轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范DOC

1、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范1規(guī)范本規(guī)范介紹了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、匹配、以及動力轉(zhuǎn)向管路的布置。本規(guī)范適用于天龍系列車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.引用標(biāo)準(zhǔn)： 本規(guī)范主要是在滿足下列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定（或強(qiáng)制）范圍之內(nèi)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)和整車布置。 GB 17675-1999 汽車轉(zhuǎn)向系基本要求 GB11557-1998 防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對駕駛員傷害的規(guī)定 GB 7258-1997 機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件 GB 9744-1997 載重汽車輪胎 GB/T 6327-1996 載重汽車輪胎強(qiáng)度試驗(yàn)方法 汽車標(biāo)準(zhǔn)匯編 第五卷 轉(zhuǎn)向 車輪 3.概述：在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，應(yīng)首先考慮滿足零部件的系列化、通用化和零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。先從產(chǎn)品開

2、發(fā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)定義書上獵取新車型在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必須的信息。然后布置轉(zhuǎn)向傳動裝置，動力轉(zhuǎn)向器、垂臂、拉桿系統(tǒng)。再進(jìn)行拉桿系統(tǒng)的上/下跳動校核、與輪胎的位置干涉校核，以及與懸架系統(tǒng)的位置干涉、運(yùn)動干涉校核。最小轉(zhuǎn)彎半徑的估算，方向盤圈數(shù)的計(jì)算。最后進(jìn)行動力轉(zhuǎn)向器、動力轉(zhuǎn)向泵，動力轉(zhuǎn)向油罐的計(jì)算與匹配，以滿足整車與法規(guī)的要求；確定了動力轉(zhuǎn)向器、動力轉(zhuǎn)向泵，動力轉(zhuǎn)向油罐匹配之后，再完成轉(zhuǎn)向管路的連接走向。4車輛類型：以EQ3386 8×4為例，6×4或4×2類似5 桿系的布置：根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)定義書上所要求的、車輛類型、車駕寬、高、軸距、空/滿載整車重心高坐標(biāo)、輪距、前

3、/后橋滿載軸荷、最小轉(zhuǎn)彎直徑、最高車速、發(fā)動機(jī)怠速 、最高轉(zhuǎn)速，空壓機(jī)接口尺寸，輪胎規(guī)格等，確定前橋的噸位級別、輪胎氣壓、花紋等?？紤]梯形機(jī)構(gòu)與第一軸、第二軸、第三軸、第四軸之間的軸距匹配及各軸輪胎磨損必需均勻的原則，確定第一前橋、第二前橋內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角、第一垂臂初始角、擺角與長度、中間垂臂的長度、初始角、擺角，確定上節(jié)臂的坐標(biāo)、長度等確定的參數(shù)如下第一、二軸選擇7噸級規(guī)格輪胎型號：12.00-20、 輪胎氣壓 0.74Mpa、花紋第一軸 外輪轉(zhuǎn)角 35°； 內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 44°第二軸 外輪轉(zhuǎn)角 29°； 內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 34°第一軸上節(jié)臂參數(shù)上節(jié)臂球銷坐標(biāo)上節(jié)臂有效

4、長度 垂臂參數(shù)垂臂長度315mm，中間球銷長度187mm（接中間拉桿），初始角向后2°第二軸上節(jié)臂參數(shù)上節(jié)臂球銷坐標(biāo)上節(jié)臂有效長度 中間垂臂參數(shù)中間垂臂長度330 mm（接第二直拉桿），中間球銷長度230mm（接中間拉桿），中間球銷長度269.5mm（接助力油缸活塞），初始角向后6° 上述主要參數(shù)確定后，便可布置轉(zhuǎn)向機(jī)支架、第一直拉桿、第二直拉桿、中間拉桿。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向機(jī)支架時，第一要考慮支架的強(qiáng)度，第二要支架的剛度，第三要考慮支架的鑄造工藝性。轉(zhuǎn)向機(jī)支架可以用有限元進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在因?yàn)橹Ъ艿膹?qiáng)度與剛度影響到整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。支架的強(qiáng)度與剛度不足，會引起前輪擺振、前輪轉(zhuǎn)向反映

5、遲鈍、方向盤自由間隙大。另外，還要考慮轉(zhuǎn)向機(jī)的安裝工藝性與維修方便性，使轉(zhuǎn)向機(jī)的安裝螺栓有擰緊空間及便于拆卸。設(shè)計(jì)第一/第二直拉桿時，要考慮下列問題：保證車輪右轉(zhuǎn)極限位置時，直拉桿與輪胎有10mm的間隙，直拉桿與減振器有10mm的間隙，直拉桿前后球銷擺角不超過12°，直拉桿與制動氣室有10mm的間隙等；保證車輪左轉(zhuǎn)極限位置時，直拉桿不與轉(zhuǎn)向機(jī)及轉(zhuǎn)向機(jī)支架等另部件干涉，直拉桿前后球銷擺角也不超過12°。還保證車輪上下跳動100mm時，直拉桿前后球銷擺角不超過15°。當(dāng)然，還要考慮直拉桿的制造工藝性，使設(shè)計(jì)的直拉桿容易制造。最后還要對直拉桿進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核。設(shè)計(jì)中

6、間拉桿時，要考慮下列問題：保證車輪左/右轉(zhuǎn)至極限位置時，中間拉桿不與周圍的另部件干涉，中間拉桿前后球銷擺角不超過12°。該車型為雙前橋，桿系另部件多，而且運(yùn)動關(guān)系較復(fù)雜，如果制造水平低，桿系長度公差較大的話，則會引起第一與第二橋不對中，因此，應(yīng)把中間拉桿設(shè)計(jì)成長度可調(diào)式，以彌補(bǔ)制造缺陷帶來的不足。當(dāng)然，也考慮中間拉桿的制造工藝性，使設(shè)計(jì)的中間拉桿容易制造。最后同樣要對中間拉桿進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核。6前輪上跳干涉量計(jì)算 布置拉桿系統(tǒng)時，要保證前懸架和轉(zhuǎn)向拉桿的運(yùn)動協(xié)調(diào)。在采用鋼板彈簧的情況下，當(dāng)前輪相對于車身上下跳動時，轉(zhuǎn)向上節(jié)臂與直拉桿相連的球銷中心，一方面隨著前橋沿著彈簧主片所決定

7、的軌跡運(yùn)動，同時又要隨著垂臂球銷中心運(yùn)動。如果這兩種運(yùn)動的軌跡偏差較大，一方面在不平路面時會引起前輪擺振，一方面，在緊急制動時由于彈簧的縱向扭曲，會引起前輪跑偏。按TRW規(guī)定:當(dāng)車輪上跳100時，干涉量不大于7mm，車輪下跳100mm時，干涉量不大于15mm。如果不考慮兩前橋之間的相互影響，雙前橋的干涉量計(jì)算與單前橋的計(jì)算方法相同，單獨(dú)計(jì)算每個前橋的干涉量便可。計(jì)算結(jié)果如下 彈簧當(dāng)量桿半徑 R=612mm 彈簧當(dāng)量桿角度 =7.86° 第一軸： 當(dāng)前輪上跳（DZ）100mm或下跳（DZ）100mm，相應(yīng)的干涉量（DX）如下： DZ DX 100 -5.54 90 -4.66 80 -

8、3.86 -80 -0.9-90 -1.36-100 -1.92第二軸： 當(dāng)前輪上跳（DZ）100mm或下跳（DZ）100mm，相應(yīng)的干涉量（DX）如下： DZ DX 100 2.12 90 2.23 80 2.27 -80 -7.04 -90 -8.29 -100 -9.63 可以看出，桿系的布置滿足TRW要求。7轉(zhuǎn)彎半徑估算 轉(zhuǎn)彎半徑與第一軸的梯形機(jī)構(gòu)及梯形機(jī)構(gòu)與桿系的匹配有關(guān)。要盡量使所有輪胎產(chǎn)生純滾動和最小的磨損。因?yàn)檩喬ビ袀?cè)偏現(xiàn)象，目前，輪胎側(cè)偏剛度等有關(guān)參數(shù)欠缺，轉(zhuǎn)彎半徑只能作近似估算，然后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第一軸梯形機(jī)構(gòu)的計(jì)算梯形臂球頭坐標(biāo)（-170，882.1，-110.0）梯形臂有

9、效長度 m=175mm 梯形底角 76.27° 梯形臂兩球頭中心距 1764.2mm通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，當(dāng)內(nèi)輪轉(zhuǎn)44°時外輪相應(yīng)轉(zhuǎn)35°最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin可按下式計(jì)算：式中： L1，L2，L3 軸距 a 車輪接地偏置距 外輪最大轉(zhuǎn)角 第一軸側(cè)偏角，取4 代入數(shù)據(jù)：最小轉(zhuǎn)彎直徑為21.66m，滿足整車要求，實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑通過試驗(yàn)測定。8方向盤圈數(shù)計(jì)算:方向盤圈數(shù)與第一前橋最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動比有關(guān)，它影響駕駛員的超縱輕便性和轉(zhuǎn)向靈敏性。方向盤圈數(shù)小時，機(jī)動性好些，如果太小，會不符合駕駛員的駕駛習(xí)慣；方向盤圈數(shù)大時，轉(zhuǎn)向不太靈敏。對裝動力轉(zhuǎn)向的重型貨車，方向盤圈數(shù)

10、可稍小些，一般在4.0-5.5圈之間。通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果為：當(dāng)?shù)谝惠S左輪向右轉(zhuǎn)35°時，垂臂擺角向后39.4°，右輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角為44°；中間垂臂擺角向后31°，第二軸左輪向右相應(yīng)的轉(zhuǎn)27.7°，右輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角為32.4°；當(dāng)左輪向左轉(zhuǎn)44°時，垂臂擺角向前38.4°，右輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角為35°；中間垂臂擺角向前擺32°，第二軸左輪向左轉(zhuǎn)33°，右輪的轉(zhuǎn)角為28.3°。當(dāng)動力轉(zhuǎn)向器角傳動比為24時，方向盤轉(zhuǎn)動總?cè)?shù)計(jì)算如下 方向盤轉(zhuǎn)動總?cè)?shù)： (圈)9 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的計(jì)算9.

11、1第一軸動力轉(zhuǎn)向能力計(jì)算 動力轉(zhuǎn)向器的缸徑、最高油壓、最大輸出力矩與輪胎的原地轉(zhuǎn)向阻力矩，拉桿系統(tǒng)的角傳動比有關(guān)。動力轉(zhuǎn)向器的最大輸出力矩過大時，易使桿系和車身變形；動力轉(zhuǎn)向器的最大輸出力矩過小，車輛超載時，動力轉(zhuǎn)向失靈。原則是保證動力轉(zhuǎn)向器的最大輸出力矩稍大于作用于直拉桿作用于搖臂軸上的阻力矩。原地轉(zhuǎn)向力估算。原地轉(zhuǎn)向時，輪胎阻力矩Ms一般按 V.E.GOUGH推薦的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即式中： 輪胎與地面間的摩擦系數(shù),取=0.7G 單邊車輪負(fù)荷 N G=7000x9.8/2=34300NP 輪胎充氣壓力,取7.4X105代入數(shù)據(jù)得:拉桿機(jī)構(gòu)傳動比計(jì)算。通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)：左輪右轉(zhuǎn)35°

12、時，拉桿機(jī)構(gòu)（從垂臂到上節(jié)臂）傳動比iD為1.411，梯形機(jī)構(gòu)（從上節(jié)臂到右梯形臂）傳動比iT為0.559；左輪向左轉(zhuǎn)44°時，拉桿機(jī)構(gòu)傳動比iD=0.668，梯形機(jī)構(gòu)傳動比iT=1.855搖臂軸上阻力矩MP 的計(jì)算。當(dāng)輪胎阻力矩為MS時，相應(yīng)的作用在搖臂軸上的阻力矩MP:如果考慮系統(tǒng)摩擦則式中： T 梯形機(jī)構(gòu)效率,取0.8 D 拉桿機(jī)構(gòu)效率,取 0.8 代入數(shù)據(jù)得左輪向左轉(zhuǎn)時: N.m左輪向右轉(zhuǎn)時: Nm動力轉(zhuǎn)向器的計(jì)算如果動力轉(zhuǎn)向器的缸徑選擇120mm，螺桿直徑為13.677mm，在壓力為13.0 Mpa時，搖臂軸上確保輸出扭矩M=6149N.m顯然，動力轉(zhuǎn)向器輸出扭矩稍大于搖臂

13、軸上的阻力矩，動力轉(zhuǎn)向器能滿足超載使用要求。9.2第二軸動力轉(zhuǎn)向能力計(jì)算 雙前橋中的第二橋的動力轉(zhuǎn)向助力一般由隨動助力缸或者隨動助力轉(zhuǎn)向器提供。隨動助力缸實(shí)際上就是一個動力缸，主要尺寸是動力缸內(nèi)徑和活塞行程。隨動助力缸油壓由動力轉(zhuǎn)向器提供，活塞移動行程與方向由中間拉桿控制。隨動助力缸提供的是油缸伸張輸出力與油缸壓縮輸出力。根據(jù)第二橋的負(fù)荷與轉(zhuǎn)角選擇動力缸內(nèi)徑與活塞伸張/壓縮行程。隨動助力轉(zhuǎn)向器與隨動助力缸稍有不同，隨動助力轉(zhuǎn)向器提供的是搖臂軸的輸出力矩，隨動助力轉(zhuǎn)向器是集轉(zhuǎn)向器與動力缸于一體。相同的是隨動助力轉(zhuǎn)向器的油壓也由動力轉(zhuǎn)向器提供，搖臂軸的擺角與方向也由中間拉桿控制。采用隨動助力缸的優(yōu)

14、點(diǎn)是因?yàn)殡S動助力缸結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸較小，因而拉桿系統(tǒng)布置較靈活，比較適合改裝車改裝用。缺點(diǎn)是桿系結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜一些。采用隨動助力轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是桿系結(jié)構(gòu)簡單一些。缺點(diǎn)是因?yàn)殡S動助力轉(zhuǎn)向器的外形尺寸較大，占用的空間較大，隨動助力轉(zhuǎn)向器一般布置在車架上平面，不太適合改裝車改裝用。第二軸動力轉(zhuǎn)向能力計(jì)算，與第一軸動力轉(zhuǎn)向能力計(jì)算類似。同樣，隨動助力缸的缸徑、最高油壓、最大輸出力的選擇，也要考慮輪胎的原地轉(zhuǎn)向阻力矩，拉桿系統(tǒng)的角傳動比。隨動助力缸的油壓由動力轉(zhuǎn)向器提供，最高油壓與動力轉(zhuǎn)向器相同。隨動助力缸輸出的力過大時，也會使使桿系和車身變形；隨動助力缸輸出的力過小，車輛超載時，動力轉(zhuǎn)向也失靈。原則是保

15、證隨動助力缸輸出的力稍大于第二直拉桿作用于中間垂臂力。原地轉(zhuǎn)向力估算與第一軸相同，因?yàn)榈诙虻妮S荷與第一橋相同，因而輪胎阻力矩Ms也為1723.1Nm.第二軸拉桿機(jī)構(gòu)傳動比計(jì)算。通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)：第二軸左輪右轉(zhuǎn)28.5°時，拉桿機(jī)構(gòu)（從垂臂到上節(jié)臂）傳動比iD為1.231，梯形機(jī)構(gòu)（從上節(jié)臂到右梯形臂）傳動比iT為0.694。左輪向左轉(zhuǎn)34.4°時，拉桿機(jī)構(gòu)傳動比iD=0.835，梯形機(jī)構(gòu)傳動比iT=1.495輪胎阻力矩作用到中間垂臂軸上的力矩MP2 的計(jì)算。當(dāng)輪胎阻力矩為MS 時，中間搖臂軸上的阻力矩MP2:如果考慮系統(tǒng)摩擦則式中： T 梯形機(jī)構(gòu)效率,取0.8 D 拉桿

16、機(jī)構(gòu)效率,取 0.8代入數(shù)據(jù)得左輪向左轉(zhuǎn)時: N.m左輪向右轉(zhuǎn)時: N.m轉(zhuǎn)向助力油缸作用于中間垂臂的力矩計(jì)算：轉(zhuǎn)向助力油缸工作缸徑50；連桿直徑25，接油缸的中間垂臂有效長度H1=0.2569m。在效率=90%，油壓為P=13MPa時，油缸伸張輸出力油缸伸張輸出力矩：Ms=Fs*H1=22972.5x0.2569=5901.6 Nm在效率=90%，油壓為P=13MPa時，油缸壓縮輸出力油缸壓縮輸出力矩： My=Fy*H1=17230x0.2569=4426.3 Nm動力轉(zhuǎn)向器提供給中間垂臂富余力矩的計(jì)算。因?yàn)橹虚g拉桿連接第一垂臂與中間垂臂，如果動力轉(zhuǎn)向器的輸出力矩大于第一前橋的阻力矩時，動力

17、轉(zhuǎn)向器還有富余的力矩提供給中間垂臂。左轉(zhuǎn)向時，動力轉(zhuǎn)向器作用于中間垂臂軸的力矩： M=(6149-5527.9)x230/187=764 Nm右轉(zhuǎn)向時，動力轉(zhuǎn)向器作用于中間垂臂軸的力矩： M”=(6149-4951.7)x230/187=1472.6 Nm動力轉(zhuǎn)向器與助力油缸作用于中間垂臂軸的力矩之和的計(jì)算。實(shí)際上，中間垂臂的力矩大部分由助力油缸提供，小部分由動力轉(zhuǎn)向器提供。左轉(zhuǎn)向時為： M=M+Ms=6665.6 Nm右轉(zhuǎn)向時為： M”=M”+My=5898.9 Nm顯然 MMp2 M”Mp2” 隨動助力缸滿足使用要求。9.3動力轉(zhuǎn)向油泵的選取重型汽車采用的動力轉(zhuǎn)向油泵一般為葉片式，也有少量

18、車型采用齒輪泵，如EQ4196 進(jìn)口發(fā)動機(jī)匹配的動力轉(zhuǎn)向油泵便是齒輪泵。葉片泵的優(yōu)點(diǎn)是工作壓力高，流量穩(wěn)定，噪聲小。齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，可靠性高。但流量波動大，噪聲大。動力轉(zhuǎn)向油泵的參數(shù)主要是最高壓力與怠速流量、控制流量。動力轉(zhuǎn)向器最高壓力是由動力轉(zhuǎn)向油泵提供的，所以最高壓力應(yīng)與動力轉(zhuǎn)向器的相同。動力轉(zhuǎn)向油泵怠速流量的選取是根據(jù)方向盤以最大瞬時轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，動力轉(zhuǎn)向器所需要的理論流量，然后再計(jì)算出所需要的怠速流量與控制流量。對于汽車方向盤最大瞬時轉(zhuǎn)速，可以按TRW推薦的1.5圈/s 計(jì)算。怠速流量計(jì)算公式為Qmin=60ntS+Q，控制流量計(jì)算公式為Qmax=（1.52）60ntS

19、+Q，其中Q 為轉(zhuǎn)向器的內(nèi)泄漏量，n為汽車方向盤最大瞬時轉(zhuǎn)速，t為螺距，S油缸實(shí)際工作面積。當(dāng)然轉(zhuǎn)向油泵最主要的性能參數(shù)除了最高壓力與流量外，油泵的工作特性也是非常重要的。原則是：低速時，希望油泵的流量大一些，保證原地轉(zhuǎn)向的輕便性；在正常車速行使時，希望油泵的流量穩(wěn)定，不隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增大，保證路感與行駛安全性，防止方向盤發(fā)飄。動力轉(zhuǎn)向油泵的動力來源由發(fā)動機(jī)或空壓機(jī)提供。安裝方式有齒輪、花鍵、聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動等多種方式。9.4動力轉(zhuǎn)向油罐的選取 動力轉(zhuǎn)向油罐的主要功能是：儲存油液，向油泵供油；散熱、降低油液的工作溫度；過濾油液雜質(zhì)，保證工作油液的清潔度。動力轉(zhuǎn)向油罐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)有轉(zhuǎn)向油罐容積，濾芯的通過流量，濾芯過濾精度，安全閥裝置開啟壓力。轉(zhuǎn)向油罐容積，一方面要滿足油缸的工作容積、管路充填容積、油罐本身的空間容積要求，一方面要考慮油液的散熱性能，一般希望系統(tǒng)油