基于ABAQUS与TOSCA的汽车前桥结构优化设计_马瑞雪
汽车设计_课后答案
第一章汽车总体设计 1-2：前置前驱优点：前桥轴荷大，有明显不足转向性能，越过障碍能力高，乘坐舒适性高，提高机动性，散热好，足够大行李箱空间，供暖效率高，操纵机构简单，整车m小，低制造难度后置后驱优：隔离发动机气味热量，前部不受发动机噪声震动影响，检修发动机方便，轴荷分配合理，改善后部乘坐舒适性，大行李箱或低地板高度，传动轴长度短。 1-3：汽车的主要参数分几类？各类又含有哪些参数：汽车的主要参数分三类：尺寸参数，质量参数和汽车性能参数1）尺寸参数：外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺寸。2）质量参数：整车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配。3）性能参数：(1) 动力性参数：最高车速、加速时间、上坡能力、比功率和比转距(2) 燃油经济性参数(3) 汽车最小转弯直径(4) 通过性几何参数(5) 操纵稳定性参数(6) 制动性参数(7) 舒适性 1-6、具有两门两座和大功率发动机的运动型乘用车（跑车），不仅仅加速性好，速度又高，这种车有的将发动机布置在前轴和后桥之间。试分析这种发动机中置的布置方案有哪些优点和缺点？（6分）优点：(1)将发动机布置在前后轴之间，使整车轴荷分配合理； （2）这种布置方式，一般是后轮驱动，附着利用率高； （3）可使得汽车前部较低，迎风面积和风阻系数都较低； （4）汽车前部较低，驾驶员视野好
缺点：（1）发动机占用客舱空间，很难设计成四座车厢； （2）发动机进气和冷却效果差 第二章离合器设计 2-3后备系数β：反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。 选择β的根据：1）摩擦片摩损后, 离合器还能可靠地传扭矩 2）防止滑磨时间过长（摩擦片从转速不等到转速相等的滑磨过程） 3）防止传动系过载4）操纵轻便 2-4膜片弹簧弹性特性有何特点？影响因素有那些？工作点最佳位置如何确定？答；膜片弹簧有较理想的非线形弹性特性，可兼压紧弹簧和分离杠杆的作用。结构简单，紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；高速旋转时压紧力降低很少，性能较稳定，而圆柱螺旋弹簧压紧力降低明显；以整个圆周与压盘接触，压力分布均匀，摩擦片接触良好,磨损均匀；通风散热性能好，使用寿命长；与离合器中心线重合，平衡性好。影响因素有：制造工艺，制造成本，材质和尺寸精度。2-5今有单片和双片离合器各一个，它们的摩擦衬片内外径尺寸相同，传递的最大转距Tmax也相同，操纵机构的传动比也一样，问作用到踏板上的力Ff是否也相等？如果不相等，哪个踏板上的力小？为什么？答：不相等。因双片离合器摩擦面数增加一倍，因而传递转距的能力较大，在传递相同转距的情况下，踏板力较小。
汽车荷载等级
6 汽车及人群荷载 6.0.1 《标准》（97）中的车辆荷载在形式上为四个等级，即汽车—超20级、挂车—120； 汽车—20级、挂车—100；汽车—15级、挂车—80；汽车—10级、履带—50。 同时规定，新建公路桥涵的设计不采用汽车—15级、挂车—80荷载，只是为便 于国家统计工作的连续性而保留这一级荷载。 《标准》（97）所规定的以车队为计算荷载图式的车辆荷载标准，是设计公路桥 梁及其它构造物所规定的计算荷载。为了保证桥梁的安全储备和使用寿命，对 桥上实际行驶的车辆轴重和总重必须予以严格限制，一般情况下，不允许采用 设计的极限值。因此，设计轴荷载多大，桥上实际行驶车辆的轴荷载也允许多 大，这是不对的，车辆设计荷载与车辆轴载、总载限制是两个不同的概念，不 可混为一谈。世界上有一些国家制定了车辆轴载限值标准。他们在制定设计车 辆荷载标准及车辆轴重限值时，除了考虑本国的国民经济发展水平外，同时考 虑了采用重型汽车提高轴重限值而获得的运输经济效益与相应增加的公路基本 建设投资及原有公路网的补强改造费用之间的合理平衡。由于提高轴重对公路 投资的影响十分惊人，长期以来，各国政府都采用了极其慎重的态度。表6.0.1-1 列出了几个经济较发达国家车辆荷载设计值和允许轴载值，表6.0.1-2列举了 一些国家和地区的轴载限值。
现行公路桥涵结构设计用车辆荷载标准模式是根据我国建国以后公路上交通荷载的实际情况，经过相当长时期的分析、研究和修正确定的。经过几十年的修订、完善，其分级逐步完善、科学、合理，基本适应了我国公路桥涵结构发展的需求。
1972年，在修订《标准》时，对原车辆荷载标准进行了一次检查，一方面向用车单位作调查，另一方面对按标准设计的桥梁通过一些重型卡车的能力作了计算比较。调查及计算分析的结果是：公路上最常行驶的车辆，解放牌一级总重不超过100kN，改装后的黄河牌和一些越野车总重不超过300kN，这些都不超过或略超过标准车加重车，对较重的车要加以验算。 鉴于车辆总重和轴重日趋增大，轴数也日渐增多，特别是发展大型集装箱运输后，通往集装箱港口码头的公路桥涵需考虑集装箱半挂车能否正常通行，而从一些计算资料可以看出，有些较重的卡车、自卸车、吊车和半挂、全挂车，在按汽车—20级、挂车—100设计的桥梁上还不能自由通行，因此，有必要在原有的车辆荷载标准中，增加一个较高的等级。 《标准》（81）确定，增加荷载等级汽车—超20级时，考虑了1978年京塘高速公路初步设计提出的两重车列形式，一是200kN车队或300kN车队插入一辆550kN 半挂车；二是原汽车—20级乘1.5倍，间距不变。后者虽然便于记忆和计算使用，但实际上并无300kN双轴车和450kN三轴车的车型，因此选定用200kN车队插入一辆550kN半挂车，车辆间距仍取15m，加重车前后的间距取10 m。在缺乏更多资料和科研成果的情况下，标准推荐暂用550kN半挂车插入200kN车队的形式作为新增加的车辆荷载等级标准即汽车—超20级。 为了保证桥涵的安全，对按荷载标准设计的桥梁的极限通过能力进行了计算。在制方《标准》（72）时曾对三个等级的荷载标准作过验算；制订《标准》（81）时，又检查了各级桥梁的极限通过能力，所用车辆除我国自己生产的车型外，也考虑了进口的车型。各国生产的普通载重卡车较重的是三轴车，而各国法定的车辆总重及轴重的限制，最大车重300kN左右，极个别超过300kN。载重更大的车辆则向半挂车发展。普通卡车有四轴的，其作用不比三轴大。同吨位卡车大多有长短车身之分，其轴距亦不同。验算通过能力时，选用了总重超过300kN或轴重超过120kN或重吨位轴距较短的车型。另外还选用了日渐增多的吊车，其重型四轴车可代表我国生产的双轴转向的四轴卡车。自卸车选用了载重120kN到320kN的各种车型。半挂车和全挂车取用载重150kN到500kN的各种车型。从验算结果看，上述车型通过汽车—15级桥梁的情况大体上比通过汽车—20级桥梁降低一级，即可以与标准车同时以单辆车慢行通过的只能单独通过、可以单独通过的只能单车慢车通过。 同时，又将在按汽车—20级荷载设计的桥梁上不易通过的重型车如Coles（柯尔斯）100t吊车、上海380（320kN自卸车）、汉阳960（500kN半挂车）及汉阳881全挂车等，与550kN半挂插入200kN车队作了比较，如以弯矩控制，跨径30m以下可与550kN半挂车队混行通过，跨径30m以上可单车通过，且都比汽车—20级通过情况为好。但是它与汽车—20集相比，级差不大，如跨径50m以下单向宽11.7m的简支梁桥、汽车—超20级的弯矩只比汽车—20级增大12%，剪力平均增大17%；对净-7（m）的双车道桥，则分别增大3.4%和5.9%，似乎不足以形成一级，整个车辆荷载标准如何分级有待于进一步的研究。
汽车转向系设计说明书
汽车设计课程设计说明书 题目：重型载货汽车转向器设计 姓名：席昌钱 学号：5 同组者：严炳炎、孔祥生、余鹏、李朋超、郑大伟专业班级：09车辆工程2班 指导教师：王丰元、邹旭东
设计任务书 目录 1.转向系分析 (4) 2.机械式转向器方案分析 (8) 3.转向系主要性能参数 (9) 4.转向器设计计算 (14) 5.动力转向机构设计 (16) 6.转向梯形优化设计 (22) 7.结论 (24) 8.参考文献 (25)
1转向系设计 基本要求 1.汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2.操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N。 3.转向系的角传动比在23~32之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上。 4.转向灵敏。 5.转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。 6.转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 基本参数 1.整车尺寸： 11976mm*2395mm*3750mm。 2.轴数/轴距 4/（1950+4550+1350）mm 3.整备质量 12000kg 4.轮胎气压 2.转向系分析 对转向系的要求[3] (1) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便; (2) 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑; (3) 传给转向盘的反冲要尽可能的小; (4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态; (5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员. 转向操纵机构 转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了布置方便，减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图2-1。采用柔性万向节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节如果过软，则会影响转向系的刚度。采用动力转向时，还应有转向动力系统。但对于中级以下的轿车和前轴负荷不超过3t的载货汽车，则多数仅在用机械转向系统而无动力转向装置。
汽车前桥设计说明书
、概述 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 、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： 1.2、前轴载荷计算 i）紧急制动
JY1061型汽车前桥设计说明书解析
汽车前桥设计说明书 二、结构参数选择 1、JY1061A型汽车总布置整车参数见表1： 表1 2、从动桥结构形式 本前桥采用非断开式转向从动桥 3、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：国柱实心主销。
（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 4、前轮定位角 本型前轮定位角选择见表1 三、前桥强度计算 1、前轴强度计算 （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（2）前轴计算载荷的计算 ⅰ）紧急制动
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= 12 +ΦL hg = 1175.106.17.0+?=1.631 垂直反作用力：Z 1l = Z 1r = 2 1G m 220727 631.1?==16902.96N 横向反作用力：X 1l =X 1r = 2 1G m Ф=11832.00N 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： 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=gR V G 2 1,Y max =G 1Ф′ ，为保证不横向翻车，须使V 滑 6 汽车及人群荷载 6.0.1《标准》（97）中的车辆荷载在形式上为四个等级，即汽车—超20级、挂车—120； 汽车—20级、挂车—100；汽车—15级、挂车—80；汽车—10级、履带—50。 同时规定，新建公路桥涵的设计不采用汽车—15级、挂车—80荷载，只是为便 于国家统计工作的连续性而保留这一级荷载。 《标准》（97）所规定的以车队为计算荷载图式的车辆荷载标准，是设计公路桥 梁及其它构造物所规定的计算荷载。为了保证桥梁的安全储备和使用寿命，对 桥上实际行驶的车辆轴重和总重必须予以严格限制，一般情况下，不允许采用 设计的极限值。因此，设计轴荷载多大，桥上实际行驶车辆的轴荷载也允许多 大，这是不对的，车辆设计荷载与车辆轴载、总载限制是两个不同的概念，不 可混为一谈。世界上有一些国家制定了车辆轴载限值标准。他们在制定设计车 辆荷载标准及车辆轴重限值时，除了考虑本国的国民经济发展水平外，同时考 虑了采用重型汽车提高轴重限值而获得的运输经济效益与相应增加的公路基本 建设投资及原有公路网的补强改造费用之间的合理平衡。由于提高轴重对公路 投资的影响十分惊人，长期以来，各国政府都采用了极其慎重的态度。表6.0.1-1 列出了几个经济较发达国家车辆荷载设计值和允许轴载值，表6.0.1-2列举了 一些国家和地区的轴载限值。 现行公路桥涵结构设计用车辆荷载标准模式是根据我国建国以后公路上交通荷载的实际情况，经过相当长时期的分析、研究和修正确定的。经过几十年的修订、完善，其分级逐步完善、科学、合理，基本适应了我国公路桥涵结构发展的需求。 1972年，在修订《标准》时，对原车辆荷载标准进行了一次检查，一方面向用车单位作调查，另一方面对按标准设计的桥梁通过一些重型卡车的能力作了计算比较。调查及计算分析的结果是：公路上最常行驶的车辆，解放牌一级总重不超过100kN，改装后的黄河牌和一些越野车总重不超过300kN，这些都不超过或略超过标准车加重车，对较重的车要加以验算。 鉴于车辆总重和轴重日趋增大，轴数也日渐增多，特别是发展大型集装箱运输后，通往集装箱港口码头的公路桥涵需考虑集装箱半挂车能否正常通行，而从一些计算资料可以看出，有些较重的卡车、自卸车、吊车和半挂、全挂车，在按汽车—20级、挂车—100设计的桥梁上还不能自由通行，因此，有必要在原有的车辆荷载标准中，增加一个较高的等级。 《标准》（81）确定，增加荷载等级汽车—超20级时，考虑了1978年京塘高速公路初步设计提出的两重车列形式，一是200kN车队或300kN车队插入一辆550kN 半挂车；二是原汽车—20级乘1.5倍，间距不变。后者虽然便于记忆和计算使用，但实际上并无300kN双轴车和450kN三轴车的车型，因此选定用200kN车队插入一辆550kN半挂车，车辆间距仍取15m，加重车前后的间距取10 m。在缺乏更多资料和科研成果的情况下，标准推荐暂用550kN半挂车插入200kN车队的形式作为新增加的车辆荷载等级标准即汽车—超20级。 为了保证桥涵的安全，对按荷载标准设计的桥梁的极限通过能力进行了计算。在制方《标准》（72）时曾对三个等级的荷载标准作过验算；制订《标准》（81）时，又检查了各级桥梁的极限通过能力，所用车辆除我国自己生产的车型外，也考虑了进口的车型。各国生产的普通载重卡车较重的是三轴车，而各国法定的车辆总重及轴重的限制，最大车重300kN左右，极个别超过300kN。载重更大的车辆则向半挂车发展。普通卡车有四轴的，其作用不比三轴大。同吨位卡车大多有长短车身之分，其轴距亦不同。验算通过能力时，选用了总重超过300kN或轴重超过120kN或重吨位轴距较短的车型。另外还选用了日渐增多的吊车，其重型四轴车可代表我国生产的双轴转向的四轴卡车。自卸车选用了载重120kN到320kN的各种车型。半挂车和全挂车取用载重150kN到500kN的各种车型。从验算结果看，上述车型通过汽车—15级桥梁的情况大体上比通过汽车—20级桥梁降低一级，即可以与标准车同时以单辆车慢行通过的只能单独通过、可以单独通过的只能单车慢车通过。 同时，又将在按汽车—20级荷载设计的桥梁上不易通过的重型车如Coles（柯尔斯）100t吊车、380（320kN自卸车）、汉阳960（500kN半挂车）及汉阳881全挂车等，与550kN半挂插入200kN车队作了比较，如以弯矩控制，跨径30m以下可与550kN半挂车队混行通过，跨径30m以上可单车通过，且都比汽车—20级通过情况为好。但是它与汽车—20集相比，级差不大，如跨径50m以下单向宽11.7m 的简支梁桥、汽车—超20级的弯矩只比汽车—20级增大12%，剪力平均增大17%；对净-7（m）的双车道桥，则分别增大3.4%和5.9%，似乎不足以形成一级，整个车辆荷载标准如何分级有待于进一步的研究。 工程结构优化设计理论 摘要：与传统的建筑结构设计相比较，结构设计优化不仅能够降低建筑造价，而且通过优化结构投资方向，提高关键结构部位或构件的安全度、延性和韧性，从而提高整个建筑物的安全度。通过这种有的放矢的优化设计，使整个建筑物的土建投资有效利用率大大提高关键词：结构优化设计理念 结构优化设计，能大大减少建筑造价并提高结构的安全度。设计单位在进行结构设计的时候，在建筑功能需求得到满足和遵循相关规范和规程的前提下，应综合考虑施工的可行性、施工进度和投资造价以及结构安全性等诸多要素，合理优化结构投资方向，使结构设计成为一项系统工程，做到设计成果既安全可靠，又经济合理。 一、建筑结构优化设计的意义 进行结构设计优化的原因概括起来有以下几方面： 1、钢筋混凝土和砌体等常用建筑材料的费用构成了结构成本的绝大部分，而这一部分成本通长占到结构主体造价的4０％以上，通过结构优化设计能够将建筑工程的总造价减少１０％~３５％。对于一个大型的工程来说，这将是一笔不菲的费用，并且结构的安全度也得到了提高，因此结构优化有助于建设方减少投资，增加利润和提高资金周转率，其经济价值巨大。 2、据统计设计责任是造成建筑工程质量事故的主要原因，占据 了大约４０％的比例。现阶段各设计单位设计水平良莠不齐，设计质量差导致施工停工或返工的现象时有发生。有些设计单位缺乏成本意识，算不清就多配钢筋，造成有些关键构件的设计反倒偏于不安全，这些现象有的造成了资源和成本的浪费，有的对建筑工程留下了潜在的危险。因此进行合理的结构优化设计，能够帮助业主提高设计质量并消除不必要的质量缺陷和工程风险，同时在减少不必要投资的前提下获得高品质的建筑，也符合创建节能、安定型社会的宗旨。 3、随着国家宏观调控力度的加大和原材料价格的上涨，通过销 售获得利润的空间被大大压缩，从内部挖掘潜力，节约成本成为企业赢利的重要手段，科学合理的节约成本能够提高企业的盈利率和生存能力。在这方面一些意识超前的业内知名企业，如万科、金地以及诸多国际公司已经率先垂范。 二、建筑结构设计优化方法的应用及实践价值 1、结构设计优化方法的应用 结构设计的优化主要在两个方面进行应用，一方面是在建筑工程的结构总体上的优化设计，这主要包括结构体系和结构选型，具体是指房屋的结构类型、房屋的高宽比、长宽比、房屋的结构材料等。另一方面就是结构工程分项部分的优化设计，这主要包括基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对于这些方面的设计我们需要在结构选型、受力分析、造价分析上进行研究，并在满足整个设计规范以及建筑实用需求的前提下，对整个建筑的实际情况进行优化，以降低建筑成本， 新旧规范中的汽车荷载比较 前言： 我国公路桥梁结构设计采用的汽车荷载标准长期以来采用汽车车队的形式， 计算荷载和验算荷载相结合的模式。原规范将汽车荷载划分为汽车—超20级、汽车—20级、汽车—15级、汽车—10级共四个等级，并且每个等级规定了验算荷载——挂车和履带车荷载；而新规范只将汽车荷载分为公路—I级和公路—II 级两个等级，取消了原规范规定的汽车—15级和汽车—10级汽车荷载，并且不考虑验算荷载。公路—I级相当于原规范的汽车—超20，公路—II级相当于原规范的汽车—20级。两者对简支梁的内力有什么区别，我们接下来就来分析这个问题。 正文： 新旧规范汽车荷载对简支梁产生的内力主要体现在两个方面： 1.汽车荷载的计算图式不同。 原规范汽车荷载的计算图式是以一辆加重车和具有规定间距的若干辆标准车组成的车队表示的。新规范采用车道荷载即由均布荷载和集中荷载组成的图式。 2.冲击系数不同。 旧规范近似地认为冲击力与计算跨径成反比，并与桥梁的结构形式有关。而新规范采用了结构基频来计算桥梁结构的冲击系数。 一．跨径20米的简支梁的内力分析。 下面以混凝土简支梁为研究对象，分析新旧规范标准汽车荷载效应的差别。 该桥标准跨径20m，主梁全长19.96m，计算跨径19.50m，桥面净空为净—7m+2×1.75m。主梁结构尺寸如下图示。 设计荷载分别采用《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）采用的公路—I级、公路—II级与《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-85）采用的汽车—超20级、汽车—20级进行对比分析。 （一）.新桥规计算的荷载效应 根据上节中主梁结构纵、横截面的布置，取用其的一根主梁计算其各控制截面的汽车荷载效应。 汽车荷载效应计算 按《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）4.3.2条规定，简支梁结构的冲击系数由下式计算： 介于1.5HZ和14HZ之间，冲击系数按下式计算： 汽车转向系统各部分结构作用图解（二）[图片] [ 04-11-8 17:37 ] 太平洋汽车网 四.转向传动机构 汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点O 转动，如图d-zx-07所示。显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且左、右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动。 为了满足上述要求，左、右前轮的偏转角应满足如下关系： 与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂2、转向直拉杆3转向节臂4和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆6和左、右梯形臂5组成的转向梯形一般布置在前桥之后，如图d-zx-08a所示。当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂5与横拉杆6在与道路平行的平面(水平面)内的交角＞90。 在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角＜90，如图d-zx-08b所示。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆3横置，并借球头销直接带动转向横拉杆6，从而推使两侧梯形臂转动， 1.转向器 2.转向摇臂 3.转向直拉杆 4.转向节臂 5.梯形臂 6.转向横拉杆 当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。 1.转向摇臂 2.转向直拉杆 3.左转向横拉杆 4.右转向横拉杆 5.左梯形 臂6.右梯形臂7.摇杆8.悬架左摆臂9.悬架右摆臂10.齿轮齿条式转 向器 转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂)。它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。直拉杆的典型结构如图十所示。在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是 汽车转向桥设计说明书 学院：江苏科技大学继续教育学院 专业：机械制造及其自动化 学生姓名: 沈陈钢 学号: c0640201001 设计题目：汽车转向桥的设计 指导教师: 王新彦 任务书要求： （1）了解汽车转向桥的结构，功能 （2）进行汽车转向桥的受力分析 （3）总体方案设计 （4）画出转向节的零件图 （5）画出转向桥的总装图 一、概述 转向桥是利用转向节使车轮偏转一定的角度以实现汽车的转向，同时还承受和传递汽车与车架及车架之间的垂直载荷、纵向力和侧向力以及这些力形成的力矩。转向桥通常位于汽车的前部，因此也常称为前桥。 各类汽车的转向桥结构基本相同，主要有前轴（梁）、转向节、主销和轮毂 (1)前轴：由中碳钢锻造，采用抗弯性较好的工字形断面。为了提高抗扭强度，接近两端略呈方形。前轴中部下凹使发动机的位置得以降低，进而降低汽车质心，扩展驾驶员视野，减小传动轴与变速器输出轴之间的夹角。下凹部分的两端制有带通孔的加宽平面，用以安装钢板弹簧。前轴两端向上翘起，各有一个呈拳形的加粗部分，并制有通孔。 (2)主销：即插入前轴的主销孔内。为防止主销在孔内转动，用带有螺纹的楔形销将其固定。 (3)转向节：转向节上的两耳制有销孔，销孔套装在主销伸出的两端头，使转向节连同前轮可以绕主销偏转，实现汽车转向。为了限制前轮最大偏转角，在前轴两端还制有最大转向角限位凸块(或安装限位螺钉)。 转向节的两个销孔，要求有较高的同心度，以保证主销的安装精度和转向灵活。为了减少磨损，在销孔内压入青铜或尼龙衬套。衬套上开有润滑油槽，由安装在转向节上的油嘴注入润滑脂润滑。为使转向灵活轻便，还在转向节下耳的上方与前轴之间装有推力轴承11；在转向节上耳与前轴之间，装有调整垫片8，用以调整轴向间隙。 左转向节的上耳装有与转向节臂9制成一体的凸缘，在下耳上装有与转向节下臂制成一体的凸缘。两凸缘上均制有一矩形键与左转向节上、下耳处的键槽相配合，转向节即通过矩形键及带有键形套的双头螺栓与转向节上下臂连接。 (4)轮毂：轮毂通过内外两个滚锥轴承套装在转向节轴颈上。轴承的松紧度可以由调整螺母调整，调好后的轮毂应能正、反方向自由转动而无明显的摆动。然后用锁紧垫圈锁紧。在锁紧垫圈外端还装有止推垫圈和锁紧螺母，拧紧后应把止推垫圈弯曲包住锁紧螺母或用开口销锁住，以防自行松动。 轮毂外端装有冲压的金属端盖，防止泥水或尘土浸入。轮毂内侧装有油封(有的油封装在转向节轴颈的根部)，有的还装有挡油盘。一旦油封失效，则外面的挡油盘仍可防止润滑脂进入制动器内。 本文设计的是JY1061A型采用前置后轮驱动的载货汽车转向桥，因此该转向桥为从动桥。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。 新旧规范中的汽车荷载比 较 Prepared on 24 November 2020 新旧规范中的汽车荷载比较 前言： 我国公路桥梁结构设计采用的汽车荷载标准长期以来采用汽车车队的形式，计算荷载和验算荷载相结合的模式。原规范将汽车荷载划分为汽车—超20级、汽车—20级、汽车—15级、汽车—10级共四个等级，并且每个等级规定了验算荷载——挂车和履带车荷载；而新规范只将汽车荷载分为公路—I级和公路—II 级两个等级，取消了原规范规定的汽车—15级和汽车—10级汽车荷载，并且不考虑验算荷载。公路—I级相当于原规范的汽车—超20，公路—II级相当于原规范的汽车—20级。两者对简支梁的内力有什么区别，我们接下来就来分析这个问题。 正文： 新旧规范汽车荷载对简支梁产生的内力主要体现在两个方面： 1.汽车荷载的计算图式不同。 原规范汽车荷载的计算图式是以一辆加重车和具有规定间距的若干辆标准车组成的车队表示的。新规范采用车道荷载即由均布荷载和集中荷载组成的图式。 2.冲击系数不同。 旧规范近似地认为冲击力与计算跨径成反比，并与桥梁的结构形式有关。而新规范采用了结构基频来计算桥梁结构的冲击系数。 一．跨径20米的简支梁的内力分析。 下面以混凝土简支梁为研究对象，分析新旧规范标准汽车荷载效应的差别。 该桥标准跨径20m，主梁全长，计算跨径，桥面净空为净—7m+2×。主梁结构尺寸如下图示。 设计荷载分别采用《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）采用的公路—I 级、公路—II级与《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-85）采用的汽车—超20级、汽车—20级进行对比分析。 （一）.新桥规计算的荷载效应 根据上节中主梁结构纵、横截面的布置，取用其的一根主梁计算其各控制截面的汽车荷载效应。 汽车荷载效应计算 按《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）条规定，简支梁结构的冲击系数由下式计算： 介于和14HZ之间，冲击系数按下式计算： 汽车荷载效应计算结果见下表： 汽车一级荷载： 汽车二级荷载： （二）．按照旧桥规计算的荷载效应 汽车荷载效应计算： 在汽车荷载效应计算中，直接用规范中采用的标准汽车荷载在主梁上加载， 从而计算出主梁各控制截面（支点、四分点和跨中截面）的最大弯矩和剪力效应。 汽车前桥设计说明书 一、结构参数选择 1、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） 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) 58359 20727 2133 1175 3308 1180 780 主销中心距B′(mm) 前轮距 B1(mm) 车轮滚动半 径rr(mm) 主销内倾角β主销后倾 角? 前轮外倾 角a 前轮前 束（mm） 1415 1584 480 8° 2.5°1° 2 2、从动桥结构形式 本前桥采用非断开式转向从动桥 3、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：国柱实心主销。 （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 4、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）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 （2）前轴计算载荷的计算 ⅰ）紧急制动 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= 12 +ΦL hg = 1175.106.17.0+?=1.631 垂直反作用力：Z1l= Z 1r = 2 1G m 220727 631.1?==16902.96N 横向反作用力：X1l=X 1r = 2 1G m Ф=11832.00N 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： 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=gR V G 2 1,Ymax=G 1Ф′ ，为保证不横向翻车，须使V 滑 1.简述发动机前置前驱动的轿车的优缺点？ 优点： 1.前轮驱动乘用车的前桥轴荷大，有明显的不足转向性能，越过障碍能力高。 2.动力总成结构紧凑。 3.车内地板凸包高度可降低，提高乘坐舒适性。 4.发动机不知在轴距外时，汽车轴距可以缩短，因而有利于提高汽车的机动性。发动机冷却散热条件好。 5.行李箱大易改装为其他类型车。 6.供暖机构简单，操纵机构简单。 7.发动机横置时可省掉锥齿轮，缩短汽车总长，使整备质量减轻 缺点： 1.前轮驱动并转向需采用等速万向节，其结构及制造工艺复杂。 2.前桥负荷较后轴重，前轮是转向轮，故前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短。 3.汽车爬坡能力降低。 4.当发动机横置时受空间限制，总体布置工作困难，维修与保养时的接近性变差。 5.一旦发生正面碰撞事故，因发动机及其附件损失较大，维修费用高。 2.发动机后置后驱大客车的优缺点： 优点： ?能较好地隔绝发动机的气味和热量和噪声； ?检修发动机方便； ?轴荷分配合理； ?由于后桥簧上质量与簧下质量之比增大，可改善车厢后部的乘坐舒适性； ?发动机横置时，车厢面积利用较好，并且布置座椅受发动机影响较少； ?作为城市客车使用不需要行李箱时，可以降低地板高度； ?传动轴长度短。 缺点： ?发动机的冷却条件不好，必须采用冷却效果强的散热器； ?动力总成的操纵机构复杂； ?驾驶员不容易发现发动机故障。 3.发动机前置后驱的货车有什么特点？ 优点：（1）可以采用直列、V型或卧式发动机； （2）发现发动机故障容易； （3）发动机的接近性良好，维修方便； （4）离合器等操纵机构的结构简单，容易布置； （5）货箱地板高度低； 缺点：（1）如果采用平头式驾驶室，而且将发动机布置在前轴之上，处于驾驶员、副驾驶员座位之间时，驾驶室内部拥挤，隔绝发动机工作噪声、气味、热量和振 动的工作困难，离合器、变速器等操纵机构复杂； （2）如果采用长头式驾驶室，在增加整车长度的同时，为保证驾驶员 有良好的视野，需将座椅布置的高些，这又会增加整车和整车质心高度以及 一些其他方面显而易见的缺点。 结构优化设计的综述与发展 摘要：结构优化设计，就是在计算机技术等高科技手段的支持下，为了提升机械产品的性能、工作效率，延长机械产品的工作寿命，对机械产品的尺寸、形状、拓扑结构和动态性能进行优化的过程。这是机械行业发展的必然要求，也是信息时代的必然要求。结构优化设计，必须在保证机械产品满足工作需要的前提下，通过科学的计算来实行。文章将简单对结构优化设计的发展状况进行介绍，列举几种优化设计方法，以及讨论未来优化的发展情况。 关键词：结构优化设计发展优化设计方法 1 结构优化设计 结构优化简单来说就是在满足一定的约束条件下，通过改变结构的设计参数，以达到节约原材料或提高结构性能的目的。结构优化设计通常是指在给定结构外形，给定结构各元件的材料和相关载荷及整个结构的强度、刚度、工艺等要求的条件下，对结构进行整体和元件优化设计。结构优化设计一般由设计变量、约束条件和目标函数三要素组成。评价设计优、劣的标准，在优化设计中称为目标函数；结构设计中以变量形式参与的称为设计变量；设计时应遵守的几何、刚度、强度、稳定性等条件称为约束条件，而设计变量、约束函数与目标函数一起构成了优化设计的数学模型。结构优化的目的是让设计的结构利用材料更经济、受力分布更合理。 结构优化设计根据设计变量选取的不同可以分为截面（尺寸）优化、形状优化、拓扑优化三个层次。尺寸优化是选取结构元件的几何尺寸作为设计变量，例如，杆元截面积、板元的厚度等等[1]。而形状优化是选取结构的内部形状或者是节点位置作为设计变量。拓扑优化就是选取结构元件的有无作为设计变量，为0-1型逻辑型设计变量。 2 结构优化设计研究概况与现状 结构优化设计最早可以追溯到17世纪，伽利略和伯努利对弯曲梁的研究从而引发了变截面粱形状优化的问题。后来Maxwell和Michell提出了单载荷仅有应力约束条件下最小重量桁架结构布局的基本理论，为系统地分析结构优化理论作出了重大的贡献。然而长期以来，由于缺乏高速可靠的计算手段和理论，结构优化设计一直无法获取较大发展。 到上世纪六十年代，有限元技术借助于计算机技术，得到了极大的发展。1960年Schmit在求解多种载荷情况下弹性结构的最小重量问题时，首次在结构优化中引入入数学规划理论，并与有限元方法结合应用，形成了全新的结构优化思想，标志着现代结构优化技术的开始[2]。 1973年Zienkiewicz和Campbell[3]在解决水坝的形状优化问题时，首次以节点坐标作为设计变量，在结构分析方面使用了等参元，在优化方法上使用了序列线性规划的方法。其后，众多的学者在此基础上，逐渐发展形成了使用边界形状参数化方法描述连续 第二十二章汽车转向系 一、填空题 1．转向系可按转向能源的不同分为____________和___________两大类。 2．机械式转向系由____________、____________和____________三大部分组成。3．转向系的作用是______________________________。 4．液压式动力转向系中，转向加力装置由___________、___________、___________和____________组成。 5．循环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是_______________传动副，第二级是________________或________________传动副。 6．齿轮齿条式转向器传动副的主动件是__________，从动件是__________。7．蜗杆曲柄指销式转向器传动副的主动件是__________，从动件是装在摇臂轴曲柄端部的__________。 8．与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括__________、__________、__________和___________。 9．按传能介质的不同，转向传力装置分为___________和___________两种。10．液压转向传力装置有____________和____________两种。 11．动力转向器由____________、____________和____________等三部分组成。12．在转向传动机构中，为了防止运动干涉，各个横纵拉杆均采用__________进行连接。 二、选择题（有一项或多项正确） 1．在动力转向系中，转向所需的能源来源于（）。 A．驾驶员的体能B．发动机动力C．A，B均有D．A，B均没有 2．设转向系的角传动比为iw，转向器的角传动比为iw1，转向传动机构的角传比为iw2，则下式正确的为（）。 A．iw=iw1+iw2B．iw=iw1*iw2C．iw=iw1-iw2D．iw=iw1/iw2 3．转弯半径是指由转向中心到（）。 A．内转向轮与地面接触点间的距离B．外转向轮与地面接触点间的距离 C．内转向轮之间的距离D．外转向轮之间的距离 一、前言 前桥一般位于汽车的前部，也称转向桥或从动桥。前桥是汽车上一个重要的总成件，主要包括转向节、转向主销、前梁等零部件。前桥是通过悬架与车架相连，用以承受地面与车架之间的垂直载荷外，还承受制动力和侧向力以及这些力所构成的力矩，并保证转向轮作正确的运动。车桥通过悬架与车架连接，支撑着汽车大部分重量，并将车轮的牵引力或者制动力，以及侧向力经过悬架传给车架。在汽车使用中，转向桥的受力状况比较复杂，因此应具有足够的强度。为保证转向车轮的正确定位角度，使操纵轻便并减轻轮胎的磨耗，转向桥也应有足够的刚度。此外，还应尽量减轻转向桥的重量。总之，由于在汽车的行驶过程中，前桥所处的工作环境恶劣，工况复杂，其承受的载荷也多为交变载荷，从而其零部件易出现疲劳裂纹甚至断裂现象。这就要求其在结构设计上必须有足够的强度、刚度和抗疲劳破坏的能前轴：是前桥的主要承重零部件，我公司有管式和锻打式两种结构形式，但主要以锻打式为主。 前桥承受汽车的前部重量，把汽车的前进推力从车架传给车轮，并与转向装置的有关机件作关节式联系，实施汽车的转向。前桥是利用它的两端通过主销与转向节连接，用以转向节的摆转来实现汽车的方向。 1、使用性能要求 为使汽车在行驶中具有较好的直线行驶能力，前桥应满足下列要求： (1) 足够的强度，以保证可靠的承受车轮与车架（或承载式车身）之间的作用力。 (2)正确的车轮定位，使转向轮运动稳定，操纵轻便并减轻轮胎的磨损。前轮定位包括主销内倾，主销后倾，前轮外倾和前轮前束。 (3) 足够的刚度，使受力后变形要小，保证主销和转向轮有正确的定位角度保持不变。 (4) 转向节与主销，转向节与前桥之间的摩擦力应尽可能小，以保证转向操作的轻便性，并有足够的耐磨性。 (5) 转向轮的摆振应尽可能小，以保证汽车的正常，稳定行使。 汽车等效均布荷载的简化计算 朱炳寅 中国建筑设计研究院（100044） 汽车（消防车）轮压以其荷载数值大、作用位置不确定及一般作用时间较短而倍受结构设计者关注。结构设计的关键问题在于汽车轮压等效均布荷载数值的确定。轮压荷载作用位置的不确定性，给等效均布荷载的确定带来了相当的困难，一般情况下，要精确计算轮压的等效均布荷载是比较困难的，且从工程设计角度看，也没有必要。“等效”和“折减”的本质都是“近似”，“等效”和“折减”的次数越多其误差就越大。本文推荐满足工程设计精度需要的汽车轮压等效均布荷载的简化计算方法，供读者参考。 1. 影响等效均布荷载的主要因素 1）跨度 等效均布荷载的数值与构件的跨度有直接的关系，在相同等级的汽车轮压作用下，板的跨度越小，则等效均布荷载的数值越大；而板的跨度越大，则等效均布荷载数值越小。结构设计中应注意“等效均布荷载”及“效应相等”的特点，汽车轮压荷载具有荷载作用位置变化的特性，是移动的活荷载，其最大效应的把握困难，且效应类型（弯矩、剪力等）的不同，等效均布荷载的数值也不相同，等效的过程就是一次近似的过程。 2）动力系数 汽车荷载属于动力荷载，板顶填土或面层对汽车动力荷载起缓冲和扩散作用，板顶覆土或面层太薄时，一般可不考虑其有利影响。而当板顶覆土厚度较大时，轮压荷载对顶板的动力影响已经不明显，可取动力系数为1.0。见表1。《荷载规范》表4.1.1中给出的车辆荷载，是一种直接作用在楼板上的等效均布荷载，已考虑了动力系数，可直接采用。 表1 汽车轮压荷载传至楼板及梁的动力系数 注：1. 覆土厚度不为表中数值时，其动力系数可按线性内插法确定； 2．当直接采用《荷载规范》表4.1.1中第8项规定的数值时，无需再乘以表中数值。 3）覆土层厚度 1）《荷载规范》表4.1.1中第8项所规定的汽车荷载，是轮压直接作用在楼板上的等效均布荷载。 2）结构板面的覆土及面层对汽车轮压具有扩散作用(车轮压力扩散角，在混凝土中按45°考虑，在土中可按30°考虑)，覆土越厚，汽车轮压扩散越充分，当覆土层厚度足够厚，轮压扩散足够充分时，汽车轮压荷载可按均布荷载考虑。当覆土层厚度足够时，可按汽车在合理投影面积范围内的平均荷重计算汽车的轮压荷载，见表2。 表2 覆土厚度足够时消防车的荷载汽车荷载等级
工程结构优化设计理论
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