转向前桥-横拉杆臂设计-基础计算内容-20200307

转向前桥-横拉杆臂设计-基础计算内容
-20200307零件的设计的前提的是要知道载荷和约束条件。

约束：横拉杆臂与转向节和横拉杆总成连接。

载荷：汽车转向、制动、侧滑时，轮胎对地面的作用力传递到横拉杆臂上。

关于载荷的确定：
1，汽车原地转向阻力矩，可以由经验公式初步确定。

2，行车中的转向力矩，会大大小于原地转向力矩。

因此值和很多因素有关，对车桥厂来说确认较困难。

所以设计时只考虑原地转向阻力矩的情况。

3，紧急制动时，因为有主销偏置距，所以地面会传递过来一个力矩。

4，侧滑时，因为车桥在底盘布置中，前转向桥会有一个后倾角，一般在3°以内，此时会产生一个后倾拖距。

（后倾起到高速行驶时车轮自动回正的作用，车速越高，回正效果越好。

因第2条描述判断，其力矩值应该也是小于原地转向阻力矩的。

）又因后倾角一般都是小于主销内倾角的，所以侧滑产生的力矩应该是小于紧急制动产生的力矩值。

所以设计横拉杆臂时可以不计算此值。

5，若整车厂提供有方向机的最大扭矩和相关的臂比和布置信息，也可以则算出一个力矩。

横拉杆臂的承载能力要大于上述计算出的最大力矩值。

法规中没有专门对横拉杆臂台架实验要求。

但有横拉杆总成的试验（QCT 648-2015 汽车转向拉杆总成性能要求及台架试验方法），要求加载满载轴荷的1/3，横拉杆总成寿命超过100万次。

我们在设计横拉杆臂时，需要结合以前的成熟产品的载荷系数（扭矩值）。

按经验载荷系数设计的产品都是可以直接满足设计需求的。

但做一些基础的计算也是有必要的，可以起到设计参考的价值。

基础计算包括汽车原地转向阻力矩和紧急制动时产生的弯矩值。

还应该考虑转向梯形机构运转时产生的作用力臂的变化（力臂越小，作用的力值越大）。

因本人手上没有整车方面的信息（方向机相关），所以没有计算上述第5条值。

但是一般满足上述1和3条的载荷要求，就可以满足方向机的作用。

因为假设方向机载荷再大的话轮胎就打滑了。

汽车原地转向阻力矩。

目前的计算方法有：原苏联的半经验公式（见《汽车工程手册》）、雷索夫推荐公式和塔布莱克推荐公式（见《工程机械底盘构造与设计》）。

紧急制动时产生的弯矩值。

计算方法参考《车桥设计》。

假设按某一6.5T前桥。

1，按QCT 648，假设横拉杆球销中心距工字梁前后距离为219mm。

则试验加载载荷为21233N
2，计算原地转向阻力矩：
A,雷索夫推荐公式：
B, 塔布莱克推荐公式:
M r0=G 1(fe +μρ2)1
η
ρ2=0.5√r 02
−r s 2
M z =ξG 1√e 2+K 2
K =√B 2/8
小结：
几种计算初步得到的横拉杆臂的载荷如下：
大值，就横拉杆总成而言具有可验证性。

但是当有些桥型采用较长臂长时（例如某些客车型前桥）不能按此载荷设计横拉杆臂（否则设计的臂强度太富余），此时考虑转向阻力矩进行设计更合理点。

◆ 紧急制动计算的载荷小于原地转向阻力矩计算的值，在设计横拉杆臂时可以不考虑，仅做设计判断参考。

◆ 塔布莱克推荐公式计算的结果值较大，可以初步选定按此值进行横拉杆臂的设计。

◆ 需要结合市场上已经成熟的产品，结合试验结果和试验目标寿命值折算合适的取值。

同时需要结合产品的目标车型的使用工况，适当叠加一些载荷系数。

如经常在坏路、工地工
4，同时我们还需要结合梯形机构的计算结果进行综合判断。

根据车辆的最大内外转角，找到其最小的等价臂长。

在做有限元分析时，建议在0°、中间值角度、最大转角状态，3种情况分析横拉杆臂的应力情况。

此时同时可以验证横拉杆
臂的锁紧件的强度和预紧力矩/预紧力是否满足设计使用需求。

将这3种情况的有限元分析的应力值分布情况，根据不同桥型，不同梯形的横拉杆臂，做出总结汇总，以形成自己的设计分析参考规范。

梯形的校核按照阿克曼原理进行计算校核。

下表为某一梯形的结果。

其中包含了最小传动角值（推荐＞30°），按这个最小传动角可以推算出最小等价臂长。

总结：
通过上面的综合判断，可以定义出一个基准的横拉杆臂所受的力矩值（可折算载荷值）作为横拉杆臂的试验载荷值，当桥型定义市场为坏路况和有超载的情况较多时。

可以根据需要叠加一定的载荷。

当根据确定的载荷，实际台架测量出寿命时，若觉得试验时间太长，也可以适当增加载荷来减少测试时间。

然后用这2组试验值，来折算出寿命公式。

最终找到一个合适的试验载荷和目标寿命，以减少能源消耗。

（注意保证寿命值在高周疲劳CD阶段。

）
寿命折算参考公式见下面：
寿命折算公式如下：
试验应力：σrN；
脚标r代表该变应力的应力比（最小实验应力/最大实验应力）；
脚标N代表相应的应力循环次数；
m是材料常数
C表示某一常数
注：因个人经验和认知有限，不排除有考虑不周的情况，仅供参考。