某重型自卸車前橋轉向梯形及運動干涉分析

陳開超

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

測試試驗

某重型自卸車前橋轉向梯形及運動干涉分析

陳開超

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.019

根據總布置要求，某重型車（6×4自卸車）需要加裝大輪胎12.00R24，中后橋軸距增大，需要重新分析前橋梯形在新的軸距下是否滿足要求；同時由于換裝大輪胎需要重新設計直拉桿結構，從而需要重新校核直拉桿在轉向過程中是否會與其他零部件存在干涉現象。

軸距；前橋梯形；直拉桿；干涉

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-61-03

引言

轉向梯形有整體式和斷開式兩種，選擇整體式或斷開式轉向梯形方案與懸架采用何種方案有聯系。無論采用哪一種方案，必須正確選擇轉向梯形參數，做到汽車轉彎時，保證全部車輪繞一個瞬時轉向中心行駛，使在不同圓周上運動的車輪，作無滑動的純滾動運動。同時，整個轉向系統部件在左轉和右轉工況下不能與周邊部件存在干涉現象。

1、前橋梯形機構的分析

1.1 理論公式依據

為了保證各轉向輪轉向時都作純滾動(即各轉向輪瞬時旋轉中心交于一點)，同一軸上的轉向輪轉向角應滿足Ackerman定律式。

式中：α—前橋內輪轉角；β—前橋外輪轉角；

B—轉向主銷中心延長線與地面交點之間的距離；

L—前橋軸線至雙后橋中心線的距離；

1.2 分析內容

Y3070前橋曾用于3690+1350軸距自卸車，現將Y30F0前橋（在Y3070前橋基礎上僅調小轉角）用于4300+1450軸距自卸車。由于軸距發生變化，需要分析在實際狀態下，由前橋轉向梯形所實現的內、外輪轉角關系與 Ackerman理論轉角關系的偏差以及左轉和右轉時方向盤的轉角范圍是否符合設計要求。

1.3 建立三維模型

根據轉向機構布置，確定前橋及轉向傳動機構的三維裝配模型，以便導入ADAMS進行運動分析及優化。建立三維模型時，與運動有關的設計硬點必須準確，以提高分析的準確性。在ADAMS中最終建立的轉向系統三維模型如下圖：

圖1 Y30F0轉向裝置模型

1.4 轉向梯形分析

1.4.1 轉向梯形左右對稱，只分析左轉向的情況

給轉向內輪（即左輪）以轉角驅動，對轉向梯形進行仿真分析，得出由轉向梯形機構實現的內、外輪轉角關系與Ackerman理論轉角關系的對比如下：

圖2 前橋轉向外輪和轉向內輪的轉角關系

x—內輪轉角 y—外輪轉角

由上圖可以看出，在轉向內輪轉動 25°以前，理論轉角和實際轉角曲線誤差較小（1度以內），但在25°以后誤差逐漸變大，在 33°時達到 1.2°，隨后又逐漸減小，滿足內外輪轉角協調性要求。

1.4.2 左轉和右轉工況下方向盤轉角范圍分析

給轉向內輪（即左輪）以轉角驅動，對其轉向裝置模型進行左轉仿真分析，得出轉向垂臂在左轉時的轉角范圍：

圖3 轉向垂臂左轉轉角范圍

給轉向內輪（即左輪）以轉角驅動，對其轉向裝置模型進行右轉仿真分析，得出轉向垂臂在右轉時的轉角范圍：

圖4 轉向垂臂右轉轉角范圍

由以上兩圖可知，轉向垂臂左轉最大轉角為32度，右轉最大轉角為29度，均控制在轉向器左右轉角范圍內；經計算方向盤在轉向過程中左右最大轉角各720度左右（即左右各兩圈）。

2、轉向系統干涉分析

在UG—Motion模塊中建立整個轉向系統運動模型，主要檢查前橋轉動過程中，前輪與直拉桿、直拉桿與左前板簧前支架和直拉桿與減震器之間的干涉情況。主要校核滿載工況下的轉向（即前板簧處于平直狀態）, 數模即為滿載狀態，下圖即為UG中建立的模型，同時分析左轉和右轉：

圖5 Y30F0轉向系統模型（滿載工況下）

2.1 左轉（直拉桿與左前板簧前支架的最小距離）

圖6

2.2 右轉（直拉桿與前輪之間的最小距離）

圖7

2.3 右轉（直拉桿與減震器之間的最小距離）

從以上所做的運動分析可以得出以下結論：

1）左轉工況下，直拉桿和左前板簧前支架之間的間隙在內輪（即左輪）轉角達到16度時最小，且最小間隙為8.87mm，此間隙值滿足要求；

2）右轉工況下，直拉桿和前輪之間的間隙在外輪（即左輪）轉角達到 32度（極限轉角）時最小，且最小間隙為14.15mm，此間隙滿足要求；

3）直拉桿和左前減震器之間的間隙在轉向過程中的最小值為36.86mm，設計要求≥25mm，滿足要求。

圖8

3、試驗測試

實車進行了轉向測試，在左右轉向過程中直拉桿與周邊零部件間隙合理，不存在動態干涉現象，下圖為該車型轉向力測試數據：

表1

1）該車型左右最大轉向力均＜30N，符合設計要求；

2）該車型在測試過程中直線行駛跑偏量 0.3m，符合設計要求≤0.5m要求，驗證了轉向梯形較好的滿足整車設計要求。

4、結束語

1）本文利用ADAMS對 Y30F0專用前橋在新的軸距下能否滿足 Ackerman原理進行了驗證，并對方向盤轉角范圍進行了模擬，最終得出結論，有效解決了整個轉向系統的幾何學驗證；同時利用UG-MOTION單元對轉向系統進行了動態干涉分析，快速準確的解決了整個轉向系的物理干涉現象；經實車驗證，轉向梯形設計合理，車輛在轉向過程中不存在動態干涉現象；

2）上述設計校核方法，縮短了轉向系設計的周期，并且可以節約車型開發過程中的樣件采購成本，具有較強的理論指導意義。

[1] 王望予.汽車設計.北京:機械工業出版社,2000.

[2] 王霄鋒.汽車底盤設計.北京:清華大學出版社,2010.

[3] 江淮汽車集團研發中心.江淮輕型卡車設計規范.第一版,合肥: 江淮汽車股份有限公司,2006年6月.

A heavy dump truck front axle and steering trapezoid motion interference analysis

Chen Kaichao
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

To satisfy the request of general layout ,Y30F0 should install big tyre 12.00R24, the wheel base of middle and rear axle increase, then we should analyse that the front axle trapeze whether satisfy the demand under the new wheel base; Also the straight pull rod should be designed because of installing big tyre, as a result we should verify that the straight pull rod whether has interference phenomena with other parts during turning course.

wheel base; front axle trapeze; straight pull rod; interference

U462.1

A

1671-7988 (2017)06-61-03

陳開超，就職于江淮汽車技術中心輕型商用車研究院，從事轉向系統設計。