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1、公路与汽运总第152期Highways&AutomotiveApplications11载货汽车前桥总成设计及受力分析张保(山西大运汽车制造有限公司,山西运城044000)摘要:结合传统的汽车设计理论,利用前桥初步设计的经验参数,介绍了一种简便的重型载货汽车前桥设计方法;在车辆通过不平路面、制动、侧滑3种工况下,分别对载货汽车前轴、转向节、主销及衬套等关键零部件的受力进行分析,并进行了强度校核。关键词:汽车;重型货车;前桥;受力分析;强度校核中图分类号:U469.2文献标志码:A文章编号:1671-2668(2012)05-0011-04近年来,
2、随着中国国民经济的大幅增长,汽车运a0.5输得以突飞猛进地发展,汽车的承载重量和运行速度都在不断增加,人们对汽车的安全运行越来越重a视,各大汽车制造商对汽车前轴的设计也提出了更aa.836严格的要求。前桥通过悬挂系统与车架相连,两端a安装车轮,用以在车架与车轮之间传递各种作用力及其力矩,并利用转向传动机构使两转向轮转角按4.25a一定关系变化进而实现汽车的转向,因其兼具承载和转向作用,所以它是汽车的主要安全部件之一。图1前轴工字形断面尺寸推荐值(单位:mm)由于汽车使用工况多变导致前桥的受力情况比较复设计中,前轴在板簧座处的弯曲截面系数Wv杂,除
3、承受垂直载荷外,还承受纵向力、侧向力及其可采用下式预算:力矩。下面利用传统的汽车设计理论确定前轴总成3Wv=ml/2200cm各零部件的主要设计参数,并对前轴、转向节、主销式中:m为作用于该前轴的簧上质量(kg);l为车轮及衬套等主要零部件在不同工况下的受力进行分析中心线至板簧座中线间的距离(cm);2200为系数和强度校核。(kg·cm-2)。1.2拳部及主销1主要零件尺寸的确定前轴拳部高度约等于前轴工字形断面的高度,通常,载货汽车前轴较长的中间部分为工字形即6a;主销孔直径可取拳部高度的0.35~0.45;主断面并相对两端向下偏移一定距离,以
4、降低整车重销衬套长度取主销直径的1.25~1.50。心并扩展驾驶员视野;两端各有一呈拳形加粗部分2主要零件工作应力的计算校核作为安装主销的拳部,与拳部相连的部分略成方形;而靠近两端使拳部与中间部分相连的向下弯曲部分2.1前轴则采用上述两种断面逐渐过渡的形状,中部两侧还前轴一般选用碳钢或Cr钢整体模锻成型,经调要锻造出两处用以支承板簧的加宽面———板簧座。质处理后硬度为241~285HB。绘制计算简图时可该结构可保证其质量较小的情况下刚度大、强度高。忽略车轮定位角,即认为主销内倾角、主销后倾角和1.1工字形断面车轮外倾角均为零,而左、右转向节轴线重
5、合且与主工字形断面尺寸的推荐值见图1,虚线轮廓表销中心线位于同侧垂直平面内(见图2)。下面对车示其当量断面。该断面的垂向弯曲截面系数Wv和辆通过不平路面、制动、侧滑等3种工况下其主要零水平弯曲截面系数Wh可近似取为:部件的工作应力进行校核。33,W33Wv=20ammh=5.5amm2.1.1通过不平路面式中:a为工字形断面中部尺寸(mm)。通过不平路面时,作用于前轴板簧座间动载荷公路与汽运第5期12Highways&AutomotiveApplications2012年9月G制动力2.1.2制动制动时,垂向力Z左、制动力Pτ使得前轴承受G扭矩
6、和水平弯矩。Ⅰ-Ⅰ断面承受水平和垂直两个BK方向的作用力,其值为:B′rⅡgⅠh1Z左=m制·G前rⅡ2ⅠPτ=X左=Z左φY左Y右式中:m制为制动时前桥质量转移系数,m制=1+X左Z左MM铅铅X右Z右(h)/b;h为整车满载质心高度;φ为轮胎与路面gφg的附着系数,制动工况时取0.7;b为整车质心到后MM水水桥中心线的水平距离(mm)。M扭Ⅰ-Ⅰ断面处弯矩为:B-B′图2前轴动载、制动时的弯矩图Mv=(Z左-gw)2的弯矩B-B′Mh=Z左φG前B-B′2M动=δ(-gw)·22制动力Pτ还使前轴Ⅱ-Ⅱ断面处承受扭矩,式中:δ为动载荷系数,δ=
7、2.5;G前为前桥满载静负其值为:荷(N);gw为单个车轮(包括轮毂、制动器等)所受T=Pτr重力(N);B为轮距(mm);B′为板簧中心距(mm)。式中:r为轮胎滚动半径(mm)。弯曲应力由图2可见,前轴在Ⅰ-Ⅰ断面处所承受的弯M动矩、扭矩均最大。Ⅰ-Ⅰ断面处所受弯曲应力和扭σ动=Wv转应力为:式中:Wv为Ⅰ-Ⅰ断面(见图3)的垂向抗弯截面系MvMh数(mm3),按式(1)计算。σw=+WvWhⅠ-ⅠⅠ-ⅠTτ=WT式中:Wv、Wh见式(1);WT为前轴在危险断面处的b/2b/2′扭转截面系数(mm3)。hHH前轴的许用应力[σ]=300MPa
8、,[τ]=150MPa。2.1.3侧滑b′h′设车辆向左侧滑,如汽车高速行驶时急速右转弯,侧滑时侧向力达到最大。根据图2对右前轮接（a）
