電動客車轉向搖臂校核方法研究

孟慶石，肖俊濤，李敏，洪安陽,孟慶川

(1.湖北汽車工業學院經濟管理學院，湖北十堰 442000；2.東莞中汽宏遠汽車有限公司，廣東東莞 523000)

電動客車轉向搖臂校核方法研究

孟慶石1，肖俊濤1，李敏2，洪安陽2,孟慶川2

(1.湖北汽車工業學院經濟管理學院，湖北十堰 442000；2.東莞中汽宏遠汽車有限公司，廣東東莞 523000)

以某公司車型KMT6860轉向系統開發設計為例，介紹一種通過對轉向系統各參數進行圖形化處理，直觀求解出轉向搖臂長度的方法。在搖臂選型完成后，亦可通過該方法反推出轉向搖臂初始角度。

轉向系統；搖臂；設計校核

0 引言

快速的市場反應，復雜多樣的配置要求，使得客車技術工作具有周期短、要求高、任務重的特點。客車轉向系統設計的好壞，將直接影響著司機的駕駛感受。在轉向系統設計中，傳統的校核方法效率較低，文中以某公司純電動客車KMT6860為例，闡述一種快捷的轉向搖臂選型方法，以滿足技術工作平臺化、模塊化、通用化的發展趨勢[1]。

1 轉向搖臂長度確定

1.1 轉向系統各參數

該車型方向機型號為：SB9072M-TQ(杭州世寶)，搖臂擺角：±48°，總圈數：5。

前橋選用東風德納4.2T，前橋傾角：4.5°，其他參數見表1。

表1 前橋參數

直拉桿球頭選用免維護式球座，球頭中心到鎖緊面距離55 mm。

1.2 作圖確定轉向搖臂長度

1.2.1 方法理論闡述

(1)轉向功能的實現，可以簡化看成轉向搖臂放大方向機的擺動，通過直拉桿傳遞到轉向節臂，帶動前輪轉動的一個過程[2]。轉向過程中，由于前橋傾角的存在，轉向節臂在整車X、Y、Z方向均有相對運動，但Y、Z方向的運動較為復雜，且其運動所帶來的影響可以通過直拉桿球頭自身可調的特點抵銷[3]，對轉向系統影響較小，作圖時可將轉向過程中轉向節臂在底盤X方向距離的變化量與轉向搖臂X方向距離變動量視作相同，即轉向搖臂工作時在X方向極限位置位移與車輪最大內、外轉角時轉向節臂位移量相同(第1.2.2節、第1.2.3節的作圖依據)。

(2)由于轉向系統設計需保證方向盤從中心位置至左右轉向極限位置所轉動的圈數一致(從轉向搖臂的角度來看，設計時需保證轉向搖臂從初始位置至搖臂前后極限位置所轉動的轉角相同)，所以轉向搖臂的初始位置必須在整個轉向過程的中心位置。而車輪外輪最大轉角和內輪最大轉角不同(分別為36°、40°)，且前橋轉向節臂球頭安裝孔位置一般為偏前10～20 mm，所以需調整搖臂的初始轉角，實現上述左右轉向時方向盤圈數相同的目標(轉向搖臂初始角度的作圖原理)。

1.2.2 轉向節臂軌跡確定

(1)如圖1所示，根據協議校核前橋圖紙相關尺寸，保證各尺寸按1∶1繪制。

(2)將轉向球頭模型裝配于轉向節臂錐孔中；

(3)從球頭中心A作AB垂直轉向主銷軸線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。根據前橋參數在該圓上作出轉向節臂在最大內、外轉角位置，分別記作C、D；

(6)過A1、C、D作直線垂直于垂線Z0，垂足記E、F、G[4]。

1.2.3 轉向搖臂最短長度確定

(1)將線段FG按前橋傾角旋轉，E、F、G旋轉后分別記作E1、F1、G1；

(2)過E1、F1、G1作垂線，交水平線于E2、F2、G2；

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

(4)根據轉向器廠家設計要求，搖臂擺角最大設計值為±45°，所以以H為圓心，F2H為半徑作圓(該圓同時過F2、G2兩點)，該圓半徑F2H即為轉向搖臂最短長度，見圖2。

圖2 轉向搖臂最短長度確定

2 轉向搖臂選型校核

通過上述作圖，得該車轉向搖臂最短長度為202.7 mm，行業內與此長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延長線于I、J、E3、K，連接HI、HJ、HK，量得角∠IHK，算出此車轉向總圈數。此車∠IHK為85°，算得轉向總圈數為4.47圈，符合設計要求(方向盤的總轉動圈數須大于4圈，且不宜超過6圈[5])，如不符合需重新選取搖臂長度，再次校核；

(2)將HI、HJ、HK以H為基點，HJ為參照線，將點J旋轉至點E3；

(3)以點J為圓心，JK為半徑作圓2，交G1G2于點L；

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

3 小結

該方法作圖所得到的長度，只是轉向搖臂豎直方向大、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、加工尺寸準確等優點[6]，所以在轉向搖臂選型時盡量選用直搖臂。又因搖臂大端與方向機配合的花鍵齒數一般為定值(36齒或44齒)，裝配時無法實現設計的理論初始角度，須按就近原則，選取與理論初始角度偏差較小的偏轉齒數進行裝配。

此方法提高了轉向系統的設計效率，改變了傳統作圖通過反復改變拉桿長度、調整搖臂的位置及長度的方法完成轉向搖臂選型的現狀，大大縮短了轉向系統的設計周期，現已在該司多款車型開發過程中得以應用。文中旨在提供一種設計校核思路，該方法同樣適用于轉向器其他布置形式。

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

【2】蔡興旺.汽車構造與原理(下冊)[M].北京：機械工業出版社，2004:199-201.

【3】張小虞.汽車工程手冊(設計篇)[M].北京:人民交通出版社，2001:595-597.

【4】陳家瑞.汽車構造[M].2版.北京：機械工業出版社，2007:169-174.

【5】林秉華.最新汽車設計手冊[M].黑龍江：黑龍江人民出版社，2005:1387-1388.

【6】劉惟信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，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，主要研究方向為客車底盤設計開發。E-mail：mengkens@163.com。

U463.4

A

1674-1986(2016)06-055-03