馬其鼎

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

某輕卡動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)匹配與轉(zhuǎn)向直拉桿設(shè)計(jì)

馬其鼎

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

文章對(duì)某輕型卡車動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)匹配與轉(zhuǎn)向直拉桿設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括動(dòng)轉(zhuǎn)泵與轉(zhuǎn)向器的壓力、流量進(jìn)行匹配計(jì)算；運(yùn)用三維數(shù)模對(duì)直拉桿進(jìn)行外形設(shè)計(jì)及空間干涉校核，對(duì)轉(zhuǎn)向直拉桿的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉進(jìn)行校核，最終使動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)匹配及直拉桿設(shè)計(jì)滿足整車開發(fā)需求。

某輕型卡車；動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)匹配；直拉桿開發(fā)

CLC NO.:U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-37-03

引言

為滿足市場(chǎng)客戶對(duì)于輕卡不同動(dòng)力、不同配置的需求，經(jīng)常需要對(duì)輕卡轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。其中動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)向直拉桿的設(shè)計(jì)尤為重要。本文以某輕型卡車的開發(fā)為例，對(duì)動(dòng)轉(zhuǎn)泵與轉(zhuǎn)向器壓力、流量的匹配計(jì)算，對(duì)直拉桿的設(shè)計(jì)及校核進(jìn)行詳細(xì)闡述。明確設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)方法及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為輕卡動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)及直拉桿開發(fā)提供依據(jù)。

1、動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)匹配校核

某輕型卡車由于匹配某款發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的動(dòng)轉(zhuǎn)泵是否與選用的轉(zhuǎn)向器相匹配，進(jìn)行校核計(jì)算。校核主要針對(duì)動(dòng)轉(zhuǎn)泵所提供的壓力、流量是否滿足轉(zhuǎn)向器需求。

1.1 動(dòng)轉(zhuǎn)泵工作流量計(jì)算校核過程如下

轉(zhuǎn)向油泵必須有足夠的流量以保證汽車有較快的轉(zhuǎn)向速度。據(jù)對(duì)某公司關(guān)于轉(zhuǎn)向速度的統(tǒng)計(jì)，汽車轉(zhuǎn)向盤的最快轉(zhuǎn)速一般要求在1.0～1.25轉(zhuǎn)/秒 ?？扇≈虚g值為1.125轉(zhuǎn)/秒進(jìn)行設(shè)計(jì)，即68轉(zhuǎn)/分（68r/min），則動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要求油泵在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要能夠提供給轉(zhuǎn)方向機(jī)夠的工作流量，由此對(duì)于動(dòng)轉(zhuǎn)泵的流量可計(jì)算如下：

其中：

Q—?jiǎng)愚D(zhuǎn)系統(tǒng)實(shí)際需要流量（L/min）。

S—?jiǎng)恿D(zhuǎn)向器油缸實(shí)際工作面積（mm2）。

Q1—?jiǎng)恿D(zhuǎn)向器允許的內(nèi)泄漏量（L/min）。

V—活塞移動(dòng)速度（mm/min）。

n—轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)速（r/s）。

t—螺距(mm)。

該車型轉(zhuǎn)向器相關(guān)參數(shù)如下表：

表1

將表中數(shù)值帶入上述公式，計(jì)算可得：動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)實(shí)際所需流量Q為6.7～8.9L/min。而此動(dòng)轉(zhuǎn)泵的工作流量為8± 1L/min，誤差在10%以內(nèi)，因此可以判定該發(fā)動(dòng)機(jī)自帶動(dòng)轉(zhuǎn)泵滿足轉(zhuǎn)向器對(duì)流量的要求。

1.2 動(dòng)轉(zhuǎn)泵壓力匹配校核計(jì)算過程

轉(zhuǎn)向泵的最大壓力Pmax：轉(zhuǎn)向泵的最大壓力取決于方向機(jī)的最高工作壓力，一般取：Pmax=P1+△P (P1為方向機(jī)的最高壓力10.3MPa，△P為管路損失，取0.3MPa)。因此，動(dòng)轉(zhuǎn)泵最高工作壓力為10.6MPa，而該發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)泵最大工作壓力為9.3～10.3MPa，誤差在10%內(nèi)，滿足要求。

2、轉(zhuǎn)向直拉桿設(shè)計(jì)

2.1 轉(zhuǎn)向直拉桿外形設(shè)計(jì)

該車型需對(duì)轉(zhuǎn)向直拉桿進(jìn)行重新開發(fā)，運(yùn)用UG軟件，對(duì)轉(zhuǎn)向直拉桿的尺寸規(guī)格、走向進(jìn)行外形設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖所示：

圖1

2.2 直拉桿強(qiáng)度校核

轉(zhuǎn)向直拉桿作為安全件，必須能夠可靠工作而不損壞，在設(shè)計(jì)過程中必須對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核。直拉桿工作時(shí)主要是產(chǎn)生拉壓變形，故只校核其拉壓應(yīng)力。其中轉(zhuǎn)向拉力的值確定從兩個(gè)方面考慮：原地轉(zhuǎn)向阻力和方向盤的輸入力產(chǎn)生。當(dāng)為動(dòng)力轉(zhuǎn)向時(shí)，作用力為轉(zhuǎn)向器輸出的最大力矩提供：

動(dòng)力轉(zhuǎn)向器在直拉桿上產(chǎn)生的最大拉（壓）力

其中：

l1－轉(zhuǎn)向器作用在直拉桿上的力臂最小長(zhǎng)度

Mmax－轉(zhuǎn)向器最大輸出力矩

轉(zhuǎn)向拉桿對(duì)于力學(xué)連線的偏心率e

轉(zhuǎn)向拉桿對(duì)于力學(xué)連線的偏心率處產(chǎn)生的力矩

M:

M=F×e

根據(jù)轉(zhuǎn)向拉桿的截面特性，慣性矩Iz：

其中：

E：彈性模量，由于拉桿材料一般采用35、45鋼，取值200GPa

Iz：慣性矩，單位（m4）

D：截面大徑，單位m

d：截面小徑, 單位m

A：截面面積，單位（m2）

l：桿長(zhǎng)，單位m

F：直拉桿最大拉（壓)力

[σ]：鋼材的屈服強(qiáng)度

穩(wěn)定性安全系數(shù)：其值為：[σ]/σa，根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》

穩(wěn)定性安全系數(shù)不得小于1.5

轉(zhuǎn)向直拉桿結(jié)構(gòu)如下：

表2

直拉桿安全系數(shù)為3.6大于要求值1.5，因此強(qiáng)度滿足要求。

2.3 轉(zhuǎn)向直拉桿間隙校核

轉(zhuǎn)向直拉桿應(yīng)不與周邊部件產(chǎn)生干涉，通常要求轉(zhuǎn)向直拉桿與周邊部件的距離≥20mm。由于轉(zhuǎn)向直拉桿屬于運(yùn)動(dòng)部件，因此有必要對(duì)其與周邊部件的運(yùn)動(dòng)間隙進(jìn)行校核。校核主要看輪胎最大外轉(zhuǎn)角與最大內(nèi)轉(zhuǎn)角兩個(gè)極限位置時(shí)，轉(zhuǎn)向直拉桿與周邊部件的間隙。通常運(yùn)用UG軟件，在三維數(shù)模中可直觀得出校核結(jié)果。該車型校核結(jié)果如下圖所示：

圖2

圖3

由上三維校核數(shù)?？芍?，當(dāng)轉(zhuǎn)向輪向內(nèi)轉(zhuǎn)至最大轉(zhuǎn)角30°時(shí)（圖1），直拉桿與輪胎間隙最小，間隙值36.3mm。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪向外轉(zhuǎn)至最大轉(zhuǎn)角37°時(shí)，直拉桿與懸架距離最小，間隙值為27.4mm。上述兩最小間隙均＞20mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 直拉桿與懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)干涉校核

輕卡懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)前橋總成的運(yùn)動(dòng)，前橋總成的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向直拉桿發(fā)生運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向直拉桿的運(yùn)動(dòng)會(huì)使轉(zhuǎn)向器的垂臂發(fā)生運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而會(huì)傳遞到轉(zhuǎn)向盤發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，轉(zhuǎn)向直拉桿與懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)干涉應(yīng)通過合理設(shè)計(jì)，使其盡量小，以免造成對(duì)車輛操縱的過多干預(yù)。轉(zhuǎn)向直拉桿的開發(fā)必須對(duì)其與懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)干涉進(jìn)行校核，以判斷是否能夠滿足駕駛舒適性要求。通常要求上跳量與下跳量≤5mm。該校核過程主要通過二位圖進(jìn)行，校核如下圖所示：

圖4

由上述校核圖可得，上下跳動(dòng)量分別為1.66及3.23，滿足設(shè)計(jì)要求。

3、結(jié)論

通過以上動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的壓力、流量匹配計(jì)算，確定該輕型卡車動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)匹配合理。通過對(duì)轉(zhuǎn)向直拉桿外形設(shè)計(jì)、空間干涉校核，強(qiáng)度分析及轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉分析，確定轉(zhuǎn)向直拉桿的設(shè)計(jì)滿足整車強(qiáng)度及操控要求。本文所述方法對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

[1] 按GB/T 7714－1987《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求著錄.

[2] 張代勝. 汽車?yán)碚? 合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版出版社, 2011.

[3] 齊志鵬. 汽車制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與檢修. 北京:人民郵電出版社, 2002

[4] 唐新蓬. 汽車總體設(shè)計(jì). 北京:高等教育出版社, 2010.4.

A light trucks regulated system matching with steering drag link design

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

the article for a light-duty truck regulated system matching with steering drag link in detail in this paper, the design process, including the regulated pressure and flow of the pump and steering gear matching calculation; Using three dimensional mathematical model of straight rod shape design and space interference checking, calculation and analysis on the strength of the steering drag link, interfere with the movement of steering system and suspension system, this article finally make the regulated system matching and straight rod design meet the demand of vehicle development.

the light truck; system matching of power steering system; steering tie rod development

U463.4

A

1671-7988 (2017)08-37-03

馬其鼎，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司全資子公司四川江淮汽車有限公司綜合管理部。部長(zhǎng)，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，主要從事生產(chǎn)管理、工藝質(zhì)量管理、人力資源管理等工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.012