第一篇：輕型載貨汽車車架設(shè)計(jì)說明書

第1章 緒論

1.1 課題背景

汽車的使用條件復(fù)雜，其受力情況也十分復(fù)雜，隨著汽車行駛條件（車速和路況）的變化，車架上的載荷變化也很大，而車架，作為汽車的主要承載工件，它的好壞直接關(guān)系著汽車的各方面性能，如操作穩(wěn)定性、安全性、舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性等。有過汽車在使用過程中，車架斷裂的情況發(fā)生。所以對(duì)車架的主要受力件車架縱梁的強(qiáng)度進(jìn)行校核，有著至關(guān)重要的意義。確保車架在各個(gè)工況下，車架縱梁的彎曲強(qiáng)度都符合材料的彎曲強(qiáng)度極限要求，如果不符合要求的，找出解決的方案，保證人與財(cái)產(chǎn)的安全。

另外，隨著油價(jià)的上漲和國(guó)家對(duì)汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，對(duì)載貨汽車車架進(jìn)行設(shè)計(jì)，不管是對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行輕量化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，還是對(duì)汽車車架進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)分析等，都是出于對(duì)汽車動(dòng)力性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性的考慮。是非常有必要的。研究新的車架材料，減輕其質(zhì)量，可以有效減少其整備質(zhì)量。

1.2車架的發(fā)展歷程

車架”這個(gè)名稱原本是從法文的“Chassis”衍生而來的，早期汽車所使用的車架，大多都是由籠狀的鋼骨梁柱所構(gòu)成的，也就是在兩支平行的主梁上，以類似階梯的方式加上許多左右相連的副梁制造而成。車體建構(gòu)在車架之上，至于車門、沙板、引擎蓋、行李廂蓋等鈑件，則是另外再包覆于車體之外，因此車體與車架其實(shí)是屬于兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造。

第2章 方案論證

參考車型及其參數(shù)

公告型號(hào) 品牌 額定質(zhì)量 整備質(zhì)量 CA1092PK26L5E4 公告批次

228 載貨汽車 8785 2

3585/5200 28/12

2260,2445 6180 560 解放4990 3600

類型 總質(zhì)量 燃料種類 軸數(shù) 軸荷 接近離去角 前輪距 識(shí)別代號(hào) 整車寬 貨廂長(zhǎng) 貨廂高 排放依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 軸距 輪胎規(guī)格 前懸后懸 后輪距 整車長(zhǎng) 整車高 貨廂寬 最高車速 4560

1080/2355 7995 2430 2115,2300 95

載質(zhì)量利用系數(shù) 1.44 備注 該車帶OBD,防護(hù)材料材質(zhì):Q235-A,連接方式:螺栓連接,后部防護(hù)裝置的斷面尺寸(mm):145×50,離地高度:545mm。

2.1 汽車車架受力情況

2.1.1車架水平菱形扭動(dòng)力 因?yàn)檐囕v在行駛時(shí)，每個(gè)車輪因?yàn)槁访婧托旭偳闆r的不同，（路面的鋪設(shè)情況、凹凸起伏、障礙物及進(jìn)出彎角等等）每個(gè)車輪會(huì)承受不同的阻力和牽引力，這可以使車架在水平方向上產(chǎn)生推拉以至變形，這種情況就好像將一個(gè)長(zhǎng)方形拉扯成一個(gè)菱形一樣。2.1.2車架非水平扭動(dòng)力

當(dāng)前后對(duì)角車輪遇到道路上的不平而滾動(dòng)，車架的梁柱便要承受這個(gè)縱向扭曲壓力，情況就好像要你將一塊塑料片扭曲成螺旋形一樣。2.1.3車架橫向彎曲力

所謂橫向彎曲，就是汽車在入彎時(shí)重量的慣性（即離心力）會(huì)使車身產(chǎn)生向彎外甩的傾向，而輪胎的抓著力會(huì)和路面形成反作用力，兩股相對(duì)的壓力將車架橫向扭曲。

2.1.4車架負(fù)載彎曲力

從字面上就可以十分容易的理解這個(gè)壓力，部分汽車的非懸掛重量，是由車架承受的，通過輪軸傳到地面。而這個(gè)壓力，主要會(huì)集中在軸距的中心點(diǎn)。因此車架底部的縱梁和橫梁(member），一般都要求較強(qiáng)的剛度。

2.2車架設(shè)計(jì)要求

2.2.1車架必須要有一定的強(qiáng)度

保證在各種復(fù)雜受力的使用情況下車架不受破壞。要求有足夠的疲勞強(qiáng)度，保證在汽車大修里程內(nèi)，車架不致有嚴(yán)重的疲勞損傷?？v梁受力極為復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)不僅應(yīng)注意各種應(yīng)力，改善其分布情況，還應(yīng)該注意使各種應(yīng)力峰值不出現(xiàn)在同一部位上。例如，縱梁中部彎曲應(yīng)力較大，則應(yīng)注意降低其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，減少應(yīng)力集中并避免失穩(wěn)。而在前、后端，則應(yīng)著重控制懸架系統(tǒng)引起的局部扭轉(zhuǎn)。提高縱梁強(qiáng)度常用的措施如下：

(1)提高彎曲強(qiáng)度

選定較大的斷面尺寸和合理的斷面形狀（槽形梁斷面高寬比一般為3：1左右）；

(2)提高局部扭轉(zhuǎn)剛度

注意偏心載荷的布臵，使相近的幾個(gè)偏心載荷盡量接近縱梁斷面的彎曲中心，并使合成量較?。辉谄妮d荷較大處設(shè)臵橫梁，并根據(jù)載荷大小及分散情況確定連接強(qiáng)度和寬度；將懸臵點(diǎn)分布在橫梁的彎曲中心上；當(dāng)偏心載荷較大并偏離橫梁較遠(yuǎn)處時(shí)候，可以采用K形梁，或者將該段縱梁形成封閉斷面；偏心載荷較大且比較分散時(shí)候，應(yīng)該采用封閉斷面梁，橫梁間距也應(yīng)縮??；選用較大的斷面； 限制制造扭曲度，減少裝配預(yù)應(yīng)力。

(3)提高整體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度

不使縱梁斷面過大； 翼緣連接的橫梁不宜相距太近。(4)減少應(yīng)力集中及疲勞敏感

盡可能減少翼緣上的孔（特別是高應(yīng)力區(qū)），嚴(yán)禁在翼緣上布臵大孔； 注意外形的變化，避免出現(xiàn)波紋區(qū)或者受嚴(yán)重變?。蛔⒁饧訌?qiáng)端部的形狀和連接，避免剛度突變； 避免在槽形梁的翼緣邊緣處施焊，尤其畏忌短焊縫和“點(diǎn)”焊。

(5)減少失穩(wěn)

受壓翼緣寬度和厚度的比值不宜過大（常在12左右）；在容易出現(xiàn)波紋處限制其平整度。

(6)局部強(qiáng)度加強(qiáng)采用較大的板厚；

加大支架緊固面尺寸，增多緊固數(shù)量，并盡量使力作用點(diǎn)接近腹板的上、下側(cè)面。

2.2.2車架的輕量化

由于車架較重，對(duì)于鋼板的消耗量相當(dāng)大。因此，車架應(yīng)按等強(qiáng)度的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，以減輕汽車的自重和降低材料的消耗量。在保證強(qiáng)度的條件下，盡量減輕車架的質(zhì)量。通常要求車架的質(zhì)量應(yīng)小于整車整備質(zhì)量的10％。本設(shè)計(jì)主要對(duì)車架縱梁進(jìn)行簡(jiǎn)化的彎曲強(qiáng)度計(jì)算，使車架縱梁具有足夠的強(qiáng)度，以此來確定車架的斷面尺寸。（參照《材料力學(xué)》）另外，目前鋼材價(jià)格暴漲，汽油價(jià)格上漲，從生產(chǎn)汽車的經(jīng)濟(jì)性考慮的話，也應(yīng)盡量減輕整車的質(zhì)量。從生產(chǎn)工藝性考慮，橫縱梁采用簡(jiǎn)便可靠的連接方式，不僅能降低工人的工作強(qiáng)度，還能增強(qiáng)車架的強(qiáng)度。

2.3車架形式的確定

2.3.1邊梁式車架

這種車架由兩根縱梁及連接兩根縱梁的若干根橫梁組成，用鉚接和焊接的方法將縱橫梁連接成堅(jiān)固的剛性構(gòu)架?？v梁通常用低合金鋼板沖壓而成，斷面一般為槽型，z星或箱型斷面。橫梁用來連接縱梁，保證車架的抗扭剛度和承載能力，而且還用來支撐汽車上的主要部件。邊梁式車架能給改裝變型車提供一個(gè)方便的安裝骨架，因而在載重汽車和特種車上得到廣泛用。其彎曲剛度較大，而當(dāng)承受扭矩時(shí)，各部分同時(shí)產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝車身、車箱和布臵其他總成，易于汽車的改裝和變形，因此被廣泛地用在載貨汽車、越野汽車、特種汽車和用貨車底盤改裝而成的大客車上。在中、輕型客車上也有所采用，轎車則較少采用。用于載貨汽車的邊梁式車架由兩根相互平行但開口朝內(nèi)、沖壓制成的槽型縱梁及一些沖壓制成的開口槽型橫梁組合而成。通常，縱梁的上表面沿全長(zhǎng)不變或局部降低，而兩端的下表面則可以根據(jù)應(yīng)力情況相應(yīng)地縮小。車架寬度多為全長(zhǎng)等寬。

2.3.2中梁式車架（脊骨式車架）

其結(jié)構(gòu)只有一根位于中央而貫穿汽車全長(zhǎng)的縱梁，亦稱為脊骨式車架。中梁的斷面可做成管形、槽形或箱形。中梁的前端做成伸出支架，用以固定發(fā)動(dòng)機(jī)，而主減速器殼通常固定在中梁的尾端，形成斷開式后驅(qū)動(dòng)橋。中梁上的懸伸托架用以支承汽車車身和安裝其它機(jī)件。若中梁是管形的，傳動(dòng)軸可在管內(nèi)穿過。優(yōu)點(diǎn)是有較好的抗扭轉(zhuǎn)剛度和較大的前輪轉(zhuǎn)向角，在結(jié)構(gòu)上容許車乾有較大的跳動(dòng)空間，便于裝用獨(dú)立懸架，從而提高了汽車的越野性；與同噸位的載貨汽車相比，其車架輕，整車質(zhì)量小，同時(shí)質(zhì)心也較低，故行駛穩(wěn)定性好；車架的強(qiáng)度和剛度較大；脊梁還能起封閉傳動(dòng)軸的防塵罩作用。缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜，精度要求高，總成安裝困難，維護(hù)修理也不方便，故目前應(yīng)用較少。2.3.3綜合式車架

綜合式車架是由邊梁式和中梁式車架聯(lián)合構(gòu)成的。車架的前段或后段是邊梁式結(jié)構(gòu)，用以安裝發(fā)動(dòng)機(jī)或后驅(qū)動(dòng)橋。而車架的另一段是中梁式結(jié)構(gòu)的支架可以固定車身。傳動(dòng)軸從中梁的中間穿過，使之密封防塵。其中部的抗扭剛度合適，但中部地板凸包較大，且制造工藝較復(fù)雜。此種結(jié)構(gòu)一般在轎車上使用。車架承受著全車的大部分重量，在汽車行駛時(shí)，它承受來自裝配在其上的各部件傳來的力及其相應(yīng)的力矩的作用。當(dāng)汽車行駛在崎嶇不平的道路上時(shí)，車架在載荷作用下會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，使安裝在其上的各部件相互位臵發(fā)生變化。當(dāng)車輪受到?jīng)_擊時(shí)，車架也會(huì)相應(yīng)受到?jīng)_擊載荷。因而要求車架具有足夠的強(qiáng)度，合適的剛度，同時(shí)盡量減輕重量。在良好路面行駛的汽車，車架應(yīng)布臵得離地面近一些，使汽車重心降低，有利于汽車穩(wěn)定行駛，車架的形狀尺寸還應(yīng)保證前輪轉(zhuǎn)向要求的空間。

第3章 車架結(jié)構(gòu)

3.1 車架結(jié)構(gòu)形式的選定

3.1.1車架寬度的確定

車架寬度是指左右縱梁腹板外側(cè)面之間的寬度。在總體設(shè)計(jì)中，整車寬度確定后，車架前后部分寬度就可以根據(jù)前輪最大轉(zhuǎn)向角、輪距、鋼板彈簧片寬、裝在車架內(nèi)側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)外廓寬度及懸臵等尺寸確定。從提高整車的橫向穩(wěn)定性以及減小車架縱梁外側(cè)裝臵件的懸伸長(zhǎng)度來看，車架盡量寬些，同時(shí)前后部分寬度應(yīng)相等。本設(shè)計(jì)取的車架寬860mm。

3.1.2車架縱梁形式的確定

縱梁是車架的主要承載部件，在汽車行駛中受較大的彎曲應(yīng)力。車架縱梁根據(jù)截面形狀分有工字梁和槽形梁。由于槽形梁具有強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此在載貨汽車設(shè)計(jì)中選用槽形梁結(jié)構(gòu)。另外為了滿足低速載貨汽車使用性能的要求，縱梁采用直線形結(jié)構(gòu)。這樣既可降低縱梁的高度，減輕整車自身重量，降低成本，亦可保證強(qiáng)度。材料選用16Mn低合金鋼，16Mn低合金鋼在強(qiáng)度,塑性,可焊性方面能較好地滿足剛結(jié)構(gòu)，是應(yīng)用最廣泛的低合金鋼，綜合機(jī)械性能良好,正火可提高塑性，韌性及冷壓成型性能。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，再考慮縱梁截面的特點(diǎn)，本方案設(shè)計(jì)的縱梁采用上、下翼面是平直等高的槽形鋼?？v梁總長(zhǎng)為6815mm。優(yōu)點(diǎn)：有較好的抗彎強(qiáng)度，便于安裝汽車部件。

3.1.3車架橫梁形式的確定

橫梁是車架中用來連接左、右縱梁，構(gòu)成車架的主要構(gòu)件。橫梁本身的抗扭性能的好壞及其分布，直接影響著縱梁的內(nèi)應(yīng)力大小及其分布 合理設(shè)計(jì)橫梁，可以保證車架具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。

從早期通過試驗(yàn)所得出的一些結(jié)論可以看出，若加大橫梁的扭轉(zhuǎn)剛度，可以提高整個(gè)車架的扭轉(zhuǎn)剛度，但與該橫梁連接處的縱梁的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力會(huì)加大；如果不加大橫梁，而是在兩根橫梁間再增加橫梁，其結(jié)果是增加了車架的扭轉(zhuǎn)剛度，同時(shí)還降低了與橫梁連接處的縱梁扭轉(zhuǎn)應(yīng)力

在橫梁上往往要安裝汽車上的一些主要部件和總成，所以橫梁形狀以及在縱梁上的位臵應(yīng)滿足安裝上的需要。橫、縱梁的斷面形狀、橫梁的數(shù)量以及兩者之間的連接方式，對(duì)車機(jī)架的扭轉(zhuǎn)剛度有大的影響。縱、橫梁材料的選用有以下三種：車架A：箱型縱梁、管型橫梁，橫、縱梁間采用焊接連接，扭轉(zhuǎn)剛度最大。車架B：槽型縱梁、槽型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉(zhuǎn)剛度適中。車架C：槽型縱梁、工字型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉(zhuǎn)剛度最小。

從以上三種車架的對(duì)比可以看出：輕型載貨汽車應(yīng)該選用車架B。本設(shè)計(jì)共有八根橫梁，有前橫梁，發(fā)動(dòng)機(jī)前懸臵橫梁，發(fā)動(dòng)機(jī)后懸臵橫梁，駕駛室后懸臵橫梁，中橫梁，后鋼板彈簧前支架橫梁，后鋼板彈簧后支架橫梁，后橫梁。

3.2 縱梁與橫梁的連接

3.2.1車架縱梁與橫梁的連接形式

貨車多以鉚釘連接（見下圖）。鉚釘連接具有一定彈性，有利于消除峰值應(yīng)力，改善應(yīng)力狀況，這對(duì)于要求有一定扭轉(zhuǎn)彈性的貨車車架有重要意義。

車架鉚接示意圖

鉚接設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：

a.盡量使鉚釘?shù)闹行木€與構(gòu)件的端面重心線重合； b.鉚接厚度一般不大于5d； c.在同一結(jié)構(gòu)上鉚釘種類不益太多；

d.盡量減少在同一截面上的鉚釘孔數(shù)，將鉚釘交錯(cuò)排列；?8? 3.2.2橫梁在縱梁上的連接

常見有三種型式：橫梁和縱梁上下翼緣相連；橫梁和縱梁的腹板相連；橫梁同時(shí)和縱梁的任一翼緣以及腹板相連。

其中前后橫梁分別采用上下翼緣相連接的方式，可得到較大的連接跨度和連接剛度，使車架扭轉(zhuǎn)剛度增大，縱梁局部扭轉(zhuǎn)改善。

第四橫梁即車架中部的橫梁采用腹板連接的方式，腹板連接結(jié)構(gòu)與翼面連接結(jié)構(gòu)相比，前者比后者可使縱梁的扭轉(zhuǎn)翹曲應(yīng)力降低。

橫梁和縱梁腹板及一個(gè)翼緣同時(shí)相連，則兼有以上兩種連接方式的特點(diǎn)，缺點(diǎn)在于作用在縱梁上的力直接傳到橫梁上。有時(shí)使橫梁只和縱梁的一個(gè)翼緣相連，則極難發(fā)揮其剛度作用，因此不常采用。3.2.3車架加強(qiáng)版

第4章 車架設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1車架的載荷分析

汽車靜止時(shí)，車架上只承受彈簧以上部分的載荷稱為靜載荷。汽車在行駛過程中，隨行駛條件(車速和路面情況)的變化，車架將主要承受對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷和斜對(duì)稱的動(dòng)載荷。

對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷是當(dāng)汽車在平坦道路上以較高車速行駛時(shí)產(chǎn)生的，其值取決于作用在車架上的靜載荷及其在車架上的分布，還取決于靜載荷作用處的垂直加速度之值。這種動(dòng)載荷會(huì)使車架產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)汽車在不平道路上行駛時(shí)，汽車的前后幾個(gè)車輪可能不在同一平面上，從而使車架連同車身一起歪斜，其值取決于道路不平坦的程度以及車身、車架和懸架的剛度。這種動(dòng)載荷將會(huì)使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。由于汽車的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用工況多變，除了上述兩種主要載荷的作用外，汽車車架上還承受其他的一些載荷。如汽車加速或制動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致車架前后載荷的重新分配；汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，慣性力將使車架受到側(cè)向力的作用。一般來說，車架主要損壞的疲勞裂紋起源于縱梁和橫梁邊緣處，然后向垂直于邊緣的方向擴(kuò)展。在縱梁上的裂紋將迅速發(fā)展乃至全部斷裂，而橫梁上出現(xiàn)的裂紋則往往不再繼續(xù)發(fā)展或擴(kuò)展得很緩慢。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料可知，車架的使用壽命主要取決于縱梁抗疲勞損傷的強(qiáng)度。因此，在評(píng)價(jià)車架的載荷性能時(shí)，主要應(yīng)著眼于縱梁。

4.2車架縱梁的強(qiáng)度計(jì)算 4.3車架的應(yīng)力計(jì)算

4.3.1支座反力的計(jì)算 4.3.1縱梁的剪力和彎矩計(jì)算

要計(jì)算車架縱梁的彎矩，先計(jì)算車架前支座反作用力，向后輪中心支座處求矩

F1——前輪中心支座對(duì)任一縱梁（左縱梁或右縱梁）的反作用力N;F2——后輪中心支座對(duì)任一縱梁（左縱梁或右縱梁）的反作用力N;

L——縱梁的總長(zhǎng)，7215mm；

l——汽車軸距，4560mm；

a——前懸，1080mm； b——后懸，2355mm；

c——貨廂長(zhǎng)，6180mm；

c1——車廂前端到二軸的距離，4120mm；

c2——車廂后端到二軸的距離，2060mm；

Ms——空車時(shí)的簧載質(zhì)量，約2400kg；

Me——滿載時(shí)有效裝載質(zhì)量，5190kg；

g——重力加速度，9.8m/s ； 代入(4-1)和(4-2)可得：

=3179.65N

=12451.35N

在計(jì)算縱梁彎矩時(shí)，將縱梁分成兩段區(qū)域，每一段的均布載荷可簡(jiǎn)化為作用于區(qū)段中點(diǎn)的集中力。縱梁各端面上的彎矩計(jì)算采用彎矩差法，可使計(jì)算工作量大大減少。彎矩差法認(rèn)為：縱梁上某一端面上的彎矩為該段面之前所有力對(duì)改點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩之和。

4.4車架材料的選擇 4.5梁截面系數(shù)的計(jì)算 4.6彎矩應(yīng)力計(jì)算與校核

第5章 車架制圖

5.1制圖方式 5.2傳統(tǒng)制圖 5.3 CAD制圖

5.3.1繪圖便利 5.3.2保存便利

5.3.3AutoCAD在機(jī)械零件上的優(yōu)勢(shì)

第二篇：E420輕型載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)說明書

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006

目錄 前言...........................................................................................................................1 1.1 本課題的來源、基本前提條件和技術(shù)要求.......................................................1 1.2 本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路.......................................................1 1.3 預(yù)期的成果...........................................................................................................1 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹...............................................................................3 3 總體方案論證...........................................................................................................4 4 具體設(shè)計(jì)說明...........................................................................................................7 4.1 主減速器的設(shè)計(jì)...................................................................................................7 4.1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式.......................................................................................7 4.1.2 主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法...............................................9 4.1.3 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法.............................................10 4.1.4 主減速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算.............................................................10 4.2 差速器的設(shè)計(jì).....................................................................................................13 4.2.1差速器的結(jié)構(gòu)型式..........................................................................................13 4.2.2差速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算..................................................................15 4.3 半軸的設(shè)計(jì).........................................................................................................16 4.3.1半軸的結(jié)構(gòu)型式..............................................................................................16 4.3.2半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算..........................................................................................16 4.4驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)選擇..............................................................................................19 5 結(jié)論.........................................................................................................................21 參 考 文 獻(xiàn)...............................................................................................................22

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 1 前言

本課題是進(jìn)行低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出小型低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋，包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)車輛的全局。

1.1 本課題的來源、基本前提條件和技術(shù)要求

a.本課題的來源：輕型載貨汽車在汽車生產(chǎn)中占有大的比重。驅(qū)動(dòng)橋在整車中十分重要，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉的驅(qū)動(dòng)橋，能大大降低整車生產(chǎn)的總成本，推動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

b.要完成本課題的基本前提條件是：在主要參數(shù)確定的情況下，設(shè)計(jì)選用驅(qū)動(dòng)橋的各個(gè)部件，選出最佳的方案。

c.技術(shù)要求：設(shè)計(jì)出的驅(qū)動(dòng)橋符合國(guó)家各項(xiàng)輕型貨車的標(biāo)準(zhǔn)[1]，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，成本降低，適合本國(guó)路面的行駛狀況和國(guó)情。1.2 本課題要解決的主要問題和設(shè)計(jì)總體思路

a.本課題解決的主要問題：設(shè)計(jì)出適合本課題的驅(qū)動(dòng)橋。汽車傳動(dòng)系的總?cè)蝿?wù)是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使之適應(yīng)于汽車行駛的需要。在一般汽車的機(jī)械式傳動(dòng)中，有了變速器還不能完全解決發(fā)動(dòng)機(jī)特性與汽車行駛要求間的矛盾和結(jié)構(gòu)布置上的問題。首先是因?yàn)榻^大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上的縱向安置的，為使其轉(zhuǎn)矩能傳給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，必須由驅(qū)動(dòng)橋的主減速器來改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，同時(shí)還得由驅(qū)動(dòng)橋的差速器來解決左、右驅(qū)動(dòng)車輪間的轉(zhuǎn)矩分配問題和差速要求。其次，需將經(jīng)過變速器、傳動(dòng)軸傳來的動(dòng)力，通過驅(qū)動(dòng)橋的主減速器，進(jìn)行進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩、降低轉(zhuǎn)速的變化。因此，要想使汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)合理，首先必須選好傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比，并恰當(dāng)?shù)貙⑺峙浣o變速器和驅(qū)動(dòng)橋。

b.本課題的設(shè)計(jì)總體思路：非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼，相當(dāng)于受力復(fù)雜的空心梁，它要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還要盡量的減輕其重量。所選擇的減速器比應(yīng)能滿足汽車在給定使用條件下具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。對(duì)載貨汽車，由于它們有時(shí)會(huì)遇到坎坷不平的壞路面，要求它們的驅(qū)動(dòng)橋有足夠的離地間隙，以滿足汽車在通過性方面的要求。驅(qū)動(dòng)橋的噪聲主要來自齒輪及其他傳動(dòng)機(jī)件。提高它們的加工精度、裝配精度，增強(qiáng)齒輪的支承剛度，是降低驅(qū)動(dòng)橋工作噪聲的有效措施。驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及壽命的前提下應(yīng)力求減小簧下質(zhì)量，以減小不平路面對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的沖擊載荷，從而改善汽車行駛的平順性。1.3 預(yù)期的成果

設(shè)計(jì)出小型低速載貨汽車的驅(qū)動(dòng)橋，包括主減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件，配合其他同組同學(xué)，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)車輛的全局。使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品使用方便，材料使用最少，經(jīng)濟(jì)性能最高。

a.提高汽車的技術(shù)水平，使其使用性能更好，更安全，更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更

低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

舒適，更機(jī)動(dòng)，更方便，動(dòng)力性更好，污染更少。

b.改善汽車的經(jīng)濟(jì)效果，調(diào)整汽車在產(chǎn)品系列中的檔次，以便改善其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地位并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹

為適應(yīng)不斷完善社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的要求以及加入世貿(mào)組織后國(guó)內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形勢(shì)，推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)，全面提高汽車產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，滿足消費(fèi)者對(duì)汽車產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，特制定汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。通過該政策的實(shí)施，使我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)在2010年前發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，為實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的目標(biāo)做出更大的貢獻(xiàn)。政府職能部門依據(jù)行政法規(guī)和技術(shù)規(guī)范的強(qiáng)制性要求，對(duì)汽車、農(nóng)用運(yùn)輸車(低速載貨車及三輪汽車，下同)、摩托車和零部件生產(chǎn)企業(yè)及其產(chǎn)品實(shí)施管理，規(guī)范各類經(jīng)濟(jì)主體在汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的市場(chǎng)行為。低速載貨汽車，在汽車發(fā)展趨勢(shì)中，有著很好的發(fā)展前途。生產(chǎn)出質(zhì)量好，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜的低速載貨汽車將適合大多數(shù)消費(fèi)者的要求。在國(guó)家積極投入和支持發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，能研制出適合中國(guó)國(guó)情，包括道路條件和經(jīng)濟(jì)條件的車輛，將大大推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的提高。

在新政策《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》中，在2010年前，我國(guó)就要成為世界主要汽車制造國(guó)，汽車產(chǎn)品滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大部分需求并批量進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)；2010年，汽車生產(chǎn)企業(yè)要形成若干馳名的汽車、摩托車和零部件產(chǎn)品品牌；通過市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形成幾家具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型汽車企業(yè)集團(tuán)，力爭(zhēng)到2010年跨入世界500強(qiáng)企業(yè)之列，等等。同時(shí)，在這個(gè)新的汽車產(chǎn)業(yè)政策描繪的藍(lán)圖中，還包含許多涉及產(chǎn)業(yè)素質(zhì)提高和市場(chǎng)環(huán)境改善的綜合目標(biāo)，著實(shí)令人鼓舞。然而，不可否認(rèn)的是，國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀離產(chǎn)業(yè)政策的目標(biāo)還有相當(dāng)?shù)木嚯x。自1994年《汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策》頒布并執(zhí)行以來，國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有了顯著變化，企業(yè)規(guī)模效益有了明顯改善，產(chǎn)業(yè)集中度有了一定程度提高。但是，長(zhǎng)期以來困擾中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的散、亂和低水平重復(fù)建設(shè)問題，還沒有從根本上得到解決。多數(shù)企業(yè)家預(yù)計(jì)，在新的汽車產(chǎn)業(yè)政策的鼓勵(lì)下，將會(huì)有越來越多的汽車生產(chǎn)企業(yè)按照市場(chǎng)規(guī)律組成企業(yè)聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和資源共享。

低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì) 總體方案論證

驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按齊總體布置來說共有三種，即普通的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，帶有擺動(dòng)半軸的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。

圖3-1 驅(qū)動(dòng)橋的總體布置型式簡(jiǎn)圖

(a)普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；(b)帶有擺動(dòng)半軸的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；(c)斷開式驅(qū)動(dòng)橋

方案

（一）：非斷開式驅(qū)動(dòng)橋

圖3-2 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋

普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋[2]，如圖3-2，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，最廣泛地用在各種載貨汽車、客車和公共汽車上，在多數(shù)的的越野汽車和部分轎車上也采用這種結(jié)構(gòu)。它的具體結(jié)構(gòu)是橋殼是一根支承在左、右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，而齒輪及半軸等所有的傳動(dòng)機(jī)件都裝在其中。這時(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車輪及部分傳動(dòng)軸均屬簧下質(zhì)量，使汽車的簧下質(zhì)量較大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。采用單級(jí)主減速器代替雙級(jí)主減速器可大大減小驅(qū)動(dòng)橋質(zhì)量。采用鋼板沖壓-焊

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 接的整體式橋殼及鋼管擴(kuò)制的整體式橋殼，均可顯著地減輕驅(qū)動(dòng)橋的質(zhì)量。驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要決定于主減速器的型式。在汽車的輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定主減速器速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，則可改用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。后者僅推薦用于主減速比大于7.6且載貨在6t以上的大型汽車上。在雙級(jí)主減速器中，通常是把兩級(jí)減速齒輪放在一個(gè)主減速器殼內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪移向驅(qū)動(dòng)車輪并靠近輪轂，作為輪邊減速器。在后一種情況下又有五種布置方案可供選擇。方案

（二）：斷開式驅(qū)動(dòng)橋

圖3-3 斷開式驅(qū)動(dòng)橋

斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁[2]。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸架相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫梁或車廂底板上，或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此獨(dú)立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管，作相應(yīng)擺動(dòng)。所以斷開式驅(qū)動(dòng)橋也稱為“帶有擺動(dòng)半軸的驅(qū)動(dòng)橋”。

汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，因汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動(dòng)的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸架相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸

低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車廂傾斜；提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度；減小車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車。

方案

（三）：多橋驅(qū)動(dòng)的布置

為了提高裝載量和通過性，有些重型汽車及全部中型以上的越野汽車都是采用多橋驅(qū)動(dòng)，常采用4×4、6×6、8×8等驅(qū)動(dòng)型式[2]。在多橋驅(qū)動(dòng)的情況下，動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋的方式有兩種。相應(yīng)這兩種動(dòng)力傳遞方式，多橋驅(qū)動(dòng)汽車各驅(qū)動(dòng)橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋，需分別由分動(dòng)器經(jīng)各驅(qū)動(dòng)橋自己專用的傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力，這樣不僅使傳動(dòng)軸的數(shù)量增多，且造成各驅(qū)動(dòng)橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。而對(duì)8×8汽車來說，這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜，也難與布置了。為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車都是采用貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置型式。在貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置中，各橋的傳動(dòng)軸布置在同一縱向鉛垂平面內(nèi)，并且各驅(qū)動(dòng)橋分別用自己的傳動(dòng)軸與分動(dòng)器直接聯(lián)接，而是位于分動(dòng)器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動(dòng)軸，是串聯(lián)布置的。汽車前后兩端的驅(qū)動(dòng)橋（第一、第四橋）的動(dòng)力，是經(jīng)分動(dòng)器并貫通中間橋（分別穿過第二、第三橋）而傳遞的。其優(yōu)點(diǎn)是，不僅減少了傳動(dòng)軸的數(shù)量，而且提高了各驅(qū)動(dòng)橋零件的相互通用性，并且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、減小了體積和質(zhì)量。這對(duì)于汽車的設(shè)計(jì)（如汽車的變形）、制造和維修，都帶來方便。四橋驅(qū)動(dòng)的越野汽車也可采用側(cè)邊式及混合式的布置。

經(jīng)上述分析，考慮到所設(shè)計(jì)的輕型載貨汽車的載重和各種要求，其價(jià)格要求要盡量低，故其生產(chǎn)成本應(yīng)盡可能降低。另由于輕型載重汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)橋并無特殊要求，和路面要求并不高，故本設(shè)計(jì)采用普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 4 具體設(shè)計(jì)說明

4.1 主減速器的設(shè)計(jì)

4.1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)型式

主減速器的結(jié)構(gòu)型式，主要是根據(jù)其齒輪類型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速型式的不同而異。

在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋上，主減速器采用得最廣泛的是“格里森”（Gleason）制或“奧利康”（Oerlikon）制的螺旋錐齒輪和雙面錐齒輪。

圖4-1 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪傳動(dòng)

(a)螺旋錐齒輪傳動(dòng)；(b)雙曲面齒輪傳動(dòng)

采用雙曲面齒輪。他的主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。其空間交叉角（即將一軸線平移，使之與另一軸線相交的交角）也都是采用90°。主動(dòng)齒輪軸相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸有向上或向下的偏移，稱為上偏置或下偏置。這個(gè)偏移量稱為雙曲面齒輪的偏移距。當(dāng)偏移距大到一定程度，可使一個(gè)齒輪軸從另一個(gè)齒輪軸旁通過。這樣就能在每個(gè)齒輪的兩邊布置尺寸緊湊的支承。這對(duì)于增強(qiáng)支承剛度、保證齒輪正確嚙合從而提高齒輪壽命大有好處。和螺旋錐齒輪由于齒輪的軸線相交而使得主、從動(dòng)齒輪的螺旋角相等的情況不同，雙曲面齒輪的偏移距使得主動(dòng)齒輪的螺旋角大于從動(dòng)齒輪的螺旋角。因此，雙曲面?zhèn)鲃?dòng)齒輪副的法向模數(shù)或法向周節(jié)雖相等，但端面模數(shù)或端面周節(jié)是不等的。主動(dòng)齒輪的端面模數(shù)或端面周節(jié)是大于從動(dòng)齒輪的。這一情況就使得雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪有更大的直徑和更好的強(qiáng)度和剛度。其增大的程度與偏移距的大小有關(guān)。另外，由于雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的主動(dòng)齒輪的直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合齒輪的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪當(dāng)量曲率半徑為大，從而使齒面間的接觸應(yīng)力降低。隨偏移距的不同，雙曲面齒輪與接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)穆菪F齒輪比較，負(fù)荷可提高至175%。雙曲面主動(dòng)齒輪的螺旋角較大，則不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)可減少，所以可選用較少的齒數(shù)，這有力于大傳動(dòng)比傳動(dòng)。當(dāng)要求傳動(dòng)比大而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒輪更為合理。因?yàn)槿绻３謨煞N傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑一樣，則雙曲面從動(dòng)齒輪的直徑比螺旋錐齒輪的要小，這對(duì)于主減速比i0?4.5的傳動(dòng)有其優(yōu)越性。對(duì)中等傳動(dòng)比，兩種齒輪都能很好適應(yīng)。由于雙曲面主動(dòng)齒輪螺旋角的增大，還導(dǎo)致其進(jìn)入嚙合的平均齒數(shù)要比螺旋錐齒輪

低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

相應(yīng)的齒數(shù)多，因而雙曲面齒輪傳動(dòng)比螺旋錐齒輪沖動(dòng)工作更加平穩(wěn)、無噪聲，強(qiáng)度也高。雙曲面齒輪的偏移距還給汽車的總布置帶來方便。

不涂漆******

圖4-5 采用組合式橋殼的單級(jí)主減速器

減速型式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(guān)，但它主要取決于由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比 i0 的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置型式等。

本設(shè)計(jì)采用組合式橋殼的單級(jí)主減速器（圖）。單級(jí)主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。其主、從動(dòng)錐齒輪軸承都直接支承在與橋殼鑄成一體的主減速器殼上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支承剛度大、質(zhì)量小、造價(jià)低。

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 4.1.2 主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法

圖4-2 主動(dòng)錐齒輪齒面受力圖

在殼體結(jié)構(gòu)及軸承型式已定的情況下，主減速器主動(dòng)齒輪的支承型式及安置方法，對(duì)其支承剛度影響很大，這是齒輪能否正確捏合并具有較高使用壽命的因素之一。

圖4-3 騎馬式支承

1-調(diào)整墊圈；2-調(diào)整墊片

本設(shè)計(jì)采用騎馬式支承（圖4-3）。齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承。騎馬式支承使支承剛度大為增加，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小，約減小到懸臂式1/30以下。而主動(dòng)錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至1/5～1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。此外，由于齒輪大端一側(cè)前軸承及后軸承之間的距離很小，可以縮短主動(dòng)錐齒輪軸的長(zhǎng)度，使布置更緊湊，這有利于減小傳動(dòng)軸夾角及整車布置。騎馬式支承的導(dǎo)向軸承（即齒輪小端一側(cè)的軸承）都采用圓柱滾子式的，并且其內(nèi)外圈可以分離，以利于拆裝。為了進(jìn)一步增強(qiáng)剛度，應(yīng)盡可能地減小齒輪大端一側(cè)兩軸承間的距離，增大支承軸徑，適當(dāng)提

低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

高軸承的配合的配合緊度。

4.1.3 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安裝方法

圖4-4 主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承型式及安置辦法

主減速器從動(dòng)錐齒輪的支承剛度依軸承的型式、支承間的距離和載荷在軸承之間的分布而定。兩端支承多采用圓錐錐子軸承，安裝時(shí)使它們的圓錐滾子大端相向朝內(nèi)，而小端相背朝外。

為了防止從動(dòng)齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承也應(yīng)預(yù)緊。由于從動(dòng)錐齒輪軸承是裝在差速器殼上，尺寸較大，足以保證剛度。球面圓錐滾子軸承（圖4-4（b））具有自動(dòng)調(diào)位的性能，對(duì)軸的歪斜的敏感性較小，這在主減速器從動(dòng)齒輪軸承的尺寸大時(shí)極其重要。

4.1.4 主減速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算

主減速比i0,驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷，是主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)。A.主減速比i0的確定

主減速比對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)型式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。i0的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比iT一起由整車動(dòng)力計(jì)算來確定?？衫迷诓煌琲o下的功率平衡圖來研究i0對(duì)汽車動(dòng)力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 最價(jià)匹配的方法來選擇i0值，可使汽車獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。

為了得到足夠的功率儲(chǔ)備而使最高車速稍有下降，i0按下式計(jì)算[3]：

i0?(0.377～0.472)式中：rr—車輪滾動(dòng)半徑，m；

igh—變速器最高檔傳動(dòng)比；

?amax—汽車最高車速；

np—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速

rrnp?amaxigh ?4?1?

i0?(0.377～0.472)rrnp?amaxigh?0.443?0.44?4000?6.67

23.61?4.95 根據(jù)所選定的主減速比io值，確定主減速器的減速型式為單級(jí)。查表得汽車驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙為200mm.B．主減速齒輪計(jì)算載荷的計(jì)算

通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩配以傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比時(shí)和驅(qū)動(dòng)車輪打滑時(shí)這兩種情況下作用于主減速器從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩（Tje、Tj?）的較下者，作為載貨汽車和越野汽車在強(qiáng)度計(jì)算中用以驗(yàn)算主減速器從動(dòng)齒輪最大應(yīng)力的計(jì)算載荷。既[3]：

Tje?Temax　?iTL?K0??T/n ?4?2?

Tj??G2???rr ?4?3?

?LB?iLB式中：Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N?m；

iTL—由發(fā)動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比；

?T—上述傳動(dòng)部分的效率，取?T?0.9；

K0—超載系數(shù)，對(duì)于一般載貨汽車、礦用汽車和越野汽車以及液力傳動(dòng)的各類汽車取K0?1；

n—該車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)目；

G2—汽車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)載，N；對(duì)后橋來說還要考慮到汽車加速時(shí)的負(fù)荷增大量；

?—輪胎對(duì)路面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用汽車，取??0.85；

rr—車輪的滾動(dòng)半徑，m；

?LB，iLB—分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和減速比（例如輪邊減速器等）。

由式（4-2）、式（4-3）求得的計(jì)算載荷，是最大轉(zhuǎn)矩而不是正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩不能用它作為疲勞損壞的依據(jù)。對(duì)于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

其正常持續(xù)轉(zhuǎn)矩是根據(jù)所謂平均牽引力來確定的，即主減速器從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tjm（Nm）為[4]

Tjm?(Ga?GT)?rr(fR?fH?fP)?4?4?

iLB??LB?n式中：Ga—汽車裝載總重，N；

GT—所牽引的掛車滿載總重，N，但僅用于牽引車；

fR—道路滾動(dòng)阻力系數(shù)；

fH—汽車正常使用時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)；

fP—汽車或汽車列車的性能系數(shù)。

fP?0.195(GA?GT)?1?16??? ?4?5? 100?Temax?

當(dāng)0.195?Ga?GT??16時(shí) 取fP?0

Temax(Ga?GT)?rr?4000?0??0.015?0.06?0?

(fR?fH?fP)?iLB??LB?n6.67?0.9?1 Tjm? =22?N?m?

C．主減速齒輪基本參數(shù)的選擇

a.齒數(shù)的選擇

對(duì)于單級(jí)主減速器，當(dāng)i0較大時(shí)，則應(yīng)盡量使主動(dòng)齒輪的齒數(shù)z1取得小些，以得到滿意的驅(qū)動(dòng)橋離地間隙。當(dāng)i0?6時(shí)，z1的最小值可取為5，但為了嚙合平穩(wěn)及提高疲勞強(qiáng)度，z1最好大于5。取z1?6，z2?34[5]。

b.節(jié)圓半徑的選擇

可根據(jù)從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（見式4-

4、式4-5并取兩者中較小的一個(gè)為計(jì)算依據(jù)）按經(jīng)驗(yàn)公式選出：

d2?Kd2?3Tj ?4?6?

式中 dd—從動(dòng)錐齒輪的節(jié)圓半徑，mm；

Kd2—直徑系數(shù)，取Kd2?13～16；

Tj—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N?m。

d2?Kd2?3Tj?15?322?42mm

c.齒輪端面模數(shù)的選擇

d2選定后可按式m?d2/z2算出從動(dòng)齒輪大端端面模數(shù)，并用下式校核：

m?Km?3Tj ?4?7?

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 式中 Km—模數(shù)系數(shù)。

m?d2/z2?42/34?1.2

m?Km?3Tj?0.4?322?1.2

d.齒面寬的選擇

汽車主減速器雙曲面齒輪的從動(dòng)齒輪齒面寬F?mm?為：

F?0.155d2 ?4?8?

F?0.155d2?0.155?42?6.51?mm?

4.2 差速器的設(shè)計(jì)

4.2.1差速器的結(jié)構(gòu)型式

差速器選用對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。其結(jié)構(gòu)原理如圖（4-6）所示[6]。普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪等組成。其工作原理如圖所示。?0為主減速器從動(dòng)齒輪或差速器殼的角速度；?

1、?2分別為左右驅(qū)動(dòng)車輪或差速器半軸齒輪的角速度；?3為行星齒輪繞其軸的自轉(zhuǎn)角速度。

圖4-6 普通圓錐齒輪差速器的工作原理簡(jiǎn)圖

當(dāng)汽車在平坦路面上直線行駛時(shí)，差速器各零件之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則有

?1??2??0 ?3?0

低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

這時(shí)，差速器殼經(jīng)十字軸以力P帶動(dòng)行星齒輪繞半軸齒輪中心作“公轉(zhuǎn)”而無自轉(zhuǎn)（?3?0）。行星齒輪的輪齒以P/2的反作用力。對(duì)于對(duì)稱式差速器來說，兩半軸齒輪的節(jié)圓半徑r相同，故傳給左、右半軸的轉(zhuǎn)矩均等于Pr/2，故汽車在平坦路面上直線行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)左、右車輪的轉(zhuǎn)矩相等。

當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，假如左右輪之間無差速器，則按運(yùn)動(dòng)學(xué)要求，行程長(zhǎng)的外側(cè)車輪將產(chǎn)生滑移，而行程短的內(nèi)側(cè)車輪將產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。由此導(dǎo)致在左、右輪胎切線方向上各產(chǎn)生一附加阻力，且它們的方向相反，如圖所示。當(dāng)裝有差速器時(shí)，附加阻力所形成的力矩使差速器起差速作用，以免內(nèi)外側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪在地面上的滑轉(zhuǎn)和滑移，保證它們以不同的轉(zhuǎn)速?1和?2正常轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，若差速器工作時(shí)阻抗其中各零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦大，則扭動(dòng)它的力矩就大。在普通的齒輪差速器中這種摩擦力很小，故只要左、右車輪所走路程稍有差異，差速器開始工作。

當(dāng)差速器工作時(shí)，行星齒輪不僅有繞半軸齒輪中心的“公轉(zhuǎn)”，而且還有繞行星齒輪以角速度為?3的自轉(zhuǎn)。這時(shí)外側(cè)車輪及其半軸齒輪的轉(zhuǎn)速將增高，且增高量為?3z3（z3為行星齒輪齒數(shù)，z1為該側(cè)半軸齒輪齒數(shù)），這樣，外側(cè)半z1軸齒輪的角速度為：

?1??0??3z3 z1在同一時(shí)間內(nèi)，內(nèi)側(cè)車輪及其半軸齒輪（齒數(shù)為z2）的轉(zhuǎn)速將減低，且減低量為?3z3，由于對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的兩半軸齒數(shù)相等，于是內(nèi)側(cè)半軸齒輪z2的轉(zhuǎn)速為：

?2??0??3z3 z1由以上兩式得差速器工作時(shí)的轉(zhuǎn)速關(guān)系為

?1??2?2?0

?4?9?

即兩半軸齒輪的轉(zhuǎn)速和為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍。由式（4-9）知：

當(dāng)?2?0時(shí)，?1?2?0，或 當(dāng)?1?0時(shí)，?2?2?0 當(dāng)?0?0時(shí)，?1???2

最后一種情況?0?0，有時(shí)發(fā)生在使用中央制動(dòng)時(shí)，這時(shí)很容易導(dǎo)致汽車失去控制，使汽車急轉(zhuǎn)和甩尾。

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 4.2.2差速器的基本參數(shù)的選擇及計(jì)算

由于差速器亮是裝在主減速器從動(dòng)齒輪上，故在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)．應(yīng)考慮差速器的安裝；差速器殼的輪廓尺寸也受到從動(dòng)齒輪及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承支座的限制。

1．差速器齒輪的基本參數(shù)選擇 A．行星齒輪的基本參數(shù)選擇

本載貨汽車選用4個(gè)行星齒輪[7]。B．行星齒輪球面半徑RB(mm)的確定

圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常決定于行星齒輪背面的球面半徑RB，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐矩，在一定程度上表征了差速器的強(qiáng)度。

球面半徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定：

RB?KB3Tj ?4?10?

式中：KB—行星齒輪球面半徑系數(shù)；

Tj—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N?m。

RB?KB3Tj?2.52?322?7mm

RB確定后，即可根據(jù)下式預(yù)選其節(jié)錐矩：

A0??0.98～0.99?RB ?4?11? A0??0.98～0.99?RB?0.98?7?6.86mm C．行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇

選用行星齒輪齒數(shù)為10，半軸齒輪齒數(shù)為16。

D．差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定

先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角?1，?2：

?1?arctanz1z；

?2?arcta2n

?4?12? z2z1式中：z1，z2為行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)

?1?arctanz16?arctan?10? z234z234?arctan?80? z16?2?arctan再求出圓錐齒輪的大端模數(shù)：

m?2A02Asin?1?0sin??4?13? z1z2m?2A02A2?6.86sin?1?0sin?2?sin10??0.4 z1z2615

低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

節(jié)圓半徑d右下式求得：

d?zm

?4?14?

d1?z1m?6?0.4?2.4mm d2?z2m?34?0.4?13.6mm

4.3 半軸的設(shè)計(jì)

4.3.1半軸的結(jié)構(gòu)型式

采用半浮式半軸。半浮式以靠近外端的軸頸直接支承在置于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，而端部則以具有錐面的軸頸及鍵與車輪輪轂相固定。半浮式半軸承受的載荷復(fù)雜，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。

圖4-7 半浮式半軸的結(jié)構(gòu)型式與安裝

4.3.2半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算

半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理的確定其計(jì)算載荷。

半軸的計(jì)算要考慮以下三種可能的載荷工況：

A．縱向力X2（驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力）最大時(shí)（X2?Z2?），附著系數(shù)?取0.8，沒有側(cè)向力作用；

B．側(cè)向力Y2最大時(shí)，其最大值發(fā)生于側(cè)滑時(shí)，為Z2?1，側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)?1在計(jì)算中取1.0，沒有縱向力作用；

C．垂向力最大時(shí)，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時(shí)，其值為(Z2?g?)kd，kd是動(dòng)載荷系數(shù)，這時(shí)沒有縱向力和側(cè)向力作用。

半浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)根據(jù)上述三種載荷工況進(jìn)行

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006

圖4-8

半浮式半軸及受力簡(jiǎn)圖

a． 半浮式半軸在上述第一種工況下

半軸同時(shí)承受垂向力Z2、縱向力X2所引起的彎矩以及由X2引起的轉(zhuǎn)矩X2rr。

?L，Z2?R為 對(duì)左、右半軸來說，垂向力Z2?L?Z2?R?Z2?gw?Z2m?G2?gw

?4?15? 2式中：G2—滿載靜止汽車的驅(qū)動(dòng)橋?qū)λ降孛娴妮d荷，N；

m?—汽車加速和減速時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)；

gw—一側(cè)車輪（包括輪轂、制動(dòng)器等）本身對(duì)水平地面的載荷，N。

?L?Z2?R?Z2?gw?

Z2m?G21.2?39200?gw??980?01372N0 22縱向力按最大附著力計(jì)算，即

X2L?X2R?式中：?—輪胎與地面的附著系數(shù)。

X2L?X2R?m?G21.2?39200???0.8?18816N 22m?G2?

?4?16? 2左、右半軸所承受的合成彎矩M??N?m?為

M??bM??b2?L?2?X2?Z2L2?L?2?X2?Z2L?b2?B?2?X2?Z2B

?4?17?

?b2?B?2?X2?Z2B?0.1?13720???18816?

2低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

?2329N?m

轉(zhuǎn)矩為

T?X2Lrr?X2Rrr ?4?18?

T?X2Lrr?X2Rrr?18816?0.4

4?8279.04N?m b．半浮式半軸在上述第二種載荷工況下

半軸只受彎矩。在側(cè)向力Y2的作用下，左、右車輪承受的垂向力Z2L、Z2R和側(cè)向力Y2L、Y2R各不相等，而半軸所受的力為

?L?Z2L?gw?Z2G22?2hg??1????1?B??gw

?4?19?

2???R?Z2R?gw?Z2G22G22?2hg??1????1?B??gw

?4?20?

2??Y2L??2hg??1????1?B???4?21?

2??Y2R?G22?2hg??1????1?B??1

?4?22?

2??式中：B2—驅(qū)動(dòng)車輪的輪矩，mm；

hg—汽車質(zhì)心高度，mm；

?1—輪胎與路面的側(cè)向附著系數(shù)；

?L?Z2L?gw?

Z2G22?2hg??1?392001.0??02?60???1??g?1????980 0w??B2?2?1650??8

?2410N?R?Z2R?gw?Z2G22?2hg??1?39200?2?600?1.0???1??g??1???9800 w??B2?2?1650???4508N

Y2L?G22?2hg??1?39200?2?600?1.0???1????1?? 1??B2?2?1650??8

?3390N 18

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 Y2RG?22?2hg??1?39200?2?600?1.0???1????1?? 1??B2?2?1650??

2?529N左、右半軸所受的彎矩分別為：

?Lb

?4?23? M?L?Y2L?Z2?Rb

?4?24?

M?R?Y2R?Z2?Lb?33908?24108?0.1?31497M?L?Y2L?Z2.2N?m ?Rb?5292?4508?0.1?11034M?R?Y2R?Z2.8N?m

c．半浮式半軸在上述第三種載荷工況下半軸只受垂向彎矩：

?G?

M?V?kd?2?gw??b

?4?25?

?2?式中：kd—?jiǎng)虞d系數(shù)。

?G??39200?

M?V?kd?2?gw??b?2.5??980?0?0.1?245N0?m

22????4.4驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)選擇

驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪。作用在驅(qū)動(dòng)車輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋殼既是承載件又是傳動(dòng)件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置（半軸）的外殼。

在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車的行駛平順性，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量。橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便以利于降低成本。其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，還應(yīng)考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。

選用可分式橋殼。它的結(jié)構(gòu)如圖所示，整個(gè)橋殼由一個(gè)垂直結(jié)合面分為左右兩部分，每一部分均由一個(gè)鑄件殼提和一個(gè)壓入其外端的半軸套管組成。半軸套管與殼體用鉚釘聯(lián)接。

低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

圖4-9 可分式橋殼

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006 5 結(jié)論

此次設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)橋及其各個(gè)部件，包括驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)、主減速器的設(shè)計(jì)、差速器的設(shè)計(jì)、半軸的設(shè)計(jì)和橋殼的設(shè)計(jì)。

所選擇的主減速比在滿足汽車在給定使用的條件下，具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。差速器在保證左、右驅(qū)動(dòng)車輪能以汽車動(dòng)力學(xué)所要求的差速滾動(dòng)外并能將轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)而連續(xù)不斷地傳遞給左、右驅(qū)動(dòng)車輪。驅(qū)動(dòng)橋各零部件在保證其強(qiáng)度、剛度、可靠性及使用壽命的前提下，減小簧下質(zhì)量。初步改善了汽車的平順性。選用的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修也比較方便，制造容易。但同時(shí)，在驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)上還存在著不足，有待解決。

低速載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)

參 考 文 獻(xiàn)

[1] GB18320-2001，農(nóng)用運(yùn)輸車 安全技術(shù)條件 [S]．

[2] 王望予．汽車設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

[3] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.[4] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004，1.[5] 周開勤.機(jī)械零件手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2001.[6] 溫芳,黃華梁.基于模糊可靠度約束的差速器行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].2004.6.[7] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（1~4冊(cè)）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993．

鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006

致 謝

為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過程，我深有感受。在設(shè)計(jì)工作開始之前，李老師帶領(lǐng)我們參觀了很多汽車企業(yè)，老師和一些技術(shù)人員認(rèn)真地給我們講解了其工作原理，分析了各部件的功能特性和構(gòu)造，避免了我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的盲目性。在設(shè)計(jì)過程中，我翻閱了大量的相關(guān)資料，同時(shí)將大一至大四上學(xué)期所學(xué)的相關(guān)專業(yè)課本認(rèn)真的溫習(xí)了一邊，增加了很多理論知識(shí)。以前我對(duì)汽車的工作原理、工廠的工作環(huán)境和汽車的構(gòu)造，沒什么認(rèn)識(shí)，但通過這次設(shè)計(jì)，我了解了，也感受到了。總之，這次設(shè)計(jì)，使我將四年中所學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)得到了一次綜合應(yīng)用，使學(xué)過的知識(shí)結(jié)構(gòu)得到科學(xué)組合，同時(shí)也從理論到實(shí)踐發(fā)生了一次質(zhì)的飛躍，可以說這次設(shè)計(jì)是理論知識(shí)與實(shí)踐運(yùn)用之間互相過渡的橋梁。

知識(shí)的鞏固固然重要，但能力的培養(yǎng)同樣不可忽略。我覺得這次設(shè)計(jì)的完成,不僅鍛煉了我搞設(shè)計(jì)的工作能力，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，解決困難的方法，并且也培養(yǎng)了我獨(dú)立﹑創(chuàng)新﹑力求先進(jìn)的思想。同時(shí)我認(rèn)識(shí)到：無論做什么事，只要你深入的去做，難事不難，但如果你不去用心的做，易事不易。機(jī)不可失，我在這次的設(shè)計(jì)中傾注了大量的心血，盡一切力量爭(zhēng)取將設(shè)計(jì)做到在最好。我認(rèn)為我在這段時(shí)間內(nèi)所有的收獲，對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)是一筆難得的財(cái)富。

由于本人以前對(duì)汽車結(jié)構(gòu)和制造過程了解不多，實(shí)踐知識(shí)更是不足，但李老師總是耐心地給我講解有關(guān)方面的知識(shí)，及時(shí)了解我設(shè)計(jì)中遇到的難題，使我得以在短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作，同時(shí)教導(dǎo)我們不管是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，都要保持治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，李老師以及其他指導(dǎo)老師付出了辛勤的勞動(dòng)，在此向他們表示衷心的感謝。此次設(shè)計(jì)的圓滿完成與同組其他人員的通力合作也是分不開的，他們給了我許多幫助和指點(diǎn)，在此一并表示感謝！

由于自己能力所限，時(shí)間倉(cāng)促,設(shè)計(jì)中還存在許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師同學(xué)給予批評(píng)指正。

第三篇：輕型貨車車架設(shè)計(jì)教案

汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)

題 目 輕型貨車車架設(shè)計(jì) 班 級(jí) M11車輛工程 姓 名

劉符利 學(xué) 號(hào) 1121111015 指 導(dǎo) 教 師 智淑亞

2014年12

摘要

本設(shè)計(jì)課題是關(guān)于輕型載貨汽車的車架設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的車架結(jié)構(gòu)形式是前后等寬的邊梁式車架，其中縱梁和橫梁的截面形狀都采用槽型，縱梁與橫梁通過焊接連接。本說明書涉及了現(xiàn)階段載貨汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以及國(guó)內(nèi)外載貨汽車車架的發(fā)展?fàn)睢?/p>

關(guān)鍵詞：輕型貨車、車架、設(shè)計(jì) 緒論

1.1 概述

汽車車架是整個(gè)汽車的基體，是將汽車的主要總成和部件連接成汽車整體的金屬構(gòu)架，對(duì)于這種金屬構(gòu)架式車架，生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)合理，生產(chǎn)工藝規(guī)范，要采取一切切實(shí)可行的措施消除工藝缺陷，保證它在各種復(fù)雜的受力情況下不至于被破壞。

車架作為汽車的承載基體，為貨車、中型及以下的客車、中高級(jí)和高級(jí)轎車所采用，支撐著發(fā)動(dòng)機(jī)離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式車身和貨箱等所有簧上質(zhì)量的有關(guān)機(jī)件，承受著傳給它的各種力和力矩。為此，車架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機(jī)構(gòu)之間的相對(duì)位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形最小；車架也應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證其有足夠的可靠性與壽命，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴(yán)重變形和開裂。車架剛度不足會(huì)引起振動(dòng)和噪聲，也使汽車的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機(jī)件的可靠性下降。

本說明書只是敘述非承載式車身結(jié)構(gòu)形式中單獨(dú)的車架系統(tǒng)。承載式汽車，前、后懸架裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器等傳動(dòng)系部件施加的作用力均由車架承受，所以，車架總成的剛性、強(qiáng)度及振動(dòng)特性等幾乎完全決定了車輛整體的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)特性。設(shè)計(jì)時(shí)在確保車架總成性能的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)車架性能和匹配性進(jìn)行認(rèn)真的研究。車架結(jié)構(gòu)很多都是用電弧焊焊接而成，容易產(chǎn)生焊接變形。在設(shè)計(jì)方面對(duì)精度有要求的部位不得出現(xiàn)集中焊接，或者從部件結(jié)構(gòu)方面下工夫，盡量確保各個(gè)總成的精度。另外，與其他焊接方法相對(duì)比，采用電弧焊的話，后端部容易出現(xiàn)比較大的缺口，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。所以，應(yīng)對(duì)接頭位置和焊接端部進(jìn)行處理。

車架受力狀態(tài)極為復(fù)雜。汽車靜止時(shí)，它在懸架系統(tǒng)的支撐下，承受著汽車各部件及載荷的重力，引起縱梁的彎曲和偏心扭轉(zhuǎn)。如汽車所處的路面不平，車架還將呈現(xiàn)整體扭轉(zhuǎn)。汽車行駛時(shí)，載荷和汽車各部件的自身質(zhì)量及其工作載荷（如驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力和轉(zhuǎn)向力等）將使車架各部件承受著不同方向、不同程度和隨機(jī)變化的動(dòng)載荷，車架的彎曲、偏心扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)將更嚴(yán)重，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)側(cè)彎、菱形傾向，以及各種彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。同時(shí)，有些裝置件還可能使車架產(chǎn)生較大的裝置載荷。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)品開發(fā)階段，對(duì)車架靜應(yīng)力、剛度、振動(dòng)模態(tài)以至動(dòng)應(yīng)力和碰撞安全等已可進(jìn)行有限元分析，對(duì)其輕量化、使用壽命，以及振

動(dòng)和噪聲特性也可以做出初步判斷，為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期創(chuàng)造了有利條件。

1.2 車架的發(fā)展

早期汽車所使用的車架，大多都是由籠狀的鋼骨梁柱所構(gòu)成的，也就是在兩支平行的主梁上，以類似階梯的方式加上許多左右相連的副梁制造而成。車體建構(gòu)在車架之上，至于車門、沙板、引擎蓋、行李廂蓋等鈑件，則是另外再包覆于車體之外，因此車體與車架其實(shí)是屬于兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)的最大好處，在于輕量化與剛性得以同時(shí)兼顧，因此受到了不少跑車制造商的青睞，早期的法拉利與蘭博基尼都是采用的這種設(shè)計(jì)。

由于鋼骨設(shè)計(jì)的車架必須通過許多接點(diǎn)來連結(jié)主梁和副梁，加之籠狀構(gòu)造也無法騰出較大的空間，因此除了制造上比較復(fù)雜、不利于大量生產(chǎn)之外，也不適合用在強(qiáng)調(diào)空間的四門房車上。隨后單體結(jié)構(gòu)的車架在車壇上成為主流，籠狀的鋼骨車架也逐漸改由這種將車體與車架合二為一的單體車架所取代，這種單體車架一般以“底盤”稱之。

關(guān)于單體車架，簡(jiǎn)單的說就是將引擎室、車廂以及行李廂三個(gè)空間合而為一，這樣的好處除了便于大量生產(chǎn)，模組化的運(yùn)用也是其中主要的考慮。通過采取模組化生產(chǎn)的共用策略，車廠可以將同一具車架分別使用在數(shù)種不同的車款上，這樣也可節(jié)省不少研發(fā)經(jīng)費(fèi)。

除了有利于共用，車體車架也可以通過材料的不同來發(fā)揮輕量化的特性，例如本田NSX所使用的鋁合金以及法拉利F50、Enzo所使用的碳纖維材料等。鋁合金是80年代末期相當(dāng)熱門的一種工業(yè)材料，雖然重量比鐵輕，但是強(qiáng)度卻較差，因此如果要用鋁合金制成單體車架，雖然在重量上比起鐵制車架更占優(yōu)勢(shì)，但是強(qiáng)度卻無法達(dá)到和鐵制車架同樣的水準(zhǔn)。除非增加更多的鋁合金材料，利用更多的用量來彌補(bǔ)強(qiáng)度上的不足。不過這樣一來，重量必然會(huì)相對(duì)增加，而原本出于輕量化考量而采用鋁合金材料的動(dòng)機(jī)，當(dāng)然也就失去了意義。也正因?yàn)檫@個(gè)原因，鋁合金車架在車壇上并未成為主流，少數(shù)高性能跑車或是使用了強(qiáng)度更高的碳纖維，或是用碳纖維結(jié)合蜂巢狀?yuàn)A層鋁合金的復(fù)合材料取代了鋁合金。但是要用碳纖維制成單體車架，在制作上相當(dāng)復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，成本也相對(duì)更高，所以至今仍無法普及到一般市售車上，而僅有少數(shù)售價(jià)高昂的跑車使用。

盡管鋁合金車架鮮有車廠使用，不過用鋼鐵車架搭配鋁合金鈑件的方式，近年來卻受到不少車廠的重視，這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以保留車架本身的強(qiáng)度，同時(shí)也可以通過鈑件的鋁合金化來取得輕量化效果，在研發(fā)成本上自然也不像碳纖維制

的單體車架那樣昂貴。

歐美從90年代開始逐漸提高了撞擊事故的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，這也是凸現(xiàn)出車架剛性重要的另一原因。許多車廠為了在撞擊事故發(fā)生時(shí)能夠確保車內(nèi)乘員的安全，惟有針對(duì)車架以及車體進(jìn)行全面強(qiáng)化，這也使得除了車架以外的強(qiáng)度有所改善，包括鈑件厚度的改變以及各種輔助梁的增設(shè)也成為各廠慣用的手法。不過在這樣的情況下，伴隨而來的是車重相對(duì)增加，這也正是歐美日許多市售車的重量比起10年前、20年前增加不少的主要原因。

關(guān)于剛性的確保，大多數(shù)車廠在新車的設(shè)計(jì)階段，都是利用電腦計(jì)算出車架的剛性需求，并以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。有些車廠在用電腦完成設(shè)計(jì)雛形后，還會(huì)再由專業(yè)的試車人員進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。

中國(guó)第一汽車集團(tuán)凌源汽車制造有限公司汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線競(jìng)標(biāo)成功。汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線是我公司繼兩年前成功設(shè)計(jì)制造了合肥江淮汽車廠汽車縱梁數(shù)控平板沖孔生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，在汽車縱梁數(shù)控沖孔方面的又一標(biāo)志性成果，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的空白。汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)制造成功，在汽車制造行業(yè)具有劃時(shí)代的意義，標(biāo)志著中國(guó)在汽車車架數(shù)控沖孔加工的生產(chǎn)設(shè)備方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，降低了汽車制造行業(yè)購(gòu)置汽車車架數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的巨大費(fèi)用，積極推動(dòng)了中國(guó)汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，為中國(guó)汽車制造業(yè)早日與國(guó)際接軌奠定了基礎(chǔ)。

我國(guó)的車架企業(yè)基本擁有剪切、沖壓、焊接、鉚接、油漆、機(jī)加工六大工藝能力和完善的檢測(cè)手段、研究設(shè)計(jì)中心，具有16噸至3000噸的冷沖壓能力，具備了開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)各種類型車架。

2.2 車架在實(shí)際環(huán)境下要面對(duì)的4種壓力

要評(píng)價(jià)車架設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的好壞，首先應(yīng)該清楚了解的是車輛在行駛時(shí)車架所要承受的各種不同的力。如果車架在某方面的韌性不佳，就算有再好的懸掛系統(tǒng)，也無法達(dá)到良好的操控表現(xiàn)。而車架在實(shí)際環(huán)境下要面對(duì)4種壓力。負(fù)載彎曲

從字面上就可以十分容易的理解這個(gè)壓力，部分汽車的非懸掛重量，是由車架承受的，通過輪軸傳到地面。而這個(gè)壓力，主要會(huì)集中在軸距的中心點(diǎn)。因此車架底部的縱梁和橫梁，一般都要求較強(qiáng)的剛度。非水平扭動(dòng)

當(dāng)前后對(duì)角車輪遇到道路上的不平而滾動(dòng)，車架的梁柱便要承受這個(gè)縱向扭曲壓力，情況就好像要你將一塊塑料片扭曲成螺旋形一樣。橫向彎曲

所謂橫向彎曲，就是汽車在入彎時(shí)重量的慣性（即離心力）會(huì)使車身產(chǎn)生向彎外甩的傾向，而輪胎的抓著力會(huì)和路面形成反作用力，兩股相對(duì)的壓力將車架橫向扭曲。水平菱形扭動(dòng)

因?yàn)檐囕v在行駛時(shí)，每個(gè)車輪因?yàn)槁访婧托旭偳闆r的不同，每個(gè)車輪會(huì)承受不同的阻力和牽引力，這可以使車架在水平方向上產(chǎn)生推拉以至變形，這情況就好像將一個(gè)長(zhǎng)方形拉扯成一個(gè)菱形一樣。

2.3 車架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求

為了使車架符合上述功用，通常對(duì)設(shè)計(jì)的車架有如下的要求： 2.3.1 必須有足夠的強(qiáng)度

保證在各種復(fù)雜受力的使用情況下車架不受破壞。要求有足夠的疲勞強(qiáng)度，保證在汽車大修里程內(nèi)，車架不致有嚴(yán)重的疲勞損傷。

縱梁受力極為復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)不僅應(yīng)注意各種應(yīng)力，改善其分布情況，還應(yīng)該注意使各種應(yīng)力峰值不出現(xiàn)在同一部位上。例如，縱梁中部彎曲應(yīng)力較大，則應(yīng)注意降低其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，減少應(yīng)力集中并避免失穩(wěn)。而在前、后端，則應(yīng)著重控制懸架系統(tǒng)引起的局部扭轉(zhuǎn)。

提高縱梁強(qiáng)度常用的措施如下：

(1)

提高彎曲強(qiáng)度

選定較大的斷面尺寸和合理的斷面形狀（槽形梁斷面高寬比一般為3：1左右）；

(2)提高局部扭轉(zhuǎn)剛度

注意偏心載荷的布置，使相近的幾個(gè)偏心載荷盡量接近縱梁斷面的彎曲中心，并使合成量較??；

在偏心載荷較大處設(shè)置橫梁，并根據(jù)載荷大小及分散情況確定連接強(qiáng)度和寬度；

將懸置點(diǎn)分布在橫梁的彎曲中心上；

當(dāng)偏心載荷較大并偏離橫梁較遠(yuǎn)處時(shí)候，可以采用K形梁，或者將該段縱梁形成封閉斷面；

偏心載荷較大且比較分散時(shí)候，應(yīng)該采用封閉斷面梁，橫梁間距也應(yīng)縮??；

選用較大的斷面；

限制制造扭曲度，減少裝配預(yù)應(yīng)力。(3)提高整體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度

不使縱梁斷面過大；

翼緣連接的橫梁不宜相距太近。(4)

減少應(yīng)力集中及疲勞敏感

盡可能減少翼緣上的孔（特別是高應(yīng)力區(qū)），嚴(yán)禁在翼緣上布置大孔；

注意外形的變化，避免出現(xiàn)波紋區(qū)或者受嚴(yán)重變??；

注意加強(qiáng)端部的形狀和連接，避免剛度突變；

避免在槽形梁的翼緣邊緣處施焊，尤其畏忌短焊縫和“點(diǎn)”焊。(5)減少失穩(wěn)

受壓翼緣寬度和厚度的比值不宜過大（常在12左右）；

在容易出現(xiàn)波紋處限制其平整度。(6)局部強(qiáng)度加強(qiáng)

采用較大的板厚；

加大支架緊固面尺寸，增多緊固數(shù)量，并盡量使力作用點(diǎn)接近腹板的上、下側(cè)面。

2.3.2 車架的輕量化

由于車架較重，對(duì)于鋼板的消耗量相當(dāng)大。因此，車架應(yīng)按等強(qiáng)度的原則進(jìn)

行設(shè)計(jì)，以減輕汽車的自重和降低材料的消耗量。在保證強(qiáng)度的條件下，盡量減輕車架的質(zhì)量。通常要求車架的質(zhì)量應(yīng)小于整車整備質(zhì)量的10％。

本設(shè)計(jì)主要對(duì)車架縱梁進(jìn)行簡(jiǎn)化的彎曲強(qiáng)度計(jì)算，使車架縱梁具有足夠的強(qiáng)度，以此來確定車架的斷面尺寸。（參照《材料力學(xué)》）另外，目前鋼材價(jià)格暴漲，汽油價(jià)格上漲，從生產(chǎn)汽車的經(jīng)濟(jì)性考慮的話，也應(yīng)盡量減輕整車的質(zhì)量。從生產(chǎn)工藝性考慮，橫縱梁采用簡(jiǎn)便可靠的連接方式，不僅能降低工人的工作強(qiáng)度，還能增強(qiáng)車架的強(qiáng)度。

2.4 車架結(jié)構(gòu)的確定

2.4.1 車架類型的選擇

車架的結(jié)構(gòu)形式可以分為邊梁式、中梁式（或稱脊骨式）和綜合式。而在有些客車和轎車上車身和車架制成一體，這樣的車身稱為“半承載式車身”，有的被加強(qiáng)了車身則能完全起到車架的作用，這樣的車身稱為“承載式車身”，不另設(shè)車架。隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，為了減輕自重，越來越多的轎車都采用了承載式車身。下邊先分別列舉下各車架的特點(diǎn)。（1）

邊梁式車架的構(gòu)造

這種車架由兩根縱梁及連接兩根縱梁的若干根橫梁組成，用鉚接和焊接的方法將縱橫梁連接成堅(jiān)固的剛性構(gòu)架。縱梁通常用低合金鋼板沖壓而成，斷面一般為槽型，z星或箱型斷面。橫梁用來連接縱梁，保證車架的抗扭剛度和承載能力，而且還用來支撐汽車上的主要部件。邊梁式車架能給改裝變型車提供一個(gè)方便的安裝骨架，因而在載重汽車和特種車上得到廣泛用。其彎曲剛度較大，而當(dāng)承受扭矩時(shí)，各部分同時(shí)產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝車身、車箱和布置其他總成，易于汽車的改裝和變形，因此被廣泛地用在載貨汽車、越野汽車、特種汽車和用貨車底盤改裝而成的大客車上。在中、輕型客車上也有所采用，轎車則較少采用。

用于載貨汽車的邊梁式車架（圖2-1），由兩根相互平行但開口朝內(nèi)、沖壓制成的槽型縱梁及一些沖壓制成的開口槽型橫梁組合而成。通常，縱梁的上表面沿全長(zhǎng)不變或局部降低，而兩端的下表面則可以根據(jù)應(yīng)力情況相應(yīng)地縮小。車架寬度多為全長(zhǎng)等寬。

圖2-1 邊梁式車架

X型車架是邊梁式車架的改進(jìn)，這種車架由兩根縱梁及X型橫梁組成，實(shí)際上是邊梁式車架的改進(jìn)，有一定的抗扭剛度，X橫梁能將扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)閺澗兀瑢?duì)短而寬的車架，這種效果最明顯。車架中部為位于汽車縱向?qū)ΨQ平面上的一根矩形斷面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁。前端的叉形梁用于支撐動(dòng)力、傳動(dòng)總成，而后端則用于安裝后橋。傳動(dòng)軸經(jīng)中部管梁通向后方。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。前后叉形邊梁由一些橫梁相連，后者還用于加強(qiáng)前、后懸架的支撐。管梁部分位于后座乘客的腳下位置且在車寬的中間，因此不妨礙在其兩側(cè)的車身地板的降低，但地板中間會(huì)有較大的縱向鼓包。門檻的寬度不大，雖然從被動(dòng)安全性考慮，要求門檻有足夠的強(qiáng)度和剛度。轎車要是使用邊梁式車架，為了降低地板高度，可局部地減少縱梁的斷面高度并相應(yīng)地加大其寬度，但這使縱梁的制造工藝復(fù)雜化且其車身地板仍比采用其他車架時(shí)為高，當(dāng)然地板上的傳動(dòng)軸通道鼓包也就不大了。所以X型車架較多使用于轎車。

還有周邊式車架，這種車架是從邊梁式車架派生出來的，前后兩端縱梁變窄，中部縱梁加寬，前端寬度取決于前輪最大轉(zhuǎn)角，后端寬度取決于后輪距，中部寬度取決于車身門檻梁的內(nèi)壁寬，前部和中部以及后部和中部的連接處用緩沖臂或抗扭盒相連，具有一定的彈性，能緩和不平路面的沖擊。其結(jié)構(gòu)形狀容許緩沖臂有一定的彈性變形，可以吸收來自不平路面的沖擊和降低車內(nèi)噪聲。此外，車架中部加寬既有利于提高汽車的橫向穩(wěn)定性，又可以減短了車架縱梁外側(cè)裝置件的懸伸長(zhǎng)度。在前后縱梁處向上彎曲以讓出前后獨(dú)立懸架或非斷開式后橋的運(yùn)動(dòng)空間。采用這種車架時(shí)車身地板上的傳動(dòng)軸通道所形成的鼓包不大，但門檻較寬。這種車架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般在中、高級(jí)轎車上采用。

（2）中梁式車架（脊骨式車架）

其結(jié)構(gòu)只有一根位于中央而貫穿汽車全長(zhǎng)的縱梁，亦稱為脊骨式車架。中梁的斷面可做成管形、槽形或箱形。中梁的前端做成伸出支架，用以固定發(fā)動(dòng)機(jī)，而主減速器殼通常固定在中梁的尾端，形成斷開式后驅(qū)動(dòng)橋。中梁上的懸伸托架用以支承汽車車身和安裝其它機(jī)件。若中梁是管形的，傳動(dòng)軸可在管內(nèi)穿過。優(yōu)點(diǎn)是有較好的抗扭轉(zhuǎn)剛度和較大的前輪轉(zhuǎn)向角，在結(jié)構(gòu)上容許車乾有較大的跳動(dòng)空間，便于裝用獨(dú)立懸架，從而提高了汽車的越野性；與同噸位的載貨汽車相比，其車架輕，整車質(zhì)量小，同時(shí)質(zhì)心也較低，故行駛穩(wěn)定性好；車架的強(qiáng)度和剛度較大；脊梁還能起封閉傳動(dòng)軸的防塵罩作用。缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜，精度要求高，總成安裝困難，維護(hù)修理也不方便，故目前應(yīng)用較少。（3）綜合式車架

綜合式車架是由邊梁式和中梁式車架聯(lián)合構(gòu)成的。車架的前段或后段是邊梁式結(jié)構(gòu)，用以安裝發(fā)動(dòng)機(jī)或后驅(qū)動(dòng)橋。而車架的另一段是中梁式結(jié)構(gòu)的支架可以固定車身。傳動(dòng)軸從中梁的中間穿過，使之密封防塵。其中部的抗扭剛度合適，但中部地板凸包較大，且制造工藝較復(fù)雜。此種結(jié)構(gòu)一般在轎車上使用。

車架承受著全車的大部分重量，在汽車行駛時(shí)，它承受來自裝配在其上的各部件傳來的力及其相應(yīng)的力矩的作用。當(dāng)汽車行駛在崎嶇不平的道路上時(shí)，車架在載荷作用下會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，使安裝在其上的各部件相互位置發(fā)生變化。當(dāng)車輪受到?jīng)_擊時(shí)，車架也會(huì)相應(yīng)受到?jīng)_擊載荷。因而要求車架具有足夠的強(qiáng)度，合適的剛度，同時(shí)盡量減輕重量。在良好路面行駛的汽車，車架應(yīng)布置得離地面近一些，使汽車重心降低，有利于汽車穩(wěn)定行駛，車架的形狀尺寸還應(yīng)保證前輪轉(zhuǎn)向要求的空間。

由于設(shè)計(jì)的是輕型載汽車車架，根據(jù)其特點(diǎn)選用邊梁式車架。縱梁上、下表面為平直，斷面呈槽形，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，不僅能降低工人工作強(qiáng)度，而且其造價(jià)低廉，有良好的經(jīng)濟(jì)性，將廣泛地用于各種載貨汽車、客車上。

選取的方案的優(yōu)點(diǎn)： 邊梁式車架由兩根縱梁的若干根橫梁組成，該結(jié)構(gòu)便于安裝駕駛室、車廂和其它總成，被廣泛用在載重貨車、特種車和大客車上。車架的設(shè)計(jì)

車架是一個(gè)復(fù)雜的薄壁框架結(jié)構(gòu)，其受力情況極為復(fù)雜。本設(shè)計(jì)包括了結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)：車架的寬度的確定，縱梁形式的確定，橫梁形式的確定，橫梁與縱梁連接形式的確定。在車架設(shè)計(jì)的初期階段，可對(duì)車架縱梁進(jìn)行簡(jiǎn)化的彎曲強(qiáng)度計(jì)算，以及來確定車架的斷面尺寸。下面是設(shè)計(jì)和計(jì)算的方法和步驟。

3.1 車架結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)

3.1.1 車架寬度的確定

車架的寬度是左、右縱梁腹板外側(cè)面之間的寬度。車架前部寬度的最小值取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的外廓寬度，其最大值受到前輪最大轉(zhuǎn)角的限制。車架后部寬度的最大值主要是根據(jù)車架外側(cè)的輪胎和鋼板彈簧片寬等尺寸確定。為了提高汽車的橫向穩(wěn)定性，希望增大車架的寬度。

通常，車架的寬度根據(jù)汽車總體布置的參數(shù)來確定，整車寬度不得超過2.5m，故往往很難同時(shí)滿足上述要求。為了解決總體布置與加寬車架的矛盾，車架的寬度設(shè)計(jì)可采取以下措施：（1）將車架做成前窄后寬

這種結(jié)構(gòu)可以解決前輪轉(zhuǎn)向所需的空間與車架總寬之間的矛盾。此結(jié)構(gòu)適用于輕型汽車、微型汽車和轎車。（2）將車架做成前寬后窄

對(duì)于重型載貨汽車，其后軸的負(fù)荷大，輪胎的尺寸加大，后鋼板彈簧片寬增加，同時(shí)為了安裝外型尺寸大的發(fā)動(dòng)機(jī)，常需減小前輪轉(zhuǎn)向角，以便使汽車的總寬在公路標(biāo)準(zhǔn)的2.5m內(nèi)，因此車架不得不采用前寬后窄的型式。

但根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，關(guān)于輕車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其載重設(shè)為1.7t，簡(jiǎn)化制造工藝，最好車架前后等寬。為了便于實(shí)行產(chǎn)品的三化，不少國(guó)家對(duì)車架的寬度制定了標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)方案取車架的寬度為750mm。3.1.2 車架縱梁形式的確定

車架的縱梁結(jié)構(gòu)，一方面要保證車架的功能，另一方面要滿足整車總體布置的要求，同時(shí)形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，以簡(jiǎn)化其制造工藝。

從縱梁的側(cè)視圖看，縱梁的形狀可分為上翼面是平直的和彎曲的兩種。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好；當(dāng)上翼面為平直時(shí)，可使貨廂底板平整，縱梁制造方便，大多數(shù)載貨汽車車架縱梁都采用這種型式。當(dāng)上翼面彎曲時(shí)，縱梁部分區(qū)段降低，地板高度相應(yīng)降低，改善了整車的穩(wěn)定性，且有利于上、下車，此種結(jié)構(gòu)在轎車、微型汽車、公共汽車和部分輕型載貨汽車上采用，其制造工藝復(fù)雜。

縱梁上表面應(yīng)盡量做成平直的，中部斷面一般較大、兩端較小，與所受彎矩相適應(yīng)。也有全長(zhǎng)或僅中部及后部為等斷面的。根據(jù)整車布置要求，有時(shí)采用前端或后端或前后端均彎曲的縱梁。

縱梁的斷面形狀有槽形、工字形、箱形、管形和Z形等幾種。為了使縱梁各斷面處的應(yīng)力接近，可改變梁的高度，使中部斷面高、兩端斷面低。槽形斷面的縱梁有較好的抗彎強(qiáng)度，工藝性好，緊固方便，又便于安裝各種汽車部件，故采用得最為廣泛，但此種斷面的抗扭性能差。從降低車架縱梁抗彎應(yīng)力方面考慮的話，增大槽形斷面的高度最有利，但使汽車的質(zhì)心高度增加。增大上、下翼面的寬度，也可以提高縱梁的抗彎強(qiáng)度，但其值的增加又受到發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)部件布置的限制。因此需綜合考慮上述因素的影響，通常取高與寬的比值為2.8—3.5。由于重型載貨汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)外型尺寸大，后軸負(fù)荷大，為了使車架做成前、后等寬，有的車架縱梁就采用Z形斷面，我國(guó)黃河牌載貨汽車的車架就是采用此種斷面。這種縱梁和橫梁的連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，燃油箱的安裝也不方便。重型載貨汽車和超重型載貨汽車的車架縱梁一般多采用工字形截面的型材或焊接成的箱形結(jié)構(gòu)。箱形斷面梁抗扭強(qiáng)度大，多用于轎車和輕型越野車。超重型越野車及礦用自卸車的縱梁形式多用鈑料焊接而成，常為箱形或工字形斷面。采用封閉斷面縱梁構(gòu)成的車架，其抗彎剛度大，通?？蛙嚨能嚰芤彩遣捎么朔N斷面?？v梁的長(zhǎng)度一般接近汽車長(zhǎng)度，其值約為1.4—1.7倍汽車輪距。

多品種生產(chǎn)時(shí)，常使不同軸距、不同裝載質(zhì)量的系列車型采用內(nèi)高相同的槽形斷面縱梁，通過變化鈑料厚度或翼緣寬度獲得不同強(qiáng)度。

根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，再考慮縱梁截面的特點(diǎn)，本方案設(shè)計(jì)的縱梁采用上、下翼面是平直等高的槽形鋼?？v梁總長(zhǎng)為4815mm。優(yōu)點(diǎn)：有較好的抗彎強(qiáng)度，便于安裝汽車部件。

3.1.3 車架橫梁形式的確定

車架橫梁將左、右縱梁連接在一起，構(gòu)成一個(gè)框架，使車架有足夠的抗彎剛度。汽車主要總成通過橫梁來支承。

載貨汽車的橫梁一般有多根橫梁組成，其結(jié)構(gòu)和用途不一樣。(1)

前橫梁

通常用來支承水箱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)前支點(diǎn)安排在左右縱梁上時(shí)，可用較小槽型和Z型斷面橫梁。對(duì)于前部采用獨(dú)立懸架的轎車，為了改善汽車的視野，希望汽車頭部高度降低，固需要將水箱安裝得低些，可將前橫梁做成寬而下凹的形狀。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)前支點(diǎn)和水箱相距很近時(shí)，前橫梁常用來支承水箱和發(fā)動(dòng)機(jī)前端，此時(shí)需采用斷面大的橫梁。(2)

中橫梁

通常用來作傳動(dòng)軸的中間支承。為了保證傳動(dòng)軸有足夠的跳動(dòng)空間，將其結(jié)構(gòu)做成上拱形。在后鋼板彈簧前、后支架附近所受到的力或轉(zhuǎn)矩大，則要設(shè)置一根抗扭剛度大、連接寬度大的橫梁。(3)后橫梁

后橫梁采用中橫梁形式。

本設(shè)計(jì)課題是關(guān)于輕型車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以采用開口斷面比較合適。本次設(shè)計(jì)一共采用大小共8根橫梁，各根橫梁的結(jié)構(gòu)及用途如下：

第一根橫梁斷面形狀為槽型，用來支撐水箱，其中間設(shè)有多個(gè)圓形孔，目的是讓空氣可以流到發(fā)動(dòng)機(jī)底部，也有助于發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。

第二根橫梁為發(fā)動(dòng)機(jī)托架，為防止其與前軸發(fā)生碰撞幾干涉，故將其安排放在發(fā)動(dòng)機(jī)前端，其形狀就是近似元寶的元寶梁，此種形狀有較好的剛度。

第三根橫梁為駕駛室的安裝梁。用于駕駛室后部的安裝，斷面形狀為槽形。第四根橫梁用作傳動(dòng)軸的支承，其斷面形狀為槽形，為了保證傳動(dòng)軸有足夠的跳動(dòng)空間和安裝空間，將其結(jié)構(gòu)做成上拱形。

第五、七根橫梁分別在后鋼板彈簧前、后支架附近，它們所受到的力或轉(zhuǎn)矩都很大。它們的斷面形狀也是采用槽形。

第六、七根橫梁不僅要承受各種力和力矩的作用，還要作為安裝備胎的的安置機(jī)構(gòu)。它們的斷面形狀為槽型。

第八橫梁為后橫梁，其將左、右縱梁連接在一起，構(gòu)成一個(gè)框架，使車架有足夠的抗彎剛度。其斷面形狀為槽形。3.1.4 車架縱梁與橫梁連接型式的確定

縱梁和橫梁的連接方式對(duì)車架的受力有很大的影響。大致可分有以下幾種：(1)

橫梁和縱梁的腹板相連接

這種連接型式制造工藝簡(jiǎn)單，連接剛度較差，但不會(huì)使縱梁出現(xiàn)大的應(yīng)力，一般車架的中部橫梁采用此種連接方式。

(2)

橫梁同時(shí)和縱梁的腹板及任一翼緣（上或下）相連接

這種連接方式制造工藝不很復(fù)雜，連接剛度增強(qiáng)，故得到廣泛應(yīng)用。但后鋼板彈簧托架上的力會(huì)通過縱梁傳給后鋼板彈簧的前橫梁，使其承受較大載荷。因此在設(shè)計(jì)鋼板彈簧托架時(shí)應(yīng)盡可能減少懸架伸長(zhǎng)度，使載荷作用點(diǎn)靠近縱梁彎曲中心。當(dāng)偏心載荷較大時(shí)，可將該處縱梁做成局部閉口斷面；也可將橫梁穿過縱梁向外延伸，將載荷直接傳給橫梁。(3)

橫梁同時(shí)和上、下翼緣相連接

這種連接形式具有剛性較好的加強(qiáng)角撐，可產(chǎn)生良好的斜支撐作用，使整個(gè)車架的剛度增加，且其翼緣外邊不致因受壓而產(chǎn)生翹曲。車架兩端的橫梁常采用這種形式和縱梁相連接。但此種連接方式制造復(fù)雜，當(dāng)轉(zhuǎn)矩過大時(shí)，縱梁翼緣上會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力過大的現(xiàn)象，這是由于縱梁截面不能自由翹曲所致。橫梁和縱梁的固定方法可分為鉚接、焊接和螺栓連接等方式。

大多數(shù)車架用搭鐵板通過鉚釘連接。這種方法成本低，適合大批量生產(chǎn)，其剛度與鉚釘?shù)臄?shù)目及其分布有關(guān)。

焊接能使其連接牢固，不致產(chǎn)生松動(dòng)，能保證有大的剛度。但焊接容易變形并產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，故要求焊接質(zhì)量要高，主要在小批量生產(chǎn)或修理時(shí)采用。

螺栓連接主要在某些為了適用于各種特殊使用條件的汽車車架上采用，以使裝在汽車車架上的某些部件易于拆卸或互換。但此種連接方式在長(zhǎng)期使用時(shí)，容易松動(dòng)，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。一般汽車車架橫梁與縱梁的固定不采用此種方法。

緊固件的尺寸和數(shù)量要和橫梁大小相適應(yīng)，鉚釘分布不要太近。當(dāng)利用連接板的翻邊緊固時(shí)，應(yīng)加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應(yīng)盡可能靠近翻邊處，以防連接損壞。

本設(shè)計(jì)方案中，橫梁與縱梁的連接形式大體都使用焊接連接。

總之，車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分考慮到整車布置對(duì)車架的要求及企業(yè)的工藝制造能力，合理選擇縱梁截面高度、橫梁的結(jié)構(gòu)形式、橫梁與縱梁的聯(lián)接方式，使車架結(jié)構(gòu)滿足汽車使用要求。以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.2 車架的受載分析

汽車的使用條件復(fù)雜，其受力情況十分復(fù)雜，因此車架上的載荷變化也很大，其承受的載荷大致可分為下面幾類：

3.2.1 靜載荷

車架所承受的靜載荷是指汽車靜止時(shí)，懸架彈簧以上部分的載荷。即為車架質(zhì)量、車身質(zhì)量、安裝在車架的各總成與附屬件的質(zhì)量以及有效載荷（客車或貨物的總質(zhì)量）的總和。3.2.2 對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷

這種載荷是當(dāng)汽車在平坦的道路上以較高車速行駛時(shí)產(chǎn)生的。其大小與垂直振動(dòng)加速度有關(guān)，與作用在車架上的靜載荷及其分布有關(guān)，路面的作用力使車架承受對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷。這種動(dòng)載使車架產(chǎn)生彎曲變形。3.2.3 斜對(duì)稱的動(dòng)載荷

這種載荷是當(dāng)汽車在崎嶇不平的道路上行駛時(shí)產(chǎn)生的。此時(shí)汽車的前后幾個(gè)車輪可能不在同一平面上，從而使車架連同車身一同歪斜，其大小與道路不平的程度以及車身、車架和懸架的剛度有關(guān)。這種動(dòng)載荷會(huì)使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。3.2.4 其它載荷

汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力將使車架受到側(cè)向力的作用；汽車加速或制動(dòng)時(shí)，慣性力會(huì)導(dǎo)致車架前后部載荷的重新分配；當(dāng)一個(gè)前輪正面撞在路面凸包上時(shí)，將使車架產(chǎn)生水平方向的剪力變形；安裝在車架上的各總成（如發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向搖臂及減振器等）工作時(shí)所產(chǎn)生的力；由于載荷作用線不通過縱梁截面的彎曲中心（如油箱、備胎和懸架等）而使縱梁產(chǎn)生附加的局部轉(zhuǎn)矩。

綜上所述，汽車車架實(shí)際上是受到一定空間力系的作用，而車架縱梁與橫梁的截面形狀和連接點(diǎn)又是多種多樣，更導(dǎo)致車架受載情況復(fù)雜化。車架的制造工藝

4.1 車架梁的制造工藝

4.1.1 縱梁

圖 4-2 縱梁斷面

(1)

產(chǎn)品特征

斷面形式 ：等斷面、變端面； 長(zhǎng)度形式 ：直線式； 料厚：縱梁 5.00、8.0mm； 縱梁長(zhǎng)度：4815(2)

工藝特點(diǎn) a 工藝流程

第一種模式 ：剪切一用模具落料；中孔一用模具壓彎成形一裝配一油漆。第二種模式 ：剪切一用模具落料沖工藝孔一用平面數(shù)控沖孔機(jī)沖孔一用模具壓彎成形一裝配一油漆。

第三種模式 ：剪切一用平面數(shù)控沖孔機(jī)沖孔一折彎成形一裝配一油漆。第四種模式 ：?jiǎn)伪冻呔砹弦惠亯撼尚我磺袛嘁挥萌鏀?shù)控；中孔機(jī) ；中孔一等離子切割局部外形一噴丸。b 生產(chǎn)設(shè)備

機(jī)械壓力機(jī) ：3000、3500、4000、5000t ；平面數(shù)控； 中孔機(jī)、三面數(shù)控； 中孔機(jī)、折彎?rùn)C(jī)；

采用模具生產(chǎn)和平面數(shù)控沖孔機(jī)模式的工藝，一般受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、壓床噸位(一般為3000、3500、4000、5000t)限制。不能采用強(qiáng)度過高的高強(qiáng)度鋼板，即屈服強(qiáng)度在350-560N/mm以下的高強(qiáng)度鋼板 ；縱梁和縱梁加強(qiáng)板的長(zhǎng)度不易太長(zhǎng)，應(yīng)控制在10000mm左右。材料厚度與材料長(zhǎng)度成反比，控制在8mm以下為好。采用輥壓成形模式的工藝，在購(gòu)買設(shè)備時(shí)就已將材料參數(shù)即屈服 強(qiáng)度設(shè)定在350-700N，mm以下，可以選擇屈服強(qiáng)度在700/mm以下的材料，長(zhǎng)度不限，厚度控制在10mm以下?？v梁和縱梁加強(qiáng)板用材受設(shè)備、工藝模式、產(chǎn) 品結(jié)構(gòu)影響，材料強(qiáng)度級(jí)別范圍也有所不同。一般來說開發(fā)縱梁和縱梁加強(qiáng)材料時(shí)應(yīng)結(jié)合其工藝條件，從材料的使用范圍入手，確定合理的高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)度開發(fā)范圍，從而適用不同的工藝模式。還應(yīng)研究高強(qiáng)度鋼板 回彈消除問題、可適用的焊接方式和 匹配的焊條、對(duì)模 具材料的強(qiáng)度要求、適用油漆方式等相關(guān)參數(shù)，從而提高材料的應(yīng)用空間。

4.1.2 橫梁

貨車車架上一般有5到11根橫梁，其用途和結(jié)構(gòu)各不相同。不同條件的汽車橫梁其結(jié)構(gòu)型式變化較大。目前，汽車車架上使用的梁通常以槽形式和拱形居多。這是因?yàn)椴坌问綑M梁曲剛度和強(qiáng)度都較大，且便于制：拱形橫梁具有較大的連接度、截面高度較低，可以讓開下空間的優(yōu)點(diǎn)。汽車橫梁一般都是采用沖壓加工方法生產(chǎn)。(1)產(chǎn)品特征

厚度 ：5.0、6.5、7.0mm 長(zhǎng)度 ：740mm 抗拉強(qiáng)度：370-610 N ／ mm；

形狀 ：槽形式橫梁、拱形式橫梁等，如圖4-

3、4-4

圖 4-3 拱形橫梁

圖 4-4 槽形橫梁

(2)工藝特點(diǎn) a 工藝流程

槽型式橫梁 ：剪切一修邊沖孔(或落料沖孔)一成形一沖孔(按需)一裝配一油漆。

鱷魚1b式橫梁：剪切一成形一修邊沖孔一裝配一油漆。b 設(shè)備

機(jī)械壓力機(jī) ：800t、1250t、3000t。近年來,為了滿足用戶經(jīng)濟(jì)性、大噸位要 求，橫梁材料厚度由4.0-6.0mm變?yōu)?.5-1.0mm,抗拉強(qiáng)度也由370-510MPa提高到590-610MPa以上。復(fù)雜形狀 的橫梁應(yīng)用較多。既要有一定的強(qiáng)度又要有良好的成形性能是橫梁用材的基本要求。同時(shí)，受壓力機(jī)噸位、模具制造業(yè)水平限制，未將高強(qiáng)度鋼板應(yīng)用在成形復(fù)雜的橫梁上。對(duì)于橫梁用材的開發(fā)應(yīng)針對(duì)橫梁 的產(chǎn)品特性，結(jié)合工藝技術(shù)水平，在滿足強(qiáng)度要求的前提下重點(diǎn)提高材料成形性能和焊接性能。還要開展高強(qiáng)度鋼板 的極限拉伸速度 的研究，這是由于商用車橫梁一般都是在機(jī)械壓力機(jī) 上生產(chǎn)，依據(jù)高強(qiáng)度鋼板的極限拉伸速度來控制機(jī)械壓力機(jī)的生產(chǎn)速度。從而減少橫梁破損的發(fā)生。c 連接板

厚度 ：4.0mm； 長(zhǎng)度 ：110mm；

抗拉強(qiáng)度 ：510-640N／ mm； 形 狀 ：平板

連接板用于連接橫梁和縱梁，增強(qiáng)縱梁的強(qiáng)度。以壓彎件為主，材料主要為高強(qiáng)度鋼板。對(duì)材料的成形性能要求不高，但要求材料的壓彎回彈小。

4.2 焊接工藝

4.2.1 焊接工藝分析

(1)車架結(jié)構(gòu)材料采用的是16Mn，焊接性好，加之材料厚度適中，在合理的裝焊工藝條件下，一般不容易產(chǎn)生氣孔和裂紋，不需要采用特殊的焊接工藝措施和焊后熱處理。

(2)車架是整車的載體，車架的焊縫主要承受汽車運(yùn)行過程中的動(dòng)載作用，而車架剛性大，焊后接頭的收縮力較大，因此必須選用合理的焊接方法及工藝參數(shù)，控制線能量。

(3)對(duì)于車架縱梁和橫梁而言，焊接分布并非完全對(duì)稱，所以要合理安排焊接順序，盡量采用對(duì)稱焊和從中間向兩頭釋焊，以減少焊接變形。

(4)控制零部件尺寸即互換性，保證裝配間隙均勻，以減少因收縮不均所造成的變形。

(5)夾具設(shè)計(jì)時(shí)要合理留有收縮余量及裝配間隙，綜合處理好車架焊后接頭應(yīng)力與總體變形這對(duì)相互矛盾的問題，在保證滿足設(shè)計(jì)尺寸要求的條件下，接頭焊后存在的應(yīng)力愈小愈好。

4.2.2 焊接方法和焊接參數(shù)的選擇

由于二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊成本低,生產(chǎn)效率高,抗銹、抗氫和抗裂紋能力強(qiáng)，焊后不用清渣，變形小，易于操作，適于全位置焊，因此焊接方法采用半自動(dòng)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。

4.2.3 焊接工藝流程

焊縱梁加強(qiáng)梁-縱梁焊后矯形-零部件組焊-車架補(bǔ)焊-車架裝配-車架矯形-車架檢驗(yàn)-車架涂裝

4.3 涂裝工藝

提到汽車防腐，人們很 自然會(huì)想到車身、車箱等外露沖壓件。其實(shí)汽車的防腐是對(duì)整車而言，尤其是汽車的重要件和保安件，對(duì)不允許在壽命周期內(nèi)出現(xiàn)腐蝕導(dǎo)致的性能下降和結(jié)構(gòu)損壞。車架是商用車關(guān)鍵的總成之一，于它位于車下

部，易受路面沙石沖擊和各種使用環(huán)境介質(zhì)侵蝕。車架是整車的主要骨架，如防腐處理不好，于腐蝕致性能下降或結(jié)構(gòu)損壞，果將不堪設(shè)想。由于車架外露的部分很少，易引起人們的注意，生銹蝕不易被發(fā)現(xiàn)，所以，確保高質(zhì)量涂裝至關(guān)重要。然而，多年來，我國(guó)汽車行業(yè)對(duì)車架的涂裝并沒有給予足夠的重視，甚至有人認(rèn)為，車架 是中厚板件，腐蝕了只是難看一些，不會(huì)引起結(jié)構(gòu)損壞。如果整車設(shè)計(jì)壽命很短且行駛速度不高的話，種觀點(diǎn)似乎還能站住腳，但在人們對(duì)汽車高速行駛可靠性和耐久性的要求越來越高的今天，我們必須真對(duì)待車架的防腐問題。

車架主要用于載貨車、客車和客貨兩用車等商用車，多由熱軋鋼板沖壓結(jié)構(gòu)件鉚接、焊接或螺栓連接而成。我國(guó)目前根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備條件不同，其涂裝工藝差別較大，歸納為大批量生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)兩大類。大批量生產(chǎn)工藝是鋼板剪切落料-化皮／防銹-壓-焊接／鉚焊-脂-化-泳或浸漆-干，個(gè)別根據(jù)需要增加一道面漆。我國(guó)大部分載貨車生產(chǎn)廠都采用這種工藝。結(jié)論

汽車性能的優(yōu)劣不僅取決于組成汽車的各部件的性能，而且在很大程度上取決于各部件的協(xié)調(diào)和配合，取決于車架的布置。從技術(shù)先進(jìn)性、生產(chǎn)合理性和使用要求出發(fā)，正確選擇性能指標(biāo)、質(zhì)量和主要尺寸參數(shù)，提出車架總體設(shè)計(jì)方案，為各部件設(shè)計(jì)提供整車參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，保證汽車主要性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)，使零部件通過合理的車架布局更好的結(jié)合在一起，使整車的性能、可靠性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在這次設(shè)計(jì)我感到自己在各種技能和知識(shí)層面上有很多不足的地方，同時(shí)自己也學(xué)習(xí)到很多新的知識(shí)。如 CAD 制圖，這是以前很少接觸和使用的實(shí)用知識(shí)，在這次課程設(shè)計(jì)中我能學(xué)以致用。雖然中間的過程是辛苦的但是收獲的喜悅是無法用言語(yǔ)所能表達(dá)的，總的來說這次課程設(shè)計(jì)讓我收獲頗豐，為我即將到來的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉鴻文 材料力學(xué)-4版.北京：高等教育出版社，2004 [2] 毛昕 畫法幾何及機(jī)械制圖.北京：高等教育出版社，2004 [3] 濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2006 [4] 陳家瑞 汽車構(gòu)造（下冊(cè)）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008 [5] 龔寒微主編 汽車現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造：北京：人民交通出版社，1995 [6] 過學(xué)迅主編 汽車設(shè)計(jì)．北京：人民交通出版社，2005 [7] 吳宗澤 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [8] 武田信之（日）著，載貨汽車設(shè)計(jì)．人民交通出版社，1997 [9] 陳家海著 重型汽車車架設(shè)計(jì)，川汽科技，1999年第2期 [10] 吳憩棠著 商用車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，東方時(shí)評(píng)，2004年第47期

[11] 周歲華著 商用車車架工藝技術(shù)與材料開發(fā)，汽車工藝與材料，2007年第8期

第四篇：輕型貨車轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)說明書 ---

目 錄

摘要...................................................................................................................................................................................2 ABSTRACT..............................................................................................................................................................................3 緒

論.......................................................................................................................................................................................4 1 轉(zhuǎn)向橋.................................................................................................................................................................................5

1.1 轉(zhuǎn)向橋的定義..........................................................................................................................................................5 1.2 轉(zhuǎn)向橋的安裝形式..................................................................................................................................................6 2 轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu).....................................................................................................................................................................7

2.1 轉(zhuǎn)向橋的組成部分..................................................................................................................................................7 2.2 轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)及其影響因素..................................................................................................................................8 3 轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)計(jì)算.............................................................................................................................................................8

3.1 轉(zhuǎn)向橋主要零件尺寸的確定..................................................................................................................................8 3.2 非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋前梁應(yīng)力計(jì)算.....................................................................................................................10

3.2.1 在制動(dòng)情況下的前梁應(yīng)力計(jì)算..................................................................................................................10 3.2.2 在最大側(cè)向力（側(cè)滑）工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算......................................................................................11 3.3 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算.............................................................................................................12

3.3.1 工況下的轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力計(jì)算.........................................................................................................................13 3.3.2 在汽車側(cè)滑工況下的轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力計(jì)算......................................................................................................13 3.4 主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算.........................................................................................14

3.4.1 在汽車制動(dòng)工況下的計(jì)算.........................................................................................................................14 3.4.2 在汽車側(cè)滑工況下的計(jì)算.........................................................................................................................15 3.5 推力軸承和止推墊片的計(jì)算................................................................................................................................16

3.5.1 推力軸承計(jì)算.............................................................................................................................................16 3.5.2 轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計(jì)算.............................................................................................................................17 輪胎的選取.........................................................................................................................................................................17

4.1 輪胎與車輪應(yīng)滿足的基本要求.............................................................................................................................17 4.2 輪胎的分類..............................................................................................................................................................17 4.3 輪胎的特點(diǎn)與選用..................................................................................................................................................18 5 轉(zhuǎn)向橋定位參數(shù).................................................................................................................................................................20

5.1 主銷后傾角..............................................................................................................................................................22 5.2 主銷內(nèi)傾角..............................................................................................................................................................23 5.3 車輪外傾角..............................................................................................................................................................24 5.4 車輪前束..................................................................................................................................................................24 6 結(jié)論.....................................................................................................................................................................................25 參 考 文 獻(xiàn)...........................................................................................................................................................................26 致 謝.......................................................................................................................................................................................27

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

摘要

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車技術(shù)的提高，轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)和制造工藝都在日益完善。轉(zhuǎn)向橋和其他汽車總成一樣，除了廣泛采用新技術(shù)外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中日益朝著“零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化”的方向發(fā)展及生產(chǎn)組織專業(yè)化目標(biāo)前進(jìn)。應(yīng)采用能以幾種典型的零部件，以不同方案組合的設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)方式達(dá)到驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的系列化或變形的目的，或力求做到將某一類型的轉(zhuǎn)向橋以更多或增減不多的零件，用到不同的性能、不同噸位、不同用途多變形汽車上。

本設(shè)計(jì)要求根據(jù)HX6560輕型客車在一定的程度上既有轎車的舒適性又有客車的載客性能，使車輛具有行駛范圍廣的特點(diǎn)，要求轉(zhuǎn)向橋在保證日常使用基本要求的同時(shí)極力強(qiáng)調(diào)其對(duì)不同路況的適應(yīng)能力。轉(zhuǎn)向橋是汽車最重要的系統(tǒng)之一，是為汽車傳輸和分配動(dòng)力所設(shè)計(jì)的。通過本課題設(shè)計(jì)，使我們對(duì)所學(xué)過的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行一次全面的，系統(tǒng)的回顧和總結(jié)，提高我們獨(dú)立思考能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋；前梁；轉(zhuǎn)向節(jié)；主銷；輪轂 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

ABSTRACT With the development of automobile industry and automobile technology improves, steering bridge design and manufacturing process are increasingly perfect.Steering axle and other automotive assembly, in addition to the widespread adoption of new technology, in the structural design of the increasingly towards“ parts standardization, generalization of components, products series ” the direction of development and production of specialized organizations goals.Should be used with some typical parts, with a different scheme combination design method and production mode to drive axle series of products or deformation of the objective, or to do will be of a certain type of steering bridge with more or less parts to increase or decrease, use different performance, different uses, different tonnage deformation over cars.The design requirements according to HX6560 light bus in a certain degree of both cars have the comfort of truck loading ability, so that the vehicle is running a wide range of features, to meet the requirement of bridge in ensuring the routine use of basic requirements at the same time strongly emphasize their ability to adapt to different road conditions.Automobile steering bridge is one of the most important systems, for the automotive transmission and distribution power design.Through the design of this project, we have learned the basic theory and professional knowledge to conduct a comprehensive, systematic review and sum up, improve our ability of independent thinking and team work style.Key words : drive axle ；steering knucle;king pin;wheel hub 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

緒

論

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，汽車運(yùn)輸?shù)某休d重量和運(yùn)行速度都在不斷增加。于是人們對(duì)汽車的安全運(yùn)行也越來越重視，所以對(duì)汽車車橋的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。近幾年，我國(guó)汽車使用越來越多，我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，而當(dāng)前由于設(shè)計(jì)方案所限，不能精確地選擇零部件的尺寸和結(jié)構(gòu)，造成有的地方強(qiáng)度不夠，而有的地方強(qiáng)度又過剩，嚴(yán)重地影響了產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)，造成直接經(jīng)濟(jì)損失。特別對(duì)于諸如轉(zhuǎn)向橋等部件,因不能準(zhǔn)確確定其失效原因和部位，造成不能從根本上解決其失效問題。不同類型的客車在我國(guó)的市場(chǎng)中占有相當(dāng)大的比例，他們的性能的好、壞在一定程度上也影響著汽車在市場(chǎng)上的地位。針對(duì)以上問題，本設(shè)計(jì)選用輕型客車的轉(zhuǎn)向橋作為設(shè)計(jì)對(duì)象，通過合理的計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而達(dá)到汽車轉(zhuǎn)向橋具有較好的轉(zhuǎn)向靈敏性。希望取得一個(gè)較好的結(jié)果，使輕型客車轉(zhuǎn)向橋提到一個(gè)新水平。

汽車的轉(zhuǎn)向橋結(jié)構(gòu)基本相同，主要由前軸、主銷、轉(zhuǎn)向節(jié)和輪轂等四部分組成，如圖所示。通常，轎車中不設(shè)獨(dú)立的主銷，而以轉(zhuǎn)向節(jié)上、下球頭中心的連線為主銷的軸線。

前軸用中碳鋼鑄造，斷面呈工字形，以提高抗彎強(qiáng)度。兩端由工字形斷面過渡到方形斷面，以提高抗扭強(qiáng)度。中部?jī)商幱靡灾С袖摪鍙椈傻牡鬃?，其上鉆有四個(gè)安裝騎馬螺栓的通孔和一個(gè)位于中心的鋼板彈簧定位凹坑。前軸中部向下彎曲，使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低，降低汽車質(zhì)心，減小傳動(dòng)軸與變速器輸出軸之間夾角。前軸兩端各有一個(gè)拳形，主銷插入孔內(nèi)。主銷中部切有槽，用楔形鎖銷將主銷固定在拳部孔內(nèi)。

車輪輪轂通過兩個(gè)圓錐滾子軸承和支承在轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸上，軸承的松緊度可用調(diào)整螺母加以調(diào)整。輪轂內(nèi)側(cè)裝有油封，以防止?jié)櫥M(jìn)入制動(dòng)器內(nèi)。輪轂外端裝有金屬罩，以防止泥水和塵土侵入。武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）轉(zhuǎn)向橋

本節(jié)重點(diǎn)介紹轉(zhuǎn)向橋的定義和安裝形式。

前橋即非驅(qū)動(dòng)橋，又稱從動(dòng)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(dòng)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。前橋還要承受和傳遞制動(dòng)力矩。

根據(jù)從動(dòng)車輪能否轉(zhuǎn)向，前橋分為前橋與非前橋。一般汽車多以前橋?yàn)榍皹?。為提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)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(duì)機(jī)動(dòng)性的要求，有時(shí)采用兩根以上的前橋直至全輪轉(zhuǎn)向。

一般載客汽車采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)后橋驅(qū)動(dòng)的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向前橋。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前橋驅(qū)動(dòng)，越野汽車均為全輪驅(qū)動(dòng)，故它們的前橋既是前橋又是驅(qū)動(dòng)橋，稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。

前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(dú)立懸架相匹配的非斷開式前橋是一根支承于左、右從動(dòng)車輪上的剛性整體橫梁，當(dāng)又是前橋時(shí)，則其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)相聯(lián)。斷開式前橋與獨(dú)立懸架相匹配。

非斷開式轉(zhuǎn)向前橋主要由前梁、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(duì)輪轂軸承支承著車輪的輪轂，以達(dá)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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤(rùn)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(dòng)。

前橋的功用：前橋也稱非驅(qū)動(dòng)橋，又稱從動(dòng)車軸。它通過懸架與車架（或承載式車身）相聯(lián)，兩端安裝從動(dòng)車輪，用以承受和傳遞車輪與車架之間的力（垂直力、縱向力、橫向力）和力矩，并保證轉(zhuǎn)向輪作正確的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。

1.1 轉(zhuǎn)向橋的定義

轉(zhuǎn)向橋是汽車的重要組成部分，轉(zhuǎn)向橋是利用車橋中的轉(zhuǎn)向節(jié)使車輪可以偏移一定角度，并承受

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

地面與車架之間的力及力矩，以實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。

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(dòng)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。前橋還要承受和傳遞制動(dòng)力矩。前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。前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。由于小型載客汽車要求價(jià)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。

1.2 轉(zhuǎn)向橋的安裝形式

各種車型的轉(zhuǎn)向橋結(jié)構(gòu)基本相同，主要由前梁、轉(zhuǎn)向節(jié)組成。一般載客汽車采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)后橋驅(qū)動(dòng)的布置形式，故其前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向從動(dòng)橋。轎車多采用前置發(fā)動(dòng)機(jī)前橋驅(qū)動(dòng)，越野車均為全輪驅(qū)動(dòng)，故他們的前橋既是轉(zhuǎn)向橋也是驅(qū)動(dòng)橋，稱為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。

轉(zhuǎn)向橋按與其匹配的懸架結(jié)構(gòu)不用，又可分為非斷開式與斷開式兩種。與非獨(dú)立懸架匹配的非斷開式的轉(zhuǎn)向橋是一根支承于左、右從動(dòng)車輪上的剛性整體橫梁，當(dāng)又是轉(zhuǎn)向橋時(shí)，其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)相連。斷開式轉(zhuǎn)向橋與獨(dú)立懸架相匹配。武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)

2.1 轉(zhuǎn)向橋的組成部分

各種車型的非斷開式轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)型式基本相同，它主要由前梁（由于汽車前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，因此其橫梁常稱前梁）、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向主銷、轉(zhuǎn)向梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿等組成。

1)前梁

前梁是非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋最主要的零件，由中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。其兩端各有一呈拳形的加粗部分作為安裝主銷前梁拳部。為提高其抗彎強(qiáng)度，其較長(zhǎng)的中間部分采用工字行斷面，并相對(duì)兩端向下偏移一定距離，以便降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置，從而降低汽車傳動(dòng)系的安裝高度并減小傳動(dòng)軸萬向節(jié)主、從動(dòng)軸的夾角；為提高前梁的抗扭強(qiáng)度，兩端與拳部相接的部分采用方形斷面，而靠近兩端使拳部與中間部分相連接的向下彎曲部分，則采用上述兩種斷面逐漸過度的形狀。中間部分的兩側(cè)還要鍛造出鋼板彈簧支座的加寬支承面。

非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋的前梁亦可采用組合式結(jié)構(gòu)，即由無縫鋼管的中間部分和模鍛成型的兩端拳形部分組焊而成。這種組合式前梁適用于批量不大的生產(chǎn)，并可省去大型鍛造設(shè)備。

2)主銷

其結(jié)構(gòu)型式有幾種，如圖2-1所示，其中（a）、（b）兩種型式是最常見的結(jié)構(gòu)。3)轉(zhuǎn)向節(jié)

多用中碳合金鋼斷模鍛成整體式結(jié)構(gòu)，有些大型汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)，由于其尺寸過大，也有采用組焊式結(jié)構(gòu)的，即其輪軸部分是經(jīng)壓配并焊上去的。

4)轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂

由中碳鋼或中碳合金鋼如40、35Cr、40CrNi鋼等用模鍛加工制成。多采用沿其長(zhǎng)度變化尺寸的橢圓形截面以合理地利用材料和提高其強(qiáng)度和剛度。

5)轉(zhuǎn)向橫拉桿

應(yīng)選用剛性好、質(zhì)量小的20鋼，30鋼或35鋼的無縫鋼管制造，其兩端的球形鉸接作為單獨(dú)組件，組裝好后以組件客體上的螺紋旋到桿的兩端端部，使橫拉桿的桿長(zhǎng)可調(diào)，以便用于調(diào)節(jié)前束。球形鉸接的球銷與襯墊均采用低碳合金鋼如12CrNi3A,20CrNi,20CrMnTi,工作表面經(jīng)滲碳淬火，滲碳層深1.5～3.0mm，表面硬度56～63HRC。允許采用40或

圖2-1 主銷的結(jié)構(gòu)型式

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

(a)圓柱實(shí)心型；(b)圓柱空心型；

(b)(c)上、下端為直徑不等的圓柱、中間為錐體的主銷；(d)下部圓柱比上部細(xì)的主銷

45中碳鋼制造并經(jīng)高頻淬火處理，球銷的過渡圓角處用滾壓工藝增強(qiáng)，球形鉸接的殼體用35鋼或40鋼制造。為了提高球頭和襯墊工作表面的耐磨性，可采用等離子或氣體等離子金屬噴鍍工藝；亦可采用耐磨性好的工程塑料制造襯墊。后者在制造過程中可滲入專門的成分（例如尼龍-二硫化鉬），對(duì)這類襯墊可免去潤(rùn)滑。

6)轉(zhuǎn)向節(jié)推理軸承

承受作用于汽車前梁上的重力。為減小摩擦使轉(zhuǎn)向輕便，可采用滾動(dòng)軸承，如推力球軸承、推力圓錐滾子軸承等。也有采用青銅止推墊片的。

7)主銷上、下軸承 承受較大的徑向力，多采用滾動(dòng)軸承（即壓入轉(zhuǎn)向節(jié)上、下中的襯套），也有采用滾針軸承的結(jié)構(gòu)。后者的效率較高，轉(zhuǎn)向阻力小，且可延長(zhǎng)使用壽命。

8)輪毅軸承

多由兩個(gè)圓錐滾子軸承組對(duì)，這種軸承的支承剛度較大，可承受較大負(fù)荷。轎車因負(fù)荷較輕，前輪毅軸承也有采用也有采用一對(duì)單列或一個(gè)雙列向心軸承的，球軸承的效率高，能延長(zhǎng)汽車的滑行距離，有的轎車采用一個(gè)雙列圓錐滾子軸承。

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。

2.2 轉(zhuǎn)向橋的結(jié)構(gòu)及其影響因素

非斷開式轉(zhuǎn)向橋主要由前梁、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(duì)輪毅軸承支承著車輪的輪毅，以達(dá)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)向梯形臂，后者與轉(zhuǎn)向直拉桿相連；而在左、右轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處則裝有與轉(zhuǎn)向橫拉桿聯(lián)接的轉(zhuǎn)向梯形臂。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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。制動(dòng)底版緊固在轉(zhuǎn)向節(jié)的凸緣面上。轉(zhuǎn)向節(jié)的銷孔內(nèi)壓入帶有潤(rùn)滑槽的青銅襯套以減小磨損。為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)下耳與前梁拳部之間可裝滾子推力軸承，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(dòng)。轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 轉(zhuǎn)向橋主要零件尺寸的確定

轉(zhuǎn)向橋采用工子形斷面的前梁，可保證其質(zhì)量最小而在垂向平面內(nèi)的剛度大、強(qiáng)度高。工字形斷面尺寸值見圖3-1，圖中虛線繪出的是其當(dāng)量斷面。該斷面的垂向彎曲截面系數(shù)Wv和水平彎曲截面系數(shù)Wh可近似取為

Wv=20a3=20×11.53=3.04×104 mm3(3-1)Wh=5.5a3 =5.5×11.5=8.36×103 mm3(3-2)式中：a——工字形斷面的中部尺寸，見圖3-1 在設(shè)計(jì)中為了預(yù)選前梁在板簧座處的彎曲截面系數(shù)Wv,可采用經(jīng)統(tǒng)計(jì)取得的經(jīng)驗(yàn)公式：

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

Wv=ml/2200=820×345/2200=128.60 cm(3-3)式中：m——作用于該前梁上的簧上質(zhì)量，kg;l——車輪中線至板簧座中線間的距離，cm;2200——系數(shù)，kg·cm-2。

轉(zhuǎn)向橋前梁拳部之高度約等于前梁工字形斷面的高度，而主銷直徑可取為拳部高度的0.35～0.45倍。主銷上、下滾動(dòng)軸承（即壓入轉(zhuǎn)向節(jié)上、下孔中的襯套）的長(zhǎng)度則取為主銷直徑的1.25～1.50倍。

3圖3-1 前梁工字形斷面尺寸關(guān)系的推薦值

轉(zhuǎn)向橋主要零件工作應(yīng)力的計(jì)算

本設(shè)計(jì)以HX6560汽車為研究對(duì)象，其有關(guān)參數(shù)為： 前軸軸荷：820kg；

整車質(zhì)心高度：540mm； 滾動(dòng)半徑：314mm。

主要是計(jì)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(dòng)和側(cè)滑兩種工況下的工作應(yīng)力。繪制計(jì)算用簡(jiǎn)圖時(shí)可忽略車輪的定位角，即認(rèn)為主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角及車輪外傾角均為零，而左、右轉(zhuǎn)向節(jié)軸線重合且與主銷軸線位于同一側(cè)向垂直平面內(nèi)，如圖（3-2）所示[3]。武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

圖3-2 轉(zhuǎn)向橋在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的受力分析簡(jiǎn)圖（a）制動(dòng)工況下的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖；（b）側(cè)滑工況下的彎矩圖

3.2 非斷開式轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋前梁應(yīng)力計(jì)算

3.2.1 在制動(dòng)情況下的前梁應(yīng)力計(jì)算

制動(dòng)時(shí)前輪承受的制動(dòng)力Pr和垂向力Z1傳給前梁，使前梁承受轉(zhuǎn)矩和彎矩?？紤]到制動(dòng)時(shí)汽車質(zhì)量向前轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)移，則前輪所承受的地面垂向反力為

Z1=G1m1'/2=8200×1.5/2=6150N(3-4)式中：G1——汽車滿載靜止于水平路面時(shí)前橋給地面的載荷；

'

m1——汽車制動(dòng)時(shí)對(duì)前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，對(duì)前橋和載客汽車的前橋可取1.4~1.7。

前輪所承受的制動(dòng)力為

Pr=Z1? =6150×1.0=6150N(3-5)武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

式中：?——輪胎與路面的附著系數(shù)。

由Z1和Pr對(duì)前梁引起的垂向彎矩Mv和水平方向彎矩Mh在兩鋼板彈簧座之間達(dá)最大值，分別為

Mv=（Z1-gw）l2=(1380?720G1m1'B?S8200?1.5?908)=(=1.73×106 N?mm ?gw)2222(3-6)Mh=Prl2= Z1?1380?720B?S=6150×1.0×=2.03×106 N?mm(3-7)

22式中：l2——為輪胎中線至板簧座中線間的距離，mm;

gw——車輪（包括輪毅、制動(dòng)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。

制動(dòng)力Pr還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩T:

T=Prrr=6150×314=1.93×106 N?mm(3-8)式中：rr——輪胎的滾動(dòng)半徑。

圖3-2給出了前梁在汽車制動(dòng)工況下的彎矩圖及轉(zhuǎn)矩圖。

前梁在鋼板彈簧座附近危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力?w和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力?（單位均為MPa）分別為

MvMh***000==300MPa(3-9)??WvWh304008360TT1930000?===150MPa(3-10)?WTJk/?max12866?w=式中：WT——前梁在危險(xiǎn)斷面處的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)，mm;?max——前梁橫斷面的最大厚度，mm;Jk——前梁橫截面的極慣性矩，對(duì)工字形斷面：

Jk=0.4?h?3 mm4

h——工字形斷面矩形元素的長(zhǎng)邊長(zhǎng)，mm;?——工字形斷面矩形元素的短邊長(zhǎng)，mm 前梁應(yīng)力的許用值為[?w]=340MPa；[?]=150MPa。

前梁可采用45,30Cr,40Cr等中碳鋼或中碳合金鋼制造，硬度為241～285HB。

3.2.2 在最大側(cè)向力（側(cè)滑）工況下的前梁應(yīng)力計(jì)算

當(dāng)汽車承受大側(cè)向力時(shí)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

2?540?1.0G12hg?18200（1?）=7308.70N(3-11)Z1L?（1?)=213802B12hg?18200G12?540?1.0 Z1R?（=902 N(3-12)1?)=（1?）2B1213802?540?1.02hg?18200G1（1?）=7308.70N(3-13)1?)=Y1L?（213802B1G12hg?182002?540?1.0 Y1R?（=902 N(3-14)1?)=（1?）2B121380式中：G1——汽車停于水平路面時(shí)的前橋軸荷，N；

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

B1——汽車前輪輪距，mm;

hg——汽車質(zhì)心高度，mm;

?1——輪胎與路面的側(cè)面附著系數(shù)。取?1=1.0。

側(cè)滑時(shí)左、右鋼板彈簧對(duì)前梁的垂向作用力（N）為

T1l=0.5G1’+G1?1(hg-rr’)/s=0.5×8200+8200×1.0（540-260）/720=7288.9N(3-15)T1R=0.5G1’-G1?1(hg-rr’)/s=0.5×8200-8200×1.0（540-260）/720=911.1N

(3-16)式中：G1’——汽車滿載時(shí)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。

汽車側(cè)滑時(shí)左、右前輪輪轂內(nèi)、外軸承的徑向力（單位為N）分別為

S1L=

31420rrb?7308.70??7308.70=49991.5N(3-17)Y1L?Z1L=

23?2023?20a?ba?b31420rra?7308.70??7308.70=56752.9N(3-18)S2L=Y1L?Z1L=

23?2023?20a?ba?b31420rrb?902??902=7004.1N(3-19)S1R=Y1R?Z1R=

23?2023?20a?ba?b31420rra?902??902=6165.2N(3-20)S2R=Y1R?Z1R=

23?2023?20a?ba?b式中：rr——輪胎的滾動(dòng)半徑，mm;

a——S1L、S1R至車輪中線的距離，mm;

b——S2L、S2R至車輪中線的距離，mm。

求得Z1L，Z1R，Y1L，Y1R即可求得左、右前輪輪轂內(nèi)軸承對(duì)輪毅的徑向支承S1L、S1R和外軸承對(duì)輪毅的徑向支承力S2L、S2R，這樣就求出了輪毅軸承對(duì)軸輪的徑向支承反力。根據(jù)這些力及前梁在鋼板彈簧座處的垂向力T1L,T1R,可繪出前梁與輪軸在汽車側(cè)滑時(shí)的垂向受力彎矩圖（見圖3-3）。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=7308.7×314-7308.7×99=1.57×106 N?mm(3-21)MⅡ—Ⅱ=Z1Rl2+Y1Rrr=902×340+902×314=5.90×105 N?mm(3-22)式中：M——彎矩，N?mm;Z1L, Z1R——左、右前輪承受地面的垂向反力，N； Y1L，Y1R——左、右前輪承受地面的側(cè)向反力，N。

3.3 轉(zhuǎn)向節(jié)在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算

如下圖所示，轉(zhuǎn)向節(jié)的危險(xiǎn)斷面處于軸徑為d1的輪軸根部，即Ⅲ—Ⅲ剖面處。武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

圖3-3 轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷及轉(zhuǎn)向襯套的計(jì)算用圖

3.3.1 工況下的轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力計(jì)算

轉(zhuǎn)向節(jié)在Ⅲ—Ⅲ剖面處的軸徑僅受垂向彎矩Mv和水平方向的彎矩Mh而不受轉(zhuǎn)矩，因制動(dòng)力矩不經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸傳遞，而直接由制動(dòng)底板傳給在轉(zhuǎn)向節(jié)上的安裝平面。這時(shí)可按計(jì)算其Mv及Mh，但需以I3代替兩式中的I2，即gw

Mv=(Z1-gw)l3 =（6150-908）×48.5=2.54×105 N?mm(3-23)Mh= Z1?l3=

G1m1’?l3=6150×1.0×48.5=2.98×105 N?mm(3-24)2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。Ⅲ—Ⅲ剖面處的合成彎曲應(yīng)力?w為

?w=

2Mv2?Mhw?2Mv2?Mh0.1d***?2030000= =620 MPa(3-25)30.1?35式中：d1——轉(zhuǎn)向節(jié)輪軸根部軸徑mm。

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，硬化層深1.5～2.0mm。輪軸根部的圓角滾壓處理。

3.3.2 在汽車側(cè)滑工況下的轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力計(jì)算

在汽車側(cè)滑時(shí)，左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險(xiǎn)斷面Ⅲ—Ⅲ處的彎矩是不等的，可按下公式求得：

MLⅢ—Ⅲ= Y1lrr-Z1Ll3 =7308.7×314-7308.7×48.5=1.94×106 N?mm(3-26)MRⅢ—Ⅲ=Z1Rl3+Y1Rrr=902×48.5+902×314=3.26×105 N?mm(3-27)左、右轉(zhuǎn)向節(jié)在危險(xiǎn)斷面處的彎曲應(yīng)力為 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

?wl?MlⅢ—Ⅲ?Z1Ll3-Y1lrr7308.7?314?7308.7?48.5==452 MPa(3-28)?3w0.1?3530.1d1MRⅢ—Ⅲ?Z1Rl3?Y1Rrr902?314?902?48.5==76MPa(3-29)?33w0.1d10.1?35?wl?3.4 主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)襯套在制動(dòng)和側(cè)滑工況下的應(yīng)力計(jì)算

在制動(dòng)和側(cè)滑工況下，在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套的中點(diǎn)，即與輪軸中心線相距分別為c,d的兩點(diǎn)處，在側(cè)向平面和縱向平面內(nèi)，對(duì)主銷作用有垂直其軸線方向的力。

3.4.1 在汽車制動(dòng)工況下的計(jì)算

地面對(duì)前輪的垂向支承反力Z1所引起的力矩Z1l1,由位于通過主軸線的側(cè)平面內(nèi)并在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)處垂直地作用于主銷的力QMZ所形成的力偶QMZ（c+d）所平衡，故有

QMZ=

Z1l16150?99=6277 N(3-30)=

(c?d)48.5?48.5制動(dòng)力矩Prrr由位于縱向平面內(nèi)并作用于主銷的力Qmr所形成的力偶Qmr（c+d）所平衡，故有

Qmr=Prrr/（c+d）=Z1?rrr/(c+d)=6150×1.0×314/（48.5+48.5）=2.00×104N(3-31)而作用于主銷的制動(dòng)力Pr則由在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)出作用的主銷的力Qru、Qrl所平衡，且有

Qru=

6150?48.5Prd==3075 N(3-32)(c?d)48.5?48.56150?48.5Prc==3075 N(3-33)(c?d)48.5?48.5Prl16150?99==5294 N(3-34)l5115Qrl=由轉(zhuǎn)向橋的俯視圖可知，制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向橫拉桿的作用力N為

N=力N位于側(cè)向平面內(nèi)且與輪軸中心線的垂直距離為l4，如將N的著力點(diǎn)移至主銷中心線與輪軸中心線交點(diǎn)處，則需對(duì)主銷作用一側(cè)向力矩Nl。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=

Nl45294?99==5403 N(3-35)(c?d)48.5?48.5而力N則在轉(zhuǎn)向節(jié)上、下襯套中點(diǎn)處作用于主銷的力QNu,QNl所平衡，且有

QNu=

Nd5294?48.5==2647 N(3-36)(c?d)48.5?48.514 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

QNl=

5294?48.5Nc==2647 N(3-37)(c?d)48.5?48.5由圖3-3可知，在轉(zhuǎn)向節(jié)上襯套的中點(diǎn)作用于主銷的合力Qu和在下襯套的中點(diǎn)作用于主銷的合力Ql分別為

Qu=(QMZ?QMN?QNu)2?(QMr?Qru)2 =(6277?5403?2647)2?(20000?3075)2

=1.92×104 N(3-

38)Ql=(QMZ?QMN?QNl)2?(QMr?Qrl)2=(6277?5403?2647)2?(20000?3075)2

=2.72×104 N(3-39)由上兩式可見，在汽車制動(dòng)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(diǎn)處，其值計(jì)算所得到的Ql。

3.4.2 在汽車側(cè)滑工況下的計(jì)算

僅有在側(cè)向平面內(nèi)起作用的力和力矩，且作用于左、右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷的力QMZ是不相等的，他們分別按下式求得：

.7?314?7308.7?99)/(48.5?48.5)QMZL=(Z1Ll1?Y1Lrr)/(c?d)?(7308=1.62×104 N(3-

40)QMZR=(Z1Rl1?Y1Rrr)/(c?d)?(902?314?902?99)/(48.5?48.5)

=2.00×103 N

(3-41)式中：Z1L，Z1R——汽車左、右前輪承受的地面垂向反作用力，N；

l1——輪胎中心線至主銷軸線的距離 mm;rr——輪胎的滾動(dòng)半徑 mm;Y1L，Y1R——左、右前輪承受地面的側(cè)向反力，N； G1——汽車靜止于水平路面時(shí)的前橋的軸荷，N； hg——汽車質(zhì)心高度，mm;B1——汽車前輪輪距，mm;?1——輪胎與路面的側(cè)向附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)可取?=1.0.取Ql, QMZL, QMZR中最大的作為主銷的計(jì)算載荷Qj,計(jì)算主銷在前梁拳部下端處的彎曲力?w和剪應(yīng)切力?s

?w=

Qjh27200?21==413 MPa(3-42)330.1d00.1?2415 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

??s=

4Qj4?27200==66 MPa(3-43)22?d03.14?24式中:d0——主銷直徑 mm;h——轉(zhuǎn)向節(jié)下襯套中點(diǎn)至前梁拳部下端面的距離,mm。

主銷的許用應(yīng)力彎曲力[?w]=413MPa;許用剪切應(yīng)力[?s]=66MPa。主銷采用20Cr,20CrNi,20CrMnTi等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，滲碳層深1.0～1.5mm,56～62HRC。轉(zhuǎn)向襯套的擠壓應(yīng)力?c為

?c=

Qj27200==8.3 MPa(3-44)ld0136?24式中: l——襯套長(zhǎng),mm;Qj——j計(jì)算載荷,取Ql,QMZL,QMZR,中最大值,N;d0——主銷直徑,mm。

轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的許用擠壓應(yīng)力為[?c]=50MPa。在靜載荷下，上式的計(jì)算載荷取

Qj=QMZ=Z1l1/(c+d)=

G1l1/(c?d)=6277N(3-45)23.5 推力軸承和止推墊片的計(jì)算

3.5.1 推力軸承計(jì)算

計(jì)算時(shí)首先要確定推力軸承和止推墊片的當(dāng)量靜載荷，對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承，文獻(xiàn)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(jì)算工況。如果汽車向右轉(zhuǎn)彎則其前外輪即前左輪的地面垂向反力Z1L增大。

汽車前橋的側(cè)滑條件為

2vaP1=m1≥Y1L+Y1R=G1?1=m1g?1=820×10×1.0=8200N(3-46)

R式中：P1——前橋所受的側(cè)向力，N；

m1——汽車滿載時(shí)的整車質(zhì)量分配給前橋的部分； R——汽車轉(zhuǎn)彎半徑，mm;va——汽車行使速度，mm/s;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(shí)前橋給地面的載荷，N。由上式可得

2va?1=(3-47)

Rg16 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

2G12hgva)()](3-48)Z1L=[1?(2B1Rg將上述計(jì)算工況的va、R等的有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3-44),(3-45)式，并hg/B=0.5, 則有

Z1L=1.25G1/2=0.625G1

可近似地認(rèn)為推力軸承的軸向載荷F，等于上述前輪的地面垂向反力，即有

Fa=0.6256G1=0.625×6150=3844 N(3-49)鑒于轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承在工作中的相對(duì)轉(zhuǎn)角不大的及軸承滾道圈破壞帶來的危險(xiǎn)性，軸承的選擇按其靜承載容量C0進(jìn)行，且取當(dāng)量靜載荷P0為：

P0=（0.5～0.33）C0

3.5.2 轉(zhuǎn)向節(jié)止推墊片的計(jì)算

當(dāng)采用青銅止推墊片代替轉(zhuǎn)向節(jié)推力軸承時(shí)，在汽車滿載情況下，止推墊片的靜載荷可取為

Fa=這時(shí)止推墊片的擠壓力為

G16150==3075 N(3-50)22?c=

4Fa=1 MPa(3-51)22?(D?d)式中：d；D——止推墊片的內(nèi)、外徑。通常取[?c]≤30MPa 4 輪胎的選取

4.1 輪胎與車輪應(yīng)滿足的基本要求

輪胎即車輪用來支撐汽車，承受汽車重力，在車橋(軸)與地面之間傳力，駕駛?cè)藛T經(jīng)操縱轉(zhuǎn)向輪可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)方向的控制。

輪胎及車輪對(duì)汽車有許多重要性能，包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、通過性、操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性及行駛安全性和汽車運(yùn)動(dòng)方向的控制。

輪胎及車輪部件應(yīng)滿足下屬基本要求：足夠的負(fù)荷能力和速度能力；較小的滾動(dòng)阻力和行駛噪聲；良好的均與性和質(zhì)量平衡性；耐磨損、耐老化、抗扎刺和良好的氣密性；質(zhì)量小、價(jià)格低、拆裝方便、互換性好。

4.2 輪胎的分類

輪胎可以按胎體結(jié)構(gòu)、簾線材料、用途、胎面花紋、斷面形狀、氣密方式不同等進(jìn)行分類如下： 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

4.3 輪胎的特點(diǎn)與選用

子午線輪胎的特點(diǎn)是滾動(dòng)阻力小、溫升低、胎體緩沖性能和路面附著性能都比斜交輪胎要好，裝車后油耗低、耐磨損壽命長(zhǎng)、高速性能好（圖 4-1），因此，適應(yīng)現(xiàn)代汽車對(duì)安全、高速、低油耗的發(fā)展要求，是汽車設(shè)計(jì)時(shí)首選的輪胎。子午線輪胎也有制造困難、造價(jià)不如斜交輪胎低和不易翻修等特點(diǎn)。

圖4-1 常在高速條件下行駛的汽車，適合選用強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好的鋼絲簾線輪胎。鋼絲簾線僅能做子午線輪胎。相對(duì)汽車常在低速條件下行駛時(shí)，可以選用尼龍、聚酯、人造絲等人造材料做簾線制造的輪胎。斜交輪胎多用上述材料制造。

低斷面輪胎的胎面寬平、側(cè)面剛性大、附著能力強(qiáng)、散熱良好、高速行駛穩(wěn)定性好。無內(nèi)胎輪胎的平衡性良好、發(fā)熱少、刺扎后不易快速失氣、高速行駛安全性能良好。武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

乘用輪胎既是子午線結(jié)構(gòu)，又是低斷面、無內(nèi)胎輪胎并具備它們的各自優(yōu)點(diǎn)。商用輪胎尺寸大、胎體厚、簾線層級(jí)多、承載能力強(qiáng)。非公路用輪胎附著性好，胎面耐刺扎，適用于在惡劣條件下使用，用于公路行駛時(shí)耗油量增加，噪聲大。

輪胎的胎面花紋對(duì)滾動(dòng)阻力、附著能力、耐磨性及噪聲有影響。公路花紋輪胎滾動(dòng)阻力小、噪聲小，適用在鋪裝路面上使用。其中，縱向花紋輪胎適用于良好路面，橫向花紋輪胎適用于土石路面。越野花紋輪胎附著性能良好，適用于在壞路面或無路地帶使用?；旌匣y輪胎適用于使用路面條件變化不定的場(chǎng)合。圖4-2為幾種典型胎面花紋示例。

圖 4-2 隨輪胎氣壓的增加，其承載能力也越強(qiáng)；但輪胎的附著能力下降，振動(dòng)頻率增加，乘坐舒適性和安全性變壞，對(duì)路面及汽車也有不良作用。標(biāo)注輪胎不僅對(duì)外形尺寸，而且對(duì)使用氣壓也有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。為了使用安全和滿足舒適性要求，乘用車輪胎的使用氣壓不應(yīng)高于所選輪胎規(guī)定符合下限氣壓的80%；而商用車輪胎的使用氣壓可接近選定輪胎層級(jí)所限定的氣壓。考慮到操縱穩(wěn)定性的需求，前輪輪胎氣壓應(yīng)低于后輪的輪胎氣壓。

簾線層級(jí)越高，輪胎的承載能力也越強(qiáng)，并有與輪胎氣壓增加相似的缺點(diǎn)。汽車行駛速度也影響輪胎負(fù)荷能力，車速高輪胎的發(fā)熱量增加。溫度升高，易使胎面與輪胎簾線層脫落。這不僅使輪胎壽命降低，也會(huì)引發(fā)交通事故。子午線、無內(nèi)胎、低斷面的輪胎工作時(shí)發(fā)熱少、導(dǎo)熱好、散熱迅速。因而溫度低，有良好的速度特性。選取時(shí)，應(yīng)使選用輪胎的速度級(jí)別所限定的最高使用速度大于所設(shè)計(jì)汽車的最高車速。為了滿足不同乘用車對(duì)輪胎速度能力的需求，將輪胎的速度能力分級(jí)，譬如在70?210km/h之間，按每10km/h分為一級(jí)；具有更高速度能力的輪胎，用來分級(jí)的速度更大些。輪胎是專業(yè)化生產(chǎn)廠制造，并具有高度的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化特點(diǎn)。輪胎的外直徑、斷面寬、斷面高寬比、配用輪輞名義直徑、輪輞輪廓形式及規(guī)格、胎面花紋形式及深度、額定負(fù)荷下的半徑等尺寸特性和負(fù)荷指數(shù)可查GB/T2977-1997、GB/T2978-1997、GB/T9743-1997、GB9744-1997等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）轉(zhuǎn)向橋定位參數(shù)

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(dòng)回正的性能，轉(zhuǎn)向橋的主銷在汽車的縱向和橫向平面內(nèi)部有一定傾角。在縱向平面內(nèi)，主銷上部向后傾斜一個(gè)?角，稱為主銷后傾角。在橫向平面內(nèi)主銷上部相內(nèi)傾斜一個(gè)β角，稱為主銷內(nèi)傾角。

主銷后傾使主銷軸與路面的交點(diǎn)位于輪胎接地中心之前，該距離稱為后傾拖距。當(dāng)直線行駛的汽車的轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏移時(shí)，汽車就偏離直線行使而有轉(zhuǎn)向，這時(shí)引起的離心力使路面、對(duì)車輪作用著一阻礙其側(cè)滑的側(cè)向反力，使車輪產(chǎn)生主銷旋轉(zhuǎn)的回正力矩，從而保證了汽車具有較好的直線行使穩(wěn)定性。此力矩稱為穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩也不宜過大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)為了克服此穩(wěn)定力矩需在轉(zhuǎn)向盤施加更大的力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重。主銷后傾角通常在30以內(nèi)?，F(xiàn)在轎車采用低壓寬斷面斜交輪胎，具有較大的彈性回轉(zhuǎn)力矩，故主銷后傾角就可以減小到接近于零，甚至為負(fù)值。但在采用子午線輪胎時(shí)，由于輪胎的拖距較小，則需選用較大的主銷后傾角。

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(diǎn)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(shí)需加在轉(zhuǎn)向盤上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時(shí)也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。主銷內(nèi)傾使前輪轉(zhuǎn)向是不僅有繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且伴隨有車輪軸及前橫梁向上的移動(dòng)，而當(dāng)松開轉(zhuǎn)向盤是，所儲(chǔ)存的上升位能使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正，保證汽車作直線行使。主銷內(nèi)傾角一般為50～80；注銷偏移距一般為30～40mm。輕型客車、輕型客車及裝有動(dòng)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(dòng)回正性能。但主銷內(nèi)傾角也大，即主銷偏移距 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

圖2-2轉(zhuǎn)向橋

1.轉(zhuǎn)向推力軸承；2轉(zhuǎn)向節(jié)；調(diào)整墊片；4.主銷；5前梁

不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏移時(shí)，隨著滾動(dòng)將伴隨著沿路面的滾動(dòng)，從而增加輪胎與路面的摩擦阻力，使轉(zhuǎn)向變得很沉重。為了克服因左、右前輪制動(dòng)力不等而導(dǎo)致汽車制動(dòng)時(shí)跑偏，近年來出現(xiàn)了主銷偏移距為負(fù)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，共四項(xiàng)參數(shù)。

車前外傾指轉(zhuǎn)向輪安裝時(shí)，其輪胎中心平面不是垂直與地面，而是向外傾斜一個(gè)角度α，稱為車輪外傾角。此α角約為0.50～1.50,一般α為10左右。它可以避免汽車重載時(shí)車輪產(chǎn)生負(fù)外傾即內(nèi)傾，同時(shí)車輪外傾也與拱行路面相適應(yīng)。由于車輪外傾角使輪胎接地點(diǎn)內(nèi)縮?？s小了主銷偏義距，從而使轉(zhuǎn)向輕便并改善了制動(dòng)力的方向穩(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(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(dòng)時(shí)猶如滾錐，因此當(dāng)汽車向前行駛時(shí)，左、右兩前輪的前端會(huì)向外張開），為此在車輪安裝時(shí)，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(dòng)方向向著正前方。前束值即（B-A），一般汽車約為3～5mm，可通過改變轉(zhuǎn)向橫拉桿的長(zhǎng)度來調(diào)整。設(shè)定前束的名義值時(shí)，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)向梯形中的彈性和間隙等因素。

在汽車設(shè)計(jì)、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(shí)轉(zhuǎn)向車輪繞主銷不斷受迫振動(dòng)的現(xiàn)象，它將破壞汽車的正常行駛。武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

轉(zhuǎn)向車輪的擺振有自激振動(dòng)與受迫振動(dòng)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(gè)振動(dòng)周期中路面作用與輪胎的力對(duì)系統(tǒng)做正功，即外面對(duì)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(dòng)直至能量達(dá)到平衡狀態(tài)。這時(shí)系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)震動(dòng)，形成擺振。其振動(dòng)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。當(dāng)車輪向車輪及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受到周期性擾動(dòng)的激勵(lì)，例如車輪失衡。端面跳動(dòng)，輪胎的幾何和機(jī)械特性不均勻及運(yùn)動(dòng)學(xué)上的干涉等，在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)下都會(huì)構(gòu)成周期性的擾動(dòng)。在擾動(dòng)力周期性的持續(xù)作用下，便會(huì)發(fā)生受迫振動(dòng)。當(dāng)擾動(dòng)的激勵(lì)頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時(shí)便發(fā)生共振。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向車輪擺振頻率與車輪轉(zhuǎn)速一致，而且一般豆油明顯的共振車速，共振范圍（3-5km/h）。通常在告訴行駛時(shí)發(fā)生的擺振往往都屬于受迫振動(dòng)型。

轉(zhuǎn)向車輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復(fù)雜，既有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的原因和制造方面的因素，如車輪失衡、輪胎的機(jī)械特性、胸的剛度與阻尼、轉(zhuǎn)向車輪的定位角以及陀螺效應(yīng)的強(qiáng)弱等；又有裝配調(diào)整方面的影響，如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的間隙（影響系統(tǒng)的剛度）和摩擦（影響阻尼）等。合理地選擇有關(guān)參數(shù)。優(yōu)化他們之間的匹配，精心地制造和調(diào)整裝配，就能有效的控制前輪擺振的發(fā)生。在設(shè)計(jì)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。

轉(zhuǎn)向橋在保證汽車轉(zhuǎn)向功能時(shí)，應(yīng)使轉(zhuǎn)向輪有自動(dòng)回正作用，以保證汽車穩(wěn)定直線行使。即當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在偶遇外力作用發(fā)生偏移時(shí)，一旦作用的外力消失后，應(yīng)能立即自動(dòng)回到原來直線行使的位置。這種自動(dòng)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(duì)位置。這些轉(zhuǎn)向的定位參數(shù)有主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角和前輪前束[4]。

5.1 主銷后傾角

設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向橋時(shí)，使主銷在汽車的縱向平面內(nèi)，其上部有向后的一個(gè)傾角?，即主銷軸線

a)b)

5-1主銷后傾角作用示意圖

和地面垂直線在汽車縱向平面內(nèi)的夾角，如圖5-1所示。

主銷后傾角?能形成回正的穩(wěn)定力矩。當(dāng)主銷具有后傾角時(shí)，主銷軸線與路面的交點(diǎn)a將位于車輪與路面接觸點(diǎn)b的前面，如圖5-1a所示。當(dāng)汽車直線行使時(shí)，若轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用稍有偏移（例如向右偏移），將使汽車行使方向向右偏離。這時(shí)，由于汽車本身離心力的作用，在車輪與路面接觸點(diǎn)b處，路面對(duì)車輪作用著一個(gè)側(cè)向反力Fy。反力Fy對(duì)車輪形成繞主銷軸線作用的力矩FyL，其方向正

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

好與車輪偏移方向相反。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。但此力矩不宜過大。否則在轉(zhuǎn)向時(shí)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）。因穩(wěn)定力矩的大小取決力臂L的數(shù)值，而力臂L又取決于后傾角?的大小?，F(xiàn)在一般采用?角不超過20～30?，F(xiàn)在高速汽車由于輪胎氣壓降低、彈性增加，而引力穩(wěn)定性增大。因此，?角可以減小到接近于零，甚至為負(fù)值。本設(shè)計(jì)采用主銷后傾角為六度。

5.2 主銷內(nèi)傾角

在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向橋時(shí)，主銷在汽車的橫向平面內(nèi)，其上部向內(nèi)傾斜一個(gè)?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5-2a所示。

a)b)c)

5-2主銷內(nèi)傾角作用示意圖及車輪外傾角

主銷內(nèi)傾角?也有使車輪自動(dòng)回正的作用，如圖5-2b所示。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在外力作用下由中間位置偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度（為了方便解釋，圖中畫成1800即轉(zhuǎn)到如雙點(diǎn)劃線所示位置）時(shí)，車輪的最低點(diǎn)將陷入路面以下。但實(shí)際上車輪下邊緣不可能陷入路面以下，車輪將轉(zhuǎn)向車輪連同整個(gè)汽車前部向上抬起一個(gè)相應(yīng)的高度，這樣，汽車本身的重力有使轉(zhuǎn)向輪回到原來中間位置的效應(yīng)。

此外，主銷的內(nèi)傾角還使得主銷軸線與路面交點(diǎn)到車輪中心平面與地面交線的距離c減?。▓D5-2a），從而可減小轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員加在轉(zhuǎn)向盤上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時(shí)也可減小從轉(zhuǎn)向輪到轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。但c的值也不宜過小，即內(nèi)傾角不宜過大，否則在轉(zhuǎn)向時(shí)車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)的過程中，輪胎與路面間將產(chǎn)生較大的滑動(dòng)，因而增加了輪胎與路面間的摩擦阻力。這不僅使轉(zhuǎn)向變得沉重，而且加速了輪胎的磨損。因此，一般內(nèi)傾角?不大于80，本設(shè)計(jì)內(nèi)傾角?為7.5度。

主銷內(nèi)傾角是在前梁設(shè)計(jì)中保證的，由機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)的。加工時(shí)，將前梁兩端主銷孔軸線上端向內(nèi)傾角就形成內(nèi)傾角?。武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

5.3 車輪外傾角

?除上述主銷后傾角和內(nèi)傾角兩個(gè)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。是通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角，如圖5-2c所示。如果空車時(shí)車輪的安裝正好垂直于路面，則滿載時(shí)，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。另外，路面對(duì)車輪的垂直反作用力及輪轂緊固螺母的負(fù)荷，降低了他們的使用壽命。因此，為了使輪胎磨損均勻和減輕輪轂外軸承的負(fù)荷，安裝車輪時(shí)應(yīng)預(yù)先使車輪有一定的外傾角，以防止車輪內(nèi)傾。同時(shí)，車輪有了外傾角也可以與拱形路面相適應(yīng)。但是，外傾角也不宜過大，否則會(huì)是輪胎產(chǎn)生偏磨損。

前輪外傾角是在轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)中確定的。設(shè)計(jì)時(shí)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）。

5.4 車輪前束

車輪有了外傾角后，在滾動(dòng)時(shí)就類似于滾錐，從而導(dǎo)致兩側(cè)車輪向外滾開。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。為了消除車輪外傾帶來的這種不良后果，在安裝車輪時(shí)，使汽車兩前輪的中心面不平行，兩輪前邊緣距離的B小于后邊緣距離A，如圖5-3所示。這樣可使車輪在每一瞬間時(shí)滾動(dòng)方向接近于向著正前方。從而在很大程度上減輕和消除了由于車輪外傾角而產(chǎn)生的不良后果。

前輪前束可通過改變橫拉桿的長(zhǎng)度來調(diào)整，調(diào)整時(shí)，可根據(jù)各廠家規(guī)定的測(cè)量位置，使兩輪前后距離差A(yù)-B符合國(guó)家規(guī)定的前束值。一般前束值為0～12mm。測(cè)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。此外，前束也可用角度——前束角表示，如圖5-3中的?角。

5-3車輪前束 結(jié)論

近年來隨著生產(chǎn)水平汽車水平和路面的改善，汽車行使速度的不斷提高，同時(shí)人們對(duì)客車的性能要求也越來越高，如何保證既要具有高的行使速度又要具有良好的轉(zhuǎn)向性能以滿足用戶的要求，是亟待解決的問題。針對(duì)此現(xiàn)象，本論文選擇汽車的主要組成部分轉(zhuǎn)向橋來進(jìn)行設(shè)計(jì)并以HX6560輕型客車轉(zhuǎn)向橋作為研究對(duì)象。

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，汽車運(yùn)輸?shù)某休d重量和運(yùn)行速度都在不斷增加。于是人們對(duì)汽車的安全運(yùn)行也越來越重視，所以對(duì)汽車車橋的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。由于國(guó)外汽車發(fā)展起步早，技術(shù)投入大，因此在技術(shù)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，當(dāng)然也還有很多不足的地方，還需要改進(jìn)，技術(shù)也還需要有所突破。汽車工業(yè)作為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，其前景相當(dāng)廣闊。目前汽車零部件的生產(chǎn)有一定的潛力，但大多數(shù)企業(yè)在產(chǎn)品研究，開發(fā)等環(huán)節(jié)存在一定的欠缺，尤其缺少產(chǎn)品的自主開發(fā)能力，不能適應(yīng)系統(tǒng)配套，難以參與國(guó)際分工。因此，在今后的發(fā)展中，我國(guó)企業(yè)應(yīng)積極吸收國(guó)際汽車先進(jìn)技術(shù)，不斷完善自主體系，如制動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，擴(kuò)大該產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品品種，提高整體技術(shù)水平，增強(qiáng)技術(shù)開發(fā)能力，促使企業(yè)更快的發(fā)展，適應(yīng)汽車行業(yè)全球化趨勢(shì)。

本設(shè)計(jì)以《汽車設(shè)計(jì)》為理論基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)中確定了轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向橋及其零件組成，通過計(jì)算設(shè)計(jì)出了主要零件的尺寸、強(qiáng)度和合理的整體布局。設(shè)計(jì)后的轉(zhuǎn)向橋具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)向靈敏的特點(diǎn)，制造容易，成本低。廣泛用于微、輕型載客汽車。

本文所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向橋?qū)ν愋偷霓D(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳家瑞.汽車結(jié)構(gòu)[M].吉林工業(yè)大學(xué),2000.[2] 中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司著編.中國(guó)轎車叢書-紅旗[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1998.[3] 竺延年.最新車橋設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量檢測(cè)及國(guó)內(nèi)外實(shí)用手冊(cè)[M].中國(guó)知識(shí)出版社,2005.[4] 王洪欣.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)(Ⅰ)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.[5] 徐清富.國(guó)外汽車最近結(jié)構(gòu)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.[6] D.J.Segal.Highway Vehic Object Simulation Model[M].Programmers Manual,1976.[7] 程振彪.世界載客汽車工業(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)[M].汽車科技,2001.[8] 謝衛(wèi)國(guó),汪紅心.客車平順性預(yù)測(cè)與優(yōu)化[J].汽車工程,1991,(3):69～79.[9] 神龍汽車有限公司著編.中國(guó)轎車叢書-富康[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1998.[10] 李卓森等編.中外汽車圖冊(cè)車身分冊(cè)(一)[M].長(zhǎng)春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1995.[11] 王洪欣.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)(Ⅱ)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.[12] Boyes WE.Jigs and fixtures America SME.1982 103-120

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院08級(jí)車輛工程轉(zhuǎn)向橋畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）

致 謝

本設(shè)計(jì)在****老師的悉心指導(dǎo)下完成。從課題的選擇、理論研究到論文的撰寫都得到了何老師的指導(dǎo)和熱情幫助。何老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、豐富的經(jīng)驗(yàn)以及獨(dú)到的見解，使我受益匪淺，在此表示衷心的感謝。

由于本人水平能力有限，本設(shè)計(jì)中一定存在許多的錯(cuò)誤，希望各位老師能給予批評(píng)、指正。最后，感謝在百忙之中評(píng)審論文和參加答辯工作的專家與教授們！

第五篇：汽車造型設(shè)計(jì)說明書

目錄

設(shè)計(jì)目的···········································2 汽車造型的發(fā)展趨勢(shì)·································2 汽車主要參數(shù)的確定·································4 空氣動(dòng)力學(xué)·········································7 人機(jī)工程學(xué)·········································9 汽車造型與色彩·····································12 致謝···············································17 參考文獻(xiàn)···········································18

一、設(shè)計(jì)目的

通過本次課程設(shè)計(jì)使學(xué)生了解汽車車身造型設(shè)計(jì)的程序，理解汽車車身造型設(shè)計(jì)的基本原理和方法，掌握汽車造型設(shè)計(jì)中的色彩學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)以及人機(jī)工程學(xué)的一般知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和分析能力，為以后從事汽車車身設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、車身造型的發(fā)展趨勢(shì)

進(jìn)入21世紀(jì)后，從世界各大汽車博覽會(huì)推出的多款新概念車看，造型更具個(gè)性化特色。車身造型的未來發(fā)展趨勢(shì)綜合起來主要有以下方面：

1、氣動(dòng)最優(yōu)化

一部汽車車身造型發(fā)展史，從某種意義上說就是一部不斷追求具有最佳氣

動(dòng)造型的歷史人們一直在努力研究能夠減小氣動(dòng)阻力且氣動(dòng)穩(wěn)定性好的車身造型，今后這將仍是未來車造型追求的目標(biāo)之一，但更主要的工作是在研究氣動(dòng)行駛穩(wěn)定性上。未來的氣動(dòng)造型最優(yōu)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn):(1)最佳氣動(dòng)性能的車身外形只能通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和部分實(shí)驗(yàn)得出;(2)車身所受的氣動(dòng)縱傾力矩和氣動(dòng)橫擺力矩理論上為零;(3)車身所受的氣動(dòng)升力理論上為略小于零;(4)減少氣功阻力雖然不再是主要目標(biāo)，但氣動(dòng)剛力系數(shù)不應(yīng)大于0.2.2、個(gè)性化

車身氣動(dòng)最優(yōu)化是否會(huì)導(dǎo)致未來汽車外形的雷同，從而失去個(gè)性化，其實(shí)

汽車車身造型的發(fā)展過程己經(jīng)揭示了這個(gè)問題的答案。在車身造型的歷史發(fā)展時(shí)期，可能會(huì)由于追求氣動(dòng)造型的優(yōu)化而使得某一種車型成為一個(gè)時(shí)期內(nèi)的主導(dǎo)車型，但決不是唯

一、就是同一主導(dǎo)車型，也由于氣動(dòng)特性非唯一評(píng)定指標(biāo)而形成不同風(fēng)格，隨著社會(huì)發(fā)展，社會(huì)意識(shí)和美學(xué)觀念，造型過程中會(huì)起到越來越大的作用，現(xiàn)代人對(duì)汽車式樣個(gè)性化要求也會(huì)越來越高。不同層次不同行業(yè)、不同種群的審美意識(shí)也會(huì)大不相同。隨著人類物質(zhì)文化水平的提高和生活環(huán)境的變化以及生活方式的多樣化，作為大眾化商品的轎車無疑將出現(xiàn)各式各樣更新穎更奇特的新車型。

3、人性化

汽車是人的代行工具，與人在日常生活中息息相關(guān)，己形成獨(dú)特的汽車文

化?！耙欢驯涞匿撹F”是無法滿足現(xiàn)代人精神和文明需要的。車身造型設(shè)計(jì)必須以人為本，體現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)，使用操作方便、舒適，使汽車適應(yīng)人的各種生理和心理要求，從而提高工作效率、保障安全、維護(hù)健康。未來的車身造型設(shè)計(jì)將在車身外觀設(shè)計(jì)、人機(jī)工程以及室內(nèi)環(huán)境等方面更加注意人性化的發(fā)展。

4、虛擬技術(shù)

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在車身造型中應(yīng)用，使得造型設(shè)計(jì)中可采用計(jì)算機(jī)模擬

色彩、紋理、質(zhì)感、背景、陰影及運(yùn)用三維視覺效果生成虛擬汽車車身造型并實(shí)施漫游。通過仿真設(shè)備和虛幻環(huán)境的動(dòng)態(tài)模型創(chuàng)造出人能夠感知的虛擬現(xiàn)實(shí)，完全替代傳統(tǒng)的實(shí)體模型和造型效果圖的平面表述方式，甚至能做到未出實(shí)車而能體驗(yàn)實(shí)車的感覺，使車身造型技術(shù)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變革。

5、全球化

20世紀(jì)90年代以來，面對(duì)市場(chǎng)和用戶對(duì)新技術(shù)扣新產(chǎn)品日益提高的要求，制造廠商必須在最短的時(shí)間內(nèi)使產(chǎn)品更新?lián)Q代，這就使得各公司不得不建立合作伙伴關(guān)系，以彌補(bǔ)資金和技術(shù)力量之不足，通過整合資源、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)以達(dá)事半功倍的效果。這樣汽車造型設(shè)計(jì)就逐步擺脫國(guó)家和地域的束縛，日漸走向全

(4)減少氣功阻力雖然不再是主要目標(biāo)，但氣動(dòng)剛力系數(shù)不應(yīng)大于0.2.三、汽車主要參數(shù)的確定

確定汽車尺寸首先要服從機(jī)械布局，然后要滿足各項(xiàng)應(yīng)有的功能，如必須具備載客、載貨的空間等。下面詳談各尺寸的具體確定方法：

1、長(zhǎng)度

長(zhǎng)度是對(duì)汽車的用途、功能、使用方便性等影響最大的參數(shù)。因此一般以長(zhǎng)度來劃分車身等級(jí)。車身長(zhǎng)意味著縱向可利用空間大，這是顯而易見的；但太長(zhǎng)的車身會(huì)給調(diào)頭、停車造成不便。4米長(zhǎng)與5米長(zhǎng)的汽車在駕駛感覺上會(huì)有很大的差異，一般中小型乘用車長(zhǎng)4米

左右，接近5米長(zhǎng)的可算作大型車了。

2、寬度

寬度主要影響乘坐空間和靈活性。對(duì)于乘用轎車，如果要求橫向布置的三個(gè)坐位都有寬闊的乘坐感（主要是足夠的肩寬），那么車寬一般都要達(dá)到1.8M。近年由于對(duì)安全性的要求，車門壁的厚度有所增加，因此車寬也普遍增加。日本車對(duì)寬度的限制比較嚴(yán)，大部分在1.8M以下，歐洲車則傾向增大車寬。但是車身太寬會(huì)降低在市區(qū)行走、停泊的方便性，因此對(duì)于轎車來說車寬2m是一個(gè)公認(rèn)的上限。接近2米或超過2米的車都會(huì)很難駕駛。道路用車（大貨車、大客車）的車寬一般也不能超過2.5米。對(duì)于車外倒后鏡不能折疊的車輛，規(guī)格表上的寬度一般把外伸倒后鏡也包括在內(nèi)，因而有些歐洲轎車規(guī)格表上的寬度接近甚至超過2米（例如FIAT MULTIPLA寬度為2010mm）。

3、高度

車身高度直接影響重心（操控性）和空間。大部分轎車高度在1.5米以下，與人體的自然坐姿高度相比低很多，主要是出于降低全車重心的考慮，以確保高速拐彎時(shí)不會(huì)翻車。MPV、面包車等為了營(yíng)造寬闊的乘坐（頭部空間）和載貨空間，車身一般比較高（1.6米以上），但隨之使整車重心升高，過彎時(shí)車身側(cè)傾角度大；這是高車身車種的一個(gè)重大特性缺陷。此外在日本，香港等一些地區(qū)，大部分的室內(nèi)停車場(chǎng)都有高度限制，一般為1.6米，這也是確定車高的重要考慮因素。小型車為了在有限的占地面積內(nèi)擴(kuò)大車廂空間，近年有向上發(fā)展的趨勢(shì)，如豐田的YARIS（高1500mm）和標(biāo)致206（1430mm），以及一批

超過1.7M的日本K-CAR級(jí)RV（如鈴木W(wǎng)AGON R），車身都比傳統(tǒng)的小型車高出很多，重心升高導(dǎo)致的主動(dòng)安全性下降是必然的。

4、軸距

在車長(zhǎng)被確定后，軸距是影響乘坐空間最重要的因素，因?yàn)檎冀^大多數(shù)的2廂和3廂轎車，乘員的坐位都是布置在前后軸之間的。長(zhǎng)軸距使乘員的縱向空間增大，直接得益的是對(duì)乘坐舒適性影響很大的腳部空間。在行駛性能方面，長(zhǎng)軸距能提高直路巡航的穩(wěn)定性，但轉(zhuǎn)向靈活性下降，回旋半徑增大。因此在穩(wěn)定性和靈活性之間必須作出取舍，取得適當(dāng)?shù)钠胶狻?/p>

5、前、后懸

車長(zhǎng)=前懸+后懸+軸距。所以軸距越長(zhǎng)，前后懸便越短。最短的懸殊長(zhǎng)可以短至只有車輪，即為車輪半徑1/2。但除了一些小型車要竭力增加軸矩來擴(kuò)大乘坐空間外，一般轎車的懸長(zhǎng)都不能太短，一來軸矩太長(zhǎng)會(huì)影響靈活性，二來要考慮機(jī)械零件的布局。近年為了滿足嚴(yán)格的正面撞擊測(cè)試法規(guī)，有加長(zhǎng)前懸的趨勢(shì)，目的是容納車架的撞擊緩沖結(jié)構(gòu)。后懸則可以比前懸稍長(zhǎng)一些。

6、輪距

輪距直接影響汽車的前后寬度比例。與其它尺寸相比，輪距更受機(jī)械布局（尤其是懸掛系統(tǒng)類型）的影響，是造型設(shè)計(jì)師需要在很早期就確定的參數(shù)。一般轎車的前輪距比后輪略大（相差約10-50MM），即車身前半部比后半部略寬，這與氣流動(dòng)力學(xué)有關(guān)（將在以后詳述）。在操控性方面，輪距越大，轉(zhuǎn)向極限和穩(wěn)定性也會(huì)提高，很多高性能

跑車車身葉子板都向外拋，就是為了盡量擴(kuò)大輪距。

7、離地距

離地距即車體最低點(diǎn)與地面的距離。后驅(qū)車的離地最低點(diǎn)一般在后軸中央，前驅(qū)車一般在前軸，也有些轎車的離地距最低點(diǎn)在前防撞桿下緣（氣流動(dòng)力學(xué)部件）。離地距必須確保汽車在行走崎嶇道路、上下坡時(shí)的通過性，即保證不“刮底”。但離地距高也意味著重心高，影響操控性，一般轎車的最低離地距為130mm-200mm，附合正常道路狀況的使用要求。

四、空氣動(dòng)力學(xué)

眾所周知，車速越快阻力越大，空氣阻力與汽車速度的平方成正比。如果空氣阻力占汽車行駛阻力的比率很大，會(huì)增加汽車燃油消耗量或嚴(yán)重影響汽車的動(dòng)力性能。據(jù)測(cè)試，一輛以每小時(shí)100公里速度行駛的汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的百分之八十將被用來克服空氣阻力，減少空氣阻力，就能有效地改善汽車的行駛經(jīng)濟(jì)性，因此轎車的設(shè)計(jì)師是非常重視空氣動(dòng)力學(xué)。在介紹轎車性能的文章上經(jīng)常出現(xiàn)的“空氣阻力系數(shù)”就是空氣動(dòng)力學(xué)的專用名詞之一，也是衡量現(xiàn)代轎車性能的參數(shù)之一?？諝庾枇ο禂?shù) 汽車在行駛中由于空氣阻力的作用，圍繞著汽車重心同時(shí)產(chǎn)生縱向，向和垂直等三個(gè)方向的空氣動(dòng)力量，對(duì)高速行駛的汽車都會(huì)產(chǎn)生不同的影響，其中縱向空氣力量是最大的空氣阻力，大約占整體空氣阻力的百分之八十以上。它的系數(shù)值是由風(fēng)洞測(cè)試得出來的，與汽車上的合成氣流速度形成的動(dòng)壓力有密切關(guān)系。當(dāng)車身投影尺寸相同，車身外形的不同或車身表面處理的不同而造成空氣動(dòng)壓值不同，其空氣阻

力系數(shù)也會(huì)不同。由于空氣阻力與空氣阻力系數(shù)成正比關(guān)系，現(xiàn)代轎車為了減少空氣阻力就必須要考慮降低空氣阻力系數(shù)。從50年代到70年代初，轎車的空氣阻力系數(shù)維持在0.4至0.6之間。70年代能源危機(jī)后，各國(guó)為了進(jìn)一步節(jié)約能源，降低油耗，都致力于降低空氣阻力系數(shù)，現(xiàn)在的轎車空氣阻力系數(shù)一般在0.28至0.4之間。轎車外形設(shè)計(jì)為了減少空氣阻力系數(shù)，現(xiàn)代轎車的外形一般用園滑流暢的曲線去消隱車身上的轉(zhuǎn)折線。前圍與側(cè)圍、前圍、側(cè)圍與發(fā)動(dòng)機(jī)罩，后圍與側(cè)圍等地方均采用園滑過渡，發(fā)動(dòng)機(jī)罩向前下傾，車尾后箱蓋短而高翹，后冀子板向后收縮，擋風(fēng)玻璃采用大曲面玻璃，且與車頂園滑過渡，前風(fēng)窗與水平面的夾角一般在25度－33度之間，側(cè)窗與車身相平，前后燈具、門手把嵌入車體內(nèi)，車身表面盡量光潔平滑，車底用平整的蓋板蓋住，降低整車高度等等，這些措施有助于減少空氣阻力系數(shù)。在80年代初問世的德國(guó)奧迪100C型轎車就是最突出的例子，它采用了上述種種措施，其空氣阻力系數(shù)只有0.3，成為當(dāng)時(shí)商業(yè)代轎車外形設(shè)計(jì)的最佳典范。.據(jù)試驗(yàn)表明，空氣阻力系數(shù)每降低百分之十，燃油節(jié)省百分之七左右。曾有人對(duì)兩種相同質(zhì)量，相同尺寸，但具有不同空氣阻力系數(shù)(分別是0.44和0.25)的轎車進(jìn)行比較，以每小時(shí)88公里的時(shí)速行駛了100公里，燃油消耗后者比前者節(jié)約了1.7公升?？疾燹I車車形的發(fā)展史，從本世紀(jì)初的福特T型箱式車身到30年代中型的甲蟲型車身，從甲蟲型車身到50年代的船型車身，從船型車身到80年代的楔型車身，直到今天的轎車車身模式，每一種車身外形的出現(xiàn)，都不是某一時(shí)期單純的工業(yè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，而是伴隨著現(xiàn)代空氣動(dòng)力學(xué)

技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展的。空氣阻力系數(shù)在過去的轎車手冊(cè)中從未出現(xiàn)過，今天則是介紹轎車的常

用術(shù)語(yǔ)之一，成為人們十分關(guān)注的一種參數(shù)了。

五、人機(jī)工程學(xué)

汽車造型設(shè)計(jì)是藝術(shù)和科技在現(xiàn)代化批量生產(chǎn)的條件下完美結(jié)合的創(chuàng)作過程，它代表了工業(yè)設(shè) 計(jì)的最高水平。造型設(shè)計(jì)是根據(jù)汽車整體設(shè)計(jì)的各 方面要求進(jìn)行整車內(nèi)部和外部可見部分的形體的 塑造，目的是吸引和打動(dòng)潛在顧客，使其產(chǎn)生擁有 的欲望。汽車造型設(shè)計(jì)不是對(duì)汽車的簡(jiǎn)單裝飾，而是運(yùn)用藝術(shù)手法科學(xué)地表現(xiàn)汽車的功能、材料、工藝和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是決定產(chǎn)品命運(yùn)的關(guān)鍵過程。汽車 造型已成為汽車產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)最有力的手段之一。造型設(shè)計(jì)的最終產(chǎn)物是藝術(shù)品，同時(shí)由于汽車產(chǎn)品 非常注重使用性，所以造型設(shè)計(jì)的最終產(chǎn)物也是產(chǎn) 品，設(shè)計(jì)師必須知道各種設(shè)計(jì)會(huì)帶來怎樣的效果，包括車尾造型所得的空氣動(dòng)力學(xué)效果，前后懸的長(zhǎng) 度對(duì)操控性的影響，車內(nèi)布局所涉及的人體工程學(xué) 等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于改善駕駛員的 勞動(dòng)條件和乘車環(huán)境有了越來越高的要求，極大地 推動(dòng)了人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中的發(fā)展。

人機(jī)工程學(xué)，是把人的因素作為產(chǎn)品設(shè)計(jì) 的重要參數(shù)，從而為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供一種新的理論依 據(jù)和方法，人機(jī)工程學(xué)研究的中心問題就是優(yōu)化人 機(jī)關(guān)系。在汽車設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)稱為車輛人機(jī)工 程學(xué)，它是以改善駕駛員的勞動(dòng)條件和車內(nèi)人員的 舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適為目標(biāo)，力求使整個(gè)系統(tǒng)總體性能達(dá)到最

優(yōu)。車輛人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用人體測(cè)量學(xué)、人體力學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)、勞動(dòng)心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對(duì)人 體結(jié)構(gòu)特征和機(jī)能特征進(jìn)行研究，提供人體各部分 的尺寸、體表面積、比重、重心以及人體各部分在 活動(dòng)時(shí)的相互關(guān)系及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還 提供人體各部分的出力范圍、活動(dòng)范圍、動(dòng)作速度、動(dòng)作頻率等人體機(jī)能特征參數(shù)，分析人的視覺、聽 覺、觸覺等感覺器官的機(jī)能特性。

人機(jī)工程學(xué)在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用車身設(shè)計(jì)中人體工程學(xué)的內(nèi)容：1)對(duì)人體各部 尺寸進(jìn)行測(cè)量、統(tǒng)計(jì)和分析，確定車內(nèi)的有效空間 圖 5 奧迪有 5％以下的人群去選擇這樣一款車型，因此為避 免資源和空間的浪費(fèi)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該在該類車型人體 尺寸設(shè)計(jì)上作相關(guān)設(shè)計(jì)調(diào)整，最后可能會(huì)選擇滿足 50％一 95％百分位人群的需要。設(shè)計(jì)不該是面面俱 到的，而應(yīng)該根據(jù)具體的目標(biāo)人群的特點(diǎn)作出適當(dāng) 的調(diào)整。2)通過對(duì)人體生理結(jié)構(gòu)的研究，使座椅設(shè)計(jì)以及 人體坐姿符合人體乘坐舒適性要求 3)根據(jù)對(duì)人體 操縱范圍和操縱力的測(cè)定，確定各操縱裝置的布置 位置和作用力大小 4)通過對(duì)人眼的視覺特性、視 覺效果的研究、試驗(yàn)、校核駕駛員的信息系統(tǒng)，保 證駕駛員獲得正確的駕駛信息等。

駕駛視野設(shè)計(jì) 通過對(duì)人眼的視覺特性、視野效果的研究、試 驗(yàn)，校核駕駛員的信息系統(tǒng)，確定汽車外觀造型件 的設(shè)計(jì)滿足駕駛員視野要求的尺寸關(guān)系和位置關(guān) 系，以保證駕駛員獲得正確的駕駛信息。所謂視覺 效果良好的汽車，通常是指具有廣闊的視野，視覺 干擾少和具有良好的視覺適應(yīng)性的汽車。人機(jī)工程 學(xué)從研究人眼的視

覺特征、人眼的視野、人眼在車 內(nèi)的位置分布，人車視野及車身結(jié)構(gòu)、形狀、布置 4 尺寸和布置位置出發(fā)，分析汽車的各種視覺效果。這些應(yīng)該在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行研究并制訂出方案。跟視野有關(guān)的造型部件主要有前風(fēng)窗、后視 鏡、側(cè)窗。視野是指人眼所能觀察的空間范圍，車 身設(shè)計(jì)中從人眼的視野出發(fā)，研究人車視野，包括 直接視野、間接視野、雨刷視野和儀表視野等。這 些視野內(nèi)容是衡量汽車視覺性能的重要方面，車身 造型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以認(rèn)真對(duì)待。如風(fēng)窗形狀、面積大 小及位置，車身立柱斷面大小、形狀及位置，后視 鏡布置位置及性能參數(shù)，刮刷及除霜面積和部位，儀表和方向盤的位置和形狀等。良好的人車視野性 能是指在駕駛員的視野內(nèi)產(chǎn)生最少的視野盲區(qū)。在 設(shè)計(jì)中常見的是采用 95％百分位的眼橢圓板來確 定相關(guān)視野功能件的尺寸位置關(guān)系。駕駛員以正常 駕駛姿勢(shì)坐在坐椅上，其眼睛所在位置的分布范圍 是通過對(duì)駕駛員眼睛所在位置的測(cè)量、統(tǒng)計(jì)分析得 到的，由于駕駛員眼睛的位置分布圖形呈橢圓狀，故稱為眼橢圓。確定了眼橢圓后，即可得出駕駛員的實(shí)際前方視野范圍，確定前風(fēng)窗 開口面積、風(fēng)窗傾角和位置、窗柱尺寸和位置等。眼橢圓樣板 同時(shí)，小腿向前伸，大腿與小腿小腿與腳掌之間也 達(dá)到一定角度。汽車坐椅設(shè)計(jì)中，考慮 到不同體形駕駛員作業(yè)的需要，座椅一般設(shè)計(jì)成可 調(diào)活動(dòng)式，即坐椅可前后左右調(diào)節(jié)，靠背可角度調(diào) 節(jié)。座椅的尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)可參考駕駛或乘坐姿勢(shì)下 人體尺寸的測(cè)量值加以確定，使座椅的設(shè)計(jì)最大限 度的滿足駕駛過程中的便捷性需要。

駕駛員座椅布置 座椅作為駕駛者的主要載體，舒適和便捷是設(shè)

計(jì)得終極目標(biāo)。舒適性通常包括震動(dòng)舒適性、坐姿 舒適性和操作舒適性。而便捷則必須考慮到司機(jī)的 圖8 一些具體動(dòng)作，比如伸腿，胸至方向盤的距離等問 題。通過對(duì)人體特性參數(shù)的研究，利用生物力學(xué)和 人體工學(xué)等知識(shí)對(duì)這些特性參數(shù)進(jìn)行分析，明顯的 可以看出駕駛坐椅的靠背與座面的夾角及座面與 水平面的夾角是影響司機(jī)駕駛作業(yè)的關(guān)鍵，研究表 明最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略 向上后傾斜，保持上體與大腿間角在 900 一 1150。方向盤位置、4.3 方向盤位置、尺寸和傾角 方向盤的前后位置要受到轉(zhuǎn)向器的制約，不能 偏離太大。方向盤到駕駛員座椅的前后距離不能太 小，否則高個(gè)子駕駛員操作不便，并且不利于駕駛 員(尤其是小個(gè)子駕駛員)碰撞時(shí)的安全性。方向盤通常能夠前、后調(diào)整。設(shè)計(jì)方向盤的調(diào) 整量要考慮在最前、最上端不會(huì)與儀表板干涉，并 且角度合適；在最下、最后端不會(huì)與駕駛員大腿干涉。

六、汽車造型與色彩

汽車色彩的含義（1）銀灰色。銀灰色最能反映汽 車本質(zhì)的顏色?？匆娿y灰色就想起 了汽車的金屬材料，給人的整體感 很強(qiáng)。在汽車銷售時(shí)，則一品牌子 中，銀色汽車最具有運(yùn)動(dòng)感，也最 具有人氣。如大眾波羅、寶來，日 產(chǎn)天籟、奧迪A6等，銀色汽車的銷 量一直名列前茅。（2）白色。白色車是中性色，對(duì) 車主的性別要求不高。白色給人以 明快、活潑和大方的感覺。白色是 中間色，容易與外界環(huán)境相吻合而 協(xié)調(diào)。白色車身較耐臟，路上泥漿 或污物濺上干后不易看出。另外，白色是膨脹色，容易使小車顯大。日本車在上世紀(jì)

80年代，有白色代 表高級(jí)的說法，白色車的銷量達(dá)到 總銷量的70%。（3）黑色。黑色是一種矛盾的 顏色，既代表保守和自尊，又代 表新潮與性感受，給人以莊重、尊貴和嚴(yán)肅的感覺。黑色也是中 間色，容易與外界環(huán)境相適應(yīng)，但車身不耐臟。黑色一直是公務(wù) 用車的首選，高檔黑色轎車氣派 十足，但低檔車最好不要用黑色。（4）紅色。紅色包括大紅、棗紅，給人以跳躍、興奮和歡樂的感覺。紅色是放大色，同樣可以使小車變 大。紅色是別致又理想的顏色，對(duì) 于跑車和運(yùn)動(dòng)型車非常適合。（5）藍(lán)色。藍(lán)色是安靜的色調(diào)，感覺非常收斂，個(gè)性不張揚(yáng)，如同 地球的深邃和大海的包容。但藍(lán)色 不耐臟。（6）黃色。黃色給人明快、溫暖 和活潑的感覺。黃色是擴(kuò)大色，在 環(huán)境視野中很顯眼，跑車，小型車 用黃色很適合。出租車和工程搶險(xiǎn) 車也使用黃色，便于人們及早的發(fā) 現(xiàn)。但私家車用黃色的不多。一般 使用的是由黃色派生出來和香檳色。（7）綠色。綠色顏色淺淡，但其 色彩鮮艷，具有較好的可視性。既 是大自然中森林的顏色，又是春天 的顏色。使用綠色的金屬漆也一改 以前冰冷的色調(diào)，以溫暖的面貌出 現(xiàn)。

汽車顏色的命名、汽車色彩的名稱起得都很悅耳，通常以著名地名、形似色進(jìn)行命名，如寶石藍(lán)、富貴黃、元黑等。顏色 的命名雖然很有文化底蘊(yùn)，但有時(shí) 也讓人不知所措。其實(shí)有時(shí)候顏色 命名就是為了聽起來顯得有檔次。常見顏色命名 紅色：波爾多紅、法拉利紅、龐貝紅、火焰紅、印第 安紅、瑞麗紅、卡羅拉多紅。綠色：威尼斯綠、云杉綠、碧璽弛、典雅綠。白色：極地白、鉆石白、塔

夫綢白、糖果白。黃色：香檳金、依莫娜黃、豐收金、未來金。銀色：水晶銀、金屬銀、絲緞銀?；疑河钪婊摇⒔饘倩?。藍(lán)色：勒芒藍(lán)、領(lǐng)袖藍(lán)、太空藍(lán)、永恒藍(lán)、溫莎藍(lán)、峽灣藍(lán)。黑色：魔力黑、無黑。色彩給人的心理感覺、色彩給人的心理感覺是指冷曖感、進(jìn)退以及 象征感。對(duì)于汽車，每一種顏色都有其美妙的 韻味。例如：紅色，代表生命，充滿火熱的激 情，因此一些運(yùn)動(dòng)型轎車往往采用紅色，如法 拉利，其經(jīng)典的紅色讓一代又一代的車迷為之 傾倒。黑色，最具神秘感的顏色，高貴典雅，是高級(jí)轎車永恒的流行色。白色，純凈素雅，不同凡俗，給人以超凡出塵的感覺。藍(lán)色，博 大與沉靜，讓人聯(lián)想起無邊無際的大海，一襲 尊貴的藍(lán)色，讓你在享受駕駛快感的同時(shí)，也 體會(huì)到成功者的睿智與豁達(dá)。綠色，提起它就 會(huì)聯(lián)想起綠水青山的詩(shī)情畫意，給人以心靈的 撫慰，讓你找回生命的自我。顏色 銀色 白色 大紅 深藍(lán)/深紅 淡藍(lán)到天藍(lán)色 暗藍(lán)色 灰褐色 黑色 灰色 暗綠色 土黃色/土綠色 金黃色 明黃色 深棕色 橙色 深紫色 雅致、熱愛未來風(fēng)格、酷 挑剔 含 義 性感、速度感、高能量與活力 類似于紅色，但比紅色稍內(nèi)斂一些 酷、沉著、安靜、忠誠(chéng) 可信、自信、可靠 永恒、基本和簡(jiǎn)單的口味 權(quán)力感、優(yōu)雅、經(jīng)典 冷靜、實(shí)用、注重實(shí)際 傳統(tǒng)、和諧、可信賴 新潮、古怪、反復(fù)無常、活躍 聰明、溫暖、熱愛舒適 陽(yáng)光、快樂、年輕 腳踏實(shí)地 熱愛樂趣、潮流、變幻無常 有創(chuàng)意、個(gè)性化強(qiáng)

色彩與安全（1）顏色的進(jìn)退性。即所謂前進(jìn)色和后退后。比如使 紅、黃、藍(lán)、綠色的轎車與觀察者保 持等距度，在觀察者看來，似乎紅色 和黃色轎車要近一些，而藍(lán)色和綠色 轎車要遠(yuǎn)一些。因此，紅色和黃色稱 前進(jìn)色，藍(lán)色和綠色稱后退色。前進(jìn) 色的視認(rèn)性較好。（2）顏色的脹縮性。將相同車身涂上不同的顏色，會(huì) 產(chǎn)生體積大小不同的感覺。如黃色感 覺大一些，有膨脹性，稱膨脹色；藍(lán) 色和綠色感覺小一些，有收縮性，稱 收縮色。膨脹色與收縮色視認(rèn)效果不 一樣，據(jù)日本和美國(guó)車輛事故調(diào)查，發(fā)生事故的轎車中，藍(lán)色和綠色的最 多，黃色的最少，可見膨脹色的視認(rèn) 性較好。（3）顏色的明暗性。顏色在人們視覺中的亮度是不同的，可分為明色和 暗色。紅色和黃色為明色，視認(rèn)性較好。暗色和車型 看起來會(huì)覺得小一些、遠(yuǎn)一些和模糊一些。比如銀灰 色汽車，不僅看上去有品位，而且其色彩能反光，視 認(rèn)性最好，發(fā)生車禍的機(jī)率最低。汽車內(nèi)飾色彩的選擇也同樣影響著行車安全。不同的色彩對(duì)駕駛員的情緒具有不同的影響。內(nèi)飾 采用明快的配色，能給人寬敞、舒適的感覺。夏天最 好用冷色，冬天最好用暖色，可以調(diào)節(jié)冷暖感覺。暗 色給人以重，明色給人以輕。紅色內(nèi)飾最容易使人引 起視覺疲勞，淺綠色則可以放松視覺神經(jīng)。利用不同 的顏色的座椅布套來調(diào)節(jié)車內(nèi)顏色，花錢不多，效果 顯著。

汽車色彩的變遷、汽車色彩的流行具有一定的時(shí)間性、區(qū)域性 和層次性。汽車的流行色彩有其自身的發(fā)展規(guī) 律。新鮮感則是汽車流行色彩的原動(dòng)力。如果 總是一樣的色彩，人們就會(huì)需要新的刺激。大 量的資料表明，汽車的流行色彩也是呈現(xiàn)周期 性的變化，其新鮮感周期一般是一年半左右，交替周期大約為三年半左右。以日本汽

車色彩 的變遷為例，1965年前，灰色汽車倍愛清睞，1965年則盛行藍(lán)色，灰色和銀色。1968年，黃色汽車增多，而到1970年則橄欖色和褐色增多。1985年白色汽車又占有了主導(dǎo)地位。而在 現(xiàn)在，則汽車中的銀灰色、白色、黑色成為了 主體色。未來的汽車世界將會(huì)色彩斑斕?？蛻舨辉傩枰獋鹘y(tǒng)的單色或純色，而 是能夠充分體現(xiàn)自己個(gè)性的色彩。柔和的車體表面配合精細(xì)的色彩變 化以及略微帶有金色和橙色色調(diào)的 銀色和灰色的變體色將成為未來的 一種趨勢(shì)。同時(shí)，加入了一些銀色 調(diào)的米色和中性且?guī)в屑?xì)致的青綠 色調(diào)的石墨色將會(huì)受到歡迎。

汽車色彩的應(yīng)用根據(jù)車型來選擇轎車顏色明度和純度高的顏色能使車體顯得大一些，如淡藍(lán)、淡綠、灰白色等，因此適用于微型轎車。對(duì) 于大型和中型轎車來說，采用明度和純度適中的顏 色較宜。如藍(lán)、白和銀色等。買大型轎車最好選擇 低明度和紙純度顏色，如黑色、深灰色、深藍(lán)色等。因?yàn)檫@類顏色所產(chǎn)生的壓縮效應(yīng)使車體看起來較為 緊湊和堅(jiān)實(shí)。有時(shí)車體豐滿的豪華車噴上一兩種顏 色飾條，可變得“俏麗苗條”起來。大客車，由于車身轉(zhuǎn)折比較簡(jiǎn)單，大平面較多，因而更要注意比例劃分，使用雙色最好。但選用色彩時(shí)，兩種色 彩在色相上不宜采取過強(qiáng)的對(duì)比，而在 色彩的明度、純度和面積等幾個(gè)方面則 可以有較大的判別以便分清主次。貨車 和越野汽車，因?yàn)橛猛据^廣，不宜采用 太淺的色彩。軍用汽車則一般采用迷彩 色，特種車一般采用鮮明的對(duì)比色彩，如黃色和紅色等。選購(gòu)汽車顏色，還應(yīng)考慮不同經(jīng) 緯的日照量及地區(qū)的光強(qiáng)和濕度。在 低緯

地區(qū)（如海南），日照時(shí)間長(zhǎng)，光強(qiáng)相對(duì)較強(qiáng)，因此車身的日照面與 背面顏色的反差很大，如采用柔和的 中間色調(diào)就可消除這種反差，而在高 緯度地區(qū)（如黑龍江），日照時(shí)間短，光強(qiáng)相對(duì)較弱，反差小，可采用強(qiáng)烈 的純色以加強(qiáng)車身造型效果

致 謝

在兩周課程設(shè)計(jì)期間，在孫偉老師的辛勤指導(dǎo)以及同學(xué)的幫助下，圓滿完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，了解了汽車車身造型設(shè)計(jì)的程序，鞏固了汽車車身造型設(shè)計(jì)的基本原理和方法，為以后從事汽車車身設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。特此對(duì)孫偉老師以及共同學(xué)習(xí)的同學(xué)表示衷心的感謝。羊拯民，汽車車身設(shè)計(jì)王望予，汽車設(shè)計(jì)谷正氣，汽車空氣動(dòng)力學(xué)毛恩榮，車輛人機(jī)工程學(xué)杜子學(xué)，汽車造型黃天澤，汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)

[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2008。[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2004。[M]，人民交通出版社，2005。[M]北京理工出版社，2007。[M]，人民交通出版社，2005。

[M],機(jī)械工程出版社，1997。18

[1][2][3][4][5][6]