车辆工程毕业设计56货车转向桥设计

本设计以DD1021汽车为研究对象,其有关参数为: 前轴轴荷:820kg; 整车质心高度:540mm; 滚动半径:314mm。

主要是计算前梁、转向节、主销、主销上下轴承(即转向节衬套)、转向节推力轴承或止推垫片等在制动和侧滑两种工况下的工作应力。绘制计算用简图时可忽略车轮的定位角,即认为主销内倾角、主销后倾角及车轮外倾角均为零,而左、右转向节轴线重合且与主销轴线位于同一侧向垂直平面内,如图(3-2)所示[3]。

图3-2 转向桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图

Fig.3-2 The force analysis of steering axle

(a)制动工况下的弯矩图和转矩图;(b)侧滑工况下的弯矩图

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3.2 非断开式转向从动桥前梁应力计算

3.2.1 在制动情况下的前梁应力计算

制动时前轮承受的制动力Pr和垂向力Z1传给前梁,使前梁承受转矩和弯矩。考虑到制动时汽车质量向前转向桥的转移,则前轮所承受的地面垂向反力为

Z1=G1m1'/2=8200×1.5/2=6150N (3-4)

式中:G1——汽车满载静止于水平路面时前桥给地面的载荷;

m1'——汽车制动时对前桥的质量转移系数,对前桥和载货汽车的前桥可取1.4~1.7。

前轮所承受的制动力为

Pr=Z1? =6150×1.0=6150N (3-5)

式中:?——轮胎与路面的附着系数。

由Z1和Pr对前梁引起的垂向弯矩Mv和水平方向弯矩Mh在两钢板弹簧座之间达最大值,分别为

Mv=(Z1-gw)l2=(1380?720G1m1'B?S8200?1.5?gw)?908)=(=1.73×106 N?mm 2222(3-6)

1380?720B?S=6150×1.0×=2.03×106 N?mm (3-7)

22式中:l2——为轮胎中线至板簧座中线间的距离,mm;

Mh=Prl2= Z1? gw——车轮(包括轮毅、制动器等)的重力,N; B——前轮轮距,mm;

S——前轮上两板簧座中线间的距离,mm。 制动力Pr还使前梁在主销孔至钢板弹簧座之间承受转矩T:

T=Prrr=6150×314=1.93×106 N?mm (3-8)

式中:rr——轮胎的滚动半径。

图3-2给出了前梁在汽车制动工况下的弯矩图及转矩图。

前梁在钢板弹簧座附近危险断面处的弯曲应力?w和扭转应力?(单位均为MPa)分别为

?w=

MvMh17300002030000??==300MPa (3-9) WvWh30400836010

?=

TT?WTJk/?=

max1930000=150MPa (3-10)

12866式中:WT——前梁在危险断面处的扭转截面系数,mm;

?max——前梁横断面的最大厚度,mm;

Jk——前梁横截面的极惯性矩,对工字形断面:

Jk=0.4?h?3 mm4

h——工字形断面矩形元素的长边长,mm;

?——工字形断面矩形元素的短边长,mm

前梁应力的许用值为[?w]=340MPa;[?]=150MPa。

前梁可采用45,30Cr,40Cr等中碳钢或中碳合金钢制造,硬度为241~285HB。

3.2.2 在最大侧向力(侧滑)工况下的前梁应力计算

当汽车承受大侧向力时无纵向力作用,左、右前轮承受的地面垂向反力Z1L,Z1R和侧向反力Y1L、Y1R各不相等,则可推出前轮的地面反力(单位均为N)分别为

G12hg?182002?540?1.0Z1L?(1?)=(1?)=7308.70N (3-11)

2B1213802hg?18200G12?540?1.01?)=(1?) Z1R?(=902 N (3-12)

213802B12hg?18200G12?540?1.0Y1L?(1?)=(1?)=7308.70N (3-13)

2B121380G12hg?182002?540?1.0)=(1?) Y1R?(1?=902 N (3-14)

2B121380式中:G1——汽车停于水平路面时的前桥轴荷,N; B1——汽车前轮轮距,mm; hg——汽车质心高度,mm;

?1——轮胎与路面的侧面附着系数。取?1=1.0。 侧滑时左、右钢板弹簧对前梁的垂向作用力(N)为

T1l=0.5G1’+G1?1(hg-rr’)/s=0.5×8200+8200×1.0(540-260)/720=7288.9N (3-15) T1R=0.5G1’-G1?1(hg-rr’)/s=0.5×8200-8200×1.0(540-260)/720=911.1N (3-16)

式中:G1’——汽车满载时车厢分配给前桥的垂向总载荷,N; rr’——板簧座上表面的离地高度,mm;

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S——两板簧座中心间的距离,mm。

汽车侧滑时左、右前轮轮毂内、外轴承的径向力(单位为N)分别为

S1L=

rrb31420Y1L?Z1L=?7308.70??7308.70=49991.5N (3-17) a?ba?b23?2023?20rra31420Y1L?Z1L=?7308.70??7308.70=56752.9N (3-18) S2L=

a?ba?b23?2023?20rrb31420Y1R?Z1R=?902??902=7004.1N (3-19) S1R=

a?ba?b23?2023?20rra31420Y1R?Z1R=?902??902=6165.2N (3-20) S2R=

a?ba?b23?2023?20式中:rr——轮胎的滚动半径,mm;

a——S1L、S1R至车轮中线的距离,mm; b——S2L、S2R至车轮中线的距离,mm。

求得Z1L,Z1R,Y1L,Y1R即可求得左、右前轮轮毂内轴承对轮毅的径向支承S1L、S1R

和外轴承对轮毅的径向支承力S2L、S2R,这样就求出了轮毅轴承对轴轮的径向支承反力。根据这些力及前梁在钢板弹簧座处的垂向力T1L,T1R,可绘出前梁与轮轴在汽车侧滑时的垂向受力弯矩图(见图3-3)。由弯矩图可见,前梁的最大弯发生在汽车侧滑方向一侧的主销孔处(Ⅰ—Ⅰ剖面处);而另一侧则在钢板弹簧座处(Ⅱ—Ⅱ剖面处),可由下式直接求出:

MⅠ—Ⅰ= Y1Lrr -Z1Ll1=7308.7×314-7308.7×99=1.57×106 N?mm (3-21) MⅡ—Ⅱ=Z1Rl2+Y1Rrr=902×340+902×314=5.90×105 N?mm (3-22)

式中:M——弯矩,N?mm;

Z1L, Z1R——左、右前轮承受地面的垂向反力,N; Y1L,Y1R——左、右前轮承受地面的侧向反力,N。

3.3 转向节在制动和侧滑工况下的应力计算

如下图所示,转向节的危险断面处于轴径为d1的轮轴根部,即Ⅲ—Ⅲ剖面处。

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