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動力轉(zhuǎn)向器畢業(yè)設(shè)計
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第一章 前 言
§1.1 四輪農(nóng)用車的發(fā)展前景
中國改革開放以來，在農(nóng)村實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制的改革，使農(nóng)村的經(jīng)濟空前的活躍。農(nóng)村的貨運量和人口的流動量急劇增加，加快運輸機械化成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的迫切需要，正是這一市場的需要使具有中國特色的運輸機械-農(nóng)用運輸車應(yīng)運而生。它解決了農(nóng)村運輸?shù)募毙瑁钛a了村際，鄉(xiāng)際，城鎮(zhèn)及城鄉(xiāng)結(jié)合部運輸網(wǎng)絡(luò)的空白，活躍了農(nóng)村經(jīng)濟，為農(nóng)村富裕勞動力找了一條出路，從而使數(shù)以萬計的農(nóng)民走上了小康之路！
四輪農(nóng)用運輸車的競爭對手是輕型汽車。與汽車相比，四輪農(nóng)用運輸車有許多優(yōu)點。入世后農(nóng)用運輸車沒有受到多大沖擊，因為它是中國特色的產(chǎn)業(yè)，符合國情，在國外幾乎沒人搞過。但是我們不能回避汽車與四輪農(nóng)用運輸車在市場的競爭，四輪農(nóng)用運輸車利用比較底的生產(chǎn)成本和微利經(jīng)營的生產(chǎn)方式并引進先進的汽車技術(shù)，堅持“三低一高”的特色，注重產(chǎn)品質(zhì)量，使之與在汽車行業(yè)的競爭中得以提高。
隨著黨和國家提出的的開發(fā)西部的政策落實，也給農(nóng)用運輸車廠商帶來了無限商機使農(nóng)用運輸車的開發(fā)有廣闊的前景， 另一方面，我國有近13億人口，特別是9億以上的農(nóng)村人口收入水平相對較低，需求量最大的是低檔次的汽車。由于它比較適合中國國情，預計在未來的5～15年里，農(nóng)用車在我國農(nóng)村仍然具有廣闊的發(fā)展前景。近年來農(nóng)用車保有量增加很快，因此對柴油的需求很大。
農(nóng)用車制造工藝簡單，價格便宜，其中三輪車價格在4000～7000元/輛，四輪車價格在1～1.5萬元/輛，購車農(nóng)戶一般半年左右即可收回10000元投資。另外，農(nóng)用車的養(yǎng)路費為每月每噸70元，是汽車的30%，使用成本為同噸位汽車的1/3到1/2。公路快速建設(shè)也促進了農(nóng)用車的發(fā)展。舊中國，全國公路僅13×104 km，而到1997年底，已達1.226×106 km，目前全國98%的鄉(xiāng)和80%的村都通了公路，使得農(nóng)用車有用武之地。公安車管部門1993年制定了《關(guān)于農(nóng)用運輸車道路交通管理的規(guī)定》，在不損害管理大局的前提下，大幅度減少農(nóng)用車的各種費用，免交車輛增容費。因此，在近十幾年里我國農(nóng)用車得到快速發(fā)展。1980年全國農(nóng)用車產(chǎn)銷量不足萬輛，1992年產(chǎn)銷量達到113萬輛，首次超過當年汽車產(chǎn)銷量（106.2萬輛）。1998年農(nóng)用車產(chǎn)銷量達到270萬輛，而同期汽車產(chǎn)銷量為163萬輛。
我們要開發(fā)的農(nóng)用運輸車要采用設(shè)計理念，多進行優(yōu)化設(shè)計，使產(chǎn)品新穎化，品種多樣化以適應(yīng)多種需要。
首先農(nóng)用運輸車既然為農(nóng)民服務(wù)，那么就必須立足于“農(nóng)”字，需對農(nóng)村市場有意的深入了解。及農(nóng)村的道路，農(nóng)民的使用水品和購買能力和分析研究！
另外，過去研制一味的迎合用戶“多拉快跑”的心理，盲目的加大強化車輛的部件是不可取的。農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā)研制該大則大，該小則小，不僅產(chǎn)品的檔次要拉開，產(chǎn)品開發(fā)的大小兩個方向也要拉開！
§1.2 前橋和轉(zhuǎn)向系組成和設(shè)計步驟
前橋通過懸架與車架(或承載式車身)相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動午輪，用以在車架(或承載式車身)與車輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動橋還要承受和傳遞制動力矩。從動橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同，也可分為非斷開式與斷開式兩種。從動橋按與之匹配的懸架結(jié)構(gòu)不同可分為非斷開式與斷開式兩種。由于農(nóng)用車要求價廉，所以多采用非斷開式前橋。非斷開式的前橋主要有前梁，轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向主銷組成。
一、從動橋結(jié)構(gòu)形式
1、非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋
2、合縱臂式后支持橋
一般多采用非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋。
二、從動橋設(shè)計
1、轉(zhuǎn)向從動橋主要零件尺寸的確定，前梁，工字型斷面，可采用常規(guī)設(shè)計，也可采用計算機程序可靠性優(yōu)化設(shè)計。
2、零件工作應(yīng)力的計算
（1）在制動工況下的前梁應(yīng)力計算
（2）在最大側(cè)壓力工況下的應(yīng)力計算
（3）轉(zhuǎn)向節(jié)在制動和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計算
（4）主銷和轉(zhuǎn)向襯套在制動和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計算
（5）轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承和止推墊片的計算
三、轉(zhuǎn)向系設(shè)計
1、轉(zhuǎn)向器方案分析
2、轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)設(shè)計
3、轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計
第二章 概述
§2.1 前橋簡介
從動橋即非驅(qū)動橋，又稱從動車橋。它通過懸架與車架(或承載式車身)相聯(lián)，兩側(cè)安裝著從動車輪，用以在車架(或承載式車身)與車輪之間傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。從動橋還要承受和傳遞制動力矩。
根據(jù)從動車輪能否轉(zhuǎn)向，從動橋分為轉(zhuǎn)向橋與非轉(zhuǎn)向橋。一般汽車多以前橋為轉(zhuǎn)向橋。為提高操縱穩(wěn)定性和機動性，有些轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向。多軸汽車除前輪轉(zhuǎn)向外，根據(jù)對機動性的要求，有時采用兩根以上的轉(zhuǎn)向橋直至全輪轉(zhuǎn)向。
一般載貨汽車采用前置發(fā)動機后橋驅(qū)動的布置形式，故其前橋為轉(zhuǎn)向從動橋。轎車多采用前置發(fā)動機前橋驅(qū)動，越野汽車均為全輪驅(qū)動，故它們的前橋既是轉(zhuǎn)向橋又是驅(qū)動橋，稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋。
從動橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)的不同，也可分為非斷開式與斷開式兩種。與非獨立懸架相匹配的非斷開式從動橋是一根支承于左、右從動車輪上的剛性整體橫梁，當又是轉(zhuǎn)向橋時，則其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)相聯(lián)。斷開式從動橋與獨立懸架相匹配。
非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋主要由前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)及轉(zhuǎn)向主銷組成。轉(zhuǎn)向節(jié)利用主銷與前梁鉸接并經(jīng)一對輪轂軸承支承著車輪的輪轂，以達到車輪轉(zhuǎn)向的目的。在左轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳處安裝著轉(zhuǎn)向節(jié)臂，后者與轉(zhuǎn)向直拉桿相連；而在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處則裝著與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連接的轉(zhuǎn)向梯形臂。有的將轉(zhuǎn)向節(jié)臂與梯形臂連成一體并安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處以簡化結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤滑油槽的青銅襯套以減小磨損。為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)上耳與前梁拳部之間裝有調(diào)整墊片以調(diào)整其間隙。帶有螺紋的楔形鎖銷將主銷固定在前梁拳部的孔內(nèi)，使之不能轉(zhuǎn)動。
§2.2 前橋各參數(shù)對汽車穩(wěn)定性的作用與影響
為了保持汽車直線行駛的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性及汽車轉(zhuǎn)向后使前輪具有自動回正的性能，轉(zhuǎn)向橋的主銷在汽車的縱向和橫向平而內(nèi)都有一定傾角。在縱向平面內(nèi)，主銷上部向后傾斜一個 角，稱為主銷后傾角。在橫向平面內(nèi)，主銷上部向內(nèi)傾斜一個β角，稱為主銷內(nèi)傾角。
主銷后傾使主銷軸線與路面的交點位于輪胎接地中心之前，該距離稱為后傾拖距。當直線行駛的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時，汽車就偏離直線行駛而有所轉(zhuǎn)向，這時引起的離心力使路面對車輪作用著一阻礙其側(cè)滑的側(cè)向反力，使車輪產(chǎn)生繞主銷旋轉(zhuǎn)的回正力矩，從而保證了汽車具有較好的直線行駛穩(wěn)定性。此力矩稱穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩也不宜過大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時為了克服此穩(wěn)定力矩需在方向盤上施加更大的力，導致方向盤沉重。后傾角通常在 以內(nèi)。現(xiàn)代轎車采用低壓寬斷面斜交輪胎，具有較大的彈性回正力矩，故主銷后傾角就可以減小到接近于零，甚至為負值。但在采用子午線輪胎時，由于輪胎的拖距較小，則需選用較大的后傾角。
主銷內(nèi)傾也是為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性并使轉(zhuǎn)向輕便。主銷內(nèi)傾使主銷軸線與路面的交點至車輪中心平面的距離即主銷偏移距減小，從而可減小轉(zhuǎn)向時需加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向時不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動，而且伴隨有車輪軸及前橫梁向上的移動，而當松開方向盤時，所儲存的上升位能使轉(zhuǎn)向輪自動回正，保證汽車作直線行駛。內(nèi)傾角一般為 ；主銷偏移距一股為30～40mm。輕型客車、輕型貨車及裝有動力轉(zhuǎn)向的汽車可選擇較大的主銷內(nèi)傾角及后傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的自動回正性能。但內(nèi)傾角也不宜過大，即主銷偏移距不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)時，隨著滾動將伴隨著沿路面的滑動，從而增加輪胎與路面間的摩擦阻力，使轉(zhuǎn)向變得很沉重。為了克服因左、右前輪制動力不等而導致汽車制動時跑偏，近年來出現(xiàn)主銷偏移距為負值的汽車。
前輪定位除上述主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角外，還有車輪外傾角及前束，共4項參數(shù)。車輪外傾指轉(zhuǎn)向輪在安裝時，其輪胎中心平面不是垂直于地面，而是向外傾斜一個角度 ，稱為車輪外傾角。此角約為 ，一般為 左右。它可以避免汽車重載時車輪產(chǎn)生負外傾即內(nèi)傾，同時也與拱形路而相適應(yīng)。由于車輪外傾使輪胎接地點向內(nèi)縮，縮小了主銷偏移距，從而使轉(zhuǎn)向輕便并改善了制動時的方向穩(wěn)定性。
前束的作用是為了消除汽車在行駛中因車輪外傾導致的車輪前端向外張開的不利影響(具有外傾角的車輪在滾動時猶如滾錐，因此當汽車向前行駛時，左右兩前輪的前端會向外張開)，為此在車輪安裝時，可使汽車兩前輪的中心平面不平行，且左右輪前面輪緣間的距離A小于后面輪緣間的距離B，以使車輪在每一瞬時的滾動方向是向著正前方。前束即(B-A)，一般汽車約為3～5mm，可通過改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長度來調(diào)整。設(shè)定前束的名義值時，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)向梯形中的彈性和間隙等因素。
在汽車的設(shè)計、制造、裝配調(diào)整和使用中必須注意防止可能引起的轉(zhuǎn)向車輪的擺振，它是指汽車行駛時轉(zhuǎn)向輪繞主銷不斷擺動的現(xiàn)象，它將破壞汽車的正常行駛。轉(zhuǎn)向車輪的擺振有自激振動與受迫振動兩種類型。前者是由于輪胎側(cè)向變形中的遲滯特性的影響，使系統(tǒng)在一個振動周期中路面作用于輪胎的力對系統(tǒng)作正功，即外界對系統(tǒng)輸入能量。如果后者的值大于系統(tǒng)內(nèi)阻尼消耗的能量，則系統(tǒng)將作增幅振動直至能量達到動平衡狀態(tài)。這時系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)振動，形成擺振。其振動頻率大致接近系統(tǒng)的固有頻率而與車輪轉(zhuǎn)速并不一致，且會在較寬的車速范圍內(nèi)發(fā)生。通常在低速行駛時發(fā)生的擺振往往屬于自攝振動型。當轉(zhuǎn)向車輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動的激勵，例如車輪失衡、端面跳動、輪胎的幾何和機械特性不均勻以及運動學上的干涉等，在車輪轉(zhuǎn)動下都會構(gòu)成周期性的擾動。在擾動力周期性的持續(xù)作用下，便會發(fā)生受迫振動。當擾動的激勵頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時便發(fā)生共振。其特點是轉(zhuǎn)向輪擺振頻率與車輪轉(zhuǎn)速一致，而且一般都有明顯的共振車速，共振范圍較窄(3～5km/h)。通常在高速行駛時發(fā)生的擺振往往屬于受迫振動型。
轉(zhuǎn)向輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復雜，既有結(jié)構(gòu)設(shè)計的原因和制造方面的因素．如車輪失衡、輪胎的機械特性、系統(tǒng)的剛度與阻尼、轉(zhuǎn)向輪的定位角以及陀螺效應(yīng)的強弱等；又有裝配調(diào)整方面的影響，如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)間的間隙(影響系統(tǒng)的剛度)和摩擦系數(shù)(影響阻尼)等。合理地選擇這些有關(guān)參數(shù)、優(yōu)化它們之間的匹配，精心地制造和裝配調(diào)整，就能有效地控制前輪擺振的發(fā)生。在設(shè)計中提高轉(zhuǎn)向器總成與轉(zhuǎn)向拉桿系統(tǒng)的剛度及懸架的縱向剛度，提高輪胎的側(cè)向剛度，在轉(zhuǎn)向拉桿系中設(shè)置橫向減震器以增加阻尼等，都是控制前輪擺振發(fā)生的一些有效措施。
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