转向系统设计计算书.docx
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转向系统设计计算书
密级：
版本/更改状态：
第一版／0
编号：
长城汽车股份有限公司技术文件
CC6460K/KY
转向系统设计计算书
编制：
审核：
审定：
批准：
长城汽车股份有限公司
二OO四年四月十五日
1系统概述∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1
2转向系统设计依据的整车参数计设计要求∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2
3转向系统设计过程∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2
3.1最小转弯半径计算∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2
3.2转向系的角传动比计算∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙3
3.3转向系的力传动比计算∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙3
3.4转向系的内外轮转角∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4
3.5液压系统的匹配计算∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5
3.5.1转向油泵流量的计算∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5
3.5.2转向油泵压力的变化∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙6
4结论说明∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙7
5参考文献∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙8
1.系统概述
本系统的设计计算依据来自K1项目中的CC6460K/CC6460KY的整车设计任务书。
根据公司CC6460K/CC6460KY车型设计开发要求规定，本车型的转向系统在参考原车的基础上进行匹配设计开发。
本系统的设计计算适用于CC6460K/CC6460KY车型及其所延伸变化的其他K1系列车型。
根据整车设计任务书及总布置要求，转向梯形采用齿轮齿条拉杆式前置转向梯形机构，采用齿轮齿条式液压动力转向器，φ383四幅式转向盘，吸能式转向管柱及其它转向部件具体参考下图：
1.方向盘2.转向轴及万向节3.转向管路4.动力转向泵
1
5.转向油罐6.整体式动力转向器
2．转向系统设计依据的整车参数及设计要求
整车型号
CC6460K
CC6460KY
驱动型式
4×2
4×4
轴距（mm）
2700
2700
轮距
前（mm）
1515
1515
后（mm）
1520
1520
质量参数
整备质量 （kg）
1720
1830
前轴荷 （kg）
890
980
后轴荷 （kg）
830
850
满载质量 （kg）
2195
2305
前轴荷 （kg）
980
1070
后轴荷 （kg）
1215
1235
载质量 （kg）
475
475
车轮定位参数（空载）
前束 （mm）
0～2
0～2
前轮外倾角（°）
0°±30′
0°±30′
主销后倾角 （°）
3°30′±30′
3°30′±30′
主销内倾角 （°）
12°30′±30′
12°30′±30′
内/外轮最大转角（°）
≥32°/28°
≥32°/28°
3．转向系统的设计过程
3.1最小转弯半径的计算
假设轮胎是刚性的，不考虑轮胎侧偏的影响，则有
Rmin=
——汽车内轮最大转角L——轴距
K——主销距r——车轮转臂
根据整车参数以及从数模中量取得实际数据取值如下：
2
=32°L=2700K=1484r=146.8
代入公式Rmin=6549mm即最小转弯半径的理论为6.5m。
3.2转向系的角传动比计算
齿轮齿条式转向系的角传动比i0ω=L/rcosθ
其中L——梯形臂长度；
r——主动小齿轮的节圆半径；
θ——齿轮与齿条的轴交角；
其中L=146.8光洋：
r=6.351恒隆：
r=6.75θ=20°，θ=25°（优化后）
最后求得：
i0ω=24.6（光洋转向优化前）
光洋：
i0ω=25.5，恒隆：
i0ω=24（转向优化后）
3.3转向系的力传动比计算
精确的计算出转向阻力矩是很困难的，目前常用经验公式如下：
Mr=
式中：
Mr——在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩；
f——轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取0.7；
G1——转向轴负荷；
P——轮胎气压；
G1=1070×9.8P=230kPa最后求得Mr=522429N.mm即522.429N.m
作用在转向盘上的手力可用下式得出：
Fh=
其中：
Fh——作用在转向盘上的手力，N；
iw——转向系角传动比；
3
R——转向盘半径；
η——转向系效率取0.75；
最后求得：
Fh=148N（不带助力时转向力）根据法规GB17675-1999《汽车转向系基本要求》中的规定，不带助力转向时，按规定的转向作用在方向盘的手力应小于245N，
<245N，因此方向盘的手力满足法规要求。
3.4转向器的内外轮转角：
根据整车设计要求和阿克曼几何原理，可得出理想的阿克曼转角曲线，具体计算如下：
ctg
-ctg
=
其中K——主销距L——轴距
ctg
-ctg
=0.55
根据我们设计的转向系统从整车装配数模中可取转向系统需要的设计硬点并建立Adams仿真计算模型，在不考虑轮胎侧偏和所有组件都为刚性的情况下可仿真出实际的内外轮转角曲线。
从下表中的数据看，adams的仿真结果与实际差距不大，可以采用
内，外轮转角曲线
θi
0
4.9
10
15.3
20.1
25.2
30.4
34.3
θ0
0
5.1
10.1
15.1
19.5
24
28.5
31.8
阿克曼转角曲线
θi
0
5.2
10.87
17.12
23.85
31.1
38.26
θ0
0
5
10
15
20
25
30
4
具体的对比如下图示：
3.5液压系统的匹配计算：
3.5.1转向油泵流量的计算：
油泵工作流量的选取是根据转向盘最大瞬时转速计算的。
先计算出转向盘最大瞬时转速所需要的理论流量Q0然后再计算出实际需要的流量Q1。
Q1≥Q0=
式中：
Dc——动力缸直径；
——油泵的容积效率，一般取0.75—0.85（取0.8）
——泄露系数，
=0.05—0.10（取0.07）；
——动力缸活塞移动速度（在计算时取最大速度）；
转向盘最大转动频率nh=（对K1车取1.5s-1）,根据转向器的线角传动比41.73mm/rev可求得
=1.5×41.73=62.595mm/s-1。
5
根据转向器的受压面积Sc可求得Dc（转向器Sc=9.18cm2）。
最后求得Q0=4.6L/min,所以只要Q0≥4.6L/min即可，又因为汽车实际的开车时的情况，转向泵的流量会随着发动机转速的变化而有变化，我们选下图的转向泵流量曲线：
3.5.2转向油泵压力的变化
转向油泵的工作压力取决于其所需克服的阻力，而原地转向阻力矩是转向系统所需克服的最大阻力矩。
根据下图所示转向梯形简图可得公式：
Pio=
6
式中Pio——静态原地转向时系统压力MPa.；
——原地转向阻力矩,单位N·mm；
S——助力缸截面积，mm2；
——梯形臂长度，单位mm；
——转向梯形底角，单位°；
静态原地转向阻力矩是汽车使用中最大极限转向所需力矩，汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩采用下面的经验公式计算：
=
式中
——轮胎与地面间的滑动摩擦系数，一般取0.8左右。
——转向阻力矩，单位N·mm；
——前轴负荷，单位N；
——轮胎气压，单位MPa。
根据整车参数，CC6460K/KY车满载前轴荷为1070㎏，约为10486N，轮胎气压为230KPa，梯形臂L1=147㎜，转向器梯形底角α=76°，动力受压面积S=9.18㎝2。
根据以上数据可求得Pio=4.0MPa。
原地助力转向时，系统最大压力为Pio=4.0MPa，由于转向油泵的额定压力应为系统最大压力的2-2.5倍，所以推荐转向油泵额定压力为8MPa～10MPa。
4.结论说明
7
比较以上参数及计算，可以得出该计算书中的匹配计算符合CC6460K、CC6460KY车型的转向系统要求。
5.参考资料
资料名称
作者
备注
汽车设计
刘惟信
清华大学出版社
汽车工程手册（设计篇）
人民交通出版社
汽车理论
余志生
机械工业出版社
8
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