东风商用车转向系统设计案例
1 规范
本规范介绍了转向系统的设计计算、匹配、以及动力转向管路的布置
本规范适用于天龙系列车型转向系统的设计
2. 引用标准:
本规范主要是在满足下列标准的规定(或强制)范围之内对转向系统设计和
整车布置。
GB 17675-1999 汽车转向系基本要求
防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定
GB11557-1998
机动车运行安全技术条件
GB 7258-1997
载重汽车轮胎
GB 9744-1997
载重汽车轮胎强度试验方法
GB/T 6327-1996
《汽车标准汇编》第五卷转向车轮
3. 概述:
在设计转向系统时,应首先考虑满足零部件的系列化、通用化和零件设计的标准化。先从《产品开发项目设
计定义书》上猎取新车型在设计转向系统所必须的信息。然后布置转向传动装置,动力转向器、垂臂、拉杆系统。再进行拉杆系统的上/下跳动校核、与轮胎的位置干涉校核,以及与悬架系统的位置干涉、运动干涉校核。最小转弯半径的估算,方向盘圈数的计算。最后进行动力转向器、动力转向泵,动力转向
油罐的计算与匹配,以满足整车与法规的要求;确定了动力转向器、动力转向泵,动力转向油罐匹配之后,再完成转向管路的连接走向。
4 车辆类型:以EQ3386 8 X4为例,6 X4或4 X2类似
5 杆系的布置:
根据《产品开发项目设计定义书》上所要求的、车辆类型、车驾宽、高、轴距、空/满载整车重心高坐标、轮距、前/后桥满载轴荷、最小转弯直径、最高车速、发动机怠速、最高转速,空压机接口尺寸,轮胎规格等,确定前桥的吨位级别、轮胎气压、花纹等。考虑梯形机构与第一轴、第二轴、第三轴、第四轴之间的轴距匹配及各轴轮胎磨损必需均匀的原则,确定第一前桥、第二前桥内外轮转角、第一垂臂初始角、摆角与长度、中间垂臂的长度、初始角、摆角,确定上节臂的坐标、长度等确定的参数如下
第一、二轴选择7 吨级规格
轮胎型号:12.00-20 、轮胎气压0.74Mpa 、花纹
第一轴外轮转角35 °;内轮转角44°
第二轴外轮转角29 °;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
上节臂球销坐标
上节臂有效长度
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汽车拉杆
布置拉杆系统时,要保证前悬架和转向拉杆的运动协调。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:
DZ DX
100 -5.54
90 -4.66
80 -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)如下:
DZ DX
100    2.12
90    2.23
80    2.27
-80 -7.04
-90 -8.29
-
100 -9.63