0525转向系统匹配设计计算V2CHYDX.docx
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0525转向系统匹配设计计算V2CHYDX
转向系统匹配计算报告
项目名称：
GA6461E4轻型客车设计开发
项目代码：
GS-2
编制：
校对：
审核：
批准：
吉奥汽车研究院
年月日
目录
1.概述………………………………………………………………..-1-
1.1任务来源-1-
1.2转向系统基本介绍-2-
2.转向系统设计的输入条件………………………………………..-2-
2.1整车基本参数-2-
2.2转向系统选用件主要参数-2-
3.转向系统的设计计算……………………………………………..-3-
3.1静态原地转向阻力矩-3-
3.2齿轮齿条式转向系的角传动比-4-
3.3静态原地转向时作用于转向盘的力-4-
3.4转向油泵油压的计算-5-
3.5转向油泵流量的计算-6-
4.转向系零件部分计算………………………………………………-7-
4.结论与分析………………………………………………………..-9-
参考文献…………………………………………………….-10-
1.概述
1.1任务来源
根据GS-2车型开发计划及设计公司提供的数据及参数，对转向系统进行匹配设计计算，用以验证系统匹配的合理性并作为零部件强度计算的依据。
1.2转向系统基本介绍
GS-2转向系统是在GX6的基础上，依据驾驶室和发动机舱的布置，对转向管柱、转向盘和转向器等作相应调整与优化设计。
为提高汽车高速行驶的安全性，使得转向轻便、灵活、安全，以减轻司机的疲劳，以及参考同类型车的布置型式，选用整体式齿轮齿条液压助力转向器，四驱采用循环球式转向器。
2.转向系统设计的输入条件
2.1整车基本参数
项目
代号
单位
数值
满载前轴荷
kg
1100
2.2转向系统选用件主要参数
项目
代号
单位
数值
轮胎气压
P
MPa
0.25
转向梯形臂长度
L1
mm
154.7
转向梯形底角
°
99.59
转向器齿轮齿条轴间夹角
θ
°
20
转向盘转一周时齿条的行程
L2
mm
40.52
转向盘半径
R
mm
176
转向器活塞杆直径
d
mm
28
转向器油缸直径（测量估算值）
D
mm
46
转向盘最大转速（设计值）
n
r/s
1.5
轮胎与地面间滑动摩擦系数
f
取0.7
转向器效率
η
0.75
油泵容积效率
0.75～0.85
泄漏系数
△
0.05～0.1
最大转向角（分析值）
°
31.618
3.转向系统的设计计算
3.1静态原地转向阻力矩
静态原地转向阻力矩是汽车最大极限转向所需力矩，比行驶中转向所需的力矩大2到3倍。
精确地计算出转向阻力矩是很困难的，目前常用经验公式计算，公式如下：
………………………………………………（3-1）
式中Mr——在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N·mm；
f——轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取0.7；
G1——满载前轴荷，N；
P——轮胎气压，MPa。
得:
=5.22×105N·mm=522N·m
3.2齿轮齿条式转向系的角传动比
………………………………………（3-2）
式中iow——齿轮齿条式转向系的角传动比；
L1——梯形臂长度，mm；
r——主动小齿轮的节圆半径，mm；
θ——齿轮齿条的轴交角，°；
L2——转向盘转一周时齿条的行程，mm。
L1=154.7θ=20°L2=40.52
得:
=6.86mm
=24
3.3静态原地转向时作用于转向盘的力
………………………………………（3-3）
式中Mr——原地转向阻力矩，N·mm；
Fh——作用于转向盘的力，N；
iow——转向器的角传动比；
R——转向盘半径，mm；
α——转向梯形底角，°；
η——转向器的效率，取η=75%。
Mr=5.22×105N·mm,iow=24,R=352/2=176mm,η=75%，α=99.59°
得:
=167N
根据GB17675-1999《汽车转向系基本要求》规定:
不带助力转向时，汽车以10km/h行驶时，作用在转向盘的手力不应超过245N，Fh＜245N，所以此设计满足国标要求。
3.4转向油泵油压的计算
假设转向阻力矩全部由液压助力所克服，当转向阻力矩Mr换算到转向摇臂上的力时，可以求出液压缸的最大作用力F，则转向所需最大油压：
/sinα
式中P——转向系统所需最大油压MPa；
F——液压缸的最大作用力,N；
d——活塞杆直径,mm；
D——油缸直径,mm；
L1——梯形臂长度，mm；
α——转向梯形底角，°；
Mr——在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N·mm。
d=28mm，D=46mm（测量估算值）Mr=5.22×105N·mm
L1=154.7mm
得:
/sinα＝3640N
=3.48MPa
为此得：
设计油泵油压需大于3.48MPa（根据经验通常取设计值的1.5倍）。
为此所选油泵油压需大于5.2MPa。
3.5转向油泵流量的计算
转向油泵工作流量的选取是根据转向盘最大瞬时转向计算的，轿车转向盘的转速n按1.5r/s计算，先计算满足转向盘最大瞬时转速所需要的理论流量：
………（4-1）
式中
——油泵的计算排量，mm3/s；
n——汽车转向盘的最大转速，一般取1.5r/s；
θ——齿轮齿条的轴交角，°；
S——油缸的截面积，mm2；
——油缸直径，mm；
d——活塞杆直径，mm；
——主动小齿轮的节圆半径,mm；
——油泵的容积效率，一般取0.75～0.85；
△——泄漏系数，一般取0.05～0.1；
——活塞杆移动的速度，mm/s。
得：
=5.6×106mm3/min=5.6L/min（此处取
=0.75、△=0.1）
选用转向油泵实际流量：
=t
+
………………………………………（4-2）
式中:
t为安全系数,一般取：
1.5～2；
为转向器允许内泄漏量，通常取理论流量
的5％
=（1.5～2+0.05）
=（8.68～11.48）L/min
所以油泵流量的选择范围应在（8.68～11.48）L/min内。
4.转向系零件部分计算
4.1转向管柱静扭强度计算
按QC/T649-2000《汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法》中关于静扭强度的计算公式为：
如按齿轮齿条转向器计算：
Mj=2MS/ηp=4176N.m；（如也除角传动比则
Mj=2MS/iωηp=174N.m；）
4.1转向管柱疲劳寿命试验扭矩计算
同样来自QC/T649-2000国家标准中规定的公式为：
按照GS-2车前轴荷计算：
如按齿轮齿条转向器计算：
Mj=M/ηp=696N.m；（如也除角传动比则
Mj=M/iωηp=29N.m；）
4.结论与分析
结论值
参考标准值
作用于转向盘的力Fh（N）
167
<245N
油泵压力P（Pa）
>5.2×106
油泵排量
（L/min）
8.68～11.48
参考文献
1、刘维信《汽车设计》清华大学出版社2001
2、《汽车工程手册●设计篇》人民交通出版社2001
3、GB17675-1999《汽车转向系基本要求》
4、QC/T649-2000《汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法》
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