某驾驶室翻转机构设计校核
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ห้องสมุดไป่ตู้
（3）驾驶室处于平衡状态时扭杆弹簧所受扭矩的确定M横 平衡状态时有： M横＝G钮＝G×bcos(θ＋β) 式中 G、b、θ已知， 0＜β ＜ γ。 （4）扭角刚度的确定 M横 T’＝ Ψ－ β （5）最大扭矩（Tmax）的确定 驾驶室处于锁止状态时， Tmax＝ T’× Ψ
（6）扭杆直径的确定
τ＝ 式中：τ为剪切应力；
ψdG 2L
≤[τ] Ψ为扭转角；
d为扭杆直径； G为剪切弹性模数（取G=76GPa=7.6×104 N/m2）；
L为扭杆有效长度； [τ]为许用剪切应力；
3、扭杆直径（d）的确定 首先明确扭杆弹簧的特性（线性），下图：
（1）驾驶室的重量、重心位置的确定 驾驶室的重量和重心位置是扭杆设计的依据，它们的准确与否，将直接 关系到驾驶室翻转时的轻便性。如果将驾驶室的重量估计的过重或重心位置 偏低、偏后，则设计出的扭杆扭矩必然过大，致使驾驶室向前翻转的速度过 快，回位困难，甚至不能回位。反之，如果将驾驶室的重量估计的过轻或重 心位置偏高，在翻转驾驶室时将会感到沉重，甚至翻转不起来。因此，在设
某驾驶室翻转机构设计校核
目录
一、翻转机构的种类
二、借助于弹性元件弹力的翻转机构 三、扭杆弹簧的计算及结构设计 四、产品展示 五、参考文献
一、翻转机构的种类
在现代平头汽车中，发动机大部分都位于驾驶室地板之下，为了改善发 动机的接近性，便于整车的维修和保养，往往采用可翻驾驶室。
为了使驾驶室能够轻快、方便地向前翻转，目前主要有以下几种机构： 1、液压机构 这种机构工作可靠，在驾驶室不翻转时，车架、驾驶室不受力；对任何 重量的驾驶室，都可以翻转。 该机构由油泵、油缸、控制阀及管路组成的。油泵是一个手动或电动的 柱塞泵，油缸是一个双向作用的液压千斤顶，控制阀及管路是用以改变油流 方向，来实现驾驶室的翻转及回位。
（2）驾驶室翻转角度的确定 驾驶室处于锁止状态时，从翻转中心到驾驶室重心的连线与水平面之 间的夹角，称之为驾驶室重心角（θ）；驾驶室翻转到最大角度时，应保证 驾驶室此时的中心通过翻转中心，即无扭矩状态时驾驶室翻转角度（ψ）与 驾驶室重心角（θ）互余。 驾驶室所处的四种状态：如图 锁止状态:即水平状态。该状态下扭杆处于最大扭转状态，扭杆各截面应 力最大；驾驶室翻转角度0。 平衡状态：驾驶室解除锁止到撑杆撑起前驾驶室处于的平衡状态。该状 态下，驾驶室对翻转中心的转矩等于扭杆的扭矩；驾驶室翻转角度（β）。 撑起状态：撑杆撑起并自锁后驾驶室的状态。此时驾驶室翻起的角度要 保证发动机检修方便；驾驶室翻转角度（γ）。 无扭矩状态：即扭杆扭转角度为零时驾驶室的状态。此时驾驶室翻转角 度最大（ ψ ）。 角度关系： 0 ＜ β ＜ γ ＜ ψ ＝π/2－ θ β 、 γ取值确定
三、扭杆弹簧的计算及结构设计
1、材料的确定 扭杆弹簧一般热轧弹簧钢制造，材料应具有良好的淬透性和加工性，经 热处理后硬度应达到50HRC左右。常用材料为硅锰和铬镍等合金钢，例如 60Si2MnA和45CrNiMoVA等。
表１
2、扭杆有效长度（L）的确定 在保证扭杆工作应力小于许用剪切应力的前提下，为更好地延长扭杆的使 用寿，设计最大剪切应力应尽量小，为此扭杆长度要尽量长一些。 在实际设计过程中由于车身翻转机构受空间限制，而且与车身进行装配的 安装位置尺寸、以及与车架进行连接的安装位置尺寸是已经确定的，所以扭杆 的长度是基本确定的。
利用手动给油泵加压，使高压油驱动油缸工作，在实现加驾驶室翻转 过程中，操作者要消耗较大的体力，且要经过1～2分钟才能完成。另外，在 液压翻转机构中，油泵、油缸及控制阀等总成中的各种零件精度要求很高， 加工困难，成本高。因此，这种机构只有在一些重吨位汽车上得到应用，目 前在中、小吨位汽车上难于普及。 2、借助于弹性元件预先储备的弹性变形能助力，实现驾驶室前翻 在驾驶室正常工作状态（不前翻）时，预先使弹性元件产生一定的变形， 使之储备变形能。当需要翻转驾驶室时，打开锁止机构后，借助于弹性元件 的弹力（弹性元件释放的弹性变性能）克服驾驶室总成重力，即可实现驾驶 室的翻转。 这种机构使驾驶室翻转迅速、省力，成本也低，在平头载货汽车中被广 泛应用。
1983确定。
细齿形扭杆端部几何尺寸可参照《机械设计手册》（第3卷）表11-14-5。 细齿形外径为扭杆直径的1.15～1.25倍，长度为扭杆直径的0.5～0.7倍。
端部为六角形时，其对边距离月为扭杆直径的1.2倍，长度可取扭杆直 径的1.0倍。
为了减轻扭杆与端部交界处的应力集中，多采用圆弧或圆锥过渡。圆
（2）扭片弹簧 这种弹簧在重量和尺寸方面，比扭杆弹簧都要大。它的优点是，可以通 过增减扭片的数量，很容易实现弹簧刚度的改变，适用于各种不同重量的系 列产品驾驶室。 （3）扭管弹簧 这种弹簧的优点是重量轻，材料利用合理，其缺点是结构复杂，制造困 难。
（4）扭杆－扭管组合或扭片－扭管组合弹簧
这种弹簧的优点是，可以获得最理想的效果；工作应力可取得很低；长 度短，便于布置。其缺点是结构复杂，制造困难。 综上所述，在用以实现驾驶室翻转的助力弹簧中，以扭杆弹簧的优点最 为突出，因此使用的也多。下面仅以扭杆弹簧为例，对其计算及结构设计作 进一步说明。
图１
ⅲ 第二次称重：将驾驶室翻转90度，选择上、下两点分别支承在两台磅秤 上，如图所示。注意要使纵向零平面水平，记下两秤称得的重量G3和G4,并测 得两支点间的距离h。 ⅳ 计算重量和重心位置：可按下式计算。 G=G1+G2=G3+G4
L1= h1= G2(L1+L2) G G4(h1+h2) G 式中 L1------重心到前悬置支架间的距离 h1------重心到下支点的高度 ② 如果不允许将驾驶室拆下时，可拆除翻转机构的弹性元件，用一台秤可 以称得驾驶室对翻转重心的最大重力矩。采用试验方法可测得重心和翻转中 心连线与水平线之间的夹角。
弧过渡时，锥顶角2β 可取30度左右，参图《机械设计手册》（第3卷）图 11-14-9。为了防止疲劳破坏，齿根处应有足够的圆角半径，并在整个宽度上 啮合，以保证受力均匀。如扭杆构件刚性不足、会出现弯曲载荷，造成扭杆 折损。为此，在扭杆的一端或两端甲橡胶垫。
（2）估计 根据所设计的新车驾驶室外廓尺寸、结构、材料、内部设施及其布置等， 与已知重量、重心位置的一种或几种驾驶室对照比较，可以估计出新车驾驶室 的重量和重心位置。这种方法是以经验为基础的，不易估计得很准确。 （3）计算 根据驾驶室的每块板的尺寸、形状、料厚等分别计算出它们的重量和重心位 置，同时计算出室内各种设施的重量和重心位置，然后再详细计算出总的重量 和重心位置。这种方法非常复杂，也不易于计算得很准确。 利用以上各种方法，得到驾驶室的大致重量和重心位置，然后计算出扭杆的 尺寸，用以布置设计，待驾驶室制造出来之后，再实测出其重量和重心位置， 最后进行精确计算，修改设计。
二、借助于弹性元件弹力的翻转机构
在可翻转驾驶室的翻转机构中，使用的弹性元件有以下几种： 1、螺旋弹簧
虽然螺旋弹簧的工艺成熟、使用应力很低，又有很高的强度和很长的疲 劳寿命，但它体积大、重量重，在车上不易布置，还需要专门的卷簧设备生 产螺旋弹簧。
2、扭转弹簧 扭转弹簧的种类很多，常用的有以下几种： （1）扭杆弹簧 这种弹簧在驾驶室翻转机构中应用最广。其优点是结构简单，容易加工， 操作省力，使用方便；结构紧凑，便于布置；保养维修简便；使用可靠，疲 劳寿命很长。
计扭杆弹簧时，对驾驶室的重量和重心位置必须加以重视。 a根据样车的驾驶室来定 如果有参考样车，应首先把样车驾驶室的重量和重心位置测出，并估计新 设计的驾驶室与样车驾驶室的差别，定出其重量及重心位置。样车驾驶室的 重量和重心位置可用以下方法测得。 ① 如果样车驾驶室允许拆下时，可采用以下方法和步骤，准确地测出它的 重量和重心位置。 ⅰ 测量工具：两台镑秤、卷尺。 ⅱ 第一次称重：将驾驶室的前、后悬置支架分别安放在两台磅秤上，如 图1所示。注意要使驾驶室放平，记下称得的前、后重量为G1和G2，并测量 两支点的距离L。
d3≥
16Tmax
πτp
式中，τp为许用剪切应力；
4、扭杆弹簧端部的确定 扭杆是具有一定截面的直杆，其端部（安装联接部分）的形状常用的有花 键形、细齿形和六角形。 花键应有矩形花键和渐开线花键两种。由于渐开线花键具有自定心作用， 各齿力均匀 ，强度高，寿命长，故采用较多。细齿形实质上是模数较小，齿数 较多的的渐开线花键形。六角形传递扭矩效率不高，端部材料不能充分利用，单 制造方便。目前细齿形应用最广。 矩形和渐开线形花键的尺寸，根据扭杆直径由GB1144-1987和GB3478.1-
（3）驾驶室处于平衡状态时扭杆弹簧所受扭矩的确定M横 平衡状态时有： M横＝G钮＝G×bcos(θ＋β) 式中 G、b、θ已知， 0＜β ＜ γ。 （4）扭角刚度的确定 M横 T’＝ Ψ－ β （5）最大扭矩（Tmax）的确定 驾驶室处于锁止状态时， Tmax＝ T’× Ψ
（6）扭杆直径的确定
τ＝ 式中：τ为剪切应力；
ψdG 2L
≤[τ] Ψ为扭转角；
d为扭杆直径； G为剪切弹性模数（取G=76GPa=7.6×104 N/m2）；
L为扭杆有效长度； [τ]为许用剪切应力；
3、扭杆直径（d）的确定 首先明确扭杆弹簧的特性（线性），下图：
（1）驾驶室的重量、重心位置的确定 驾驶室的重量和重心位置是扭杆设计的依据，它们的准确与否，将直接 关系到驾驶室翻转时的轻便性。如果将驾驶室的重量估计的过重或重心位置 偏低、偏后，则设计出的扭杆扭矩必然过大，致使驾驶室向前翻转的速度过 快，回位困难，甚至不能回位。反之，如果将驾驶室的重量估计的过轻或重 心位置偏高，在翻转驾驶室时将会感到沉重，甚至翻转不起来。因此，在设
某驾驶室翻转机构设计校核
目录
一、翻转机构的种类
二、借助于弹性元件弹力的翻转机构 三、扭杆弹簧的计算及结构设计 四、产品展示 五、参考文献
一、翻转机构的种类
在现代平头汽车中，发动机大部分都位于驾驶室地板之下，为了改善发 动机的接近性，便于整车的维修和保养，往往采用可翻驾驶室。
为了使驾驶室能够轻快、方便地向前翻转，目前主要有以下几种机构： 1、液压机构 这种机构工作可靠，在驾驶室不翻转时，车架、驾驶室不受力；对任何 重量的驾驶室，都可以翻转。 该机构由油泵、油缸、控制阀及管路组成的。油泵是一个手动或电动的 柱塞泵，油缸是一个双向作用的液压千斤顶，控制阀及管路是用以改变油流 方向，来实现驾驶室的翻转及回位。
（2）驾驶室翻转角度的确定 驾驶室处于锁止状态时，从翻转中心到驾驶室重心的连线与水平面之 间的夹角，称之为驾驶室重心角（θ）；驾驶室翻转到最大角度时，应保证 驾驶室此时的中心通过翻转中心，即无扭矩状态时驾驶室翻转角度（ψ）与 驾驶室重心角（θ）互余。 驾驶室所处的四种状态：如图 锁止状态:即水平状态。该状态下扭杆处于最大扭转状态，扭杆各截面应 力最大；驾驶室翻转角度0。 平衡状态：驾驶室解除锁止到撑杆撑起前驾驶室处于的平衡状态。该状 态下，驾驶室对翻转中心的转矩等于扭杆的扭矩；驾驶室翻转角度（β）。 撑起状态：撑杆撑起并自锁后驾驶室的状态。此时驾驶室翻起的角度要 保证发动机检修方便；驾驶室翻转角度（γ）。 无扭矩状态：即扭杆扭转角度为零时驾驶室的状态。此时驾驶室翻转角 度最大（ ψ ）。 角度关系： 0 ＜ β ＜ γ ＜ ψ ＝π/2－ θ β 、 γ取值确定
三、扭杆弹簧的计算及结构设计
1、材料的确定 扭杆弹簧一般热轧弹簧钢制造，材料应具有良好的淬透性和加工性，经 热处理后硬度应达到50HRC左右。常用材料为硅锰和铬镍等合金钢，例如 60Si2MnA和45CrNiMoVA等。
表１
2、扭杆有效长度（L）的确定 在保证扭杆工作应力小于许用剪切应力的前提下，为更好地延长扭杆的使 用寿，设计最大剪切应力应尽量小，为此扭杆长度要尽量长一些。 在实际设计过程中由于车身翻转机构受空间限制，而且与车身进行装配的 安装位置尺寸、以及与车架进行连接的安装位置尺寸是已经确定的，所以扭杆 的长度是基本确定的。
利用手动给油泵加压，使高压油驱动油缸工作，在实现加驾驶室翻转 过程中，操作者要消耗较大的体力，且要经过1～2分钟才能完成。另外，在 液压翻转机构中，油泵、油缸及控制阀等总成中的各种零件精度要求很高， 加工困难，成本高。因此，这种机构只有在一些重吨位汽车上得到应用，目 前在中、小吨位汽车上难于普及。 2、借助于弹性元件预先储备的弹性变形能助力，实现驾驶室前翻 在驾驶室正常工作状态（不前翻）时，预先使弹性元件产生一定的变形， 使之储备变形能。当需要翻转驾驶室时，打开锁止机构后，借助于弹性元件 的弹力（弹性元件释放的弹性变性能）克服驾驶室总成重力，即可实现驾驶 室的翻转。 这种机构使驾驶室翻转迅速、省力，成本也低，在平头载货汽车中被广 泛应用。
1983确定。
细齿形扭杆端部几何尺寸可参照《机械设计手册》（第3卷）表11-14-5。 细齿形外径为扭杆直径的1.15～1.25倍，长度为扭杆直径的0.5～0.7倍。
端部为六角形时，其对边距离月为扭杆直径的1.2倍，长度可取扭杆直 径的1.0倍。
为了减轻扭杆与端部交界处的应力集中，多采用圆弧或圆锥过渡。圆
（2）扭片弹簧 这种弹簧在重量和尺寸方面，比扭杆弹簧都要大。它的优点是，可以通 过增减扭片的数量，很容易实现弹簧刚度的改变，适用于各种不同重量的系 列产品驾驶室。 （3）扭管弹簧 这种弹簧的优点是重量轻，材料利用合理，其缺点是结构复杂，制造困 难。
（4）扭杆－扭管组合或扭片－扭管组合弹簧
这种弹簧的优点是，可以获得最理想的效果；工作应力可取得很低；长 度短，便于布置。其缺点是结构复杂，制造困难。 综上所述，在用以实现驾驶室翻转的助力弹簧中，以扭杆弹簧的优点最 为突出，因此使用的也多。下面仅以扭杆弹簧为例，对其计算及结构设计作 进一步说明。
图１
ⅲ 第二次称重：将驾驶室翻转90度，选择上、下两点分别支承在两台磅秤 上，如图所示。注意要使纵向零平面水平，记下两秤称得的重量G3和G4,并测 得两支点间的距离h。 ⅳ 计算重量和重心位置：可按下式计算。 G=G1+G2=G3+G4
L1= h1= G2(L1+L2) G G4(h1+h2) G 式中 L1------重心到前悬置支架间的距离 h1------重心到下支点的高度 ② 如果不允许将驾驶室拆下时，可拆除翻转机构的弹性元件，用一台秤可 以称得驾驶室对翻转重心的最大重力矩。采用试验方法可测得重心和翻转中 心连线与水平线之间的夹角。
弧过渡时，锥顶角2β 可取30度左右，参图《机械设计手册》（第3卷）图 11-14-9。为了防止疲劳破坏，齿根处应有足够的圆角半径，并在整个宽度上 啮合，以保证受力均匀。如扭杆构件刚性不足、会出现弯曲载荷，造成扭杆 折损。为此，在扭杆的一端或两端甲橡胶垫。
（2）估计 根据所设计的新车驾驶室外廓尺寸、结构、材料、内部设施及其布置等， 与已知重量、重心位置的一种或几种驾驶室对照比较，可以估计出新车驾驶室 的重量和重心位置。这种方法是以经验为基础的，不易估计得很准确。 （3）计算 根据驾驶室的每块板的尺寸、形状、料厚等分别计算出它们的重量和重心位 置，同时计算出室内各种设施的重量和重心位置，然后再详细计算出总的重量 和重心位置。这种方法非常复杂，也不易于计算得很准确。 利用以上各种方法，得到驾驶室的大致重量和重心位置，然后计算出扭杆的 尺寸，用以布置设计，待驾驶室制造出来之后，再实测出其重量和重心位置， 最后进行精确计算，修改设计。
二、借助于弹性元件弹力的翻转机构
在可翻转驾驶室的翻转机构中，使用的弹性元件有以下几种： 1、螺旋弹簧
虽然螺旋弹簧的工艺成熟、使用应力很低，又有很高的强度和很长的疲 劳寿命，但它体积大、重量重，在车上不易布置，还需要专门的卷簧设备生 产螺旋弹簧。
2、扭转弹簧 扭转弹簧的种类很多，常用的有以下几种： （1）扭杆弹簧 这种弹簧在驾驶室翻转机构中应用最广。其优点是结构简单，容易加工， 操作省力，使用方便；结构紧凑，便于布置；保养维修简便；使用可靠，疲 劳寿命很长。
计扭杆弹簧时，对驾驶室的重量和重心位置必须加以重视。 a根据样车的驾驶室来定 如果有参考样车，应首先把样车驾驶室的重量和重心位置测出，并估计新 设计的驾驶室与样车驾驶室的差别，定出其重量及重心位置。样车驾驶室的 重量和重心位置可用以下方法测得。 ① 如果样车驾驶室允许拆下时，可采用以下方法和步骤，准确地测出它的 重量和重心位置。 ⅰ 测量工具：两台镑秤、卷尺。 ⅱ 第一次称重：将驾驶室的前、后悬置支架分别安放在两台磅秤上，如 图1所示。注意要使驾驶室放平，记下称得的前、后重量为G1和G2，并测量 两支点的距离L。
d3≥
16Tmax
πτp
式中，τp为许用剪切应力；
4、扭杆弹簧端部的确定 扭杆是具有一定截面的直杆，其端部（安装联接部分）的形状常用的有花 键形、细齿形和六角形。 花键应有矩形花键和渐开线花键两种。由于渐开线花键具有自定心作用， 各齿力均匀 ，强度高，寿命长，故采用较多。细齿形实质上是模数较小，齿数 较多的的渐开线花键形。六角形传递扭矩效率不高，端部材料不能充分利用，单 制造方便。目前细齿形应用最广。 矩形和渐开线形花键的尺寸，根据扭杆直径由GB1144-1987和GB3478.1-