汽汽车市场场发展最最为迅猛猛。20009年年自度过过全球金金融海啸啸危机的的寒冬后后，欧美美市场进进入需求求衰退期期，中国国汽车市市场规模模进入了了迅猛高高速发展展期，产产销量跃跃居世界界第一。与此同同时，中中国卡车车行业的的年产销

3、销数量可可谓世界界前列，市市场容量量较大；中国卡卡车市场场的高端端需求正正在崛起起。据最最新数据据显示，2010年1-5月中国卡车行业生产整车近125万辆，同比增幅超过30%，尽管我国经济遭受金融危机的巨大冲击，但随着国家4万亿元扩大内需政策的实施及海外发展中国家市场的开拓，伴随着我国公路、铁路及其他基础建设项目的陆续开工，尤其是2009-2010年我国陆续出台的一系列促进汽车消费（如汽车下乡、以旧换新补贴政策）和汽车出口的相关政策，卡车行业已成为率先受益的行业。从卡车行业的发展趋势来看，2009年全国卡车市场需求总体加快，随着国家一系列宏观调控政策的逐步到位，2010年仍将呈现较好的发展态势

4、。随着公路和铁路建设、现代物流业和节能减排工程以及民生工程的实施到位，必将为紧系国民经济建设的卡车产业带来新的发展机遇关键词：转向桥桥；转向向器；载载荷；强强度；ABSTTRACCTIn tthe whoole worrld carr maarkeet ddemaand andd deevellopiing, inn thhe aasiaa-paaciffic reggionn wiill beccomee thhe wworlldss laargeest autto ssalees mmarkket, inn whhichh Chhinaas autto mmarkket devveloop

5、 tthe mosst rrapiidlyy. SSincce 220099, sspennd tthe winnterr inn gllobaal ffinaanciial tsuunammi ccrissis aftter thee Euuroppeann annd AAmerricaan mmarkket intto rreceessiion, Chhinaas auttomootivve mmarkket demmandd innto rappid higgh-sspeeed ddeveeloppmennt sscalle aand thee deestiinattionns iin

6、tthe worrld in terrms of firrst. Meeanwwhille, Chiinesse ttruccks in mannufaactuurinng iinduustrry, is thee woorldd nuumbeer iis bbiggger; thhe fforeefroont of marrkett caapaccityy Chhinaa trruckk maarkeet ddemaand is rissingg inn thhe hhighh-ennd. Acccorddingg too thhe llateest figgurees sshoww thh

7、at 20110 11-5 monnthss Chhinaa trruckk inndusstryy prroduuctiion neaarlyy 1225 mmilllionn veehiccless, vvehiiclee yeear-on-yeaar rratee off inncreeasee moore thaan 330%, allthooughh ouur ccounntryy ecconoomy suffferrs ffinaanciial criisiss, bbut aloong witth tthe hugge iimpaact nattionnal fouur ttri

8、lllioon yyuann too exxpannd ddomeestiic ddemaand andd thhe iimpllemeentaatioon oof tthe pollicyy off deevellopiing couuntrriess ovversseass maarkeet eexplloraatioon, aloong witth oour couuntrry rroadds, raiilwaays andd ottherr innfraastrructturee prrojeectss inn suucceessiion, esspecciallly thee stt

9、artt off 20009-20110 CChinna hhas proomullgatted a sseriies of proomottingg auuto (suuch as carr weent to thee coounttry, too olld cchannge neww suubsiidiees) andd auutommotiive expportt poolicciess thhat truuck inddusttry hass beecomme tthe inddusttry firrst bennefiit. Froom tthe devveloopmeent tre

10、end of truuck inddusttriees, 20009 nnatiionaal ttrucck mmarkket demmandd, aas ccounntriies oveeralll sspeeed uup aa seeriees oof mmacrroecconoomicc reegullatiion andd coontrrol pollicyy grraduuallly iin pplacce, 20110 wwilll sttilll haas aa goood mommenttum of devveloopmeent. Allongg wiith thee hiig

11、hwway andd raailwway connstrructtionn, mmodeern loggistticss inndusstryy annd eenerrgy connserrvattionn annd eemisssioon rreduuctiion proojeccts andd miinshhengg prrojeect impplemmenttatiion in plaace, wiill thee naatioonall ecconoomicc coonsttrucctioon ffor a ttighht ttruccks of inddusttry witth aa

12、 neew ddeveeloppmennt ooppoortuunitty 目录摘要Absttracct第1章绪绪论111.1前前桥的概概述221.2循循环球转转向器的的概述551.3 研究内内容6第2章循循环球式式转向器器的设计计52.1转转向器结结构形式式选择772.2转转向器结结构设计计72.3车车型的选选取与技技术参数数分析88 HYPERLINK l _Toc170113472 2.4转转向系计计算载荷荷的确定定8 HYPERLINK l _Toc170113472 2.5各各零件主主要结构构与参数数确定9 HYPERLINK l _Toc170113472 2.5.1螺杆杆、钢球球

13、、螺母母传动副副9 HYPERLINK l _Toc170113472 2.5.2齿条条、齿扇扇传动副副111 HYPERLINK l _Toc170113472 2.5.3间隙隙调整装装置的结结构设计计133 HYPERLINK l _Toc170113472 2.6本本章小结结113第3章循循环球式式转向器器零件强强度计算算1143.1钢钢球与滚滚道间的的接触应应力14 HYPERLINK l _Toc170113486 3.2螺螺杆在弯弯扭联合合作用下下的强度度计算1773.3本本章小结结188第4章转转向桥设设计19 HYPERLINK l _Toc170113486 4.1结结构参数

14、数选择200 HYPERLINK l _Toc170113486 4.2转转向桥结结构形式式200 HYPERLINK l _Toc170113486 4.3选选择前桥桥结构型型式及参参数200 HYPERLINK l _Toc170113486 4.4前前轮定位位角220 HYPERLINK l _Toc170113486 4.5本本章小结结220第5章转转向桥设设计215.1前前轴强度度计算211 HYPERLINK l _Toc170113489 5.1.1前轴轴受力简简图211 HYPERLINK l _Toc170113490 5.1.2前轴轴载荷计计算211 HYPERLINK l

15、 _Toc170113490 5.2弯弯矩及扭扭矩计算算222 HYPERLINK l _Toc170113490 5.3本本章小结结300第6章转转向节强强度计算算31 HYPERLINK l _Toc170113490 6.1截截面系数数计算3116.2弯弯矩计算算3116.3应应力计算算3116.4转转向节的的材料、许用应应力及强强度校核核3226.5本本章小结结322第7章主主销强度度计算337.1主主销作用用力计算算33 HYPERLINK l _Toc170113491 7.2计计算载荷荷333 HYPERLINK l _Toc170113491 7.3弯弯矩计算算355 HYPE

16、RLINK l _Toc170113491 7.4应应力计算算355 HYPERLINK l _Toc170113491 7.5本本章小结结366结论37参考文献献38致谢39附录34 第1章绪绪论在整个世世界汽车车市场的的需求和和发展中中，亚太太地区将将成为全全球最大大的汽车车销售市市场，其其中以中中国的汽汽车市场场发展最最为迅猛猛。20009年年自度过过全球金金融海啸啸危机的的寒冬后后，欧美美市场进进入需求求衰退期期，中国国汽车市市场规模模进入了了迅猛高高速发展展期，产产销量跃跃居世界界第一。与此同同时，中中国卡车车行业的的年产销销数量可可谓世界界前列，市市场容量量较大；中国卡卡车市场场的

17、高端端需求正正在崛起起。据最最新数据据显示，2010年1-5月中国卡车行业生产整车近125万辆，同比增幅超过30%。尽管我国国经济遭遭受金融融危机的的巨大冲冲击，但但随着国国家4万亿元元扩大内内需政策策的实施施及海外外发展中中国家市市场的开开拓，伴伴随着我我国公路路、铁路路及其他他基础建建设项目目的陆续续开工，尤尤其是220099-20010年年我国陆陆续出台台的一系系列促进进汽车消消费（如如汽车下下乡、以以旧换新新补贴政政策）和和汽车出出口的相相关政策策，卡车车行业已已成为率率先受益益的行业业。从卡卡车行业业的发展展趋势来来看，220099年全国国卡车市市场需求求总体加加快，随随着国家家一系

18、列列宏观调调控政策策的逐步步到位，2010年仍将呈现较好的发展态势。随着公路和铁路建设、现代物流业和节能减排工程以及民生工程的实施到位，必将为紧系国民经济建设的卡车产业带来新的发展机遇。随着中国国卡车行行业发展展加快，卡卡车市场场市场竞竞争日益益激烈，众众多国外外汽车生生产巨头头都瞄准准中国卡卡车市场场“这块肥肥肉”，同时时国内民民营企业业也纷纷纷加入卡卡车行业业中来。从众多多著名企企业的发发展历程程中我们们不难看看出：谁谁能赢得得市场先先机，谁谁就能在在卡车市市场的激激烈竞争争中翘楚楚！市场环境境一片大大好形势势下，商商家不仅仅在价格格上具有有强烈的的竞争，同同时在卡卡车的制制造工艺艺、技术

19、术要求和和安全性性也同样样存在这这比拼。正所谓谓：“领导时时代，驾驾驭未来来。”因此，品品质与创创新是卡卡车喊个个的立足足之本。中国改革革开放以以来，在在农村实实行家庭庭联产承承包责任任制的改改革，使使农村的的经济空空前的活活跃。农农村的货货运量和和人口的的流动量量急剧增增加，加加快运输输机械化化成为农农村经济济发展的的迫切需需要，正正是这一一市场的的需要使使具有中中国特色色的运输输机械-小型载载货汽车车应运而而生。它它解决了了农村运运输的急急需，填填补了村村际，乡乡际，城城镇及城城乡结合合部运输输网络的的空白，活活跃了农农村经济济，为农农村富裕裕劳动力力找了一一条出路路，从而而使数以以万计的

20、的农民走走上了小小康之路路！小型载货货汽车的的竞争对对手是轻轻型汽车车。与轻轻型汽车车相比，小小型载货货汽车有有许多优优点。入入世后小小型载货货汽车没没有受到到多大冲冲击，因因为它是是中国特特色的产产业，符符合国情情，在国国外几乎乎没人搞搞过。但但是我们们不能回回避轻型型汽车与与小型载载货汽车车在市场场的竞争争，小型型载货汽汽车利用用比较底底的生产产成本和和微利经经营的生生产方式式并引进进先进的的汽车技技术，坚坚持“三低一一高”的特色色，注重重产品质质量，使使之与在在汽车行行业的竞竞争中得得以提高高。小型载货货汽车制制造工艺艺简单，价价格便宜宜，四轮轮车价格格在11.55万元/辆，购购车农户户

21、一般半半年左右右即可收收回1000000元投资资。另外外，小型型载货汽汽车的养养路费为为每月每每吨700元，是是汽车的的30%，使用用成本为为同吨位位汽车的的1/33到1/22。公路路快速建建设也促促进了小小型载货货汽车的的发展。旧中国国，全国国公路仅仅13104 kmm，而到到19997年底底，已达达1.2226106 kmm，目前前全国998%的的乡和880%的的村都通通了公路路，使得得小型载载货汽车车有用武武之地。因此，在在近十几几年里我我国小型型载货汽汽车得到到快速发发展。119800年全国国小型载载货汽车车产销量量不足万万辆，119922年产销销量达到到1133万辆，首首次超过过当年

22、汽汽车产销销量（1106.2万辆辆）。119988年小型型载货汽汽车产销销量达到到2700万辆，而而同期汽汽车产销销量为1163万万辆。我们要开开发的小小型载货货汽车要要采用设设计理念念，多进进行优化化设计，使使产品新新颖化，品品种多样样化以适适应多种种需要。而在小小型载货货汽车的的设计中中，如何何适应复复杂的路路况下保保证汽车车能快速速平稳的的行驶，就就是一个个很重的的问题。前桥是是汽车上上一个重重要的总总成件，主主要包括括转向节节、转向向主销、前轴等等零部件件，由于于在汽车车的行驶驶过程中中，前桥桥所处的的工作环环境恶劣劣，工况况复杂，其其承受的的载荷也也多为交交变载荷荷，从而而其零部部件

23、易出出现疲劳劳裂纹甚甚至断裂裂现象。这就要要求其在在结构设设计上必必须有足足够的强强度、刚刚度和抗抗疲劳破破坏的能能力。因因此就有有了本课课题的研研究和设设计。1.1前前桥的概概述前桥通过过悬架与与车架（或或承载式式车身）相相联，两两侧安装装着从动动车轮，用用以在车车架（或或承载式式车身）与与车轮之之间传递递铅垂力力、纵向向力和横横向力。从动桥桥要承受受和传递递制动力力矩。前前桥按与与其匹配配的悬架架结构的的不同，也也可分为为非断开开式与断断开式两两种。前前桥按与与之匹配配的悬架架结构不不同可分分为非断断开式与与断开式式两种。图1-11非断开开式前桥桥图1-22断开式式前桥汽车在行行驶过程程中

24、，经经常需要要改变行行驶方向向，即所所谓转向向，这就就需有一一套能够够按照司司机意志志行使汽汽车转向向的机构构，它将将司机转转动方向向盘的动动作转变变为车轮轮的偏转转动作。为了保保持汽车车直线行行驶的稳稳定性、转向轻轻便性及及汽车转转向后使使前轮具具有自动动回正的的性能，前前桥的主主销在汽汽车的纵纵向和横横向平面面内具有有一定的的倾角。在纵向向平面内内，主销销上部向向后倾斜斜一个角，称称为主销销后倾角角。在横横向平面面内，主主销上部部向内倾倾斜一个个角，称称为主销销内倾角角。主销后倾倾使主销销轴线与与路面的的交点位位于轮胎胎接地中中心之前前，该距距离称为为后倾拖拖距。当当直线行行驶的汽汽车的转

25、转向轮偶偶然受到到外力作作用而稍稍有偏转转时，汽汽车就偏偏离直线线行驶而而有所转转向，这这时引起起的离心心力使路路面对车车轮作用用着一阻阻碍其侧侧滑的侧侧向反力力，使车车轮产生生绕主销销旋转的的回正力力矩，从从而保证证了汽车车具有较较好的直直线行驶驶稳定性性。此力力矩称稳稳定力矩矩。稳定定力矩也也不宜过过大，否否则在汽汽车转向向时为了了克服此此稳定力力矩需在在方向盘盘上施加加更大的的力，导导致方向向盘沉重重。后倾倾角通常常在以内内。现代代轿车采采用低压压宽断面面斜交轮轮胎，具具有较大大的弹性性回正力力矩，故故主销后后倾角就就可以减减小到接接近于零零，甚至至为负值值。但在在采用子子午线轮轮胎时，

26、由由于轮胎胎的拖距距较小，则则需选用用较大的的后倾角角。主销内倾倾也是为为了保证证汽车直直线行驶驶的稳定定性并使使转向轻轻便。主主销内倾倾使主销销轴线与与路面的的交点至至车轮中中心平面面的距离离即主销销偏移距距减小，从从而可减减小转向向时需加加在方向向盘上的的力，使使转向轻轻便，同同时也可可减小转转向轮传传到方向向盘上的的冲击力力。主销销内倾使使前轮转转向时不不仅有绕绕主销的的转动，而而且伴随随有车轮轮轴及前前横梁向向上的移移动，而而当松开开方向盘盘时，所所储存的的上升位位能使转转向轮自自动回正正，保证证汽车作作直线行行驶。内内倾角一一般为；主销偏偏移距一一般为33040mmm。轻轻型客车车、

27、轻型型货车及及装有动动力转向向的汽车车可选择择较大的的主销内内倾角及及后倾角角，以提提高其转转向车轮轮的自动动回正性性能。但但内倾角角也不宜宜过大，即即主销偏偏移距不不宜过小小，否则则在转向向过程中中车轮绕绕主销偏偏转时，随随着滚动动将伴随随着沿路路面的滑滑动，从从而增加加轮胎与与路面间间的摩擦擦阻力，使使转向变变得很沉沉重。为为了克服服因左、右前轮轮制动力力不等而而导致汽汽车制动动时跑偏偏，近年年来出现现主销偏偏移距为为负值的的汽车。前轮定位位除上述述主销后后倾角、主销内内倾角外外，还有有车轮外外倾角及及前束，共共4项参数数。车轮轮外倾指指转向轮轮在安装装时，其其轮胎中中心平面面不是垂垂直于

28、地地面，而而是向外外倾斜一一个角度度，称为为车轮外外倾角。此角约约为，一一般为左左右。它它可以避避免汽车车重载时时车轮产产生负外外倾即内内倾，同同时也与与拱形路路而相适适应。由由于车轮轮外倾使使轮胎接接地点向向内缩，缩缩小了主主销偏移移距，从从而使转转向轻便便并改善善了制动动时的方方向稳定定性。前束的作作用是为为了消除除汽车在在行驶中中因车轮轮外倾导导致的车车轮前端端向外张张开的不不利影响响(具有外外倾角的的车轮在在滚动时时犹如滚滚锥，因因此当汽汽车向前前行驶时时，左右右两前轮轮的前端端会向外外张开)，为此此在车轮轮安装时时，可使使汽车两两前轮的的中心平平面不平平行，且且左右轮轮前面轮轮缘间的

29、的距离AA小于后后面轮缘缘间的距距离B，以使使车轮在在每一瞬瞬时的滚滚动方向向是向着着正前方方。前束束即(BB-A)，一般般汽车约约为35mmm，可通通过改变变转向横横拉杆的的长度来来调整。设定前前束的名名义值时时，应考考虑转向向梯形中中的弹性性和间隙隙等因素素。在汽车的的设计、制造、装配调调整和使使用中必必须注意意防止可可能引起起的转向向车轮的的摆振，它它是指汽汽车行驶驶时转向向轮绕主主销不断断摆动的的现象，它它将破坏坏汽车的的正常行行驶。转转向车轮轮的摆振振有自激激振动与与受迫振振动两种种类型。前者是是由于轮轮胎侧向向变形中中的迟滞滞特性的的影响，使使系统在在一个振振动周期期中路面面作用于

30、于轮胎的的力对系系统作正正功，即即外界对对系统输输入能量量。如果果后者的的值大于于系统内内阻尼消消耗的能能量，则则系统将将作增幅幅振动直直至能量量达到动动平衡状状态。这这时系统统将在某某一振幅幅下持续续振动，形形成摆振振。其振振动频率率大致接接近系统统的固有有频率而而与车轮轮转速并并不一致致，且会会在较宽宽的车速速范围内内发生。通常在在低速行行驶时发发生的摆摆振往往往属于自自摄振动动型。当当转向车车轮及转转向系统统受到周周期性扰扰动的激激励，例例如车轮轮失衡、端面跳跳动、轮轮胎的几几何和机机械特性性不均匀匀以及运运动学上上的干涉涉等，在在车轮转转动下都都会构成成周期性性的扰动动。在扰扰动力周周

31、期性的的持续作作用下，便便会发生生受迫振振动。当当扰动的的激励频频率与系系统的固固有频率率一致时时便发生生共振。其特点点是转向向轮摆振振频率与与车轮转转速一致致，而且且一般都都有明显显的共振振车速，共共振范围围较窄(35kmm/h)。通常常在高速速行驶时时发生的的摆振往往往属于于受迫振振动型。转向轮摆摆振的发发生原因因及影响响因素复复杂，既既有结构构设计的的原因和和制造方方面的因因素如如车轮失失衡、轮轮胎的机机械特性性、系统统的刚度度与阻尼尼、转向向轮的定定位角以以及陀螺螺效应的的强弱等等；又有有装配调调整方面面的影响响，如前前桥转向向系统各各个环节节间的间间隙(影响系系统的刚刚度)和摩擦擦系

32、数(影响阻阻尼)等。合合理地选选择这些些有关参参数、优优化它们们之间的的匹配，精精心地制制造和装装配调整整，就能能有效地地控制前前轮摆振振的发生生。在设设计中提提高转向向器总成成与转向向拉杆系系统的刚刚度及悬悬架的纵纵向刚度度，提高高轮胎的的侧向刚刚度，在在转向拉拉杆系中中设置横横向减震震器以增增加阻尼尼等，都都是控制制前轮摆摆振发生生的一些些有效措措施。汽车转向向系是保保持或者者改变汽汽车行驶驶方向的的机构，在在汽车转转向行驶驶中，保保证各转转向轮之之间有协协调的转转角关系系。保证证汽车在在行驶中中能按驾驾驶员的的操纵要要求，适适时地改改变行驶驶方向，并并能在受受到路面面干扰偏偏离行驶驶方向

33、时时，与行行驶系配配合，共共同保持持汽车稳稳定地直直线行驶驶。转向向系和前前桥对汽汽车行驶驶的操纵纵性、稳稳定性和和安全性性都具有有重要的的意义。1.汽车车转向系系统的分分类与组组成机械械转向系系统: （1）以以驾驶员员体力为为转向能能源，所所有传力力件是机机械零件件。（2）主主要由转转向操纵纵机构、转向器器、转向向传动机机构组成成。 2.动动力转向向系统:（1）驾驾驶员体体力（小小部分）和和发动机机动力（大大部分)为转向向能源。（2）组组成：在在机械转转向系统统的基础础上增加加转向加加力装置置。1.2循循环球式式转向器器概述转向器是是转向系系的减速速传动装装置，一一般有112级级减速传传动副

34、。它可按按传动副副的形式式分类。目前在在汽车上上广泛采采用的有有齿轮齿齿条式、循环球球齿条条齿扇式式、循环环球曲柄销销式和蜗蜗杆指销销式等几几种结构构形式1。其中，循循环球齿条条齿扇式式转向器器是目前前国内外外汽车上上较为流流行的一一种结构构形式，其其有两级级传动副副：第一一级为螺螺杆、钢钢球和螺螺母传动动副，第第二级是是螺母上上的齿条条与摇臂臂轴上的的齿扇传传动副。其中，转转向螺杆杆的轴颈颈支承在在两个角角接触球球轴承上上。轴承承紧度可可用间隙隙调整装装置调整整。转向向螺母外外侧的下下平面上上加工成成齿条，与与齿扇轴轴（即摇摇臂轴）上上的齿扇扇啮合。可见转转向螺母母既是第第一级传传动副的的从

35、动件件，也是是第二级级传动副副（齿条条齿扇传传动副）的的主动件件（齿条条）。通通过转向向盘和转转向轴转转动转向向螺杆时时，转向向螺母不不能转动动，只能能轴向移移动，并并驱使齿齿扇轴转转动。为了减少少转向螺螺杆和转转向螺母母之间的的摩擦，二二者之间间的螺纹纹以沿螺螺旋槽滚滚动的许许多钢球球代之，以实现滑动摩擦变为滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。两者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。两根U形钢球导管的两端插入螺母侧面的两对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道

36、组合成两条各自独立的封闭的钢球“流道”。转向螺杆杆转动时时，通过过钢球将将力传给给转向螺螺母，螺螺母沿轴轴向移动动。同时时，在螺螺杆与螺螺母两者者和钢球球间的摩摩擦力偶偶作用下下，所有有钢球便便在螺旋旋管状通通道内滚滚动，形形成“球流”。钢球球在管状状通道内内绕行一一定圈数数后，流流出螺母母而进入入导管的的一端，再再由导管管另一端端流回螺螺旋管状状通道。故在转转向器工工作时，两两列钢球球只是在在各自的的封闭流流道内循循环，而而不致脱脱出。与齿条相相啮合的的齿扇，其其齿厚是是在分度度圆上沿沿齿扇轴轴线按线线性关系系变化的的，故为为变厚齿齿扇。只只要使齿齿扇轴相相对于齿齿条作轴轴向移动动，即能能调

37、整两两者的啮啮合间隙隙。调整整螺栓旋旋装在侧侧盖上。齿扇轴轴内有切切槽，调调整螺栓栓的圆柱柱形端头头即嵌入入此切槽槽中。将将调整螺螺栓旋入入，则啮啮合间隙隙减小，反反之则啮啮合间隙隙增大。循环球式式转向器器的正传传动效率率高（可可达900955%），故故操纵轻轻便；螺螺杆及螺螺母上的的螺旋槽槽经渗碳碳、淬火火及磨削削加工，故故耐磨性性好、寿寿命长。但其逆逆效率也也很高，容容易将路路面冲击击力传到到转向盘盘。不过过对于前前轴载荷荷质量不不大而又又经常在在平坦路路面上行行驶的各各类汽车车而言，这这一缺点点影响不不大。因因此，循循环球式式转向器器已广泛泛应用于于高级轿轿车和轻轻型及以以上的客客车、货

38、货车汽车车上。1.3研研究内容容设计的主主要内容容包括：（1）前前桥的结结构形式式选择（2）转转向器结结构形式式及选择择（3）前前桥主要要零件工工作应力力的计算算（4）转转向系的的设计及及参数确确定（5）循循环球式式转向器器的设计计与计算算（6）利利用CAAD画装装配图、零件图图。第2章循循环球式式转向器器设计2.1转转向器结结构形式式选择循环球式式转向器器由螺杆杆和螺母母共同形形成的螺螺旋槽内内装钢球球构成的的传动副副，以及及螺母上上齿条与与摇臂轴轴上齿扇扇构成的的传动副副组成。循环球式式转向器器的优点点是：在在螺杆和和螺母之之间因为为有可以以循环流流动的钢钢球，将将滑动摩摩擦转变变为滚动动

39、摩擦，因因而传动动效率可可达到775%85%；在结结构和工工艺上采采取措施施后，包包括提高高制造精精度，改改善工作作表面的的表面粗粗糙度和和螺杆、螺母上上的螺旋旋槽经淬淬火和磨磨削加工工，使之之有足够够的硬度度和耐磨磨损性能能，可保保证有足足够的使使用寿命命；转向向器的传传动比可可以变化化；工作作平稳可可靠；齿齿条和齿齿扇之间间的间隙隙调整工工作容易易进行。循环球式式转向器器的主要要缺点是是：逆效效率高，结结构复杂杂，制造造困难，制制造精度度要求高高。循环球式式转向器器主要用用于商用用车上。2.2转转向器结结构设计计循环球式式转向器器的结构构如图22-1所所示。108765439121-间隙隙

40、调整装装置;22-下端端盖;33-角接接触球轴轴承;44-转向向螺杆; 5-转向螺螺母;6-钢球球; 77-齿扇扇; 88-转向向器壳体体; 99-转向向柱管总总成; 8-转转向轴图2-11 循环环球式转转向器示示意图2.3车车型的选选取与技技术参数数分析设计该转转向器时时以EQQ10440型轻轻型载货货汽车为为例，其其影响转转向器设设计的技技术参数数有：轴荷分配配：前轴轴空载时时轴荷为为9188，满满载时为为11993，最最大总质质量（包包括全部部乘员）为为38990。转向器角角传动比比为20.42，方方向盘直直径为4200。如图2-2所示示，=884.44，=886.445，=1123.0

41、，=669.44。1-转向向摇臂;2,44-转向向纵拉杆杆及横拉拉杆;33-转向向节臂;5-转转向梯形形臂图2-22 转向向系简图图2.4转转向系计计算载荷荷的确定定为了保证证行驶安安全，组组成转向向系的各各零件应应有足够够的强度度。欲验验算转向向系零件件的强度度，需首首先确定定作用在在各零件件上的力力。影响响这些力力的因素素的主要要因素有有转向轴轴的负荷荷，路面面阻力和和轮胎气气压等。为转动动转向轮轮要克服服的阻力力，包括括转向轮轮绕主销销转动的的阻力、车轮稳稳定阻力力、轮胎胎变形阻阻力和转转向系中中的内摩摩擦阻力力等。精确地计计算这些些力是困困难的，为为此推荐荐用足够够精确度度的半径径经验

42、公公式来计计算汽车车在沥青青或者混混凝土路路面上的的原地转转向阻力力矩 MR=(f/3)*(G1)*(G1)*(G1)/p) （N），即即（2.11）式中，轮胎胎和路面面间的滑滑动摩擦擦因数，一一般取00.7；转向向轴负荷荷，N；轮胎胎气压，MPa，查汽车工程设计手册=0.67MPa。即 N作用在转转向盘上上的手力力为(2.22)式中，转向向摇臂长长，；转向向节臂长长，；转向向盘直径径，；转向向器角传传动比；B，D-钢球与滚道接触点；-转向纵拉杆及横拉杆-滚道截面的圆弧半径图2-3 螺杆与螺母的螺旋滚道截面转向向器正效效率。即2.5各各零件主主要结构构与参数数确定2.5.1螺杆杆、钢球球、螺母

43、母传动副副根据该车车型前桥桥负荷及及汽车的的装载质质量的不不同参考考机械械设计手手册选选取，得得齿扇。根据齿扇扇的模数数，参照照汽车车设计，得得钢球中中心距为为30或32，螺螺杆与螺螺母的螺螺距为10或或9.5525，螺杆杆外径。由机机械设计计手册滚滚动螺旋旋传动的的公称直直径，螺螺距=110；根据常常用外循循环滚动动螺旋副副的尺寸寸系列及及其承载载能力，得得螺纹升升角。螺杆螺旋旋滚道的的内径,外径,以及螺螺母的尺尺寸（见见图2-3）,在确定定钢球中中心距后后可由下下式确定定:(2.33)式中,钢球球中心距距，；转向摇臂臂轴上的的力矩如如下：在实际中中常取转转向传动动机构的的力传动动比计算算转

44、向摇摇臂轴上上的力矩矩(3.99)式中,转向向传动机机构的效效率，一一般取00.8550.9；转向传动动机构的的力传动动比为(3.110)齿扇的啮啮合半径径计算如如下：由循环球球式转向向系的结结构关系系可知：当转向向盘转动动角时，转转向螺母母及其齿齿条的移移动量应应为(3.111)式中，螺杆杆或螺母母的螺距距,。这时，齿齿扇转过过角。设设齿扇的的啮合半半径为，则则角所对对应的啮啮合圆弧弧长应等等于，即即(3.112)且循环球球转向器器角传动动比为(3.113)由式(33-111)、(3-12)、(3-13)可求得得循环球球式转向向器齿扇扇的啮合合半径为为齿扇的啮啮合半径径32.5(3.14)综

45、上取3.2螺螺杆在弯弯扭联合合作用下下的强度度计算螺杆处于于复杂的的应力状状态在其其危险断断面上作作用着弯弯矩和扭扭矩，其其弯矩和和转矩分分别为(3.115)(3.116)式中，齿条条、齿扇扇啮合节节点至螺螺杆中心心的距离离，；螺杆杆两支承承轴承间间的距离离，；啮合合角，；钢球球中心距距，；螺线线导程角角，；滚动动摩擦系系数，=0.00080.0010；钢球球与滚道道的接触触角,。则这时，螺螺杆的当当量应力力9为(3.117)式中，螺杆杆按其内内径计算算的横断断面积、弯曲截截面系数数和扭转转截面系系数。许用用应力，N；(3.118)螺材材料的屈屈服极限限，MPPa。由于(33.19)(3.22

46、0)(3.221)得根据螺杆杆的工作作条件，其其选用的的材料为为。具有很很高的渗渗氮性能能和力学学性能，良良好的耐耐热性、高的疲疲劳强度度及良好好的抗过过热性等等特性，因因此常应应用于制制造高疲疲劳强度度、高耐耐磨性，热热处理后后尺寸精精度、强强度较高高的各种种尺寸的的渗氮零零件，如如：气缸缸套、底底盖、活活塞螺栓栓、精密密磨床主主轴、搪搪杆、精精密丝杆杆和齿轮轮、蜗杆杆、高压压阀门、阀杆等等。查机械械设计实实用手册册零件件材料的的牌号及及力学性性能得的的屈服极极限MPPa，因因此取得所以，螺螺杆在弯弯扭联合合作用下下满足强强度条件件。3.3本本章小结结这一章重重点在于于对钢球球与滚道道间的接

47、接触应力力的计算算，通过过对螺杆杆在弯扭扭联合作作用下的的强度计计算，从从而确定定螺杆工工作条件件。第4章转转向桥设设计转向桥是是利用转转向节使使车轮偏偏转一定定的角度度以实现现汽车的的转向，同同时还承承受和传传递汽车车与车架架及车架架之间的的垂直载载荷、纵纵向力和和侧向力力以及这这些力形形成的力力矩。转转向桥通通常位于于汽车的的前部，因因此也常常称为前前桥。各类汽车车的转向向桥结构构基本相相同，主主要有前前轴（梁梁）、转转向节、主销和和轮毂(1)前前轴：由由中碳钢钢锻造，采采用抗弯弯性较好好的工字字形断面面。为了了提高抗抗扭强度度，接近近两端略略呈方形形。前轴轴中部下下凹使发发动机的的位置得

48、得以降低低，进而而降低汽汽车质心心，扩展展驾驶员员视野，减减小传动动轴与变变速器输输出轴之之间的夹夹角。下下凹部分分的两端端制有带带通孔的的加宽平平面，用用以安装装钢板弹弹簧。前前轴两端端向上翘翘起，各各有一个个呈拳形形的加粗粗部分，并并制有通通孔。(2)主主销：即即插入前前轴的主主销孔内内。为防防止主销销在孔内内转动，用用带有螺螺纹的楔楔形销将将其固定定。(3)转转向节：转向节节上的两两耳制有有销孔，销销孔套装装在主销销伸出的的两端头头，使转转向节连连同前轮轮可以绕绕主销偏偏转，实实现汽车车转向。为了限限制前轮轮最大偏偏转角，在在前轴两两端还制制有最大大转向角角限位凸凸块(或安装装限位螺螺钉

49、)。转向节的的两个销销孔，要要求有较较高的同同心度，以以保证主主销的安安装精度度和转向向灵活。为了减减少磨损损，在销销孔内压压入青铜铜或尼龙龙衬套。衬套上上开有润润滑油槽槽，由安安装在转转向节上上的油嘴嘴注入润润滑脂润润滑。为为使转向向灵活轻轻便，还还在转向向节下耳耳的上方方与前轴轴之间装装有推力力轴承111；在在转向节节上耳与与前轴之之间，装装有调整整垫片88，用以以调整轴轴向间隙隙。左转向节节的上耳耳装有与与转向节节臂9制成一一体的凸凸缘，在在下耳上上装有与与转向节节下臂制制成一体体的凸缘缘。两凸凸缘上均均制有一一矩形键键与左转转向节上上、下耳耳处的键键槽相配配合，转转向节即即通过矩矩形键

50、及及带有键键形套的的双头螺螺栓与转转向节上上下臂连连接。(4)轮轮毂：轮轮毂通过过内外两两个滚锥锥轴承套套装在转转向节轴轴颈上。轴承的的松紧度度可以由由调整螺螺母调整整，调好好后的轮轮毂应能能正、反反方向自自由转动动而无明明显的摆摆动。然然后用锁锁紧垫圈圈锁紧。在锁紧紧垫圈外外端还装装有止推推垫圈和和锁紧螺螺母，拧拧紧后应应把止推推垫圈弯弯曲包住住锁紧螺螺母或用用开口销销锁住，以以防自行行松动。轮毂外端端装有冲冲压的金金属端盖盖，防止止泥水或或尘土浸浸入。轮轮毂内侧侧装有油油封 (有的油油封装在在转向节节轴颈的的根部)，有的的还装有有挡油盘盘。一旦旦油封失失效，则则外面的的挡油盘盘仍可防防止润

51、滑滑脂进入入制动器器内。4.1结结构参数数选择EQ10040型型汽车总总布置整整车参数数如表44-1表4-11 EQQ10440型汽汽车总布布置整车车参数4.2转转向桥结结构形式式本前桥采采用非断断开式转转向桥4.3选选择前桥桥结构型型式及参参数（1）前前轴结构构形式：工字形形断面加加叉形转转向节主主销固定定在前轴轴两端的的拳部里里。（2）转转向节结结构型式式：整体体锻造式式。（3）主主销结构构型式:圆柱实实心主销销。（4）转转向节止止推轴承承结构形形式：止止推滚柱柱轴承。（5）主主销轴承承结构形形式：滚滚针轴承承（6）轮轮毂轴承承结构形形式：单单列向心心球轴承承4.4本本章小结结本章叙述述了

52、转向向桥的结结构形式式，对其其结构参参数进行行分析，结结构参数数的选择择。确定定了前桥桥梁的结结构形式式为“工”字形式式的梁。从而确确定了前前轮的定定位角。第5章转转向桥强强度计算算5.1前前轴强度度计算5.1.1前轴轴受力简简图如图所示示：图5-11汽车向向左侧滑滑时前轴轴受力图图5.1.2前轴轴载荷计计算）紧急急制动工汽车紧紧急制动动时，纵纵向力制制动力达达到最大大值，因因质量重重新分配配，而使使前轴上上的垂直直载荷增增大，对对后轮接接地点取取矩得取路面附附着糸数数=0.7制动时前前轴轴载载千质量量重新分分配分配配糸数mm1=1.63垂直反作作用力：Z1l= Z1rr=1668911.6N

53、N横向反作作用力：X1l=XX1r= =1118244.1NN）侧滑滑汽车侧滑滑时，因因横向力力的作用用，汽车车前桥左左右车轮轮上的垂垂直载荷荷发生转转移。（1）确确定侧向向滑移附附着糸数数：在侧滑的的临界状状态，横横向反作作用力等等于离心心力F离，并达达到最大大值F离=,Ymaax=GG1,为保证证不横向向翻车，须须使V滑V翻，则有有：，所所以，得到到=0.7477，取=00.655（2）对对车轮接接地点取取矩垂直反作作用力：Z=1193660.55NZ=13346.5N横向反作作用力：Y1l=125584.3NY1r=8755.2NN）越过过不平路路面汽国越过过不平路路面时，因因路面不不平

54、引起起垂直动动载荷，至至使垂直直反作用用力达到到最大值值取动载荷荷糸数=2.55N载荷计算算结果列列表，如如下表55-1：5.2弯弯矩及扭扭矩计算算选择下下述四个个部位计计版式其其断面的的弯矩、扭矩-断断面位于于钢板弹弹簧座内内侧，属属于前轴轴中部最最弱部位位。此断断面内弯弯矩最大大（钢板板弹簧座座可视为为梁的固固定端），故故两钢板板弹簧之之间这段段梁可不不考虑受受扭）-断断面位于于钢板弹弹簧座外外侧附近近，此断断面内就就弯矩最最大，而而扭矩最最小-断断面处的的弯矩，扭扭矩均较较大-断断面位于于梁端，此此断面内内扭矩最最大，而而弯矩最最小各断面的的计算参参数见表表5-22表5-22 断断面的计

55、计算参数数表5-22-1各各断面弯弯扭矩计计算各断面面弯扭矩矩计算见见图5-2-11）紧急急制动垂直面内内弯矩 M=Z1li水平面内内弯矩 M=Xli上式中LLi对应应与-、-、-、-断面分分别带入入L1、L2、L3、L4钢板弹簧簧外侧扭扭矩 MMn=XX上式中hhi对应应与-、-、-、-断面分分别带入入h1、h2、h3、0。）侧滑滑左侧各断断面垂直直面内弯弯矩=ZZ1l-YY1l(rrr-hii) 上式中LLi,hhi带入入值与紧紧急制动动时一致致）越过过不平路路面垂直面内内弯矩 M=Z1Li式中Lii带入与与上面计计算中一一致弯扭矩计计算结果果如下表表表5-33 弯弯扭矩计计算结果果(4)

56、断断面糸数数计算AA工字形形断面前前轴断面简图图本汽车前前轴简化化为换算算断面形形状后如如图5-4所示示图5-44前轴简简化图b)计算算断面糸糸数i)-断面如图5-4所示示垂直面面内抗弯弯断面糸糸数=370003.48NN.mmm水平面面内抗弯弯断面糸糸数）断面换算断面面简图如如图5-5图5-55IIII断断面计算算简图垂直面内内抗弯断断面系数数-断面为为上，下下翼缘不不等长的的工字形形断面。计算其其垂直面面内抗弯弯断面系系数的关关系是确确定出形形心轴坐坐标。形心轴XXc-XXc的坐坐标：=30.7966该断面对对形心轴轴的惯性性矩：上翼面的的抗弯断断面系数数：下翼面的的抗弯断断面系数数：水平

57、面面内抗弯弯断面系系数：iii) -断面 IIII-IIII断面面计算简简图如图图5-66图5-66 IIII-IIII断面面计算简简图1）垂直直面内，水水平面内内的抗弯弯断面系系数：2）抗扭扭断面系系数：iv) -断面1）垂直直面内，水水平面内内抗弯断断面系数数：2）抗扭扭断面系系数：v) 各各断面尺尺寸参数数见表55-7：表5-77 各各断面尺尺寸参数数vi)断断面系数数计算结结果如下下表表5-88 断断面系数数计算结结果（5）应应力计算算a)计算算公式i)汽车车紧急制制动时垂直面内内弯曲应应力水平面内内弯曲应应力合成应力力扭转应力力：在矩形长长边中点点上的扭扭转应力力在矩形短短边中点点上

58、的扭扭转应力力工字形断断面中所所产生的的最大应应力和最最大扭转转应力是是作用在在梁断面面上的不不同点处处。对于于上翼面面长边中中点，其其相当应应力：ii)汽汽车侧滑滑时垂直面弯弯曲应力力iii)汽车越越过不平平路面时时垂直面弯弯曲应力力应力值计计算结果果列表：5-99 （6）EEQ10040 前轴材材料的许许用应力力材料：330Crr 调质质硬度： HBB24112881 ：80009337许用应力力：表5-99 应应力值计计算结果果5.3本本章小结结本章主要要是对转转向桥强强度计算算，对紧紧急制动动，侧滑滑，越过过不平路路面进行行分析，从从而进行行前周载载荷计算算。以及及在上述述三种情情况下

59、，对对弯矩及及扭矩的的计算。剖析前前梁的内内部结构构，对断断面在各各种情况况下进行行计算分分析。第6章转转向节强强度计算算6.1截截面系数数计算取轮毂内内轴承根根部处指指轴为计计算断面面作用力、按表1-1取值值。6.2弯弯矩计算算弯矩在三三种条件件下进行行计算： A紧急急制动时时 B侧滑滑时 C超越越不平路路面时计算用参参数EQQ10440，6.3应应力计算算A）紧急急制动时时B）侧滑滑时C）超越越不平路路面时弯矩、应应力计算算结果见见列表6-1表6-11 弯弯矩、应应力计算算结果6.4转转向节的的材料、许用应应力及强强度校核核材料EQQ10440 400Gr许用应力力查YB66-711：6.

60、5本本章小结结本章对截截面系数数计算，弯弯矩计算算，应力力计算，确确定了转转向节强强度，材材料及许许用应力力。第7章主主销强度度计算7.1主主销作用用力计算算简图图7-11主销作作用力计计算简图图主销受力力见计算算参数表表7-22表7-22 主主销受力力参数7.2计计算载荷荷计算时，忽忽略主销销倾角的的影响，并并假定力力的作用用点位于于主销衬衬套中点点。 A）、按表1取值 B）汽汽车紧急急制动时时力在主销销的支承承反力和和。主销受到到和u的作用用，力uu由下式式求得：力在主销销的两个个支承上上反作用用力和力u在主主销的两两个支承承上反作作用力和和由制动力力矩的作作用，在在主销的的两个支支撑上产