孟慶石，肖俊濤，李敏，洪安陽(yáng),孟慶川

(1.湖北汽車工業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北十堰 442000；2.東莞中汽宏遠(yuǎn)汽車有限公司，廣東東莞 523000)

電動(dòng)客車轉(zhuǎn)向搖臂校核方法研究

孟慶石1，肖俊濤1，李敏2，洪安陽(yáng)2,孟慶川2

(1.湖北汽車工業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北十堰 442000；2.東莞中汽宏遠(yuǎn)汽車有限公司，廣東東莞 523000)

以某公司車型KMT6860轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)為例，介紹一種通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各參數(shù)進(jìn)行圖形化處理，直觀求解出轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)度的方法。在搖臂選型完成后，亦可通過(guò)該方法反推出轉(zhuǎn)向搖臂初始角度。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；搖臂；設(shè)計(jì)校核

0 引言

快速的市場(chǎng)反應(yīng)，復(fù)雜多樣的配置要求，使得客車技術(shù)工作具有周期短、要求高、任務(wù)重的特點(diǎn)?？蛙囖D(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響著司機(jī)的駕駛感受。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的校核方法效率較低，文中以某公司純電動(dòng)客車KMT6860為例，闡述一種快捷的轉(zhuǎn)向搖臂選型方法，以滿足技術(shù)工作平臺(tái)化、模塊化、通用化的發(fā)展趨勢(shì)[1]。

1 轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)度確定

1.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各參數(shù)

該車型方向機(jī)型號(hào)為：SB9072M-TQ(杭州世寶)，搖臂擺角：±48°，總?cè)?shù)：5。

前橋選用東風(fēng)德納4.2T，前橋傾角：4.5°，其他參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 前橋參數(shù)

直拉桿球頭選用免維護(hù)式球座，球頭中心到鎖緊面距離55 mm。

1.2 作圖確定轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)度

1.2.1 方法理論闡述

(1)轉(zhuǎn)向功能的實(shí)現(xiàn)，可以簡(jiǎn)化看成轉(zhuǎn)向搖臂放大方向機(jī)的擺動(dòng)，通過(guò)直拉桿傳遞到轉(zhuǎn)向節(jié)臂，帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)過(guò)程[2]。轉(zhuǎn)向過(guò)程中，由于前橋傾角的存在，轉(zhuǎn)向節(jié)臂在整車X、Y、Z方向均有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但Y、Z方向的運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，且其運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的影響可以通過(guò)直拉桿球頭自身可調(diào)的特點(diǎn)抵銷[3]，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)影響較小，作圖時(shí)可將轉(zhuǎn)向過(guò)程中轉(zhuǎn)向節(jié)臂在底盤X方向距離的變化量與轉(zhuǎn)向搖臂X方向距離變動(dòng)量視作相同，即轉(zhuǎn)向搖臂工作時(shí)在X方向極限位置位移與車輪最大內(nèi)、外轉(zhuǎn)角時(shí)轉(zhuǎn)向節(jié)臂位移量相同(第1.2.2節(jié)、第1.2.3節(jié)的作圖依據(jù))。

(2)由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)需保證方向盤從中心位置至左右轉(zhuǎn)向極限位置所轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)一致(從轉(zhuǎn)向搖臂的角度來(lái)看，設(shè)計(jì)時(shí)需保證轉(zhuǎn)向搖臂從初始位置至搖臂前后極限位置所轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角相同)，所以轉(zhuǎn)向搖臂的初始位置必須在整個(gè)轉(zhuǎn)向過(guò)程的中心位置。而車輪外輪最大轉(zhuǎn)角和內(nèi)輪最大轉(zhuǎn)角不同(分別為36°、40°)，且前橋轉(zhuǎn)向節(jié)臂球頭安裝孔位置一般為偏前10～20 mm，所以需調(diào)整搖臂的初始轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)上述左右轉(zhuǎn)向時(shí)方向盤圈數(shù)相同的目標(biāo)(轉(zhuǎn)向搖臂初始角度的作圖原理)。

1.2.2 轉(zhuǎn)向節(jié)臂軌跡確定

(1)如圖1所示，根據(jù)協(xié)議校核前橋圖紙相關(guān)尺寸，保證各尺寸按1∶1繪制。

(2)將轉(zhuǎn)向球頭模型裝配于轉(zhuǎn)向節(jié)臂錐孔中；

(3)從球頭中心A作AB垂直轉(zhuǎn)向主銷軸線OZ，垂足為B；

(3)作A、B俯視投影線，交前橋軸線于A1、B1;

(5)以B1為圓心，A1B1為半徑作圓。根據(jù)前橋參數(shù)在該圓上作出轉(zhuǎn)向節(jié)臂在最大內(nèi)、外轉(zhuǎn)角位置，分別記作C、D；

(6)過(guò)A1、C、D作直線垂直于垂線Z0，垂足記E、F、G[4]。

1.2.3 轉(zhuǎn)向搖臂最短長(zhǎng)度確定

(1)將線段FG按前橋傾角旋轉(zhuǎn)，E、F、G旋轉(zhuǎn)后分別記作E1、F1、G1；

(2)過(guò)E1、F1、G1作垂線，交水平線于E2、F2、G2；

(3)過(guò)F2、G2，以1/2F2G2為半徑作圓，圓心記作O1。過(guò)圓心O1作垂線，交該圓上方于H；

(4)根據(jù)轉(zhuǎn)向器廠家設(shè)計(jì)要求，搖臂擺角最大設(shè)計(jì)值為±45°，所以以H為圓心，F(xiàn)2H為半徑作圓(該圓同時(shí)過(guò)F2、G2兩點(diǎn))，該圓半徑F2H即為轉(zhuǎn)向搖臂最短長(zhǎng)度，見(jiàn)圖2。

圖2 轉(zhuǎn)向搖臂最短長(zhǎng)度確定

2 轉(zhuǎn)向搖臂選型校核

通過(guò)上述作圖，得該車轉(zhuǎn)向搖臂最短長(zhǎng)度為202.7 mm，行業(yè)內(nèi)與此長(zhǎng)度接近且使用較多的為210 mm的搖臂，故為該車選用210 mm搖臂，并通過(guò)圖3所示的作圖方法，校核此搖臂的適配性能。

(1)以H為圓心，作半徑為210 mm的圓1，分別交F1F2、HO1、E1E2、G1G2延長(zhǎng)線于I、J、E3、K，連接HI、HJ、HK，量得角∠IHK，算出此車轉(zhuǎn)向總?cè)?shù)。此車∠IHK為85°，算得轉(zhuǎn)向總?cè)?shù)為4.47圈，符合設(shè)計(jì)要求(方向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)須大于4圈，且不宜超過(guò)6圈[5])，如不符合需重新選取搖臂長(zhǎng)度，再次校核；

(2)將HI、HJ、HK以H為基點(diǎn)，HJ為參照線，將點(diǎn)J旋轉(zhuǎn)至點(diǎn)E3；

(3)以點(diǎn)J為圓心，JK為半徑作圓2，交G1G2于點(diǎn)L；

(4)將HI、HJ、HK以J為基點(diǎn)，JK為參照線，將點(diǎn)K旋轉(zhuǎn)至點(diǎn)L,此時(shí)所得的HJ傾角θ，即為轉(zhuǎn)向搖臂的初始角度。測(cè)得此車轉(zhuǎn)向搖臂的初始角度為6°。

3 小結(jié)

該方法作圖所得到的長(zhǎng)度，只是轉(zhuǎn)向搖臂豎直方向大、小端裝配錐孔的中心距離。因直搖臂有加工容易、受力條件好、加工尺寸準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[6]，所以在轉(zhuǎn)向搖臂選型時(shí)盡量選用直搖臂。又因搖臂大端與方向機(jī)配合的花鍵齒數(shù)一般為定值(36齒或44齒)，裝配時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的理論初始角度，須按就近原則，選取與理論初始角度偏差較小的偏轉(zhuǎn)齒數(shù)進(jìn)行裝配。

此方法提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，改變了傳統(tǒng)作圖通過(guò)反復(fù)改變拉桿長(zhǎng)度、調(diào)整搖臂的位置及長(zhǎng)度的方法完成轉(zhuǎn)向搖臂選型的現(xiàn)狀，大大縮短了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期，現(xiàn)已在該司多款車型開(kāi)發(fā)過(guò)程中得以應(yīng)用。文中旨在提供一種設(shè)計(jì)校核思路，該方法同樣適用于轉(zhuǎn)向器其他布置形式。

【1】林銀聚.客車底盤平臺(tái)化技術(shù)[J]．客車技術(shù)與研究，2014，32(6)：31-32.

【2】蔡興旺.汽車構(gòu)造與原理(下冊(cè))[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004:199-201.

【3】張小虞.汽車工程手冊(cè)(設(shè)計(jì)篇)[M].北京:人民交通出版社，2001:595-597.

【4】陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007:169-174.

【5】林秉華.最新汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].黑龍江：黑龍江人民出版社，2005:1387-1388.

【6】劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001：655-657.

Research on Check Method for Steering Rocker Arm of Electric Bus

MENG Qingshi1,XIAO Juntao1,LI Min2,HONG Anyang2,MENG Qingchuan2
(1.College of Economics and Management,Hubei University of Automotive Technology,Shiyan Hubei 442000,China;2.Winnerway Automobile Co.,Ltd,Dongguan Guangdong 523000,China)

Taking the design of the KMT6860 steering system as an example, a method to solve the length of the steering arm by using graphic processing to the various parameters of the steering system was introduced. After the selection of the pitman arm was completed, the initial angle of the pitman arm could be reversed by the method.

Steering system; Pitman arm; Design check

2016-03-24

孟慶石(1988—)，男，在職研究生，助理工程師，主要研究方向?yàn)榭蛙嚨妆P設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。E-mail：mengkens@163.com。

U463.4

A

1674-1986(2016)06-055-03