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1、武汉理工大学华夏学院08级车辆工程转向桥毕业设计（说明书）摘 要1ABSTRACT3绪 论41 转向桥41.1 转向桥的定义41.2 转向桥的安装形式42 转向桥的结构52.1 转向桥的组成部分52.2 转向桥的结构及其影响因素63 转向桥的设计计算93.1 转向桥主要零件尺寸的确定93.2 非断开式转向从动桥前梁应力计算103.2.1 在制动情况下的前梁应力计算103.2.2 在最大侧向力（侧滑）工况下的前梁应力计算113.3 转向节在制动和侧滑工况下的应力计算123.3.1 工况下的转向节应力计算133.3.2 在汽车侧滑工况下的转向节应力计算133.4 主销与转向节衬套在制动和侧滑工况下
2、的应力计算143.4.1 在汽车制动工况下的计算143.4.2 在汽车侧滑工况下的计算153.5 推力轴承和止推垫片的计算163.5.1 推力轴承计算163.5.2 转向节止推垫片的计算174 轮胎的选取184.1 轮胎与车轮应满足的基本要求184.2 轮胎的分类184.3 轮胎的特点与选用185.1 主销后倾角215.2 主销内倾角215.3 车轮外倾角225.4 车轮前束236转向桥实验236.1 车道路实验、使用实验及整车室内台架试验236.2 转向桥有时还在扭力机上进行静扭转强度实验247 结论25参 考 文 献26致 谢27摘 要随着汽车工业的发展和汽车技术的提高，转向桥的设计和制造
3、工艺都在日益完善。转向桥和其他汽车总成一样，除了广泛采用新技术外，在结构设计中日益朝着“零件标准化、部件通用化、产品系列化”的方向发展及生产组织专业化目标前进。应采用能以几种典型的零部件，以不同方案组合的设计方法和生产方式达到驱动桥产品的系列化或变形的目的，或力求做到将某一类型的转向桥以更多或增减不多的零件，用到不同的性能、不同吨位、不同用途多变形汽车上。本设计要求根据HX6560轻型客车在一定的程度上既有轿车的舒适性又有货车的载货性能，使车辆具有行驶范围广的特点，要求转向桥在保证日常使用基本要求的同时极力强调其对不同路况的适应能力。转向桥是汽车最重要的系统之一，是为汽车传输和分配动力所设计的
4、。通过本课题设计，使我们对所学过的基础理论和专业知识进行一次全面的，系统的回顾和总结，提高我们独立思考能力和团结协作的工作作风。关键词：转向从动桥；前梁；汽车 ABSTRACTThe main content of this bachelor paper is the process of the design and calculation of the drive axle for mini-bus.As one of main component of vehicle drive line, its basic effect is to enlarge the torques that
5、comes from the drive shafts or directly from the transmission, and distributes the torques to side wheels, and make the side wheels have the differential drive axle has an important effect on vehicle performance, therefore, we should keep a serious and earnest attitude during the course of design.In
6、 the exordium part, it has short and sweet introduced the assembly and pattern selection for drive axle.In the part of selection and argumentation ,a concrete description of structure form of drive axle and its assemblies are made. In this design, it has selected the single-grade main-reducer drive
7、axle, it is two hypoid gears, it can simplify the structure, reduce the size, make effect use of the space and materials, reduce the whole quality. As it is for mini-bus and often use on good rods, so it dosent use differential block.In the part of designing conclusion and strength check, parameter
8、of the essential units such as the speed reduction,differential,wheel drive mechanism and so on are selected. At the same time, the author makes the strength check to the main speed reduction,differential wheels drive mechanism.In the technology of drive ring gear shaft is analyzed, afterwards its d
9、imensional chain is calculated.In the conclusion, the author makes a brief summary about this Graduation Project. And the author gives his heartily thanks and respects to the guide teachers and classmates, who helped and supervised the author a lot.Key words ： drive axle main-reducer differential ge
10、ar 绪 论我国作为一个发展中国家，汽车使用越来越多，而当前由于设计方案所限，不能精确地选择零部件的尺寸和结构，造成有的地方强度不够，而有的地方强度又过剩，严重地影响了产品的开发和设计，造成直接经济损失。特别对于诸如转向桥等部件,因不能准确确定其失效原因和部位，造成不能从根本上解决其失效问题。不同类型的客车在我国的市场中占有相当大的比例，他们的性能的好、坏在一定程度上也影响着汽车在市场上的地位。针对以上问题，本设计选用轻型客车的转向桥作为设计对象，通过合理的计算，结构设计，而达到汽车转向桥具有较好的转向灵敏性。希望取得一个较好的结果，使轻型客车转向桥提到一个新水平。1 转向桥本节重点介绍转向桥
11、的定义和安装形式。1.1 转向桥的定义转向桥是汽车的重要组成部分，转向桥是利用车桥中的转向节使车轮可以偏移一定角度，并承受地面与车架之间的力及力矩，以实现汽车的转向。1.2 转向桥的安装形式一般载客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。轿车多采用前置发动机前桥驱动，越野车均为全轮驱动，故他们的前桥既是转向桥也是驱动桥，称为转向驱动桥。转向桥按与其匹配的悬架结构不用，又可分为非断开式与断开式两种。与非独立悬架匹配的非断开式的转向桥是一根支承于左、右从动车轮上的刚性整体横梁，当又是转向桥时，其两端经转向主销与转向节相连。断开式转向桥与独立悬架相匹配。2 转向桥的结构2.1 转
12、向桥的组成部分各种车型的非断开式转向桥的结构型式基本相同，它主要由前梁（由于汽车前桥为转向桥，因此其横梁常称前梁）、转向节、转向主销、转向梯形臂、转向横拉杆等组成。1)前梁前梁是非断开式转向从动桥最主要的零件，由中碳钢或中碳合金钢模锻而成。其两端各有一呈拳形的加粗部分作为安装主销前梁拳部。为提高其抗弯强度，其较长的中间部分采用工字行断面，并相对两端向下偏移一定距离，以便降低汽车发动机的安装位置，从而降低汽车传动系的安装高度并减小传动轴万向节主、从动轴的夹角；为提高前梁的抗扭强度，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连接的向下弯曲部分，则采用上述两种断面逐渐过度的形状。
13、中间部分的两侧还要锻造出钢板弹簧支座的加宽支承面。非断开式转向从动桥的前梁亦可采用组合式结构，即由无缝钢管的中间部分和模锻成型的两端拳形部分组焊而成。这种组合式前梁适用于批量不大的生产，并可省去大型锻造设备。2)主销其结构型式有几种，如图2-1所示，其中（a）、（b）两种型式是最常见的结构。3)转向节多用中碳合金钢断模锻成整体式结构，有些大型汽车的转向节，由于其尺寸过大，也有采用组焊式结构的，即其轮轴部分是经压配并焊上去的。4)转向节臂、转向梯形臂由中碳钢或中碳合金钢如40、35Cr、40CrNi钢等用模锻加工制成。多采用沿其长度变化尺寸的椭圆形截面以合理地利用材料和提高其强度和刚度。5)转向
14、横拉杆应选用刚性好、质量小的20钢，30钢或35钢的无缝钢管制造，其两端的球形铰接作为单独组件，组装好后以组件客体上的螺纹旋到杆的两端端部，使横拉杆的杆长可调，以便用于调节前束。球形铰接的球销与衬垫均采用低碳合金钢如12CrNi3A,20CrNi,20CrMnTi,工作表面经渗碳淬火，渗碳层深1.53.0mm，表面硬度5663HRC。允许采用40或图2-1 主销的结构型式Fig.2-1 The structural shape of king pin(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45中碳钢制造并经高频淬火处理，
15、球销的过渡圆角处用滚压工艺增强，球形铰接的壳体用35钢或40钢制造。为了提高球头和衬垫工作表面的耐磨性，可采用等离子或气体等离子金属喷镀工艺；亦可采用耐磨性好的工程塑料制造衬垫。后者在制造过程中可渗入专门的成分（例如尼龙-二硫化钼），对这类衬垫可免去润滑。6)转向节推理轴承承受作用于汽车前梁上的重力。为减小摩擦使转向轻便，可采用滚动轴承，如推力球轴承、推力圆锥滚子轴承等。也有采用青铜止推垫片的。7)主销上、下轴承承受较大的径向力，多采用滚动轴承（即压入转向节上、下中的衬套），也有采用滚针轴承的结构。后者的效率较高，转向阻力小，且可延长使用寿命。8)轮毅轴承多由两个圆锥滚子轴承组对，这种轴承的支
16、承刚度较大，可承受较大负荷。轿车因负荷较轻，前轮毅轴承也有采用也有采用一对单列或一个双列向心轴承的，球轴承的效率高，能延长汽车的滑行距离，有的轿车采用一个双列圆锥滚子轴承。9)左、右轮胎螺栓多数为右旋螺纹，但有些汽车为了防松，左侧用左旋，右侧用右旋。2.2 转向桥的结构及其影响因素非断开式转向桥主要由前梁、转向节及转向主销组成。转向节利用主销与前梁铰接并经一对轮毅轴承支承着车轮的轮毅，以达到车轮转向的目的。在左转向节的上耳处安装着转向梯形臂，后者与转向直拉杆相连；而在左、右转向节的下耳处则装有与转向横拉杆联接的转向梯形臂。有的将转向节臂与转向梯形臂联成一体并安装在转向节的下耳处以简化结构。制动
17、底版紧固在转向节的凸缘面上。转向节的销孔内压入带有润滑槽的青铜衬套以减小磨损。为使转向轻便，在转向节下耳与前梁拳部之间可装滚子推力轴承，在转向节上耳与前梁拳部之间装有调整垫片以调整其间隙。带有罗纹的楔形锁销将主销在前梁拳部的孔内，使之不能转动。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面内部有一定倾角。在纵向平面内，主销上部向后倾斜一个角，称为主销后倾角。在横向平面内主销上部相内倾斜一个角，称为主销内倾角。主销后倾使主销轴与路面的交点位于轮胎接地中心之前，该距离称为后倾拖距。当直线行驶的汽车的转向轮偶然受到外力作用而稍有偏移时
18、，汽车就偏离直线行使而有转向，这时引起的离心力使路面、对车轮作用着一阻碍其侧滑的侧向反力，使车轮产生主销旋转的回正力矩，从而保证了汽车具有较好的直线行使稳定性。此力矩称为稳定力矩。稳定力矩也不宜过大，否则在汽车转向时为了克服此稳定力矩需在转向盘施加更大的力，导致转向沉重。主销后倾角通常在30以内。现在轿车采用低压宽断面斜交轮胎，具有较大的弹性回转力矩，故主销后倾角就可以减小到接近于零，甚至为负值。但在采用子午线轮胎时，由于轮胎的拖距较小，则需选用较大的主销后倾角。主销内倾也是为了保证汽车直线行驶的稳定性并使转向轻便。主销内倾使主销轴线与路面的交点至车轮中心平面的距离即主销偏移距减小，从而可减小
19、转向时需加在转向盘上的力，使转向轻便，同时也可减小转向轮传到转向盘上的冲击力。主销内倾使前轮转向是不仅有绕主销的转动，而且伴随有车轮轴及前横梁向上的移动，而当松开转向盘是，所储存的上升位能使转向轮自动回正，保证汽车作直线行使。主销内倾角一般为5080；注销偏移距一般为3040mm。轻型客车、轻型客车及装有动力转向的汽车可选择较大的主销内倾角及后倾角，以提高其转向车轮的自动回正性能。但主销内倾角也大，即主销偏移距图2-2转向桥Fig.2-2 The steering axle 1.转向推力轴承；2转向节；调整垫片；4.主销；5前梁不宜过小，否则在转向过程中车轮绕主销偏移时，随着滚动将伴随着沿路面
20、的滚动，从而增加轮胎与路面的摩擦阻力，使转向变得很沉重。为了克服因左、右前轮制动力不等而导致汽车制动时跑偏，近年来出现了主销偏移距为负值的汽车。前轮定位除上述主销后倾角，主销内倾角外，还有车轮外倾角及前束，共四项参数。车前外倾指转向轮安装时，其轮胎中心平面不是垂直与地面，而是向外倾斜一个角度，称为车轮外倾角。此角约为0.501.50,一般为10左右。它可以避免汽车重载时车轮产生负外倾即内倾，同时车轮外倾也与拱行路面相适应。由于车轮外倾角使轮胎接地点内缩。缩小了主销偏义距，从而使转向轻便并改善了制动力的方向稳定性。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（具有外
21、倾角的车轮在滚动时犹如滚锥，因此当汽车向前行驶时，左、右两前轮的前端会向外张开），为此在车轮安装时，可使汽车两轮的中心平面不平行，且左、右轮前面轮缘间的距离A小于后面轮缘间的距离B，以使前轮在每一瞬间的滚动方向向着正前方。前束值即（B-A），一般汽车约为35mm，可通过改变转向横拉杆的长度来调整。设定前束的名义值时，应考虑转向梯形中的弹性和间隙等因素。在汽车设计、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车轮绕主销不断受迫振动的现象，它将破坏汽车的正常行驶。转向车轮的摆振有自激振动与受迫振动两种类型。前者是由于轮胎侧向变形中的迟滞特性的影响，使系统在一个振
22、动周期中路面作用与轮胎的力对系统做正功，即外面对系统输入能量。如果后者的值大于系统内阻尼消耗的能量，则系统将作增幅振动直至能量达到平衡状态。这时系统将在某一振幅下持续震动，形成摆振。其振动频率大致接近系统的固有频率而与车轮转速并不一致。当车轮向车轮及转向系统受到周期性扰动的激励，例如车轮失衡。端面跳动，轮胎的几何和机械特性不均匀及运动学上的干涉等，在车轮转动下都会构成周期性的扰动。在扰动力周期性的持续作用下，便会发生受迫振动。当扰动的激励频率与系统的固有频率一致时便发生共振。其特点是转向车轮摆振频率与车轮转速一致，而且一般豆油明显的共振车速，共振范围（3-5km/h）。通常在告诉行驶时发生的摆
23、振往往都属于受迫振动型。转向车轮摆振的发生原因及影响因素复杂，既有设计结构的原因和制造方面的因素，如车轮失衡、轮胎的机械特性、胸的刚度与阻尼、转向车轮的定位角以及陀螺效应的强弱等；又有装配调整方面的影响，如前桥转向系统各环节间的间隙（影响系统的刚度）和摩擦（影响阻尼）等。合理地选择有关参数。优化他们之间的匹配，精心地制造和调整装配，就能有效的控制前轮摆振的发生。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振器以增加阻尼等，都是控制前轮摆振的一些有效措施。273 转向桥的设计计算3.1 转向桥主要零件尺寸的确定转向桥采用工子形断面的前梁
24、，可保证其质量最小而在垂向平面内的刚度大、强度高。工字形断面尺寸值见图3-1，图中虚线绘出的是其当量断面。该断面的垂向弯曲截面系数Wv和水平弯曲截面系数Wh可近似取为Wv=20a3=2011.53=3.04104 mm3 (3-1)Wh=5.5a3 =5.511.5=8.36103 mm3 (3-2)式中：a工字形断面的中部尺寸，见图3-1在设计中为了预选前梁在板簧座处的弯曲截面系数Wv,可采用经统计取得的经验公式：Wv=ml/2200=820345/2200=128.60 cm3 (3-3)式中：m作用于该前梁上的簧上质量，kg;l车轮中线至板簧座中线间的距离，cm;2200系数，kgcm-
25、2。转向桥前梁拳部之高度约等于前梁工字形断面的高度，而主销直径可取为拳部高度的0.350.45倍。主销上、下滚动轴承（即压入转向节上、下孔中的衬套）的长度则取为主销直径的1.251.50倍。图3-1 前梁工字形断面尺寸关系的推荐值Fig.3-1 n. recommendation D1 of dimension转向桥主要零件工作应力的计算本设计以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
26、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=G1/2=82001.5/2=6150N (3
27、-4)式中：G1汽车满载静止于水平路面时前桥给地面的载荷； 汽车制动时对前桥的质量转移系数，对前桥和载客汽车的前桥可取1.41.7。前轮所承受的制动力为 Pr=Z1 =61501.0=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=1.73106 Nmm(3-6)Mh=Prl2= Z1=61501.0=2.03106 Nmm (3-7)式中：l2为轮胎中线至板簧座中线间的距离，mm; 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
28、。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=6150314=1.93106 Nmm (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=300MPa (3-9)=150MPa (3-10)式中：WT前梁在危险断面处的扭转截面系数，mm;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=0.43 mm4h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4
29、5,30Cr,40Cr等中碳钢或中碳合金钢制造，硬度为241285HB。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=7308.70N (3-11) =902 N (3-12)=7308.70N (3-13) =902 N (3-14)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=0.5
30、G1+G11(hg-rr)/s=0.58200+82001.0（540-260）/720=7288.9N (3-15)T1R=0.5G1-G11(hg-rr)/s=0.58200-82001.0（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； 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=49991.5N (3-17)S2L=56752.9N (3-18)S1R=7004.1N (3-19)S2R=6165.2N (3-20)式中：rr轮胎的滚动半
31、径，mm; aS1L、S1R至车轮中线的距离，mm; bS2L、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（剖面处）；而另一侧则在钢板弹簧座处（剖面处），可由下式直接求出：M= Y1Lrr -Z1Ll1=7308.7314-7308.799=1.57106 Nmm
32、 (3-21)M=Z1Rl2+Y1Rrr=902340+902314=5.90105 Nmm (3-22)式中：M弯矩，Nmm;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，即剖面处。图3-3 转向节、主销及转向衬套的计算用图Fig.3-3 The knuckle、king pin、bushs computation graph3.3.1 工况下的转向节应力计算转向节在剖面处的轴径仅受垂向弯矩Mv和水平方向的弯矩Mh而不受转矩，因制动力矩不经转向节
33、的轮轴传递，而直接由制动底板传给在转向节上的安装平面。这时可按计算其Mv及Mh，但需以I3代替两式中的I2，即gwMv=(Z1-)l3 =（6150-908）48.5=2.54105 Nmm (3-23)Mh= Z1l3=m1l3=61501.048.5=2.98105 Nmm (3-24)式中：Z1前轮所承受的地面垂向反力，N； 轮胎与路面的附着系数；l3轮胎中心线至剖面间的距离。剖面处的合成弯曲应力为= =620 MPa (3-25)式中：d1转向节轮轴根部轴径mm。转向节采用30Cr,40Cr等中碳合金钢制造，心部硬度241285HB，高频淬火后表面硬度5765HRC，硬化层深1.52.
34、0mm。轮轴根部的圆角滚压处理。3.3.2 在汽车侧滑工况下的转向节应力计算在汽车侧滑时，左、右转向节在危险断面处的弯矩是不等的，可按下公式求得：ML= Y1lrr- Z1Ll3 =7308.7314-7308.748.5=1.94106 Nmm (3-26)MR=Z1Rl3+Y1Rrr=90248.5+902314=3.26105 Nmm (3-27)左、右转向节在危险断面处的弯曲应力为=452 MPa (3-28)=76MPa (3-29)3.4 主销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算在制动和侧滑工况下，在转向节上、下衬套的中点，即与轮轴中心线相距分别为c,d的两点处，在侧向平面和纵
35、向平面内，对主销作用有垂直其轴线方向的力。3.4.1 在汽车制动工况下的计算地面对前轮的垂向支承反力Z1所引起的力矩Z1l1,由位于通过主轴线的侧平面内并在转向节上、下衬套中点处垂直地作用于主销的力QMZ所形成的力偶QMZ（c+d）所平衡，故有QMZ=6277 N (3-30)制动力矩Prrr由位于纵向平面内并作用于主销的力Qmr所形成的力偶Qmr（c+d）所平衡，故有Qmr=Prrr/（c+d）=Z1rrr/ (c+d) =61501.0314/（48.5+48.5）=2.00104N (3-31)而作用于主销的制动力Pr则由在转向节上、下衬套中点出作用的主销的力Qru、Qrl所平衡，且有Q
36、ru=3075 N (3-32)Qrl=3075 N (3-33)由转向桥的俯视图可知，制动时转向横拉杆的作用力N为N=5294 N (3-34)力N位于侧向平面内且与轮轴中心线的垂直距离为l4，如将N的着力点移至主销中心线与轮轴中心线交点处，则需对主销作用一侧向力矩Nl。力矩Nl4，由位于侧向平面内并作用于主销的力偶QMN（c+d）所平衡，故有QMN=5403 N (3-35)而力N则在转向节上、下衬套中点处作用于主销的力QNu,QNl所平衡，且有QNu=2647 N (3-36)QNl=2647 N (3-37) 由图3-3可知，在转向节上衬套的中点作用于主销的合力Qu和在下衬套的中点作用
37、于主销的合力Ql分别为Qu= =1.92104 N (3-38)Ql= =2.72104 N (3-39)由上两式可见，在汽车制动工况下，主销的最大载荷发生在转向节下衬套的中点处，其值计算所得到的Ql。3.4.2 在汽车侧滑工况下的计算仅有在侧向平面内起作用的力和力矩，且作用于左、右转向节主销的力QMZ是不相等的，他们分别按下式求得：QMZL=1.62104 N (3-40)QMZR= =2.00103 N (3-41)式中：Z1L，Z1R汽车左、右前轮承受的地面垂向反作用力，N；l1轮胎中心线至主销轴线的距离 mm;rr轮胎的滚动半径 mm;Y1L，Y1R左、右前轮承受地面的侧向反力，N；G
38、1汽车静止于水平路面时的前桥的轴荷，N；hg汽车质心高度，mm;B1汽车前轮轮距，mm;轮胎与路面的侧向附着系数，计算时可取=1.0.取Ql, QMZL, QMZR中最大的作为主销的计算载荷Qj,计算主销在前梁拳部下端处的弯曲力w和剪应切力sw=413 MPa (3-42)s=66 MPa (3-43)式中:d0主销直径 mm;h转向节下衬套中点至前梁拳部下端面的距离,mm。主销的许用应力弯曲力w=413MPa;许用剪切应力s=66MPa。主销采用20Cr,20CrNi,20CrMnTi等低碳合金钢制造，渗碳淬火，渗碳层深1.01.5mm,5662HRC。转向衬套的挤压应力c为c=8.3 MP
39、a (3-44)式中: l衬套长,mm;Qjj计算载荷,取Ql,QMZL,QMZR,中最大值,N;主销直径,mm。转向节衬套的许用挤压应力为c=50MPa。在静载荷下，上式的计算载荷取Qj=QMZ=Z1l1/(c+d)=6277N (3-45)3.5 推力轴承和止推垫片的计算计算时首先要确定推力轴承和止推垫片的当量静载荷3.5.1 推力轴承计算对转向节推力轴承，文献推荐取汽车以等速va=40km/h、沿半径R=50m或以va=20km/h,沿半径R=12m的圆周行使的工况作为计算工况。如果汽车向右转弯则其前外轮即前左轮的地面垂向反力Z1L增大。汽车前桥的侧滑条件为P1=m1Y1L+Y1R=G1
40、1=m1g1=820101.0=8200N (3-46)式中：P1前桥所受的侧向力，N；m1汽车满载时的整车质量分配给前桥的部分；R汽车转弯半径，mm;va汽车行使速度，mm/s;g重力加速度，mm/s2；Y1L、Y1R地面给左、右前轮的侧向反作用力，N；1轮胎与地面的侧向附着系数；G1汽车满载静止于水平路面时前桥给地面的载荷，N。由上式可得1= (3-47)Z1L= (3-48)将上述计算工况的va、R等的有关数据代入(3-44), (3-45)式，并hg/B=0.5, 则有Z1L=1.25G1/2=0.625G1可近似地认为推力轴承的轴向载荷F，等于上述前轮的地面垂向反力，即有Fa=0.6
41、256G1=0.6256150=3844 N (3-49)鉴于转向节推力轴承在工作中的相对转角不大的及轴承滚道圈破坏带来的危险性，轴承的选择按其静承载容量C0进行，且取当量静载荷P0为：P0=（0.50.33）C03.5.2 转向节止推垫片的计算当采用青铜止推垫片代替转向节推力轴承时，在汽车满载情况下，止推垫片的静载荷可取为Fa=3075 N (3-50)这时止推垫片的挤压力为c=1 MPa (3-51)式中：d；D止推垫片的内、外径。通常取c30MPa4 轮胎的选取4.1 轮胎与车轮应满足的基本要求轮胎即车轮用来支撑汽车，承受汽车重力，在车桥(轴)与地面之间传力，驾驶人员经操纵转向轮可实现对
42、汽车运动方向的控制。轮胎及车轮对汽车有许多重要性能，包括动力性、经济性、通过性、操纵稳定性、制动性及行驶安全性和汽车运动方向的控制。轮胎及车轮部件应满足下属基本要求：足够的负荷能力和速度能力；较小的滚动阻力和行驶噪声；良好的均与性和质量平衡性；耐磨损、耐老化、抗扎刺和良好的气密性；质量小、价格低、拆装方便、互换性好。4.2 轮胎的分类轮胎可以按胎体结构、帘线材料、用途、胎面花纹、断面形状、气密方式不同等进行分类如下：4.3 轮胎的特点与选用子午线轮胎的特点是滚动阻力小、温升低、胎体缓冲性能和路面附着性能都比斜交轮胎要好，装车后油耗低、耐磨损寿命长、高速性能好（图 4-1），因此，适应现代汽车对
43、安全、高速、低油耗的发展要求，是汽车设计时首选的轮胎。子午线轮胎也有制造困难、造价不如斜交轮胎低和不易翻修等特点。图4-1常在高速条件下行驶的汽车，适合选用强度高、导热性好的钢丝帘线轮胎。钢丝帘线仅能做子午线轮胎。相对汽车常在低速条件下行驶时，可以选用尼龙、聚酯、人造丝等人造材料做帘线制造的轮胎。斜交轮胎多用上述材料制造。低断面轮胎的胎面宽平、侧面刚性大、附着能力强、散热良好、高速行驶稳定性好。无内胎轮胎的平衡性良好、发热少、刺扎后不易快速失气、高速行驶安全性能良好。乘用轮胎既是子午线结构，又是低断面、无内胎轮胎并具备它们的各自优点。商用轮胎尺寸大、胎体厚、帘线层级多、承载能力强。非公路用轮胎附着性好，胎面耐刺扎，适用于在恶劣条件下使用，用于公路行驶时耗油量增加，噪声大。轮胎的胎面花纹对滚动阻力、附着能力、耐磨性及噪声有影响。公路花纹轮胎滚动阻力小、噪声小，适用在铺装路面上使用。其中，纵向花纹轮胎适用于良好路面，横向花纹轮胎适用于土石路面。越野花纹轮胎附着性能良好，适用于在坏路面或无路地带使用。混合花纹轮胎适用于使用路面条件变化不定的场合。图4-2为几种典型胎面花纹示例。图 4-2随轮胎气压的增加，其承载能力也越强；但轮胎的附着能力