最经典的东风商用车转向系统设计案例Word文档格式.docx

1、 内轮转角 34第一轴上节臂参数上节臂球销坐标上节臂有效长度垂臂参数垂臂 长度 315mm ， 中间球销长度 187mm （接中 间拉杆）， 初始 角向后 2第二轴上节臂参数中间垂臂参数中间 垂臂 长度 330 mm （接 第二直拉 杆）， 中间球销长度 230mm （ 接中间拉 杆），中间 球销 长度 269.5mm （接助力油缸 活塞 ），初始 角向后 6上述主要 参数 确定后，便可 布置 转向机支架 、第一直拉杆 、第二 直拉杆、中间 拉杆 。 设计转向机支架时，第一要考虑支架的强度，第二要支架的刚度，第三要考虑支架 的铸造工艺性。转向机支架可以用有限元进行优化设计，在因为支架的强度与刚

2、 度影响到整个转向系统的性能。支架的强度与刚度不足，会引起前轮摆振、前轮 转向反映迟钝、方向盘自由间隙大。另外，还要考虑转向机的安装工艺性与维修 方便性，使转向机的安装螺栓有拧紧空间及便于拆卸。设计第一/第二直拉杆时，要 考虑下列问题：保证车轮右转极限位置时，直拉杆与轮 胎 有 10mm 的间隙，直拉杆与减 振器 有 10mm 的 间隙，直拉 杆前后球销摆 角不 超 过 12 ，直拉杆 与制 动气室有 10mm 的间 隙等；保 证车轮左 转极 限位 置时，直拉 杆不与转向机 及转 向机支架等另 部件干涉 ，直拉 杆前后球 销摆 角也不超过 12。还 保证车轮上下跳动 100mm 时，直拉杆前后

3、球销摆角不超过 15 当然，还 要考虑 直拉杆的制造工艺性，使设计的直拉杆容易制造。最后还要对直拉杆进行强度、 稳定性校核。设计中间拉杆时，要考虑下列问题：保 证车轮左/右转至极限位置时，中间拉杆不与 周围的另部件干涉，中间拉杆前后球销摆角不超过 12 该车型为双前桥，杆系另 部件多，而且运动关系较复杂，如果制造水平低，杆系长度公差较大的话，则会 引起第一与第二桥不对中，因此，应把中间拉杆设计成长度可调式，以弥补制造 缺陷带来的不足。当然，也考虑中间拉杆的制造工艺性，使设计的中间拉杆容易 制造。最后同样要对中间拉杆进行强度、稳定性校核。6 前轮上跳干涉量计算布置拉杆系统时，要保证前悬架和转向拉

4、杆的运动协调。在采用钢板弹簧的 情况下，当前轮相 对于 车身上下跳动 时，转向上 节臂 与直拉杆相连 的球销中心， 一方面随着前 桥沿 着弹簧主片所 决定的轨 迹运动，同时又要随着 垂臂球销中心 运动。如果这两种 运动 的轨迹偏差较 大，一方面在不 平路 面时会引起前轮摆 振， 一方面，在 紧急制动时由于弹簧的纵向扭曲，会 引起前轮跑偏。按 TRW 规定: 当车轮上跳100 时，干涉量不大于 7mm ，车轮下跳 100mm 时，干涉量不大 于 15mm 。如果 不考 虑两前桥 之间 的相 互影响， 双前 桥的 干涉量计算与 单前 桥的计算方法相同，单独计算每个前桥的干涉量便可。计算结果如下弹簧

5、当量 杆半 径 R=612mm弹簧当量杆角度9 =7.86第一轴：当前轮上跳（DZ ） 100mm 或下跳（DZ ） 100mm ，相应的干涉量（DX ）如下：DZDX100-5.5490-4.6680-3.86-80-0.9-90-1.36-100-1.92第二轴：当前轮上跳（DZ）100mm 或下跳（DZ）100mm ，相应的干涉量（DX）2.122.232.27-7.04-8.29-9.63可以看出，杆系的布置满足TRW要求7转弯半径估算转弯半径与第一轴的梯形机构及梯形机构与杆系的匹配有关。要尽量使所有 轮胎产生纯滚动和最小的磨损。因为轮胎有侧偏现象，目前，轮胎侧偏刚度等 有关参数欠缺，

6、转弯半径只能作近似估算，然后用实验验证。第一轴梯形机构的计算梯形臂球头坐标（-170，882.1 ，-110.0 ）梯形臂有效长度m=175mm梯形底角76.27 梯形臂两球头中心距1764.2mm通过计算机优化设计，当内轮转44 时外轮相应转35 RminL1 L2 L3 0351 3Sin（ Omax 1a）最小转弯半径Rmin可按下式计算:式中：L1，L2，L3 轴距车轮接地偏置距0m ax 外轮最大转角1a第一轴侧偏角，代入数据：6127 .5sin（ 35 4）37.2 10828 mm 10.828 m最小转弯直径为21.66m，满足整车要求，实际转弯半径通过试验测定。8方向盘圈数

7、计算方向盘圈数与第一前桥最大转角及转向系的角传动比有关，它影响驾驶员的超 纵轻便性和转向灵敏性。方向盘圈数小时，机动性好些，如果太小，会不符合 驾驶员的驾驶习惯；方向盘圈数大时，转向不太灵敏。对装动力转向的重型货 车，方向盘圈数可稍小些，一般在4.0-5.5 圈之间。通过计算机优化设计，结果为：当第一轴左轮向右转35。时，垂臂摆角向后39.4 ，右轮相应的转角为44 ;中 间垂臂摆角向后31。，第二轴左轮向右相应的转27.7。，右轮相应的转角为32.4 ；当左轮向左转44。时，垂臂摆角向前38.4。，右轮相应的转角为35 中间垂臂 摆角向前摆32 ，第二轴左轮向左转33。，右轮的转角为28.3

8、 当动力转向 器角传动比为24时，方向盘转动总圈数计算如下方向盘转动总圈数:（39.4 38.4 ） 24360 （圈） 5.29动力转向系统的计算9.1第一轴动力转向能力计算动力转向器的缸径、最高油压、最大输出力矩与轮胎的原地转向阻力矩，拉 杆系统的角传动比有关。动力转向器的最大输出力矩过大时，易使杆系和车身 变形；动力转向器的最大输出力矩过小，车辆超载时，动力转向失灵。原则是 保证动力转向器的最大输出力矩稍大于作用于直拉杆作用于摇臂轴上的阻力 矩。原地转向力估算。原地转向时，轮胎阻力矩Ms 般按V.E.GOUGH 推荐的经验公式计算，即卩 轮胎与地面间的摩擦系数,取卩=0.7G 单边车轮负

9、荷 N G=7000x9.8/2=34300NP 轮胎充气压力,取7.4X10 5代入数据得:0.733430037.4 1051723.1N.m 精选文档 拉杆机构传动比计算。通过计算机优化设计：左轮右转35 时，拉杆机构（从 垂臂到上节臂）传动比iD为1.411 ，梯形机构（从上节臂到右梯形臂）传动比 iT为0.559 ；左轮向左转44。时，拉杆机构传动比iD=0.668 ，梯形机构传动比 汁=1.855摇臂轴上阻力矩M p的计算。当轮胎阻力矩为Ms时，相应的作用在摇臂轴上的阻力矩M p：1丄Mp 上 MsI D如果考虑系统摩擦则1 1 MP It t MsID Dn t梯形机构效率，取0

10、.8n d拉杆机构效率,取0.8代入数据得1 1左轮向左转时：Mp 1.855 0.8 1723.1 5397.10.668 0.8 N.m左轮向右转时：MP 559 8 1723.1 4939.91.411 0.8Nm动力转向器的计算如果动 力转 向器 的缸径选择 120mm ，螺杆 直径 为 13.677mm ，在 压力 为 13.0Mpa 时 ，摇 臂轴上确保输 出扭 矩 M=6149N.m 显然，动力转向器输出扭矩稍大于摇臂轴上的阻力矩，动力转向器能满足超载 使用要求。9.2 第二轴动 力转向能力计 算双前桥中的第二桥的动力转向助力一般由随动助力缸或者随动助力转向器 提供。随动助力缸实

11、际上就是一个动力缸，主要尺寸是动力缸内径和活塞行程。 随动助力缸油压由动力转向器提供，活塞移动行程与方向由中间拉杆控制。随 动助力缸提供的是油缸伸张输出力与油缸压缩输出力。根据第二桥的负荷与转 角选择动力缸内径与活塞伸张/压缩行程。随动助力转向器与随动助力缸稍有不 同，随动助力转向器提供的是摇臂轴的输出力矩，随动助力转向器是集转向器 与动力缸于一体。相同的是随动助力转向器的油压也由动力转向器提供，摇臂 轴的摆角与方向也由中间拉杆控制。采用随动助力缸的优点是因为随动助力缸 结构简单，外形尺寸较小，因而拉杆系统布置较灵活，比较适合改装车改装用。 缺点是杆系结构稍微复杂一些。采用随动助力转向器的优点

12、是杆系结构简单一 些。缺点是因为随动助力转向器的外形尺寸较大，占用的空间较大，随动助力 转向器一般布置在车架上平面，不太适合改装车改装用。第二轴动力转向能力计算，与第一轴动力转向能力计算类似。同样，随动 助力缸的缸径、最高油压、最大输出力的选择，也要考虑轮胎的原地转向阻力 矩，拉杆系统的角传动比。随动助力缸的油压由动力转向器提供，最高油压与 动力转向器相同。随动助力缸输出的力过大时，也会使使杆系和车身变形；随 动助力缸输出的力过小，车辆超载时，动力转向也失灵。原则是保证随动助力 缸输出的力稍大于第二直拉杆作用于中间垂臂力。原地转向力估算与第一轴相同，因为第二桥的轴荷与第一桥相同，因而轮 胎阻力

13、矩Ms也为1723.1Nm.第二轴拉杆机构传动比计算。第二轴左轮右转28.5 时，拉杆机构（从垂臂到上节臂）传动比iD为1.231 ，梯形机构（从上节臂到 右梯形臂）传动比iT为0.694。左轮向左转34.4。时，拉杆机构传动比iD =0.835 ，梯形机构传动比汁=1.495轮胎阻力矩作用到中间垂臂轴上的力矩Mp2的计算。当轮胎阻力矩为Ms 时，中间摇臂轴上的阻力矩M P2：MP2MP2 一L MsI D D11 -Mp2 1.495 0.8 1723.1 4736.30.835 0.8 N.m 11 N.mM 0.694 0.8 1723.1 4901.21.231 0.8备注:相关传动比

14、计算可采用空间矢量分解法（请注意垂直于杆和平行于杆的分速度的 作用）。转向助力油缸作用于中间垂臂的力矩计算: 转向助力油缸工作缸径 50 ;连杆直径 25 ,接油缸的中间垂臂有效长度H1=0.2569m 。FsD 4 6 2 4P 10 13 106 52 10 4 0.9/4 22972.5N4在效率n =90%,油压为P=13MPa 时，油缸伸张输出力油缸伸张输出力矩:Ms=Fs*H1=22972.5x0.2569=5901.6 Nm在效率n =90% ,油压为P=13MPa时，油缸压缩输出力（52 2.52） 10 4 0.9/4 17230N油缸压缩输出力矩:My=Fy*H1=1723

15、0x0.2569=4426.3 Nm 动力转向器提供给中间垂臂富余力矩的计算。因为中间拉杆连接第一垂臂 与中间垂臂，如果动力转向器的输出力矩大于第一前桥的阻力矩时，动力转向 器还有富余的力矩提供给中间垂臂。左转向时，动力转向器作用于中间垂臂轴的力矩：M =（6149-5527.9）x230/187=764 Nm 右转向时，动力转向器作用于中间垂臂轴的力矩：M ” =（6149-4951.7）x230/187=1472.6 Nm 动力转向器与助力油缸作用于中间垂臂轴的力矩之和的计算。实际上，中 间垂臂的力矩大部分由助力油缸提供，小部分由动力转向器提供。 左转向时为：刀 M =M +Ms=6665

16、.6 Nm右转向时为：刀 M ” =M ” +My=5898.9 Nm显然 刀M Mp2 刀M ”Mp2 ” 随动助力缸满足使用要求。9.3 动 力 转向 油 泵的 选 取 重型汽车采用的动力转向油泵一般为叶片式，也有少量车型采用齿轮泵，如EQ4196 进口 发 动 机匹 配 的 动 力 转 向 油泵 便 是 齿 轮 泵 。 叶片 泵 的优 点 是 工作 压 力 高 ，流 量稳 定，噪 声 小。齿 轮泵 的优 点是 结构 简单 ，价 格便 宜 ，可靠 性 高。但流量波动大，噪声大动力转向油泵的参数主要是最高压力与怠速流量、控制流量。动力转向器最高 压力是由动力 转向 油泵提供的，所以最高压力应

17、 与动力转向器的相 同。动力转 向油泵怠速流 量的 选取是根据方 向盘以最 大瞬时转 速转 动时 ，动 力转向器所需 要的理论流量 ，然后再计 算出 所需 要的怠速流量 与控制流量。对于汽车方向盘 最大瞬时转速，可以按TRW 推荐的1.5圈/s计算。怠速流量计算公式为 Qmi n=60 ntS+ Q，控制流量计算公式为 Qmax= （ 1.5 2 ） 60n tS+ Q ,其中 Q为转向器的内泄漏量，n为汽车方向盘最大瞬时转速，t为螺距，S 油缸实际工作面积。 当然转向油泵最主要的性能参数除了最高压力与流量外， 油泵的工作特性也是非常重要的。 原则是：低速时， 希望油泵的流量大一些， 保证原地

18、转向的轻便性；在正常车速行使时，希望油泵的流量稳定，不随发动 机转速的增加而增大， 保证路感与行驶安全性， 防止方向盘发飘。动力转向油泵的动力来源由发动机或空压机提供。 安装方式有齿轮、花键、联 轴节驱动等多种方式。9.4 动力转向油罐的选取动力转向油罐的主要功能是：储存油液， 向油泵供油；散热、降低油液的工 作 温 度 ；过 滤 油 液 杂 质 ，保 证 工 作 油 液 的 清 洁 度 。动 力 转 向 油 罐 的 主 要 设 计 参 数有转向油罐容积， 滤芯的通过流量， 滤芯过滤精度， 安全阀装置开启压力。 转向油罐容积，一方面要满足油缸的工作容积、管路充填容积、油罐本身的空 间容积要求，

19、一方面要考虑油液的散热性能，一般希望系统油液温控制在80 C 以 下。滤芯的通过流 量要 满足 油泵的控制流 量使 用要求。过滤精 度是转向油罐 一个很重要的性能指标。过滤精度一般选择20um80 um 之间。过滤精度 高时，过 滤器压力损失大些，成本相对高些；过滤精度低时，过 滤器压力损失 小些，成本相对低些。安全阀装置主要起应急作用：一 旦滤纸堵塞，油液压力 增加到一定值时，安全阀打开，油液不再通过滤纸过滤而直接通过安全阀向油 泵供油，以保证油泵寿命和行驶安全。 安全阀开启压力一般设定为 200 250Kpa 左 右 。动力转向油罐一般用支架安装在车架或龙门架等固定部位上，其 出油口位置

20、要高于油泵进油口位置 300 500mm 之间9.5 转向管路的连接。转向管 路的 连接走向应简 单、 美观、顺畅，避免 窝则。 转 向管路用油管 与接 头来输送油 液与散热。 油管有钢管、 低压橡胶软管/ 尼龙管、高压橡胶软管/ 尼龙管。如何采用要视各总成之间 的位置、距离与各总成工作特点而定。钢管 的 特点是在高压下不会膨胀变形，价格低于软管，多 用在无相对位移部位，既 可以用在高压回路上，又可用在低压回路上。 低压橡胶软管/尼龙管一般用在 低压回路上，吸油回路一般用低压橡胶软管。 高压橡胶软管/尼龙管用一般用 在 高压回路上，多 安 装在活动部位 ，如车 架与 动 力转 向油泵 之间 的

21、 连接 。油管 的 内径与壁厚选用与工作压力和流量有关。高压回路与低压回路的内径可以选 择得小些，一般在 10 16mm 之间，吸油回路内径尽量选得大些，一般在 22 28mm 之间 。 对于管接头得设计，主要考虑密封可靠、工作压力高，安装拆卸方便，目前有卡套与锥面式两种转向系统设计报告车 型： 订单编号： 项目负责人：序号项目设计参数参考范围备注01转向桥单胎最大承载质量*02轮胎充气压力03单胎阻力距04轮胎规格05主销偏置距D/6 D/4D为轮胎印地长度06转向器缸径07转向器螺杆直径08转向器总输入圈数09转向器输出摆角范围10转向器传动比11转向器额定工作压力v 16MP12转向器额定工作流量13转向器最大输出扭矩14发动机转速范围800-2500rpm15动力转向泵排量16转向梯形高度17梯形设计底角整车轴距阿克曼交点距后桥距离（0.4-0.6 ） LL为轴距18转向桥内轮转角19转向桥外轮转角20垂臂有效长度通常接近转向节臂21转向上节臂有效长度22内轮转向总传动比计算值23外轮转向总传动比24方向盘理论总圈数4-5.5 圈25转向器理论扭矩输出需求26转向桥上跳100mm 干涉量27转向桥下跳100mm 干涉结论编制:审核:批准: