2T载货汽车前桥设计.doc

南华大学机械工程学院毕业设计一、前桥（从动桥）设计 从动桥是用传递路面作用于作业机械的垂直力、纵向力和横向力的机构装在从动桥上的从动轮，除支承部分车重外，还起导向作用 从动桥的一般受力情况，以垂直方向和水平方向的负荷最大当作业机械静止时，从动桥象一简支梁，两端支点在轮胎接地中心的正上方，作业机械的重量作用在梁与车架的连接处此时，从动桥主要承受弯曲力矩，用工字梁最为合理但是对从动桥装有制动器当作业机械制动时，则它还有承受扭矩的作用，这样的话，宜采用圆形或长方形断面梁较合理综合考虑以上因素，可根据结构与强度需要采用变断面梁一）、从动桥载荷的确定作业机械在水平路面直线行驶或制动时，从动桥的受力情况是随作业机械重量、路面况、行驶速度、作业情况等因素的改变而改变的如作业机械在崎岖不平的不平路上上行驶，要比在平坦路面直线等速行驶时的载荷大得多，并且多为冲击载荷目前对于从动桥的强度设计，常通过以下三种严重工况求得其计算载荷：1、 作业机械紧急制动时，即产生最大制动力，而侧向力Y数值很小，可忽略不计：由附着条件决定的车轮最大切向力（纵向力）为 X=ZΦ （1-1）式中 Φ——车轮和路面的附着系数，一般取Φ=0.7； Z——一个从动车轮所承受的垂直反作用力，其值按制动工况的桥荷再分配进行计算。

一般Z=38%*G=38%×（20+18.8）=14.7（KN） 所以 X= 14.7×0.7=10.3（KN）2、 发生横向滑移时，即侧向力Y达到最大值，而纵向力X可忽略不计时：由附着条件决定的最大侧向力为 Y= ZΦ （1-2）式中 Φ——侧向附着系数，一般取Φ=1 Z——一个从动车轮所承受的垂直反作用力，与上面相同 所以 Y=14.7×1=14.7（KN）3、 越过不平路面时，由动载荷引起的垂直反作用力Z达最大值并假设无纵向力和 向力作用垂直反作用力的大小与道路不平度、轮胎弹性、行驶速度等有关，通常用动载荷系数K来表示： Z = K （1-3）式中 K——动载荷系数，对重型作业机械可取K=2.5； G——满载时作业机械前桥的静负荷G=25%×38.8=9.7（KN）Z=2.5×9.7×0.5=12.125（KN） 以上计算都是考虑从动桥仅受一种载荷的情况，并认为左右轮载荷情况相等如果遇到两种严重工况同时出现，则此时车桥的载荷应该是两部分载荷的合成。

二）、从动桥梁的设计 图为从动桥简图，在总体布置中，车轮距B、重心高度 h及车轮动力半径r等都已确定，而支点C至车轮轮胎接地点的水平距离n=B/2，初步确定主销中心距B"后，主销到轮胎接地点水平距离L= ，在参考同类型车辆来确定车轮外倾角α（此角很小作图和计算时常可忽略不计）和注销内倾角β由于支点与车架成一整体，故可把此处看为固定端然后按上述三种严重工况的受力情况来进行各零部件的强度计算1、 紧急制动时，从动桥梁的受力情况是左右车轮受垂直力和纵向力制动力为纵向力并达最大值按公式（1-1），左右车轮的纵向力为： X=X=X=Φ （1-4） 式中 ——制动时前桥重量重新分配系数 所以 X=X=X=Φ=（KN） 车轮上的垂直反力为： Z= Z= Z== =7.4（KN） 可见，从动桥梁受X 和Z的双向弯矩作用有图6.1可知交点C断面所受弯矩最大，但因该处截面尺寸较大，故应取较细的B-B断面进行强度计算。

图1.1 垂直面内的弯矩为： M=Zn= n =7.4×3= 22.2 水平面内的弯矩为： M=Xn= nφ = 10920 附着系数Φ通常取0.7，故 M> M，因而采用工字梁较为合理这种断面具有较大的抗弯矩断面系数因此，垂直面内的弯曲应力σ为：σ===24.7（牛顿/米） 式中 W′——抗弯断面系数，按图6.1其值为： W′= （1-9） =0.00009 水平面内的弯曲应力为： σ= （1-10） ==36.4（牛顿/米） W"= （1-11） ==0.00003 合成弯曲应力为： σ=σ+σ=24.7+36.4=61.1（牛顿/米） 制动时，从动桥梁还承受扭矩的作用，可取A-A为危险断面，该处承受的扭矩M为：M= Xrd （1-13） =5200×0.42=2184 因此，A-A断面的扭转应力ζ为： == （1-14） =21840.000006=26（牛顿/米） 式中 W——抗扭断面系数，按图6.2其值为：图1.2 工字梁断面形状简图W=2/9t（H+2b） =2/ =0.000006 由此可见，在工字梁断面上产生的最大弯曲应力和最大弯曲扭转应力，是分别作用在不同的断面上的，因此这些最大应力在某一断面上相加。

对B-B断面，由于桥梁向下弯一距离a，因此使断面的扭矩比A-A断面的扭矩小，所以一般只根据最大弯曲应力来验算B-B断面而A-A断面正相反，扭矩大，弯曲应力小，故以扭为主进行验算为了提高抗扭强度，A-A断面以制成圆形或倒角方形较为合理 计算后，根据所用材料的[σ] 和[]值来确定从动桥梁各处的断面尺寸因为所用从动桥梁的材料为45号钢 可查得： [σ]=（45～80）×10牛顿/米 []=30×10牛顿/米经较核，对于B-B断面： σ=61.1（牛顿/米）[σ] 对于A-A断面： =26（牛顿/米）[] 因此，A-A断面和B-B断面的断面尺寸都是合理的2、 侧滑时的受力情况：当作业机械侧滑时，横向力Y达最大值，设作业机械向左侧滑时，如图11-5，在垂直平面内从动桥支点处所受弯矩为：左：M= Zn- Yrd =3.3×3-14.7 = 右：M= Zn+ Yrd =3.3×3+14.7 = 而 Z=+=（1+） = =3.3（N） Z=-=（1-） = =-（N） 式中 ——为横向滑移附着系数，一般取=1。

从动桥两端的A-A、B-B断面都要进行验算： 则 σ=牛顿/米[σ] 所以A-A、B-B断面的断面尺寸是合理的3、 越过不平路面时，作用在从动桥梁B-B断面上的弯矩为： M= Kn = = 则 σ==牛顿/米[σ]一般从动桥梁采用25、40、45号碳钢制成，[σ] （45～80）×10牛顿/米而[]30×10牛顿/米三）、转向节的计算 转向节的受力情况也按上述三种严重工况进行计算，图11-7为转向节的受力简图1、紧急制动时作用在两侧转向节轴颈上的弯矩为： M=C= C由于车轮轮毂装在轴承上，而制动力矩只作用在制动鼓上，故转向节轴颈不受扭作用2、侧滑时作用在左右车轮上的垂直反力Z和侧向力Y是不相同的因此，在左右两侧转向轴颈上产生的力矩不但方向不同，大小也不一样当作业机械向右侧滑时，受力如图6.3所示图1.3 转向节轴颈和节销作用力简图转向节轴颈部的弯矩为：左：M= Zc+ Yrd右：M= Zc- Yrd式中 Z=（1-） Z=（1+） Y=（1-） Y=（1+） 当=1时，则： M=（c+rd）（1-） M=（c-rd）（1+） 由图11-7知c小于rd，因此当作业机械向右侧滑时，右侧转向节轴颈所承受的力矩M要比左侧转向节轴颈所承受的力矩M要小，当作业机械向左侧滑时，正好相反。

3、越过不平路面时转向节受力最严重为冲击载荷，作用于转向节轴颈的弯矩为： M= Kc由于动载荷系数K=2.5，且转向节轴颈是在变载荷下工作，容易造成金属疲劳破坏因此，设计当中应考虑避免应力集中，如轴颈与转向节过渡处之圆角取尽可能大根据上述三种严重工况，分别进行轴颈所受弯曲应力的计算以其中最大的M 作为确定轴颈直径d的依据： 一般转向节采用30Cr、40Cr钢经淬火和回火制成在本设计中我们选择了40Cr钢许用弯曲应力[σ]=60×10牛顿/米四）、主销的计算为了计算方便起见，假设力的作用点在主销套的中点此外由于主销内倾角不大，对计算结果影响很小，因此可忽略不计根据以上三种严重工况，进行受力分析：紧急制动时。