最经典的东风商用车转向系统设计案例

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

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

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，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 °

L

1 L

2 L 3

・35

1 3

Si n

( 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

R

min