某輕卡動轉系統匹配與轉向直拉桿設計

馬其鼎

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230000）

某輕卡動轉系統匹配與轉向直拉桿設計

馬其鼎

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230000）

文章對某輕型卡車動轉系統匹配與轉向直拉桿設計過程進行了詳細闡述，包括動轉泵與轉向器的壓力、流量進行匹配計算；運用三維數模對直拉桿進行外形設計及空間干涉校核，對轉向直拉桿的強度進行計算分析，對轉向系與懸架系的運動干涉進行校核，最終使動轉系統匹配及直拉桿設計滿足整車開發需求。

某輕型卡車；動轉系統匹配；直拉桿開發

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

引言

為滿足市場客戶對于輕卡不同動力、不同配置的需求，經常需要對輕卡轉向系統進行開發。其中動轉系統的匹配設計和轉向直拉桿的設計尤為重要。本文以某輕型卡車的開發為例，對動轉泵與轉向器壓力、流量的匹配計算，對直拉桿的設計及校核進行詳細闡述。明確設計過程、設計方法及相關標準，為輕卡動轉系統及直拉桿開發提供依據。

1、動轉系統匹配校核

某輕型卡車由于匹配某款發動機，對該發動機自帶的動轉泵是否與選用的轉向器相匹配，進行校核計算。校核主要針對動轉泵所提供的壓力、流量是否滿足轉向器需求。

1.1 動轉泵工作流量計算校核過程如下

轉向油泵必須有足夠的流量以保證汽車有較快的轉向速度。據對某公司關于轉向速度的統計，汽車轉向盤的最快轉速一般要求在1.0～1.25轉/秒 ?？扇≈虚g值為1.125轉/秒進行設計，即68轉/分（68r/min），則動力轉向系統設計時要求油泵在發動機怠速運轉時要能夠提供給轉方向機夠的工作流量，由此對于動轉泵的流量可計算如下：

其中：

Q—動轉系統實際需要流量（L/min）。

S—動力轉向器油缸實際工作面積（mm2）。

Q1—動力轉向器允許的內泄漏量（L/min）。

V—活塞移動速度（mm/min）。

n—轉向盤最大轉速（r/s）。

t—螺距(mm)。

該車型轉向器相關參數如下表：

表1

將表中數值帶入上述公式，計算可得：動轉系統實際所需流量Q為6.7～8.9L/min。而此動轉泵的工作流量為8± 1L/min，誤差在10%以內，因此可以判定該發動機自帶動轉泵滿足轉向器對流量的要求。

1.2 動轉泵壓力匹配校核計算過程

轉向泵的最大壓力Pmax：轉向泵的最大壓力取決于方向機的最高工作壓力，一般?。篜max=P1+△P (P1為方向機的最高壓力10.3MPa，△P為管路損失，取0.3MPa)。因此，動轉泵最高工作壓力為10.6MPa，而該發動機動轉泵最大工作壓力為9.3～10.3MPa，誤差在10%內，滿足要求。

2、轉向直拉桿設計

2.1 轉向直拉桿外形設計

該車型需對轉向直拉桿進行重新開發，運用UG軟件，對轉向直拉桿的尺寸規格、走向進行外形設計，設計結果如下圖所示：

圖1

2.2 直拉桿強度校核

轉向直拉桿作為安全件，必須能夠可靠工作而不損壞，在設計過程中必須對強度進行校核。直拉桿工作時主要是產生拉壓變形，故只校核其拉壓應力。其中轉向拉力的值確定從兩個方面考慮：原地轉向阻力和方向盤的輸入力產生。當為動力轉向時，作用力為轉向器輸出的最大力矩提供：

動力轉向器在直拉桿上產生的最大拉（壓）力

其中：

l1－轉向器作用在直拉桿上的力臂最小長度

Mmax－轉向器最大輸出力矩

轉向拉桿對于力學連線的偏心率e

轉向拉桿對于力學連線的偏心率處產生的力矩

M:

M=F×e

根據轉向拉桿的截面特性，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，單位m

F：直拉桿最大拉（壓)力

[σ]：鋼材的屈服強度

穩定性安全系數：其值為：[σ]/σa，根據《汽車設計》

穩定性安全系數不得小于1.5

轉向直拉桿結構如下：

表2

直拉桿安全系數為3.6大于要求值1.5，因此強度滿足要求。

2.3 轉向直拉桿間隙校核

轉向直拉桿應不與周邊部件產生干涉，通常要求轉向直拉桿與周邊部件的距離≥20mm。由于轉向直拉桿屬于運動部件，因此有必要對其與周邊部件的運動間隙進行校核。校核主要看輪胎最大外轉角與最大內轉角兩個極限位置時，轉向直拉桿與周邊部件的間隙。通常運用UG軟件，在三維數模中可直觀得出校核結果。該車型校核結果如下圖所示：

圖2

圖3

由上三維校核數?？芍?，當轉向輪向內轉至最大轉角30°時（圖1），直拉桿與輪胎間隙最小，間隙值36.3mm。當轉向輪向外轉至最大轉角37°時，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，滿足設計要求。

2.4 直拉桿與懸架系統的運動干涉校核

輕卡懸架系統的運動會帶動前橋總成的運動，前橋總成的運動會帶動轉向直拉桿發生運動，轉向直拉桿的運動會使轉向器的垂臂發生運動，進而會傳遞到轉向盤發生轉動。因此，轉向直拉桿與懸架系統的運動干涉應通過合理設計，使其盡量小，以免造成對車輛操縱的過多干預。轉向直拉桿的開發必須對其與懸架系統的運動干涉進行校核，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行，校核如下圖所示：

圖4

由上述校核圖可得，上下跳動量分別為1.66及3.23，滿足設計要求。

3、結論

通過以上動轉系統的壓力、流量匹配計算，確定該輕型卡車動轉系統匹配合理。通過對轉向直拉桿外形設計、空間干涉校核，強度分析及轉向系與懸架系的運動干涉分析，確定轉向直拉桿的設計滿足整車強度及操控要求。本文所述方法對轉向系統的設計具有指導意義。

[1] 按GB/T 7714－1987《文后參考文獻著錄規則》的要求著錄.

[2] 張代勝. 汽車理論. 合肥:合肥工業大學出版出版社, 2011.

[3] 齊志鵬. 汽車制動系統的結構原理與檢修. 北京:人民郵電出版社, 2002

[4] 唐新蓬. 汽車總體設計. 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，學士學位，助理工程師，主要從事生產管理、工藝質量管理、人力資源管理等工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.012