雙前軸轉向汽車轉向動力缸缸徑的匹配設計

左耘，晁鵬翔

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

雙前軸轉向汽車轉向動力缸缸徑的匹配設計

左耘，晁鵬翔

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章在進行重型商用汽車雙前軸轉向系統分析研究的基礎上，對轉向動力缸的結構特點、受力情況進行了分析討論，提出了整體式液壓動力轉向器和助力缸缸徑的計算方法和匹配原則，為后續新車型的設計提供了參考。

重型商用汽車；雙前軸轉向系統；動力缸；缸徑

Abstract:Based on the analysis of the double front axle steering system of heavy commercial vehicle, this paper analyzes the mechanism and force of steering cylinder, and puts forward the calculation method and matching principle of integral hydraulic power steering and cylinder bore, for the follow-up of the new model design provides a design reference.

Keywords: heavy commercial vehicle; double front axle steering; power cylinder; cylinder bore

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-19-02

前言

隨著我國汽車物流運輸行業的發展，多軸車以其明顯的經濟優勢，越來越受到市場的青睞。為滿足多軸車轉向性能，減小轉彎直徑，減少輪胎異常磨損，多軸車應用雙前軸轉向技術已比較普遍。目前國內外重型商用汽車普遍采用圖1所示的一機一缸的雙前軸布置方式。

圖1 雙前軸轉向系統結構簡圖

1 轉向器缸徑的計算

重型商用汽車一般采用循環球整體式動力轉向器,其動力缸與轉向器集成為一體。在確定動力缸的缸徑時，首先需要對轉向器動力缸活塞進行受力分析,其受到的作用力主要有4個，如圖2，根據力的平衡條件可得出如下關系式：

圖2 轉向器活塞受力分析圖

式中，FOC為由轉向車輪的轉向阻力矩所確定的作用于齒扇上的圓周力；Ff為活塞與缸筒間的摩擦力；FP為由轉向盤切向力所引起的作用在活塞上的軸向力；F為高壓油液對活塞的推力。

其中：

式中，MR為轉向車輪的轉向阻力矩；Rw為齒扇的嚙合半徑；為Ⅰ橋對應的轉向傳動機構的力傳動比；為轉向傳動機構的效率；f為活塞與缸筒間的摩擦系數；α為齒扇的嚙合角；Fh為轉向盤上的切向力；rh為轉向盤的半徑；ds為轉向螺桿直徑；α0為轉向螺桿螺旋的導程角；為換算摩擦角；D1為動力缸徑；P為動力缸內的油液壓力,與助力缸相同，此值可綜合兩液壓缸活塞的受力情況來確定。

轉向車輪的轉向阻力矩 MR，可由如下的半經驗公式計算：

式中，f為輪胎與地面間的滑動摩擦系數，取值0.7；G1為轉向軸負荷，N；Pt為輪胎氣壓，MPa。

綜上，推導出動力缸直徑的表達式：

2 助力缸缸徑的計算

轉向助力缸缸徑可以采用下述方法進行計算：

式中，l3為Ⅱ軸轉向節臂長度；mR2為車輪處于向右最大偏轉位置時內轉向輪的主銷到橫拉桿的距離；mL2為此時外轉向輪的主銷到橫拉桿的距離；N1為Ⅱ軸轉向搖臂長度；N2為Ⅱ軸轉向搖臂軸到動力缸活塞桿之間的距離。

推理可知F與工作油液壓力P、動力缸截面面積S之間關系如下：

式中，ηm為助力缸的機械效率；D2為助力缸內徑；dP為活塞桿直徑，一般初選時可取 dP=0.35D2。助力缸的工作油液壓力P按負載F來初步選取。由此式可反推導出助力缸的內徑：

3 轉向器缸徑與Ⅱ軸助力缸缸徑的合理匹配

對于雙前軸轉向傳動機構，中間拉桿在轉向過程中起聯動作用，理想狀態下其傳遞力為零，即第Ⅰ前橋上的轉向力由轉向器提供，第Ⅱ前橋上的轉向力由助力缸提供。但實際上由于各種條件的限制，中間拉桿所受到的力并不是時刻都等于零,有時會受到拉力的作用，有時又會受到壓力的作用。也就是說，在實際轉向過程中，會出現有一個液壓缸提供的力相對過剩，另一個液壓缸提供的力又相對不足的現象。在這種情況下，由于轉向器集成有閥控單元負責對液壓助力系統進行控制，所以設計時要求轉向器動力缸提供的力相對過剩，處于主動地位；助力缸提供的力相對不足，處于被動地位。即轉向器缸徑與Ⅱ軸助力缸缸徑設計保證以下關系：

4 結論

本文通過對重型商用汽車雙前軸轉向系統進行分析研究，提出了整體式液壓動力轉向器和助力缸缸徑的計算方法和匹配原則。運用該方法，可以較準確地計算出轉向器和助力缸的缸徑，快速高效的完成重型雙前軸轉向車型轉向器和助力缸的設計選型和匹配工作。

[1] 劉惟信.汽車設計.清華大學出版社.2001.7.

[2] 畢大寧.汽車轉閥式動力轉向器的設計應用.人民交通出版社.1998.2.

[3] 朱育權.液壓與氣壓轉動.西北工業大學出版社.2011.10.

Power Cylinder bore matching design of double-front-fxle steering vehicle

Zuo Yun, Zhao Pengxiang
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200）

U462.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-19-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.007

左耘，就職于陜西重型汽車有限公司。主要從事商用汽車底盤轉向系統設計。