K01H-PD-DP-007转向系统计算报告

编号：K01H-PD-DP-007转向系统计算报告项目名称：K01H编制:1日期:1校对:1日期:1审核:1日期:1批准:1日期:1东风小康汽车有限公司2012年6月目录1概述.................................................................................................................................................12与转向系统相关的整车参数(测量数据)......................................................................................13最小转弯半径.................................................................................................................................23.1转向梯形分析：.........................................................................................................................23.2最小转弯半径确定.....................................................................................................................34转向系载荷的确定.........................................................................................................................34.1原地转向阻力矩.........................................................................................................................34.2车轮回正阻力矩.........................................................................................................................44.3转向系角传动比.........................................................................................................................44.4不带助力时作用在转向盘上的力.............................................................................................45转向管柱布置校核.........................................................................................................................55.1标杆车转向管柱布置角度.........................................................................................................55.2转向管柱角速度及力矩波动计算.............................................................................................56结论.................................................................................................................................................8参考文献............................................................................................................................................8K01H转向系统计算报告东风小康汽车有限公司第1页共8页1概述K01H转向管柱为角度不可调式管柱，转向机采用结构简单、布置容易的齿轮齿条式转向机。转向盘采用软发泡四辐式，轮辐中间有一块大盖板，打开时可拆装调整转向盘。在进行转向系统设计时需要考虑整车各方面的因素。结构参照下图。图1转向系统2与转向系统相关的整车参数(测量数据)表1转向系统参数基本参数单位数值轴距Lmm2760空载时主销距K1mm1224.3满载时主销距K2mm1244空载前轴荷G1kg510满载前轴荷G2kg645方向盘外径mm365方向盘总圈数I4.3空载内轮最大转角β1deg38.3空载外轮最大转角α1deg35.3满载内轮最大转角β2deg38.4满载外轮最大转角α2deg35空载时主销偏置距C1mm23.1满载时主销偏置距C2mm22.7四轮定位参数主销内倾角deg空载8.5满载9.4主销后倾角deg空载3.1满载3.3车轮外倾角deg空载2.44满载1.61前轮前束deg空载0.08满载-0.19K01H转向系统计算报告东风小康汽车有限公司第2页共8页前轮胎规格有两种，参数分别为：①165/70R14-81T，轮辋偏置距为35mm，负荷下静半径为268mm，滚动半径285mm，满载下前胎充气压力260KPa。②155R13LT，轮辋偏置距为35mm，负荷下静半径为274mm，滚动半径292mm，满载下前胎充气压力300KPa。3最小转弯半径3.1转向梯形分析：无论那种转向梯形机构，都是尽可能满足汽车转弯时，全部轮子绕一瞬时中心在不同的圆周上做纯滚动运动。即要求内外轮的转角关系满足ACKERMAN理论。实际受离心力、轮胎侧偏的等影响，很难满足ACKERMAN理论。实际现代汽车转向梯形机构只能近似地去保证。根据阿克曼（ACKERMAN）几何关系：LctgctgK式中，K——两侧主销轴线与地面交点之间的距离；L——车轴距。经过使用CATIA软件模拟分析的数据，作出的AckermanRatio比较曲线和最大内、外轮转角曲线如下：图2内外轮转角关系曲线因为只有当内外轮满足ACKERMAN理论时，内、外轮的方向和行进方向一致，各轮才不发生侧滑，因此在曲线图上，外轮的实际转角和理论转角曲线尽可能的接近。我们可以看出：在中间常用的转角范围内，外轮的实际转角和理论值的比较接近。K01H转向系统计算报告东风小康汽车有限公司第3页共8页3.2最小转弯半径确定1）按外轮最大转角α空载：R1=L/sinα1+C1=2760/sin35.3°+23.1=4798.2mm；满载：R1=L/sinα2+C2=2760/sin35°+22.7=4834.6mm；2）按内轮最大转角β空载：=5490mm满载：=5519.7空载最小转弯半径Rmin=(R1+R2)/2=5144.1mm≈5.1m满载最小转弯半径Rmin=(R1+R2)/2=5177.2mm≈5.2m4转向系载荷的确定4.1原地转向阻力矩汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩采用下面的经验公式计算：pGfMr33（1）式中，rM——转向阻力矩（N·mm）；f——轮胎和路面间的滑动摩擦系数，f=0.7；G——前轴重量，空载1G=510×9.8=4998N，满载2G=645×9.8=6321N；p——轮胎气压，p=0.26MPa（165/70R14-81T），p=0.3MPa（155R13LT）。将表1参数带入公式（1），可得：空载rM=161690.5N·mm（165/70R14-81T）；rM=150525.7N·mm（155R13LT）；满载rM=229968.7N·mm（165/70R14-81T）；rM=214089.2N·mm（155R13LT）。1211121212]tan2)sin[(CLKKLR2212222222]tan2)sin[(CLKKLRK01H转向系统计算报告东风小康汽车有限公司第4页共8页4.2车轮回正阻力矩车轮转向时，前轴重心将升高。在CATIA里建立分析模型，分析得出在齿条向左或向右移动71mm时，空载时重心降低2.23mm,满载时重心降低了2.73mm，车轮回正阻力矩即为车辆升高时克服重力所做的功：空载23.28.9510SM11145.5N·mm满载73.28.9645SM17256.3N·mm4.3转向系角传动比转向系角传动比niow360（2）式中，n——方向盘圈数；——转向盘的自由行程，根据GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》的6.4a条，取020。由公式（2），求得：空载owi20满载owi20.84.4不带助力时作用在转向盘上的力不加动力转向时作用在转向盘上的力：RiMsMFowrk（3）式中，rM——原地转向阻力矩；sM——车轮回正阻力矩；kF——作用于转向盘的力（N）；owi——转向系的角传动比；R——转向盘半径(mm)；K01H转向系统计算报告东风小康汽车有限公司第5页共8页——转向系的正效率，一般为75%。当汽车空载时，计算结果为：FK=63.1N（165/70R14-81T）；FK=59.1N（155R13LT）；当汽车满载时，计算结果为：FK=86.8N（165/70R14-81T）；FK=81.3N（155R13LT）；原地转向所需的力矩要比行驶中转向所需的力矩大2～3倍，所以实际行驶中转向所需的力约为：空载时：21～31.6N（165/70R14-81T）；19.7～29.6（155R13LT）；满载时：28.9～43.4（165/70R14-81T）；27.1～40.6（155R13LT）。根据GB17675-1999《汽车转向系基本要求》第3.9条的规定，不带助力时转向力应小于245N，带助力转向但助力转向失效时，其转向力应小于588N。因此，K01H转向盘上的瞬时力符合法规要求。5转向管柱布置校核5.1标杆车转向管柱布置角度上转向传动轴与下转向传动轴夹角26.3°，下转向传动轴与转向机输入轴夹角31.3°。理论上，上述两夹角相等是理想情况。下面计算两夹角给角速度和转向力矩带来的影响。5.2转向管柱角速度及力矩波动计算根据机械原理：单个十字轴万向节主、从动叉轴转角βa、βb间的关系为：tanβa=tanβb×cosα式中，βa——主动叉轴转角；βb——与βa相对应的从动叉轴转角；α——两轴夹角。上式又可以写为:βb=arctan(tanβa/cosα)若夹角不变，将上式两边对时间求导数，整理后得：ωb=ωa[cosα/(1－sin2αcos2βa)]K01H转向系统计算报告东风小康汽车有限公司第6页共8页式中，ωa——主动叉轴角速度；ωb——从动叉轴角速度。由于转向管柱是采用三段式，为了方便计算，假设输入轴为轴1，中间轴为轴2，输出轴为轴3，如下图3。图4转向管柱整理上式，消去轴2的角速度得：132322212121coscossin1cossin1cos1213coscostgarctg式中，1w——轴1角速度；2w——轴3角速