某轻型商用车转向系统设计计算

10.16638/ki.1671-7988.2017.08.036

某轻型商用车转向系统设计计算

储胜林，张俊达，张奇奇

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）

摘要：汽车转向系直接关系到驾驶员及乘车人员的人身安全，文章从转向系的设计输入着手，概括了转向系从设计输入到输出所必须要做的计算校核，并以某轻型卡车为例，对其转向系主要零部件的匹配作了详细的校核，确保转向系设计的安全性、合理性。

关键词：转向系统；设计计算

中图分类号：U461.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)08-106-04

A light commercial vehicle steering system design and calculation

Chu Shenglin, Zhang Junda, Zhang Qiqi

( Anhui jianghuai automobile Co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:Automotive steering system is directly related to the safety of the driver and the passengers. This paper summarizes how to design the steering system of the vehicle, and some calculus which is needed from input to output. Then give us a example of a car to make sure the steering system is safety and rationality.

Keywords: steering system; design&calculate

CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-106-04

1、引言

1.1 转向系的功用、组成及类型

汽车转向系统是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构。按是否有外界能源提供动力一般可分为机械转向系统和助力转向系统。

图1 机械转向系统示意图图2 液压助力转向系统示意图如下图1和图2所示分别为典型的机械转向系统和液压助力转向系统。

机械转向系统一般由转向盘、转向传动轴、转向器、转向拉杆、转向节等基本部分组成。动力转向系统是在机械转向系统的基础上增加转向助力装置而形成的。按提供能源分类，通常又可分为液压助力转向和电动助力转向等。常见的液压助力转向系统在原有机构转向系统上增加了动力转向泵，转向油管，油壶等部件。

2、载货汽车转向系设计计算

2.1 概述

随着人们对汽车的要求越来越高，对转向系统的性能要求也越来越高。商用车转向系统设计的一般基本要求和流程有：

1）根据总布置提供的位置初步确定转向器位置；

2）选定合适的转向器总成；

3）转向系的布置要保证转向传动装置及拉杆有足够的刚度和运动空间；

4）按照转向器在车架上的位置和图纸，结合前轴、悬架

作者简介：储胜林，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

汽车实用技术

107 2017年第8期

图纸绘制转向直拉杆与悬架的运动干涉图、计算最小转弯半径、转向操纵力、直拉杆强度校核等；

本文以某汽车为例，对转向系统的设计计算进行了说明。 2.2 转向器主要总成参数的确定

2.2.1 动力转向器缸径选择

动力转向器的缸径选择过小会使助力转向液压系统容易产生故障；助力方向机的缸径选择过大会浪费材料，增加成本。

根据《汽车设计》要求： ①前桥载荷P ≤5500kg 时，选择d=100缸径的方向机； ②前桥载荷P ＞5500Kg 时，按；

5500

100002P

d = （公式2-1） 助力方向机的缸径系列为70mm 、80mm 、90mm 、100 mm 、110mm 等，方向机缸径选择过小会使助力转向液压系统容易产生故障。

如本公司生产的某车型前轴设计载荷为2000kg,方向机缸径为80mm 。

由于前轴设计载荷为2000kg ，超载载荷（按超出120%计算）为：2400kg ，由公式 P/5500 = d^2/10000可得，d=66mm 。所以选择缸径为80mm 的方向机可以满足要求。

2.2. 2 转向力矩计算

汽车在沥青或者混凝土的原地转向阻力矩M r 作为转向系计算载荷：

（公式2-2）

相关参数：

f －轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取0.7； G 1－前轴负荷，单位N ；G 1=2000k

g ×10N/kg=20000N p －轮胎气压，单位Mpa ；p =0.56Mpa 2.2.3 动力转向器进油压力的选择

在典型路面（非水泥路，土路，乡村公路）上，汽车按实际最高载货重量，原地打方向上方向机进油压力为7Mpa ～13Mpa ，低于7Mpa ，可以考虑减少方向机油缸直径，高于13Mpa 时应考虑加大方向机油缸直径。方向机最高压力限制（安全压力）：按典型公路重载原地转向时测定的测试压力除以0.85，建议不能超过15Mpa ，如果前轴载荷过大而方向机缸径已足够大（120mm ）转向助力还不够，可以考虑增加方向机进油压力。一般建议使用12MPa ～13MPa 安全压力，安全压力越高可靠性越差。

根据以上计算结果，选用的某方向机的参数如下：

表

1

2.3 转向泵配套参数选择

2.3.1 转向泵的最大压力

因从转向泵的出口到方向机的进口之间存在压力损失，在选择转向泵的最大压力时，应使转向泵的最大压力：

p P P P D +=1 （公式2-3） 其中：P 1——方向机的最大压力，选用的方向机的最大压力为10MPa

△P ——管路损失，一般取（0.3～0.5）Mpa

P P ——该车型的动力转向泵的最大压力，P P ＝10.3MPa

1p P P P ³+D ，满足选用要求。 2.3.2转向泵的控制流量Q p

一般取Qp ≥（1.05～1.1）Qmax （公式2-4） 式中Qmax 为方向机所需的最大流量 当Qmax=7.5L/min 时，转向泵的控制流量

Qp ≥（1.05～1.1）Qmax=（1.05～1.1）×7.5=7.8～8.2L/min 选用的转向泵的控制流量采用8.5L/min ，验算可达到要求。

另外转向油泵必须有足够的流量以保证汽车有较快的转向速度。汽车怠速时发动机转速低，发动机怠速运转时需提供足够的工作流量给转向系统以保证原地快速转向需求。

据对本公司关于转向速度的统计，汽车转向盘的最快转速一般要求在1.0~1.25转/秒 。取中间值1.125转/秒，即68转/分（68r/min ）计算。

（公式2-5）

其中：

Q —动转系统实际需要流量（L/min ）。 S —动力转向器油缸实际工作面积（mm 2） Q 1—动力转向器允许的内泄漏量（L/min ） V —活塞移动速度（mm/min ）。 n —转向盘最大转速（r/min ）。 t —螺距(mm)。

根据上面计算公式，即可确定动转系统所需要的实际流量。

将方向机所提供的参数代入公式2－5可得该车型的转向系统实际需要流量为5.9L/min ～7.6L/min ，所选定的动转泵流量为8.5L/min 满足要求。 2.4 转向系运动干涉量计算校核

2.4.1 悬架与转向系的运动干涉量校核

按照汽车设计上关于悬架与转向系运动干涉量校核的方法步骤对某车型运动干涉量进行校核。下图所示为悬架与转向的运动校核图。