汽车前桥设计说明书

车桥通过悬架与车架连接，支承着汽车大部分重量，并将车轮的牵引力或制动力，以及侧向力经悬架传给车架。

为了便于与不同悬架相配合，汽车的车桥分为整体式和断开式两种。按使用功能划分，车桥又可分为转向桥、转向驱动桥、驱动桥和支持桥。本文设计的是JY1061A型采用前置后轮驱动的载货汽车前桥，因此该前桥作为从动桥。

从动桥的功用：从动桥也称非驱动桥，又称从动车轴。它通过悬架与车架（或承载式车身）相联，两端安装从动车轮，用以承受和传递车轮与车架之间的力（垂直力、纵向力、横向力）和力矩。并保证转向轮作正确的转向运动。

1、设计要求：

（1）保证有足够的强度：以保证可靠的承受车轮与车架之间的作用力。 （2）保证有足够的刚度：以使车轮定位参数不变。

（3）保证转向轮有正确的定位角度：以使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损。

（4）从动桥的质量应尽可能小：以减少非簧上质量，提高汽车行驶平顺性。 通过对CJ1061A型前桥的设计，可以加深我们的设计思想，即： （1） 处理好设计的先进性和生产的可能性之间的关系； （2） 协调好产品的继承性和产品的“三化”之间的关系。 2、结构参数选择

JY1061A型汽车总布置整车参数见表1： 表1 汽车总质量Ga（N） 前轴轴载质量G1（N） 汽车质心至前轴中民线距离L1（mm） 58359 主销中心距B′(mm) 1415

1

汽车质心至后轴中心线距离L2(mm) 轴距L（mm） 汽车质心高度hg(mm) 前钢板弹簧座中心距B〞(mm) 20727 前轮距B1(mm) 1584 2133 车轮滚动半径rr(mm) 480 1175 主销内倾角β 3308 主销后倾角ﻻ 1060 前轮外倾角a 1° 780 前轮前束（mm） 2 8° 2.5° 2.1、从动桥结构形式

本前桥采用非断开式转向从动桥 2.2、选择前桥结构型式及参数

（1）前轴结构形式：工字形断面加叉形转向节主销固定在前轴两端的拳部里。 （2）转向节结构型式：整体锻造式。 （3）主销结构型式:圆柱实心主销。

（4）转向节止推轴承结构形式：止推滚柱轴承。 （5）主销轴承结构形式：滚针轴承 （6）轮毂轴承结构形式：单列向心球轴承 2.3、前轮定位角

本型前轮定位角选择见 ‘表1’

二、前桥强度计算

1、前轴强度计算 1.1、前轴受力简图 如图1所示：

图1 汽车向左侧滑时前轴受力图

1.2、前轴载荷计算 ⅰ）紧急制动

2

工 汽车紧急制动时，纵向力制动力达到最大值，因质量重新分配，而使前轴上的垂直载荷增大，对后轮接地点取矩得 取路面附着糸数Ф=0.7

制动时前轴轴载千质量重新分配分配糸数m1=

0.71060hg1=1.63 1=

1175L2垂直反作用力：Z1l= Z1r=

m1G1.6320727=161.6N

22m1GФ=11824.1N 2横向反作用力：X1l=X1r= ⅱ）侧滑

汽车侧滑时，因横向力的作用，汽车前桥左右车轮上的垂直载荷发生转移。 （1）确定侧向滑移附着糸数：

G1V2在侧滑的临界状态，横向反作用力等于离心力F离，并达到最大值F离=,Ymax=G1Ф′

gR,为保证不横向翻车，须使V

，则有：

滑翻

gRBgRB1，所以<1，得到

2hg2hg<

1584=0.747，取=0.65

21060（2）对车轮接地点取矩 垂直反作用力： Z1lG1210600.652hg20727(1)=19360.5N (1)=215842B1G12hg(1)=1346.5N 2B1Z1l横向反作用力 Y1lG12hg(1)=12584.3N 2B1G12hg(1)=875.2N 2B1Y1rⅲ）越过不平路面

3

汽国越过不平路面时，因路面不平引起垂直动载荷，至使垂直反作用力达到最大值 取动载荷糸数=2.5

Z1lZ1rG1207272.525883.75N 22载荷计算结果列表，如下表2：

表2 单位 N 紧急制动 Z1 X1 侧滑 Z1l Z1r Y1l Y1r 越过不平路面 Z1′ 161.6 11824.1 19360.5 1346.5 12584.3 875.2 25883.75 1.3、弯矩及扭矩计算

①选择下述四个部位计版式其断面的弯矩、扭矩

Ⅰ-Ⅰ断面位于钢板弹簧座内侧，属于前轴中部最弱部位。此断面内弯矩最大（钢板弹簧座可视为梁的固定端），故两钢板弹簧之间这段梁可不考虑受扭）

Ⅱ-Ⅱ断面位于钢板弹簧座外侧附近，此断面内就弯矩最大，而扭矩最小 Ⅲ-Ⅲ断面处的弯矩，扭矩均较大

Ⅳ-Ⅳ断面位于梁端，此断面内扭矩最大，而弯矩最小 各断面示意图如图1 各断面的计算参数如下表3 表3 ` 参数 车型 JY1061 L1 L2 L3 L4 h1 h2 h3 h4 402 316 167 138 129 125 34 0 ②各断面弯扭矩计算如下 ⅰ）紧急制动

垂直面内弯矩 M′=Z1li

4

水平面内弯矩 M〝=X1li

上式中Li对应与Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ断面分别带入L1、L2、L3、L4 钢板弹簧外侧扭矩 Mn=X1(rrhi)

上式中hi对应与Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ断面分别带入h1、h2、h3、0。 ⅱ）侧滑

左侧各断面垂直面内弯矩 M1'=Z1l-Y1l(rr-hi) 上式中Li,hi带入值与紧急制动时一致 ⅲ）越过不平路面

垂直面内弯矩 Mˊ=Z1ˊLi 式中Li带入与上面计算中一致 弯扭矩计算结果如下表4

表4 单位 N 结果 工况 Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ Ⅳ-Ⅳ M' 紧急制动6790423 4753288 4150259 3365832 10405268 5337746 37316 4197556 1650492 8179265 28207 1974625 52739 -2379394 4322586 2331041 1631726 5675568 -3368715 3571958 M'' Mn 侧滑 越不平路 (4)断面糸数计算 A工字形断面前轴 a) 断面简图

本汽车前轴简化为换算断面形状后如图3所示

M1' M' 5

图3 前轴简化图

b)计算断面糸数 i)Ⅰ-Ⅰ断面 如图3所示

①垂直面内抗弯断面糸数

WIIBH3b1h37261360363=37003.48N.mm

6H661②水平面内抗弯断面糸数

WIIII2t1B3h3t212.57233612321744N.mm

6B672ⅱ）Ⅱ--Ⅱ 断面 ① 换算断面简图如图4

6

图4 II—II断面计算简图

② 垂直面内抗弯断面系数

Ⅱ--Ⅱ断面为上，下翼缘不等长的工字形断面。计算其垂直面内抗弯断面系数的关系是确定出形心轴坐标。

形心轴Xc-Xc的坐标：

y2FiyiFi

=

Bt1*1/2t1bt2(H1/2t2)(BB1)*h(t1h/2)

Bt1bt2(BB1)h=30.796

y2Hy16830.796 37.204h2y2t237.20412.524.704 h1hh24324.70418.296

该断面对形心轴的惯性矩：

1Jxc(By13B1h13by23b1h23) 31708769mm4上翼面的抗弯断面系数：

‘W上Jxcy11708769

30.796586.72mm3下翼面的抗弯断面系数：

‘W下Jxcy21708769

37.20445929.72mm3 7

③水平面内抗弯断面系数：

W1(B3t1b3t2t3h) 6B27822.98mm3③ 抗扭断面系数

由经验公式得

Hh6843)2751.26()136.1422HhC2H1.67()1.76(Bb)26843681.671.76(7543)2103.445C12B1.26(Bb92587522bBt754233BHh3)C2(Bb)312Wn3Bb68433136.14()103.445(7533)3123753362935.97mm3C1(iii) Ⅲ-Ⅲ断面

III-III断面计算简图如图5

如图5 III-III断面计算简图

1）垂直面内，水平面内的抗弯断面系数：

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W3b/6H(H3h3)2243(523153)113.52mm3652W3\"b43(Hh)(5215)11402.2mm366

2）抗扭断面系数：

h521.29b43 取0.1710.216mWnb30.21643317173.512

iv) Ⅳ-Ⅳ断面

1）垂直面内，水平面内抗弯断面系数：

bH243522W419378.7mm366 22bH4352\"W416024.7mm366'2）抗扭断面系数：

Wnb30.26343320910.34mm3

v) 各断面尺寸参数见表5：

表5 单位：mm

JY1061 B B1 Ⅰ-Ⅰ 72 60 12.5 72 60 12.5 12 Ⅱ-Ⅱ 92 50 12.5 58 16 12.5 42 9

Ⅲ-Ⅲ 43 Ⅳ-Ⅳ 43 t1 b b1 t2 t

h H 36 61 43 68 15 52 52 vi)断面系数计算结果列表见表6

表6 单位： N.mm

W' W\"

Ⅰ-Ⅰ 37003.48 21744

Ⅱ-Ⅱ 34347.214 27822.97 62935.57

Ⅲ-Ⅲ 113.52 11402.2 17173.512

Ⅳ-Ⅳ 19378.7 16024.7 20910.34

Wn

（5）应力计算

a)计算公式 i)汽车紧急制动时

M' W'M\"水平面内弯曲应力 \"

W\"垂直面内弯曲应力 '合成应力 扭转应力：

在矩形长边中点上的扭转应力 max 合'''

Mn Wn在矩形短边中点上的扭转应力 max

工字形断面中所产生的最大应力和最大扭转应力是作用在梁断面上的不同点处。对于上翼面长边中点，其相当应力： ii)汽车侧滑时

垂直面弯曲应力 'iii)汽车越过不平路面时 垂直面弯曲应力 'd合232

M' W'M' W'

b) 应力值计算结果列表：

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表7 单位： 10N/mm

82Ⅰ-Ⅰ 183.508 218.602 402.110 90.960 Ⅱ-Ⅱ 155.406 134.293 66.696 300.300 40.053 Ⅲ-Ⅲ 149.147 173.179 307.075 357.270 -125.804 228.5 Ⅳ-Ⅳ 120.2 101.826 271.424 496.140 -173.836 184.324 ' 紧急制动 \" max d 侧 滑 越不平路 ' \" 281.197 238.135 （6）JY1061 前轴材料的许用应力

材料：30Cr 调质硬度 ： HB241—281 许用应力：

b(N/mm2)：800—937

合s(0.60.7)b s0.7s

2、转向节强度计算

作用力Z11、X11、Y11按表1-1取值 2.1、截面系数计算

取轮毂内轴承根部处指轴为计算断面 W2.2、弯矩计算

A紧急制动时

d3324533241.

M制C1Z12X122016902.87221183022825303.22

B侧滑时

M制Z11C1Y11rr19379.222012596.49480565832.60

C超越不平路面时

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C125908 M制Z1.7520518175计算用参数JY1061

d145 ， C120 ， d230 2.3、应力计算

A）紧急制动时M制W82530.2292.3

41.B）侧滑时M侧W56588732.60632.85

41.M越W51817557.951

41.C）超越不平路面时 弯矩、应力计算结果列表见表8 表8 功况 紧急制动 侧滑 超越不平路 M 825303.22 -5658732.69 518175  155.8 -63285 57.951 2.4、转向节的材料、许用应力及强度校核 材料 JY1061 40Gr 许用应力

[s] 查YB6-71： [b]980N/mm2

[S](0.650.75)[b] 3、主销强度计算

3.1、主销作用力计算简图如图6

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如图6 主销作用力计算简图

主销受力计算参数见表9 表9 参数车行 a b 67 c e f l

l1 n rr D h H JY1061 70 20 497 360 B1B 165 2B1B 480 30 37 40 23.2、计算载荷

计算时，忽略主销倾角的影响，并假定力的作用点位于主销衬套中点。 A）Z1、X1、Y1按表1取值 B）汽车紧急制动时

和S1。 力Z1在主销的支承反力S1 S1S1Z1lab16902.8715841415210425.5N

6770 主销受到X1和u的作用，力u由下式求得： uX1l84.5118326059.4 l1165 力X1在主销的两个支承上反作用力S2和S2 S2X1b70118326045.55N ab6770 13

S2X1a67118325786.45N ab6770 力u在主销的两个支承上反作用力S3和S3

b706059.43096.04Nab137

b67S36059.42963.36Nab137S3 由制动力矩X1rr的作用，在主销的两个支撑上产生反作用力S4和S4 S4S4X1rr4801183241455.18N ab137作用在主销下端的 合力（图14）

S(S1S3)2(S2S4)2 (10425.52963.36)2(5786.4541451.18)2

49102.27NC)汽车侧滑时

左主销上支承的 反作用力

Y1lfZ1l12596.536019379.2284.5 ab13721147.42NS上左主销下支承的 反作用力 S下Y1leZ1ll12596.549719379.2284.533743.72N

ab137右主销上支承的 反作用力 S上Y1rfZ1rl3133.35N

ab右主销下支承的 反作用力 S下Y1reZ1rl4009.41N

abD）汽车越过不平路面时

和S1。 动载荷在主销上、下支承上产生的作用反力S1

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S1S1Z13.3、弯矩计算

l15980.21N ab 在紧急制动和侧滑时，主销下支承的反作用力为最大，在越过不平路面时，因主销下端的作用力臂大于上端，所以只需要计算主销下支承处的弯矩（图15） A) 汽车紧急制动时

MSh=1816786.99N.mm B) 汽车侧滑时

MS下h=1248525.04N.mm C) 汽车越过不平路面时

MS1h=2650.72N.mm

（5）抗弯断面系数、剪切面积和主销衬套挤压面积的计算 A)主销抗弯断面系数

d4(14)=2650.72mm3 W32DB)主销剪切面积 FD34(D2d2)=706.86mm2

D) 主销衬套挤压面积

FDH=1200mm2

D:主销外径，d：主销内径 3.4应力计算

分别计算个工况下的弯曲应力、剪切应力、挤压应力见表10。 表10 紧急制动时 弯曲应力 剪切应力 挤压应力 M WM WS FS cF侧滑时 S下 FcS下 F 15

越过不平路面时 67 M WS1 F68 S1 cF69 公式编号 载荷、弯矩、应力计算结果列表见表11：88

表11 主销受力单位：N M单位：mm 其余量单位：N/mm 紧急制动 侧滑 主销受力 M 22  69.5 22.61 c 40.920 13.32 S 49102.27 24602 38676 5980.21 1216783.99 685.74 591267.77 223.06 S上 S下 越过不平路面 S1 3.5、主销材料及许用应力 JY1061:45 许用应力

＃[]833N/mm2 []83.3N/mm2

c[c]49.0N/mm2

G1作静载荷计算时，c15N/mm2 2 按力X1参考文献：

1、《汽车设计》 刘惟信 2001.7 清华大学出版社 2、《汽车车桥设计》 刘惟信 2004.4 清华大学出版社 3、CA1080,NJ130,BJ130前桥总成图，零件图。 4、《汽车设计》郭学讯，邓亚东 2005.8 人民交通出版社 5、《汽车设计》吉林工业大学出版社 王望予 2004.5 机械工业出版社 6、《汽车构造》吉林大学汽车工程系 陈家瑞 2006.5 人民交通出版社

JY106A前桥设计日志：

（1）2008.12.25 阅读设计任务书，选择前桥设计相关参数 （2）2008.12.26汽车前轴强度计算 填写“表1-1”“ 表1-2”“表1-3” “表1-4” （3）2008.12.27转向节强度计算 填表“1-5”，主销强度计算，填表“1-6” （4）2008.12.28 编辑“前桥设计说明书” （5）2008.12.29-2008.12.30 手绘转向节零件图

（6）2008.12.31-2009.01.01 用计算机绘制前桥总成图

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