【文章內(nèi)容簡介】 4S?2S ?1S ?3S 1Z ?P 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 由 1Z 所產(chǎn)生的反作用力 ?1S 和 ?1S ： en gZSS ????? 111 () 由 Pr所產(chǎn)生的反作用力 ?2S 和 ?2S ： en ePS ??? ?2 () ennPS ??? ?2 () 由橫拉桿所產(chǎn)生的反作用力 ?3S 和 ?3S ： en elgPS ????? 13 ? () en nlgPS ????? 13 ? () 由制動力矩 T 所產(chǎn)生的反作用力 ?4S 和 ?4S ： enrPSS ?????? r44 ? () 式中： n —— 主銷中心到上襯套中心距，取 mm81?n ； e —— 主銷中心到下襯套中心距，取 mm81?e 。 代入得： ???? SS ； ??S ； ??S ； ??S ； ??S ； 3 1 1 944 ???? SS 。 主銷下端，其合力為： 242231F ?????? ?????????? ????? SSSSS () 代入得： 1 7 0 8 3 9 4 8 1 2 2 5 5 2 5 1 8F ????S 主銷在 側(cè)滑工況下的應(yīng)力計算 主銷在側(cè)滑工況下的受力簡圖如圖 所示： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 圖 主銷在側(cè)滑工況下的受力分析簡圖 假設(shè)向左側(cè)滑，左側(cè)主銷上的垂直反作用力 ?Z ， 側(cè)向反作用力 ?Y ， 作 用 力 臂 ： 上 端 mm581r1 ??? nrh ， 下端mm419r2 ??? erh ， 左側(cè)主銷上的作用力較大。 上端 ： en gZhYS ? ???? L12L1U () 下端 ： en gZhYS ? ???? L11L1D () 代入得： ?S ； ?S 。 取 ?FS ， US ， DS 中最大的作為主銷的計算載荷，即 ?S ， 計算主銷在前梁拳部下端面處的彎曲應(yīng)力 w? 和剪切應(yīng)力 s? ： hdS 30Dw ?? () 20Ds 4dS?? ? () 式中： 0d —— 主銷直徑，取為 50mm； h —— 轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)到拳部下端面的距離，取 28mm。 代入得 ： M P a3 0 4 4 8 8w ?? ； ?? 。 主銷采用 20Cr， 20CrNi， 20CrMnTi 等低碳合金鋼制造，本設(shè)計采用 20Cr，US DS 1LZ 1LY 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 滲碳淬火，滲碳層深 ～ ， HRC56～ 62， ? ? MPa500w ?? ， ? ? MPa100s ?? ；? ?ww ?? ? ， ? ?ss ?? ? 。 可見主銷的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力都在許用值范圍內(nèi)，故滿足使 用條件。 轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的應(yīng)力計算 轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的擠壓應(yīng)力 c? 為： 0Dc ldS?? () 式中： l —— 襯套長度，取為 52mm； 0d —— 主銷直徑，取為 50mm。 代入得： ?? 。 襯套一般采用 ZCuSn10P1 材料 [10]， 其許用擠壓應(yīng)力 MPa50][ c ?? ，][ cc ?? ? 。 在靜載荷下，上式的計算載荷?。? 01c 21ld engG????? () 代入得： ?? 。 此時 ? ? MPa15c ?? ， ? ?cc ?? ? ， 襯套的擠壓應(yīng)力在許用值范圍內(nèi)，故滿足使用條件。 整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)優(yōu) 化設(shè)計 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)用來保證轉(zhuǎn)彎行駛時汽車的車輪均能繞同一瞬時轉(zhuǎn)向中心在不同半徑的圓周上作無滑動的純滾動。為此，轉(zhuǎn)向梯形應(yīng)保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的理想轉(zhuǎn)向關(guān)系如公式 （ ） 所示。因此，在設(shè)計中首先是要確定轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)，其次是進(jìn)行零件的強(qiáng)度計算。 汽車轉(zhuǎn)向行駛時，受彈性輪胎側(cè)偏角的影響，所有車輪不是繞位于后軸延長線上的點(diǎn)滾動，而是繞位于前軸和后軸之間的汽車內(nèi)側(cè)某一點(diǎn)滾動。此點(diǎn)位置與前輪和后輪的側(cè)偏角大小有關(guān)。由于影響輪胎側(cè)偏角的因素很多，且難以精確確定，故下面是在忽略側(cè)偏角的影響的條件下 ，分析有關(guān)兩軸汽車的轉(zhuǎn)向問題。此時兩轉(zhuǎn)向軸線的延長線應(yīng)交在后軸延長線上，如圖 所示。設(shè) i? 、 0? 分別為內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角， L 為汽車軸距， K 為兩主銷中心線延長線到地面交點(diǎn)之間的距離。若要保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，則梯形機(jī)構(gòu)應(yīng)保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系為： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 LKi ?? ?? cotcot 0 () 若自變角為 0? ，則因變角 i? 的期望值為： )c o t ( c o t)( 00 LKa rcfi ??? ??? () 轉(zhuǎn)向梯形 機(jī)構(gòu)實(shí)際上不能完全精確地滿足公式（ ）的要求，而只能以足夠的工程精度接近該式。即轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)使式（ ）中的 L 值不再是汽車的軸距 L ，而是 LL＜39。 (見圖 )。若令 ??LL39。 ,? 愈接近 1，則該轉(zhuǎn)向梯形愈能精確地反映式（ ）的要求，使轉(zhuǎn)向亦愈順暢。 （ a）內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的理想轉(zhuǎn)角關(guān)系；（ b）由轉(zhuǎn)向梯形決定的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 不計輪胎側(cè)向彈性時的汽車轉(zhuǎn)向簡圖 由圖 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： ???OA 1 6 5 5 0 08 6 6 6 2 0 ?????? 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)有：兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點(diǎn)間的距離K , 轉(zhuǎn)向橫拉桿兩端球鉸接中心間的距離 n ，轉(zhuǎn)向梯形臂長 m 和梯形底角 ? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 。 根據(jù)汽車的總體布置或轉(zhuǎn)向橋的布置圖，首先可找出汽車的軸距 L 及轉(zhuǎn)向主銷間距 K ,再按 nmy? 在圖 (36)的關(guān)系曲線圖上找出 x ，則有： )(a r c t a n [ KxL?? )c o s21( ?yKn ?? ynm? （ ） 代入得： ?? ? ? 圖 轉(zhuǎn)向梯形簡圖及 x 與 LK 的關(guān)系曲線 確定整體式后置轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的幾何尺寸后就進(jìn)行校核，而校核前是按 經(jīng)驗(yàn)公式確定梯形的初選尺寸，即認(rèn)為后置梯形的參數(shù) 32?x Km )( ?? 從而求得： KL34arctan?? () 代入得： 32?x ??m ?? 本章小結(jié) 本章對掛車的前橋進(jìn)行設(shè)計計算，主要有轉(zhuǎn)向從動橋前梁的設(shè)計計算、轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計計算、主銷 和轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的設(shè)計計算、轉(zhuǎn)向梯形的計算。這些零部件的設(shè)計計算都是從兩方 面進(jìn)行的，即在制動工況下和最大側(cè)向力（側(cè)滑）工況下，其中前梁的力學(xué)要求比較高，所以針對前梁做了 ANSYS 分析，進(jìn)一步對所設(shè)計的前梁進(jìn)行校核分析，以保證本設(shè)計的質(zhì)量。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 第 4章 懸架的概述及選型 懸架的概述 懸架式保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng)（車架或承載式車身）之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。 懸架最主要的功能是傳遞作用在車輪和車架（或承載式車身）之間的一切力和力矩，并緩和汽車行駛過不平路面時所產(chǎn)生的沖擊，衰減由此引 起的承載系統(tǒng)的振動，以保證汽車的行駛平順性。為此必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來傳遞車輪或車橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來吸收能量，達(dá)到緩和沖擊的目的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量（即簧載質(zhì)量）、非懸架質(zhì)量（即非簧載質(zhì)量）和彈簧（彈性元件）組成的振動系統(tǒng)，承受來自不平路面、空氣動力及傳動系、發(fā)動機(jī)的激勵。 掛車懸架是將掛車車架與車軸相連的全套裝置的總稱，其主要功能是傳遞作用在車輪和車架之間的各種載荷，并減少或消除由不平路面通過車軸傳給車架的沖擊和振動，以 改善掛車行駛的平順性。掛車的懸架也是由彈性元件、減震器和導(dǎo)向裝置三部分組成的。懸架彈性元件很多，但掛車常用的彈性元件主要有鋼板彈簧、空氣彈簧、液壓彈簧以及它們的組合。掛車的懸架應(yīng)用最普遍的是縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架、獨(dú)立的或是非獨(dú)立的空氣彈簧懸架、鋼板彈簧平衡懸架和液壓彈簧平衡懸架等。我國現(xiàn)生產(chǎn)使用的通用型掛車半掛車仍然都裝用鋼板彈簧，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和工藝簡單，安裝維修方便，價格低廉，在緩沖功能方面也能基本滿足要求。在一些較大裝載質(zhì)量的掛車上，因其具有多軸承載，為保證各軸車輪與地面均有良好的接觸及使懸架系統(tǒng)的 載荷均勻，多采用鋼板彈簧平衡懸架。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后期，空氣彈簧的結(jié)構(gòu)更加成熟，并且功能更加多樣化，空氣彈簧懸架裝置的使用性能優(yōu)點(diǎn)越來越得到認(rèn)同。據(jù)報道，在空氣彈簧生產(chǎn)地的歐洲，目前已有超過 50%的新型掛車使用了空氣彈簧懸架。但是由于對空氣囊的折疊疲勞壽命、抗老化性能、上下蓋板的粘接強(qiáng)度和氣密性都要求甚嚴(yán)，同時對托臂的板材質(zhì)量及變截面成形工藝設(shè)備也要求很高，因此使得空氣彈簧的成本很高。液壓懸架主要用于運(yùn)載大噸位成套設(shè)備的低速、超寬、超重噸位的掛車上。除了一些客車掛車外，一般掛車懸架很少次用橫向穩(wěn)定器裝置 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 為了緩和列車的垂直振動，希望所設(shè)計的懸架剛度要小。但懸架過軟，又容易引起車輛的縱向和側(cè)向角振動，制動和轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生不安全感，使車輛的操縱惡化。若懸架的剛度過大，則列車在通過不平路面時，將產(chǎn)生很大的沖擊和劇烈的垂直振動，乘坐不舒適，駕駛員容易疲勞，所運(yùn)載的貨物也容易遭致?lián)p壞。理論和實(shí)踐還證明，在懸架中，若減振器的阻尼特性與系統(tǒng)剛度不匹配，懸架的振動特性比不裝用減振器時還差。 前后懸架形式的選擇 掛車懸架設(shè)計要點(diǎn)：在設(shè)計汽車列車懸架時，必須解決以下幾個主要問題：①正確選擇彈性元件、減振器及導(dǎo)向裝置的最 佳特性；②確定懸架所有零部件的最合理的結(jié)構(gòu)形式和尺寸；③保證懸架中各零部件的必要的可靠性和壽命；④使用維護(hù)費(fèi)用低，磨損部件少，潤滑點(diǎn)少，調(diào)整方便；⑤懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)與整車參數(shù)及有關(guān)系統(tǒng)具有最佳的匹配，保證列車具有良好的行駛性能。另外，所設(shè)計的懸架系統(tǒng)還應(yīng)使輪胎的磨損量小、車輪的跳動量最小、保證各車軸相互平行并始終與車架垂直、轉(zhuǎn)向軸主銷后傾角變化盡量小以及制造成本低廉等。 汽車列車懸架設(shè)計中的匹配問題： 汽車列車懸架設(shè)計的關(guān)鍵是選型和匹配問題。首先，要決定懸架內(nèi)部質(zhì)量 彈性 阻尼的匹配，以獲得局部的彈性 阻尼特性 ；其次要進(jìn)行車輛前后軸懸架之間剛度的匹配和牽引車與掛車之間的剛度匹配，以改善車輛的垂直振動特性和角振動特性等。另外，在整個懸架設(shè)計過程中，不僅要涉及懸架本身的彈性和阻尼特性，即行駛平順性問題，還要涉及列車的操縱穩(wěn)定性和通過性能等。同時，它還必須與車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動裝置等有良好的運(yùn)動協(xié)調(diào)或匹配。這就是說，懸架的設(shè)計還必須與整車參數(shù)和其他系統(tǒng)有良好的協(xié)調(diào)和配合。 在常見的縱置鋼板彈簧的非獨(dú)立懸架中，轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)向節(jié)使與前軸一起跳動的，而轉(zhuǎn)向節(jié)搖臂球頭又與轉(zhuǎn)向直拉桿相連接。因此轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭的運(yùn)動，既隨車架上下運(yùn)動， 又受到轉(zhuǎn)向直拉桿前后運(yùn)動的牽連。因此，設(shè)計時必須使縱置鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向直拉桿運(yùn)動時不發(fā)生干涉，否則，車輪或車架的振動將會引起