最新重型自卸汽车设计转向系及前桥设计毕业.docx

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最新重型自卸汽车设计转向系及前桥设计毕业

3、常用的传输介质有两类：

有线和无线。

有线介质有_双绞线_______、_同轴电缆___、__光纤__。

性别L1用.T.表示男生，.F.表示女生

PACK

2）为表stud1.dbf中“获奖次数”在五次以上（含5次）的学生的总成绩加上5分，“获奖次数”在五次以下的学生的总成绩加上3分，可使用命令：

endif

docase

A、D类B、C类C、B类D、A类

【答案】D

二、选择题（每题2分，共30分）

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大学

毕业设计（论文）

题目＿重型自卸汽车设计（转向系及前桥设计）

重型自卸汽车设计（转向系及前桥设计）

摘要

汽车的转向就是驾驶员按照自己的意志使行驶中的汽车行驶方向改变。

使汽车行驶方向恢复或者改变的一套专用机构，即所谓的汽车转向系统。

接下来我们来讨论重型自卸车转向系及前桥设计。

本次设计采用的是整体式转向机构，与非独立悬架相匹配。

首先通过发动机型号选择相应车型，再查找转向系结构及计算公式的相关书籍，根据已选车型，找出相关的基本数据，运用机构运动、汽车设计的知识，对转向系进行参数设计，再选用相关的转向机构，对轴、齿轮等进行强度校核，最后用汽车专用软件CAD进行图纸设计。

由于这次是重型自卸，那么在转向时，就要有转向助力缸，帮助司机转弯。

在参考往年的资料的基础上，先选用液压式的助力缸。

前桥转向轮，一边靠转向直拉杆、转向节臂，另一边靠助力缸助力，把力平分到车轮上，这样液压助力缸可以做的小一点。

转向梯形就是由前桥、左右转向节臂、转向横拉杆组成的梯形。

其作用就是保证转向时左右车轮按一定的比例转过一个角度。

本次设计采用整体式转向梯形，参考往年毕业设计及同类汽车设计经验初选转向梯形的尺寸。

用内轮最大实际偏转角减去外轮理想最大偏转角，得出的差值进行检验，检验是否符合计算要求，从而进行设计。

在吸收、参考各类重型汽车转向系，在此基础上略作改进。

为重型自卸汽车转向系提供了一种思路。

关键词：

转向系，转向梯形，转向器，转向助力缸

THEDESIGNOFHEAVYDUMP（THEDESIGNOFSTEERINGSYSTEMANDRRONTAXLE）

ABSTRACT

Thesteeringofthecaristhedriverinaccordancewiththeirownwillmakethedrivingdirectionchange.Asetofspecialmechanismsthatenablethevehicletomoveinoroutofavehicle'ssteeringsystem.Next,wediscussthedesignofthesteeringsystemandthefrontaxleofheavydumptruck.

Thisdesignusestheintegralsteeringmechanism,andthenonindependentsuspension.Firstthroughtheenginemodeltoselecttheappropriatemodels,thenfindthebooksrelatedtothesteeringsystemstructureandcalculationformula,accordingtotheselectedmodels,findouttherelatedbasicdata,usingtheknowledgeofmechanismmotion,cardesign,designtheparametersofthesteeringsystem,andtherelatedtoinstitutions,tocheckthestrengthofshaft,gearandsoon.ThefinaldesigndrawingswiththespecialsoftwareofautomobileCAD.

Thispaperintroducestheapplicationoftherecirculatingballrackandpinionsteeringdeviceinthedesignofthesteeringgear.Recirculatingballtypesteeringgearrackwithtwolevelgeartransmissionpairinthefirststage,inordertoreducethefrictionbetweenthesteeringandsteeringscrewnut,therollingfriction;inthesecondstagetransmissionpair,toadjustthemeshingclearanceandthegearrack.Wherein,thesteeringnutfollowerisafirststagetransmissionpair,andthedrivingpartisinthesecondstagetransmissionpair.

Thesteeringtrapeziumiscomposedoffrontaxle,leftandrightsteeringknucklearmandsteeringtierod.Itsroleistoensurethatthesteeringwheelleftandrightwheelsinacertainproportionofanangle.Thedesignofthewholesteeringladder,referencetopreviousyearsofgraduationdesignandsimilarcardesignexperienceofthesizeofthesteeringtrapezium.Themaximumdeflectionangleoftheinnerwheelissubtractedfromthemaximumdeflectionangleoftheouterwheel,andthedifferenceistested.

Intheabsorptionandreferenceofallkindsofheavyvehiclesteeringsystem,onthebasisofimprovement.Thispaperprovidesanideaforheavydutytrucksteeringsystem.

KEYWORDS:

steeringsystem,steeringtrapezium,steeringgear,steeringboostercylinder

前言1

第一章从动桥结构方案的确定2

§1.1从动桥总体方案确定2

第二章转向系结构方案的确定3

§2.1转向系整体方案的分析3

§2.1.1转向器方案的分析3

§2.1.2循环球式转向器结构及工作原理4

§2.1.3动力转向系统分类4

§2.1.4转向加力装置6

§2.1.5转向加力装置的转向控制阀8

§2.1.6转向加力装置的结构布置方案9

§2.2转向系整体方案的分析9

第三章从动桥的设计计算11

§3.1从动桥主要零件尺寸的确定11

§3.2从动桥主要零件工作应力的计算11

§3.2.1制动工况下的前梁应力计算12

§3.2.2在最大侧向力（侧滑）工况下的前梁应力计算14

§3.3转向节在制动和侧滑工况下的应力计算15

§3.3.1在制动工况下15

§3.3.2在侧滑况下16

§3.4主销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算17

§3.4.1在制动工况下17

§3.4.2在侧滑工况下19

第四章转向系统的设计计算20

§4.1转向系主要性能参数20

§4.1.1转向器的效率20

§4.1.2传动比的变化特性20

§4.1.3给定的主要计算参数21

§4.1.4转向盘回转总圈数21

§4.2转向系计算载荷的确定22

§4.3循环球式转向器的计算22

§4.3.1循环球式转向器主要参数22

§4.3.2螺杆、钢球和螺母传动副23

§4.3.3齿条、齿扇传动副设计23

§4.4循环球式转向器零件强度的校核25

§4.4.1钢球与滚道间的接触应力25

§4.4.2齿的弯曲应力26

§4.5液压动力转向机构的计算27

§4.5.1动力转向系统的工作原理27

§4.5.2转向动力缸的工作分析27

§4.5转向梯形机构确定、计算及优化30

§4.5.1转向梯形结构方案分析31

§4.5.2整体式转向梯形机构优化设计32

第五章结论35

参考文献36

致谢37

前言

自卸车能将汽车用来承载货物或者人的东西按必然的角度来卸货，并靠自身的重量让汽车用来承载货物或者人的东西自动回到原来位置的专用汽车。

自卸车常用的驱动模式有6x4，8x4，按用途分为矿用自卸车、环卫绿化自卸车，根据车厢翻斗方向分为前举式和侧翻式自卸车。

自卸车具有运输时间短，节省劳动力，机动性高，机械化卸货等优点，其主要作用是装卸堆积性货物，比如石块、泥土、沙子。

自卸车广泛应用于工厂、车站、码头、矿山等场所，与矿山建筑事业、冶金、交通建设、矿山有较大关系，在经济建设中起着重要作用。

自卸车使用条件有两个，第一个条件是自卸车要与皮带运输机或铲式装载机配套使用，以提高运输生产效率；第二个条件是自卸车一般运距较短，以发挥自卸车卸货机械化的优点。

由于要计重型自卸汽车的转向系及前桥，在根据发动机型号选定车型后，由于转向要求轻便、灵敏，来选用适合的转向梯形及相关结构，根据已知型号汽车的基本参数，计算所需的尺寸，在布置整车，调整进行强度等检验，从而得出合适的转向器及转向传动机构。

第一章从动桥结构方案的确定

§1.1从动桥总体方案确定

本次我们所选的车型为奥奇重工，在选定车型之后，我们首先对从动桥进行选择。

，。

由于前桥要实现转向任务，当司机要转弯时，力会传到前桥上，使转向节臂移动，从而使转向梯形转向，实现汽车的转弯。

由于要计重型自卸汽车的转向系及前桥，在根据发动机型号选定车型后，由于转向要求轻便、灵敏，来选用适合的转向梯形及相关结构，根据已知型号汽车的基本参数，计算所需的尺寸，在布置整车，调整进行强度等检验，从而得出合适的转向器及转向传动机构。

在确定从动桥后，要考虑选用什么类型的悬架。

有不是独立的悬架，即不是一个整体，是分开的；有做成一个整体的，一动而带动其它运动的。

由于前桥要实现汽车的转弯，那么在转向时会受到阻力，它的受力很复杂。

一般采用的是整体的不是断开的结构，所以用到整体的前桥。

前桥选定后，我们要选择其截面形状，因为前桥要实现转向，转向时由于地面的阻力等因素，和汽车自身特别的重，要采用特别结实的结构。

我前面选用的是整体的。

根据经验和查找资料，整体的一般是实心梁或者空心的梁。

由于都是三维立体的结构，那么在工作时受力就是x、y、z方向都有受力，不可避免会产生力矩，作用在梁上。

那么对于实心的梁来说，在强度方面，不是相等的，那么寿命相对于相等的强度的空心的梁来说，要小，不耐用。

于是我们在这里设计为空心的梁，它的截面为工字型的。

前梁在接近两端位置，是力和力矩传递的接触点，所以在梁的两端位置，要适当加粗。

材质，一般选用中碳钢材料，锻造即可，材料的抗弯抗扭。

第二章转向系结构方案的确定

§2.1转向系整体方案的分析

司机使汽车按照自己的意志或者操作使其在指定的位置行驶，改变方向就是转向。

车辆在转弯过程中会受到各种阻碍其转向的力，如来自地面对其的力，行驶阻力等，因此靠车辆转弯所组成的一套系统来提高车辆转弯的转稳定性能。

转向系分为机械式和动力式转向两种，机械式转向要依靠驾驶员的体力为动力来转向，相对于重型自卸车来说，光靠体力，人体难以实现汽车的转向；动力式转向是发动机动力和人体体能共同作用的，人体动力只占一小部分，在外在动力下实现汽车转向，因此自卸车要采用动力式转向。

§2.1.1转向器方案的分析

在转向过程中，由于传动件之间都存在间隙，所以不可能保证，方向盘和转向节同时开始且终止。

所以为了避免驾驶员过度紧张，所以要有合适的转向器自由行程，来缓解路面的冲击，同时自由行程不要选的过大，影响灵敏性。

车辆在行驶中，当司机转向时会存在一个转弯效率问题，效率高那么在此损失的能量比较少，所以我们要讨论一下用什么结构，来使转弯时效率提高，从而减少能量的损失。

所以在这里选用可逆式的。

齿轮齿条式转向器能够让司机在转弯时，感到自己有手感（转弯），有路感，同时能让转向盘慢慢回正。

它是靠齿轮和齿条的啮合来实现工作的，一般用在轿车上。

要有减震器来缓和地面传给方向盘的冲击。

循环球式转向器相对前面来说，由于机构相对复杂，在现在的轿车上不常用，广泛用在最新的助力转向上，符合自卸车的要求，同时工作比较平稳、可靠。

蜗杆曲柄指销式转向器相对前面来说，它的构造更加复杂，零件比较多，相对于前两个成本会高，对其精度方面的要求会高一点，加工制作的难度高一点。

相对前两个不划算，且传动比和啮合间隙的变化特性受限制，所以在这不采用。

§2.1.2循环球式转向器结构及工作原理

循环球式转向器，，也是。

汽车转向时，螺杆转动，螺杆把受的力通过钢球传递给螺母（第一级传动副），

螺杆与螺母不接触，为了减小两者之间的作用的阻力，在它们之间加钢球，钢球的存在，使得两者之间的阻力减小，使得传动更方便、灵活。

；然后螺母再把力传给齿扇轴（第二级传动副），让齿扇轴摆动，从而实现车轮偏转，但螺母不能转动，只能轴向移动。

钢球在螺杆与螺母之间组成的封闭导管路中运动，但不能脱出，从而在里面循环运动。

如图所示：

图2-1循环球式转向器

由于螺母最外围的齿顶的面是倾斜的，于是与之接触的齿扇轴的齿面上节圆半径不是一直不变的，是有规律的，按某种线性规律变化的。

使得它们之间可以变化的的转向器，操做省力，更加简便，使用寿命很长。

§2.1.3动力转向系统分类

１）电动助力转向系统

电动助力转向系统（ElectricPowerSteering）没有油罐、油泵等装置，节省了成本，全是模块化设计，它的灵活性很高，稳定性很高。

相对于液压式的转向系统，在液压方面没有能量损失，能量利用率提高了，经济性好；同时液压系统有延迟性，而电助力没有延迟性，同时对于天气变化不明感，不用担心天气影响液体的粘稠度。

由于没有油泵等部件，它的装配效率大大提高，空间利用率也高。

我们对参数的讨论分析，得到回正特性曲线，能使车辆在转弯后自动回正。

总之，电动助力转向系统采用的是电信号来传递和控制的，节能环保，一般用在比较高档的汽车上。

结构示意图如下图所示：

图2-2电助力转向系统示意图

２）电控式液压助力转向系统

电控是电子控制的液压泵来控制液压，实现转向器（PPS）的转弯，它是在老式的机械液压式转弯的基础之上做的改进，里面有电子节制单位，按照车辆的行驶状态，来调节电子液压泵的工作状况，如果电子液压泵运转很快，那么传出的功率就大，司机转弯就很方便，不需要多大力就能转弯。

该系统有微处理机和电子转速表，微处理机根据发出的脉冲讯号，发出指令，来控制动力转向机构，而且提供的助力，随着车速的增加而减少，在高速时使驾驶员保持良好的路感。

机械式液压动力转向系统

机器式液压动力转弯系统的液压泵在发动机工作时始终处于工作状态，液压泵的动力由发动机提供，发动机熄火后方向盘所提供的辅助的力消失。

发动机的一部分功率用在了液压泵上，消耗了功率，在一定程度上浪费了资源。

液压泵在工作时，有时会处于一种高压的状态，对于管路是一种损害。

同时呢，发动机的功率于汽车的转速有关，转速较低时，发动机功率低，那么提供给液压泵的能量就少，在低转速下转向时会比较费力。

动力式转弯常用的是液压作为辅助动力，来辅助车辆转弯。

驾驶员在转向时，液压缸里的高压油很高，高达10MP以上，作用在活塞上，推动活塞运动，把转向的力作用在转向节臂上，带动转向梯形，从而实现转向。

采用液压进行助力的结构，其结构尺寸很小，工作时没有任何噪声，同时能接受来自地面传来的各种力，在各种车辆上应用比较普遍，工作滞后时间短。

所以本次采用液压助力来帮助汽车转向。

如图2-3所示：

图2-3机械式液压助力动力转向系统示意图

§2.1.4转向加力装置

通过有区别或有差异的方式产生的作用力（液压或者气压）来辅助司机，使司机转弯轻便的零件或者结构，叫转弯加力装置。

由于采取的是机械式的液压作为动力的转弯，所以下面对类型讨论。

常压式液压转向加力装置

当驾驶员转弯时，转弯节制阀开启，储能器里面的油经管路流到转弯助力缸中，在高压油的压力下，会作用在转向阀的侧面上，形成助力，帮助转向器转向。

当不工作时，转向阀封闭，较高压力的油直接回到储能器中。

不管方向盘如何变化，是工作还是不工作，常压式转向加力装置的工作管路始终保持高压。

如图2-4所示：

图2-4常压式液压转向加力装置

2）常流式液压转向加力装置

如图2-5所示：

图2-5常流式液压转向加力装置

常流式液压转弯加力装置在不工作时，转弯节制阀处于开启状况，转弯动力缸两头同时与转弯液压泵和转弯油罐相连，两头压力都是相当的，转弯动力缸不工作；当司机转动转向盘时，在中间某个点，会使转弯节制阀会使转弯动力缸两端分开，其中一端与转向液压泵相连，另一端与转向油罐相连，由于转向活塞上有地面转向阻力作用的力，使得与转向液压泵相连的那一端压力会逐渐升高，直至使得转向活塞恢复到原来位置。

常流式液压转弯加力装置的转弯液压泵始终处于开启的状况，当方向盘不工作时，也处于开启状态，但却是空转，压力很小；方向盘转向时，也在工作，压力会逐渐升高，然后持平不变。

常流式结构简单，泄露比较少，因此此次设计采用常流式。

§2.1.5转向加力装置的转向控制阀

1）滑阀式转向控制阀

滑阀式转向控制阀是依靠阀体通过轴向移动来实现内部液体流动方向的变化来实现转向的。

当司机转动方向盘时，使阀体向右动弹，在中间某个位置，会使转弯节制阀的转弯动力缸两头分开，其中一端与转向液压泵相连，另一端与转向油罐相连，由于转向活塞上有地面转向阻力作用的力，使得与转向液压泵相连的那一端压力会逐渐升高，直至使得转向活塞恢复到原来位置。

如图2-6所示：

常流式滑阀常压式滑阀

图2-6滑阀式转向控制阀结构

2）转阀式转向控制阀

转阀式转弯节制阀是靠阀体的绕轴滚动，来改变内部液体的流动去向，来改变内部压力，实现转弯。

液压油从中间进入，当阀体旋转后，是其中四个通道同时被隔断，只与另外四个通道相连，液压油进入动力缸内，而动力缸另一侧是低压油，直接回到储油罐。

如图2-7所示：

图2-7转阀式转向控制阀结构

§2.1.6转向加力装置的结构布置方案

三种。

如图2-8所示：

图2-8常流式液压转向加力装置结构布置方案图

§2.2转向系整体方案的分析

此次毕业设计是根据发动机的型号WD12.375选取相应的车型，即奥奇重工AZ3500自卸车。

在此基础上，改进的结构方案。

因此汽车的满载质量为50t，整备质量18.5t，装载质量31.5t，前桥载荷在满载时为9.69t。

因此这次结构上，选用液压助力来辅助转弯，采用整体式的转向梯形，转向器选用循环球式转向器。

第三章从动桥的设计计算

§3.1从动桥主要零件尺寸的确定

前桥为转向从动桥，本次设计采用工字梁代替方形梁，工字梁发生弯曲时，有中性层，该层对抗弯很小，比方形梁好。

，见图4-1，。

该断面的和（单位为）可近似取为：

（3-1）

式中：

由经验公式：

式中：

取=mm（B为前轮轮距，为2458mm。

上，、取为1200mm）

§3.2从动桥主要零件工作应力的计算

那么我们接下来先对前桥进行受力分析，如下所示：

1-制动工况下的弯矩图2-侧滑工况下的弯矩图

图3—1转向从动桥在制动和侧滑工况下的受力分析简图

§3.2.1制动工况下的前梁应力计算

当驾驶员踩刹车时，制动力和垂直力会作用在车轮上，然后传递给前梁，在前梁产生弯矩和转矩。

当踩刹车时转向桥会移动，汽车质心会向前，则前轮所遭受的地面垂直反力为：

式中：

；；，；（mm）。

前轮所承受的制动力：

式中：

；

在地面垂直反力和制动力的作用下，前梁产生的垂直弯矩和水平方向的弯矩的最大值，分别为：

N·mm

式中：

—见图3—1，取=725mm

取=3229N；

—前轮轮距取B=2458mm；

则

主销孔和座之间有转矩T，是因为制动力在前梁的作用

T=

式中：

—轮胎的滚动半径取616.4mm

则有

（a）Ⅱ-Ⅱ断面（b）Ⅰ-Ⅰ断面

图3—2

（Ⅱ-Ⅱ断面）在附近，其最大。

?

弯曲应力（单位为）为：

式中:

前梁应力的许用值为=300,当a=45mm时，=63.28

得：

‚（单位为）为：

，转（）。

。

——前梁横截面的最大宽度。

故。

§3.2.2在最大侧向力（侧滑）工况下的前梁应力计算

假设汽车向右侧滑，如果车辆挂最高速挡运转，急速左转弯，那么此时汽车侧滑时，侧向力到达最大。

对左前轮接地点取距：

式中：

；

；

此时，向右作用。

则有：

Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ截面产生的弯矩如下：

取y=140mm，，

，

其中，

§3.3转向节在制动和侧滑工况下的应力计算

如图4—2所示，轴径为的轮轴根部为转向节的危险断面，即III-III截断面处。

§3.3.1在制动工况下

III—III剖面处的轴径没有转矩，因直接通过给转向节的，而没有经节的，因此只有水平方向的弯矩和垂直方向的弯矩。

所以合成弯矩为：

，

，取；

，取。

图3—3转向节受力简图

则

故70mm的轴颈满足要求。

本次设计转向节采用毛培制造，选择合适的锻件，进行锻造，然后高频淬火，锻件一般为，等中碳合金钢制造，振荡频率15～35KHZ，使其表面硬度达到HRC57～65，轮轴根部的圆角液压处理。

§3.3.2在侧滑况下

在侧滑时，危险断面III—III处的左、右节的是不相等的，以向右侧滑为例，有：

左右转向节轴颈处的弯矩为：

弯曲应力为：

因此左右转向节都符合要求。

§3.4主销与转向节衬套在制动和侧滑工况下的应力计算

，渗碳层深1.0~1.5mm，淬火后表面硬度为56~62HRC。

为了，让主销后、为零，且力的作用点在主销。

受力分析如图3-3、3-4：

图3—4主销受力简图

§3.4.1在制动工况下

不管制动与否，主销上的力矩都是平衡的，而主销上由于支撑力的原因，产生两个反向力、，那么根据平衡，可以得到以下公式：