1、前言
在转向系的设计中，为保证整车具有较高的机动性，降低地板高度，转向器采用左立右输出的布置方式，转向梯形为整体式梯形结构设计，转向系由方向盘、转向管柱、整体式动力转向器、转向垂臂、转向前直拉杆、转向中间摇臂总成和转向后直拉杆组成，转向后直拉杆带动前桥的转向节臂使前轮左右转动实现车辆的转向。该车的转向系统设计与传统商用车转向系设计方法基本一致，主要考虑的是商用车低速行驶时，发动机不直接驱动车辆，发动机的转速较低，所以要求转向助力泵在低速时能提供较大的压力及流量。
2、选型说明
某8米商用车前轴最大载荷3000Kg, 按照GB7258-2017标准要求，前轴载荷超过4000Kg，应采用动力转向。
2.1 转向器的选型
此车型选用BC8657整体式循环球动力转向器，此转向器具有结构紧凑、重量轻、输出扭矩大，回正性能良好等特点，转向器输出扭矩4043N.m，传动比18.85：1，满足某8米商用车的使用要求，因此我们选择
了BC8657型号的转向器，主要性能参数见表１
表１转向器主要性能指标
2.2转向油泵的选型
根据动力转向器的性能参数，选择合适流量和工作压力的转向油泵，确定参数如下：序号项目公路客车
1 最大压力13.7MPa
2 控制流量13L/min
3 公称排量14ml/r
3.转向梯形的计算分析
为保证汽车转向行驶时，内外转向轮均能绕同一瞬时转向中心在不同半径的圆周上作无滑动的纯滚动，转向梯形的实际转角应尽量接近理轮上的内、外转向轮的理想转角关系为：
cotθ
０－cotθ
1
=
'
M
L
式中：θ
０
——外转向轮转角；
θ
１
——内转向轮转角；
M’——两主销中心线与地面的交点间的
距离；
L ——轴距。
注：转向梯形设计中主销中心距的说明：是过与
转向节臂相连的拉杆（横拉杆或双拉杆）球销中
心点作与主销中心线垂直的平面，该平面与主销
中心线的交点，两主销中心线上这样两个交点之
间的距离。
3.1 已知参数
主销中心点距离 M=1593 mm
前轮距 B
1
=1893 mm
滚动半径 r
1
=383.5mm 图1
主销内倾角 8°
前轮外倾角 1°
3.2 计算参数
3.2.1 两主销中心线的延长线与地面交点之间的距离M’
M’=M+2tg8°(92·sin1°+rcos1°)=1593+2tg8°(92·sin1°+384·cos1°)=1701 mm
3.2.2 梯形设计中主销中心距M ” 如图2
M ”=M+2tg8°8cos8a
btg ⎛⎫-
⎪⎝
⎭=1593+2 tg8°106.3
588cos8tg ⎛⎫
-
⎪⎝
⎭
=1629mm 设转向梯形臂长为m
m=22b c +=2258170+=179.6mm 设转向梯形底角为e
e=arctg c b =arctg 170
58
=71°10′
图2
3.3 最小转弯直径的计算
如图3所示，已知参数：
轴距L=4600mm ， 整车宽度B=2280mm ， 前悬h=950mm ， 主销中心延长线与地面交点之间 距离 M ’=1793mm
主销与前轮中心的距离
f=150mm ， 以外轮印记中心线的轨迹测量转弯直径时：
2R min =
max
sin L
b +f
图3
以汽车前端最外侧处测量转弯直径时：
2R ’min ()2
2
max '2L B M L h tgb ⎛⎫-+++ ⎪⎝⎭
此时汽车的通道宽度： T=min max ''2L B M R tgb +⎛⎫-
+ ⎪⎝⎭
根据标准GB7258-2017的要求，2R ’min ≤24m ，T ≤7.2m 。因此，汽车的内轮最大转角b 的取值必须合理，才能符合要求。
联列上式解方程，得出： b max ≥18° 根据式ctgb-ctga='
M L
，得出： a max ≥20.6°
所以内轮最大转角应不小于31°，外轮最大转角应不小于38°，设计转角均满足此要求。
3.4 转向盘转动圈数的计算
当外轮转角为31°时，转向垂臂的转角为
θ=L1×31°/L2=35.1°
其中L1——转向节臂长度 L1=226.7mm
L2——转向垂臂长度 L2=200mm
垂臂的总转角为2θ=70.2°
则有转向盘总圈数 n= 2θ×i/360= 70.2°×18.85/360=3.66，满足要求。
3.5 转向系主要零件的强度计算汽车拉杆
转向系必须保持汽车有稳定的直线行驶能力，保证汽车在高速行驶过程中的安全性、可靠性，为此有必要对转向系的主要零件进行强度校核。
3.5.1 计算用有关参数
转向器输出扭矩，M
=2147N.m
满载时前轴负荷 G=29400N
转向前直拉杆、转向后直拉杆拉伸时的弹性模量 E=2.1×105 N/mm2
3.5.2 计算载荷的确定
取转向器在油泵最大压力时的输出扭矩M
=2147N.m 为转向系的计算载荷。
3.5.2.1 转向垂臂计算载荷P
P
的确定
P
P = M
/L
P
式中 M
=2147N.m
L
P ——转向垂臂两孔中心距 L
P
=200×10-3 m
则有 P
P
=10735N
3.5.2.2 转向直拉杆计算载荷P
D
的确定
以转向垂臂转到与直拉杆垂直位置时的受力作为转向直拉杆的计算载荷，而此时直拉杆受的力大小与转向垂臂相同，则有
P
D =P
P
=10735N
3.5.3 转向垂臂强度校核（见图6）
3.5.3.1 抗弯截面模量、抗扭截面模量的计算
抗弯截面模量：W
X
=ab2/6m3
抗扭截面模量: WT=βα3m3
式中β=0.645+（0.801-0.645/3.2-2.5）（b/a–2.5）=
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