【正文】 型的轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計有一定的參考價值。設(shè)計后的轉(zhuǎn)向橋具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)向靈敏的特點，制造容易，成本低。針對此現(xiàn)象，本論文選擇汽車的主要組成部分轉(zhuǎn)向橋來進行設(shè)計并以DD1021輕型貨車轉(zhuǎn)向橋作為研究對象。試驗過程中應(yīng)用計數(shù)器記錄交變載荷作用的循環(huán)次數(shù)，注意觀察試件，并把開始出現(xiàn)疲勞裂紋的循環(huán)次數(shù)記錄下來。載荷可直接加到試件上，亦可經(jīng)過放大后加到試件上。 轉(zhuǎn)向橋有時還在扭力機上進行靜扭轉(zhuǎn)強度實驗轉(zhuǎn)向橋的彎曲疲勞壽命試驗通常在能循環(huán)地變化載荷（由0至Pmax）、專用的液壓式彎曲疲勞壽命實驗臺上進行，或在通用的液壓式疲勞壽命試驗機上進行。如此反復(fù)進行數(shù)次，當(dāng)取得穩(wěn)定數(shù)據(jù)后即可結(jié)束剛度試驗并在同一試驗臺上進行靜彎曲強度試驗。為測量轉(zhuǎn)向橋的前梁和支持橋的橫梁的變形情況，可選擇其中點和左、右板簧座中心位置下的點或更多的點作為測試點，并用千分表指示該點的變形量。這種支承應(yīng)能消除實驗過程中由于試件變形所產(chǎn)生的附加應(yīng)力。通常，轉(zhuǎn)向橋的前梁和支持橋的橫梁的抗彎剛度試驗與靜彎曲強度試驗可在材料實驗用的油壓機上進行。對前置發(fā)動機前輪驅(qū)動橋轎車具有扭轉(zhuǎn)梁的復(fù)合縱臂式后支持橋，推薦作垂向彎曲疲勞壽命實驗及扭轉(zhuǎn)疲勞壽命試驗?？偝杉捌渲饕?、部件的臺架試驗測試總成及其主要零、部件的強度、剛度、疲勞壽命等。通常，轉(zhuǎn)向橋和驅(qū)動橋以及零、部件一樣，需裝車進行整車的道路實驗、使用實驗和室內(nèi)臺架實驗；也有進行總成及其主要零、部件的室內(nèi)專項臺架實驗。43車輪前束 toe in5 轉(zhuǎn)向橋?qū)嶒炘谄囆旭傔^程中，轉(zhuǎn)向橋承受著復(fù)雜而繁重的載荷，首先，它和驅(qū)動橋共同承受著汽車的滿載荷重；另外，它還承受著作用與路面、車架或車廂之間的垂向力、縱向力和側(cè)向力，以及這三個方向的沖擊載荷和制動力矩等。測量位置除圖示位置外，還通常取兩輪胎中心平面出的前后差值，也可以選取兩車輪鋼圈內(nèi)側(cè)面處前后差值。前輪前束可通過改變橫拉桿的長度來調(diào)整，調(diào)整時，可根據(jù)各廠家規(guī)定的測量位置，使兩輪前后距離差A(yù)B符合國家規(guī)定的前束值。這樣可使車輪在每一瞬間時滾動方向接近于向著正前方。由于轉(zhuǎn)向橫拉桿和車橋的約束使車輪不可能向外滾開，車輪將在地面上出現(xiàn)邊滾邊滑的現(xiàn)象，從而增加了輪胎的磨損。設(shè)計時使轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸的軸線與水平面成一角度，該角度即為前輪外傾角（一般為10左右）。但是，外傾角也不宜過大，否則會是輪胎產(chǎn)生偏磨損。因此，為了使輪胎磨損均勻和減輕輪轂外軸承的負荷，安裝車輪時應(yīng)預(yù)先使車輪有一定的外傾角，以防止車輪內(nèi)傾。如果空車時車輪的安裝正好垂直于路面，則滿載時，車橋?qū)⒁虺休d變形而可能出現(xiàn)車輪內(nèi)傾，這將加速汽車輪胎的偏磨損。 車輪外傾角除上述主銷后傾角和內(nèi)傾角兩個角度保證汽車穩(wěn)定直線行使外，前輪外傾角也具有定位作用。主銷內(nèi)傾角是在前梁設(shè)計中保證的，由機械加工實現(xiàn)的。這不僅使轉(zhuǎn)向變得沉重，而且加速了輪胎的磨損。此外，主銷的內(nèi)傾角還使得主銷軸線與路面交點到車輪中心平面與地面交線的距離c減小（圖42a），從而可減小轉(zhuǎn)向時駕駛員加在轉(zhuǎn)向盤上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時也可減小從轉(zhuǎn)向輪到轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在外力作用下由中間位置偏轉(zhuǎn)一個角度（為了方便解釋，圖中畫成1800即轉(zhuǎn)到如雙點劃線所示位置）時，車輪的最低點將陷入路面以下。 主銷內(nèi)傾角在設(shè)計轉(zhuǎn)向橋時，主銷在汽車的橫向平面內(nèi)，其上部向內(nèi)傾斜一個角（即主銷軸線與地面垂直線在汽車橫向平面內(nèi)的夾角）稱為主銷內(nèi)傾角，如圖42a所示。因此，角可以減小到接近于零，甚至為負值?，F(xiàn)在一般采用角不超過20～30。否則在轉(zhuǎn)向時為了克服該穩(wěn)定力矩，駕駛員要在轉(zhuǎn)向盤上施加較大的力（即所謂轉(zhuǎn)向沉重）。在此力矩作用下，將使車輪回到原來中間的位置，從而保證汽車穩(wěn)定直線行使，故此力矩稱為穩(wěn)定力矩。這時，由于汽車本身離心力的作用，在車輪與路面接觸點b處，路面對車輪作用著一個側(cè)向反力Fy。當(dāng)主銷具有后傾角時，主銷軸線與路面的交點a將位于車輪與路面接觸點b的前面，如圖41a所示。 主銷后傾角 設(shè)計轉(zhuǎn)向橋時，使主銷在汽車的縱向平面內(nèi)，其上部有向后的一個傾角，即主銷軸線a) b)41主銷后傾角作用示意圖 The king pin casterangle’s sketch map和地面垂直線在汽車縱向平面內(nèi)的夾角，如圖41所示。這種自動回正作用是由轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)來保證的，也就是轉(zhuǎn)向輪、主銷和前軸之間的安裝應(yīng)具有一定的相對位置。通常取[c]≤30MPa4 轉(zhuǎn)向橋定位參數(shù) 轉(zhuǎn)向橋在保證汽車轉(zhuǎn)向功能時，應(yīng)使轉(zhuǎn)向輪有自動回正作用，以保證汽車穩(wěn)定直線行使。g——重力加速度，mm/s2；Y1L、Y1R——地面給左、右前輪的側(cè)向反作用力，N；1——輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)；G1——汽車滿載靜止于水平路面時前橋給地面的載荷，N。汽車前橋的側(cè)滑條件為P1=m1≥Y1L+Y1R=G11=m1g1=82010=8200N (346)式中：P1——前橋所受的側(cè)向力，N；m1——汽車滿載時的整車質(zhì)量分配給前橋的部分；R——汽車轉(zhuǎn)彎半徑，mm。在靜載荷下，上式的計算載荷取Qj=QMZ=Z1l1/(c+d)==6277N (345) 推力軸承和止推墊片的計算計算時首先要確定推力軸承和止推墊片的當(dāng)量靜載荷 推力軸承計算對轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承，文獻推薦取汽車以等速va=40km/h、沿半徑R=50m或以va=20km/h,沿半徑R=12m的圓周行使的工況作為計算工況?！麂N直徑,mm。轉(zhuǎn)向襯套的擠壓應(yīng)力c為c=== MPa (344)式中: l——襯套長,mm。許用剪切應(yīng)力[s]=66MPa。h——轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點至前梁拳部下端面的距離,mm。B1——汽車前輪輪距，mm。rr——輪胎的滾動半徑 mm。力矩Nl4，由位于側(cè)向平面內(nèi)并作用于主銷的力偶QMN（c+d）所平衡，故有QMN===5403 N (335)而力N則在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點處作用于主銷的力QNu,QNl所平衡，且有QNu===2647 N (336)QNl===2647 N (337) 由圖33可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點作用于主銷的合力Qu和在下襯套的中點作用于主銷的合力Ql分別為Qu= ==104 N (338)Ql== =104 N (339)由上兩式可見，在汽車制動工況下，主銷的最大載荷發(fā)生在轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套的中點處，其值計算所得到的Ql。 在汽車側(cè)滑工況下的轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力計算在汽車側(cè)滑時，左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險斷面Ⅲ—Ⅲ處的彎矩是不等的，可按下公式求得：MLⅢ—Ⅲ= Y1lrr Z1Ll3 ==106 Nmm (326)MRⅢ—Ⅲ=Z1Rl3+Y1Rrr=902+902314=105 Nmm (327)左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險斷面處的彎曲應(yīng)力為==452 MPa (328)==76MPa (329) 主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計算在制動和側(cè)滑工況下，在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套的中點，即與輪軸中心線相距分別為c,d的兩點處，在側(cè)向平面和縱向平面內(nèi)，對主銷作用有垂直其軸線方向的力。轉(zhuǎn)向節(jié)采用30Cr,40Cr等中碳合金鋼制造，心部硬度241～285HB，高頻淬火后表面硬度57～65HRC，～。這時可按計算其Mv及Mh，但需以I3代替兩式中的I2，即gwMv=(Z1)l3 =（6150908）=105 Nmm (323)Mh= Z1l3=m1’l3=6150=105 Nmm (324)式中：Z1——前輪所承受的地面垂向反力，N； ——輪胎與路面的附著系數(shù)；l3——輪胎中心線至Ⅲ—Ⅲ剖面間的距離。 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計算如下圖所示，轉(zhuǎn)向節(jié)的危險斷面處于軸徑為d1的輪軸根部，即Ⅲ—Ⅲ剖面處。由彎矩圖可見，前梁的最大彎發(fā)生在汽車側(cè)滑方向一側(cè)的主銷孔處（Ⅰ—Ⅰ剖面處）；而另一側(cè)則在鋼板彈簧座處（Ⅱ—Ⅱ剖面處），可由下式直接求出：MⅠ—Ⅰ= Y1Lrr Z1Ll1=99=106 Nmm (321)MⅡ—Ⅱ=Z1Rl2+Y1Rrr=902340+902314=105 Nmm (322)式中：M——彎矩，Nmm。 求得Z1L，Z1R，Y1L，Y1R即可求得左、右前輪輪轂內(nèi)軸承對輪毅的徑向支承S1L、S1R和外軸承對輪毅的徑向支承力S2L、S2R，這樣就求出了輪毅軸承對軸輪的徑向支承反力。 a——S1L、S1R至車輪中線的距離，mm。 側(cè)滑時左、右鋼板彈簧對前梁的垂向作用力（N）為T1l=’+G11(hgrr’)/s=8200+8200（540260）/720= (315)T1R=’G11(hgrr’)/s=82008200（540260）/720= (316)式中：G1’——汽車滿載時車廂分配給前橋的垂向總載荷，N； rr’——板簧座上表面的離地高度，mm； S——兩板簧座中心間的距離，mm。 1——輪胎與路面的側(cè)面附著系數(shù)。 在最大側(cè)向力（側(cè)滑）工況下的前梁應(yīng)力計算 當(dāng)汽車承受大側(cè)向力時無縱向力作用，左、右前輪承受的地面垂向反力Z1L,Z1R和側(cè)向反力Y1L、Y1R各不相等，則可推出前輪的地面反力（單位均為N）分別為== (311) ==902 N (312)== (313) ==902 N (314)式中：G1——汽車停于水平路面時的前橋軸荷，N； B1——汽車前輪輪距，mm。——工字形斷面矩形元素的短邊長，mm前梁應(yīng)力的許用值為[w]=340MPa；[]=150MPa?！傲簷M斷面的最大厚度，mm。圖32給出了前梁在汽車制動工況下的彎矩圖及轉(zhuǎn)矩圖。 gw——車輪（包括輪毅、制動器等）的重力，N； B——前輪輪距，mm；S——前輪上兩板簧座中線間的距離，mm。前輪所承受的制動力為 Pr=Z1 =6150=6150N (35)式中：——輪胎與路面的附著系數(shù)。圖32 轉(zhuǎn)向橋在制動和側(cè)滑工況下的受力分析簡圖 The force analysis of steering axle（a）制動工況下的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖；（b）側(cè)滑工況下的彎矩圖 非斷開式轉(zhuǎn)向從動橋前梁應(yīng)力計算 在制動情況下的前梁應(yīng)力計算制動時前輪承受的制動力Pr和垂向力Z1傳給前梁，使前梁承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。主要是計算前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、主銷上下軸承（即轉(zhuǎn)向節(jié)襯套）、轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承或止推墊片等在制動和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。主銷上、下滾動軸承（即壓入轉(zhuǎn)向節(jié)上、下孔中的襯套）～。cm2。l——車輪中線至板簧座中線間的距離，cm。工字形斷面尺寸值見圖31，圖中虛線繪出的是其當(dāng)量斷面。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)置橫向減振器以增加阻尼等，都是控制前輪擺振的一些有效措施。合理地選擇有關(guān)參數(shù)。通常在告訴行駛時發(fā)生的擺振往往都屬于受迫振動型。當(dāng)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。端面跳動，輪胎的幾何和機械特性不均勻及運動學(xué)上的干涉等，在車輪轉(zhuǎn)動下都會構(gòu)成周期性的擾動。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。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平衡狀態(tài)。轉(zhuǎn)向車輪的擺振有自激振動與受迫振動兩種類型。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。前束的作用是為了消除汽車在行駛中因車輪外傾導(dǎo)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(dāng)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，以使前輪在每一瞬間的滾動方向向著正前方。由于車輪外傾角使輪胎接地點內(nèi)縮?！?一般α為10左右。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，共四項參數(shù)。但主銷內(nèi)傾角也大，即主銷偏移距圖22轉(zhuǎn)向橋 The steering axle ；2轉(zhuǎn)向節(jié)；調(diào)整墊片；；5前梁不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏移時，隨著滾動將伴隨著沿路面的滾動，從而增加輪胎與路面的摩擦阻力，使轉(zhuǎn)向變得很沉重。主銷內(nèi)傾角一般為50～80；注銷偏移距一般為30～40mm。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)向時需加在轉(zhuǎn)向盤上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。但在采用子午線輪胎時，由于輪胎的拖距較小，則需選用較大的主銷后傾角。主銷后傾角通常在30以內(nèi)。此力矩稱為穩(wěn)定力矩。主銷后傾使主銷軸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。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。帶有羅紋的楔形鎖銷將主銷在前梁拳部的孔內(nèi)，使之不能轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤滑槽的青銅襯套以減小磨損。有的將轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向梯形臂聯(lián)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)利用主銷與前梁鉸接并經(jīng)一對輪毅軸承支承著車輪的輪毅，以達到車輪轉(zhuǎn)向的目的。9)左、右輪胎螺栓多數(shù)為右旋螺紋，但有些汽車為了防松，左側(cè)用左旋，右側(cè)用右旋。8)輪毅軸承多由兩個圓錐滾子軸承組