车辆工程毕业设计论文-挂车前桥与悬架设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-挂车前桥与悬架设计(编辑修改稿)内容摘要：

图 主销在制动工况下的受力分析简图 由 1Z 所产生的反作用力 1S 和 1S ： en gZSS  111 () 由 Pr所产生的反作用力 2S 和 2S ： 1S 4S 2S 3S 4S2S 1S 3S 1Z P 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 enePS  2 () ennPS  2 () 由横拉杆所产生的反作用力 3S 和 3S ： en elgPS  13  () en nlgPS  13  () 由制动力矩 T 所产生的反作用力 4S 和 4S ： enrPSS  r44  () 式中： n —— 主销中心到上衬套中心距，取 mm81n ； e —— 主销中心到下衬套中心距，取 mm81e。 代入得： N6 8 8 6 6 0 511  SS ； N425 852 S ； N42 5 0 852 S ； N82 983 S ； S ； N9 1 3 11 944  SS。 主销下端，其合力为： 242231F    SSSSS () 代入得： N7 7 1 1 3 2 7 33 6 0 1 7 0 8 3 9 4 8 96 8 1 2 2 5 5 2 5 1 8F S 主销在 侧滑工况下的应力计算 主销在侧滑工况下的受力简图如图 所示： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 图 主销在侧滑工况下的受力分析简图 假设向左侧滑，左侧主销上的垂直反作用力 Z ， 侧向反作用力 Y ， 作 用 力 臂 ： 上 端 mm581r1  nrh ， 下端mm419r2  erh ， 左侧主销上的作用力较大。 上端 ： en gZhYS   L12L1U () 下端 ： en gZhYS   L11L1D () 代入得： S ； S。 取 FS ， US ， DS 中最大的作为主销的计算载荷，即 S ， 计算主销在前梁拳部下端面处的弯曲应力 w 和剪切应力 s ： hdS 30Dw  () 20Ds 4dS  () 式中： 0d —— 主销直径，取为 50mm； h —— 转向节下衬套中点到拳部下端面的距离，取 28mm。 代入得 ： M P  ； M 。 主销采用 20Cr， 20CrNi， 20CrMnTi 等低碳合金钢制造，本设计 采用 20Cr，US DS 1LZ 1LY 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 渗碳淬火，渗碳层深 ～ ， HRC56～ 62，   MPa500w  ，   MPa100s  ； ww   ，  ss  。 可见主销的弯曲应力和剪切应力都在许用值范围内，故满足使用条件。 转向节衬套的应力计算 转向节衬套的挤压应力 c 为： 0Dc ldS () 式中： l —— 衬套长度，取为 52mm； 0d —— 主销直径，取为 50mm。 代入得： M 。 衬套一般采用 ZCuSn10P1 材料 [10]，其许用挤压应力 MPa50][ c  ，][ cc  。 在静载荷下，上式的计算载荷取： 01c 21ld engG () 代入得： M 。 此时   MPa15c  ，  cc   ， 衬套的挤压应力在许用值范围内，故满足使用条件。 整体式转向梯形机构优化设计 转向梯形机构用来保证转弯行驶时汽车的车轮均能绕同一瞬时转向中心在不同半径的圆周上作无滑动的纯滚动。 为此，转向梯形应保证内、外转向车轮的理想 转向关系如公式 （ ） 所示。 因此，在设计中首先是要确定转向梯形机构的几何尺寸参数，其次是进行零件的强度计算。 汽车转向行驶时，受弹性轮胎侧偏角的影响，所有车轮不是绕位于后轴延长线上的点滚动，而是绕位于前轴和后轴之间的汽车内侧某一点滚动。 此点位置与前轮和后轮的侧偏角大小有关。 由于影响轮胎侧偏角的因素很多，且难以精确确定，故下面是在忽略侧偏角的影响的条件下，分析有关两轴汽车的转向问题。 此时两转向轴线的延长线应交在后轴延长线上，如图 所示。 设 i 、 0 分别为内、外转向车轮的转角， L 为汽车轴距， K 为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离。 若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，则梯形机构应保证内、外转向车轮的转角关系为： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 LKi   c otc ot 0 () 若自变角为 0 ，则因变角 i 的期望值为： )c o t ( c o t)( 00 LKa rcfi   () 转向梯形 机构实际上不能完全精确地满足公式（ ）的要求，而只能以足够的工程精度接近该式。 即转向梯形机构使式（ ）中的 L 值不再是汽车的轴距 L ，而是 LL＜39。 (见图 )。 若令 LL39。 , 愈接近 1，则该转向梯形愈能精确地反映式（ ）的要求，使转向亦愈顺畅。 （ a）内、外转向轮的理想转角关系；（ b）由转向梯形决定的内、外转向轮的实际转角关系 图 不计轮胎侧向弹性时的汽车转向简图 由图 35（ b）中的 OAB 有： )s i n (s i n 0  iiKOA )s in (s ins in 0039。   iiKL )s i n (s i ns i n 00   ii LK （ ） 代入得： 0 4 82 5 6 6 2 0 OA 1 6 5 5 0 08 6 6 6 2 0  转向梯形机构的几何尺寸参数有：两转向主销中心线与地面交点间的距离K , 转向横拉杆两端球铰接中心间的距离 n ，转向梯形臂长 m 和梯形底角  黑龙江工程学院本科生毕业设计 21。 根据汽车的总体布置或转向桥的布置图，首先可找出汽车的轴距 L 及转向主销间距 K ,再按 nmy 在图 (36)的关系曲线图上找出 x ，则有： )(a r c t a n [ KxL )c o s21( yKn  ynm （ ） 代入得：    图 转向梯形简图及 x 与 LK 的关系曲线 确定整体式后置转向梯形机构的几何尺寸后就进行校核，而校核前是按 经验公式确定梯形的初选尺寸，即认为后置梯形的参数 32x Km )(  从而求得： KL34arctan () 代入 得： 32x m  本章小结 本章对挂车的前桥进行设计计算，主要有转向从动桥前梁的设计计算、转向节的设计计算、主销 和转向节衬套的设计计算、转向梯形的计算。 这些零部件的设计计算都是从两方面进行的，即在制动工况下和最大侧向力（侧滑）工况下，其中前梁的力学要求比较高，所以针对前梁做了 ANSYS 分析，进一步对所设计的前梁进行校核分析，以保证本设 计的质量。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 第 4章 悬架的概述及选型 悬架的概述 悬架式保证车轮或车桥与汽车承载系统（车架或承载式车身）之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。 悬架最主要的功能是传递作用在车轮和车架（或承载式车身）之间的一切力和力矩，并缓和汽车行驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。 为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性联接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变 形来吸收能量，达到缓和冲击的目的。 采用弹性联接后，汽车可以看作是由悬挂质量（即簧载质量）、非悬架质量（即非簧载质量）和弹簧（弹性元件）组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。 挂车悬架是将挂车车架与车轴相连的全套装置的总称，其主要功能是传递作用在车轮和车架之间的各种载荷，并减少或消除由不平路面通过车轴传给车架的冲击和振动，以改善挂车行驶的平顺性。 挂车的悬架也是由弹性元件、减震器和导向装置三部分组成的。 悬架弹性元件很多，但挂车常用的弹性元件主要有钢板弹簧、空气弹簧、液压弹簧以及 它们的组合。 挂车的悬架应用最普遍的是纵置钢板弹簧非独立悬架、独立的或是非独立的空气弹簧悬架、钢板弹簧平衡悬架和液压弹簧平衡悬架等。 我国现生产使用的通用型挂车半挂车仍然都装用钢板弹簧，它的优点是结构和工艺简单，安装维修方便，价格低廉，在缓冲功能方面也能基本满足要求。 在一些较大装载质量的挂车上，因其具有多轴承载，为保证各轴车轮与地面均有良好的接触及使悬架系统的载荷均匀，多采用钢板弹簧平衡悬架。 进入 20 世纪 90 年代后期，空气弹簧的结构更加成熟，并且功能更加多样化，空气弹簧悬架装置的使用性能优点越来越得到认同。 据报 道，在空气弹簧生产地的欧洲，目前已有超过 50%的新型挂车使用了空气弹簧悬架。 但是由于对空气囊的折叠疲劳寿命、抗老化性能、上下盖板的粘接强度和气密性都要求甚严，同时对托臂的板材质量及变截面成形工艺设备也要求很高，因此使得空气弹簧的成本很高。 液压悬架主要用于运载大吨位成套设备的低速、超宽、超重吨位的挂车上。 除了一些客车挂车外，一般挂车悬架很少次用横向稳定器装置。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 为了缓和列车的垂直振动，希望所设计的悬架刚度要小。 但悬架过软，又容易引起车辆的纵向和侧向角振动，制动和转向时产生不安全感，使车辆的操纵恶化。 若悬架的刚 度过大，则列车在通过不平路面时，将产生很大的冲击和剧烈的垂直振动，乘坐不舒适，驾驶员容易疲劳，所运载的货物也容易遭致损坏。 理论和实践还证明，在悬架中，若减振器的阻尼特性与系统刚度不匹配，悬架的振动特性比不装用减振器时还差。 前后悬架形式的选择 挂车悬架设计要点：在设计汽车列车悬架时，必须解决以下几个主要问题：①正确选择弹性元件、减振器及导向装置的最佳特性；②确定悬架所有零部件的最合理的结构形式和尺寸；③保证悬架中各零部件的必要的可靠性和寿命；④使用维护费用低，磨损部件少，润滑点少，调整方便；⑤悬架结 构参数与整车参数及有关系统具有最佳的匹配，保证列车具有良好的行驶性能。 另外，所设计的悬架系统还应使轮胎的磨损量小、车轮的跳动量最小、保证各车轴相互平行并始终与车架垂直、转向轴主销后倾角变化尽量小以及制造成本低廉等。 汽车列车悬架设计中的匹配问题： 汽车列车悬架设计的关键是选型和匹配问题。 首先，要决定悬架内部质量 弹性 阻尼的匹配，以获得局部的弹性 阻尼特性；其次要进行车辆前后轴悬架之间刚度的匹配和牵引车与挂车之间的刚度匹配，以改善车辆的垂直振动特性和角振动特性等。 另外，在整个悬架设计过程中，不仅要涉及悬架本 身的弹性和阻尼特性，即行驶平顺性问题，还要涉及列车的操纵稳定性和通过性能等。 同时，它还必须与车辆转向系统、制动装置等有良好的运动协调或匹配。 这就是说，悬架的设计还必须与整车参数和其他系统有良好的协调和配合。