SX3400型自卸汽车转向梯形及杆系的设计与计算

EQUIPMENTMANAGEMENTANDMAINTENANCE文章编号1000033X201310009705SX3400型自卸汽车转向梯形及杆系的设计与计算温俊芳，王荣庆1徐州机电工程高等职业学校汽车工程系，江苏徐州221004；2徐州市交通工程机械化施工处，江苏徐州221005摘要为确保汽车转向时各车轮的转向达到纯滚动而无滑动，使各车轮的转角有统一的瞬时转向中心，以SX3400型自卸汽车为例，对其转向梯形及杆系进行设计与计算。结果表明，SX340O型自卸汽车转向系设计合理，既减少了轮胎的磨损，又减轻了转向阻力，提高了汽车的机动性。关键词转向梯形；转向杆系；设计；校核中图分类号U41551文献标志码BDESIGNANDCALCULATIONOFACKERMANSTEERINGLINKAGEOFSX3400一TYPEDUMPTRUCKWENJUNFANG。WANGRONGQING1DEPARTMENTOFAUTOMOBILEENGINEERING，XUZHOUADVANCEDVOCATIONALSCHOOLOFMECHANICALANDELECTRICALENGINEERING，XUZHOU221004，JIANGSU，CHINA；2XUZHOUMECHANIZATIONCONSTRUCTIONDEPARTMENTOFTRANSPORTATI。NENGINEERING，XUZHOU221005，JIANGSU，CHINAABSTRACTINORDERTOENSURETHATALLWHEELSMAINTAINPUREROLLINGWITHOUTSLIDINGWHILETHEDUMPTRUCKWASSTEERING，SOTHATTHESTEERINGANGLEOFEACHWHEELUNIFIEDTOANINSTANTSTEERINGCENTER，ASX3400一TYPEDUMPTRUCKWASTAKENASANOBJECTTOSHOWHOWTHEACKERMANSTEERINGLINKAGEWASDESIGNEDANDCALCULATEDTHERESULTSSHOWTHATTHEDESIGNOFSTEERINGSYSTEMOFSX34O0一TYPEDUMPTRUCKISREASONABLE，WHICHREDUCESTHEWEARINGOFTIREANDSTEERINGRESISTANCE，ANDIMPROVESTHEMOBILITYOFTHEDUMPTRUCKKEYWORDSSTEERINGTRAPEZOID；STEERINGBARSYSTEM；DESIGN；VERIFICATION0引言1设计要点无论是两轴、三轴还是四轴汽车，在转弯行驶过程中，都必须保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动的车轮，都处于纯滚动而无滑动状态，或只有极小的滑移1。这样既能减少轮胎的磨损，还可减轻转向阻力；此外，在一定程度上缩小了汽车的最小转弯直径，提高了机动性。SX3400型自卸汽车是在1891H42003588M车的基础上换装发动机、变速箱、轮胎、驾驶室等并调整轴距开发的88自卸车，为双转向前桥车型。本文通过对SX3400型自卸车转向梯形及杆系的设计计算，来探讨四轴汽车转向梯形的设计。收稿日期20L30卜22转向系在设计过程中，要求全部车轮都绕一个瞬时转向中心做圆周运动L_2。因此，同一转向轴上的两个转向轮内轮和外轮的转角必须是不同的，它们应该符合按理论计算出来的比例关系，并据此作为转向梯形机构的设计基础。在四轴汽车中，转向杆系的设计也要满足双转向前桥转向梯形的匹配，同时也要考虑前悬架和转向直拉杆的运动协调问题。2转向梯形的设计21双转向前桥内、外轮理论转角值SX3400型自卸汽车是在1891H420O35897EQUIPMENTMANAG；EMENTANDMAINTENANCE8ITI车的基础上换装WD61546发动机、9JS15OT变速箱、12O020轮胎、单排驾驶室等，并调整轴距所形成的车型。设计过程中考虑产品的系列化、通用化，可采用1891H42003588HI车的双转向前桥，但由于SX3400型自卸车轴距有所调整，故转向梯形有可能要重新设计。可先校核189LH42003588ITI车的转向梯形是否满足SX3400型自卸车的设计要求，如果相差不大，可以借用；否则要重新设计转向梯形。在双转向前桥转向梯形的设计过程中，不仅要考虑每一桥两个车轮间的转角关系，还要考虑两转向桥之间转向角的合理匹配问题。根据整车设计要求，计算出SX34O0型自卸车双转向前桥的转向梯形。汽车转弯时转向角关系如图1所示。，JC_|E争I、L。、及，、争，E幽L汽车转弯时转向角关系图1中，Z为转向前桥I与前桥之问的距离，为1550MM；为前桥与后桥I之间的距离，为3150MM；Z。为后桥I与后桥之间的距离，为L3501TIM。参考汽车设计，四轴汽车所有转向轮的轴线相交于双后轴之间，转向中心偏向第四轴，即C03035，一般取C一03313504455MM。汽车转弯行驶时，为了保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，根据图1推导出以下公式计算I、桥内、外转向轮理论转角。98LLTANL123、02IARCTAN式中L为前桥I距瞬时转向中心0点之间的距离，L一56045MM；L为前桥距瞬时转向中心O点之间的距离，L40545MM；K为两主销中心线延长到地面交点之间的距离。根据图2、3计算装L20020轮胎时的K值。图2安装L4一20轮胎1。3O图3安装L20020轮胎K一20722590TAN9。一2X1381609MMK一16092536XTAN9。1779MM式中14。020轮胎的静力半径为590MEN；12一2O轮胎的静力半径为536MM；K为主销中心线与车轮中心线交点之间的距离。根据式14及计算出的K值，可计算I、桥内、外轮理论转角值，如表1昕示。22校核1891H420O358X8M车双转向前桥转向梯形1由于车轮外倾角的存在，由图4可知，0点比D点高。EQUIPMENTMANAGEMENTANDMAINTENANCE表11891H420O3588M车与SX3400型自卸汽车理论转角差值。88M车I桥内轮转510L52O2528303235374042角L88M车I桥外轮转4938974814376L89742332625895275342914731543330863532636766角1F0与SX3400I桥外轮007240268050430903412L92143221524116067173451781L1765817639理论转角的差值88FF车桥内轮转51015202325273O3235374O角0288M车桥内轮转角2FJ4849435L359717569L97422122256L24549257L8274352850L29977与SX34001I桥外轮002390140】1390】44L005260037600480L854040690741610237一15438理论转角的差值图4L891H4200358X8M车双转向前桥转向梯彤根据图4，分别计算1891H420O3588M车双转向前桥I、桥横拉杆球头销中心沿平行于主销中心线至地面交点之间的距离。对于I转向驱动前桥AA5557MM；OA10450MM；AE一43666MITT；M168835MM。对于转向驱动前桥AALO945MM；OA11293MM；AE一42823MID_；M157865INM。外轮实际转角值和与SX3400型自卸汽车I、桥内外轮理论转角值之差。对于I转向驱动前桥KL779MM，ML68835MM，”一320MM，臼一8186。；对于转向驱动前桥K一1779MM，M一157865MM，N一320MM，臼一7175。从表1中可以看出，如果直接用1891H42003888M车双转向前桥的转向梯形，其实际转角值与SX3400型自卸汽车理论转角值之差超出L。范围。因此，在用1891H420O8588M车双转向前桥的基础上重新设计转向梯形。3重新设计转向梯形。根据表2列出的数据，可以得出以下参数作为SX3400型自卸汽车的转向梯形。工转向驱动前桥K一1779MM，M164594MM，N一320MM，一78。；转向驱动前桥KL779MM，ML58442MM，一320MM，一723。由表3可知，所选的转向梯形符合SX3400型2计算1891H420O3588ITI车I、桥内自卸汽车的转向设计要求。表2转向梯形设计参数。前桥I内轮转角口。51OL52O2528303235374O42前桥I外轮转角。FJ4865694800L38717L8070622L068244628260099275403298085313049335302350021杆系前桥LI内轮转角2，36216726951O9704L4751718641J21039622669L243255268648285969312592330796杆系前桥外轮转角2一3524068880101292L32813L63758L82L75194430206687225L19237466256122268666前桥内轮转角口。L32353740前桥外轮转角481619295013483LL742491968942116242260902473442612492817662952473152084转向杆系的设计。双前桥转向，是转向器通过杆系带动转向桥进行转动，是为了保证前后转向轮按一定比例关系实现转向运动，因此设计合理的转向杆系就比较重要。在SX3400型自卸汽车整车设计中，为了提高自卸车的承载能力，提高轴载，将其轴距改为15503L5O41350MM，而L891H42003588ITI车的轴距为195035001400MM，故必须重新设计转向杆系。根据汽车工程手册设计篇所述，为了避免引起转向轮偏转或转向轮摆振，在设计时，应将装配于转向摇臂的球头销中心位于钢板弹簧卷耳附近，99EQUIPMENTMANAGEMENTANDMAINTENANCE表3实际转角与理论转角差值。I桥内轮实际转角L0152O2528303235374042I桥外轮实际转角4873959214094L83682249824841263522782L2993931291332233444L实际与理论转角的差值000740112022230297403912037820342102807013O500L390307205611桥内轮实际转角口Z51O152O2325273O35353740桥外轮实际转角ZC484894021367L7646198872131822697246642765627656287463026实际与理论转角的差值003190107018690221L0197601556008800704052060520607787一12608确切的位置应该在转向轮上、下跳动时，能使转向杆系与悬架共同工作时产生的运动干涉最小位置处。有时受总体布置影响，转向器位于汽车前部远离钢板弹簧，在这种条件下可设置一个过渡摇臂，将纵拉杆断开，断开点的位置应当选在根据转向节球头销随悬架车轮上下运动时所确定的瞬时运动中心附近。这样可以减少或避免运动干涉发生。由于SX3400型自卸汽车前桥I、前桥之间的距离为1550MM，所以前悬架需要重新设计。在1891H42OO3588M车中，前簧前支架中心距前桥工中心线900RNM，而SX34OO车型自卸汽车为700MM，由于转向器的安装位置不变，为了保证前悬架和转向拉杆的运动协调，应在前簧前支架上装过渡摇臂，以满足要求。通过重新设计SX3400型自卸车转向杆系，并作运动校核图检查，发现不论在满载还是空载情况下，转向节臂的球销中心随前轮沿着弹簧主片所决定的运动轨迹和绕着纵拉杆另一端摆动的轨迹偏差不大，所以符合要求。5转向杆系的校核。通过合适的转向杆系传递，使第1、转向桥的转角基本符合计算出的理论值。为了提高工作效率，用MATLAB61软件编制了一个程序校核转向杆系。通过程序计算出的结果见表4。表4转向杆系程序校校结果。I桥内轮实际转角510152025283O3235374042I桥外轮实际转角。49O1496089141220L84325225259248690263805278493299676313196332508344693I桥外轮实际与理论003580128902503036190419L0406203706030901591001470279405328转角的差值桥内轮实际转角3883077817116914156098195375219234785250603274412290354314405330556桥内轮实际与理论026140512207210858108960860408094073480576404385018130024转角的差值桥外轮实际转角0379O774171108779141704L729O7190781202337213622993624044725563226536】桥外轮实际与理论02667052910748708891091490860607907069130481702981一OO4903305转角的差值从表4中可以看出，所设计的转向杆系满足设计要求。6计算最小转弯半径。设瞬时转向中心位于0点，、分别为前桥I、前桥、后桥工、后桥四轴的侧偏角，而、分别为前桥I、前桥转向轮转角的平均值。各轴中点的速度方向由向量V、V。、V。、V来决定。轴的侧偏角对于双后轴的车轴决定于V。和V的方向同汽车纵轴线间的角度，而前桥I、前桥则决定于转向轮平均值、和速度V、V的方向之间的角度。根据作用于汽车上的力平衡条件，可以得出1O0Y1COSL十2COS2一3十Y40X3X4一YLSIN1一Y2SIN20Y2Z1COS2一Y3ZLZ2Y4ZLZ2Z3一0TAN一一TAN一TAN一TAN一一TAN。一TAN一TAN一TAN一C侧向力与偏离角有下列关系EQUIPMENTMANAGEMENTANDMAINTENANCEFYLK1TANLLY2一K2TAN2LY3一K3TANLY4一K4TAN4式中K、K。、K。、K是相应轴上车轮侧偏系数。在许多情况下，可认为K一K一K。一K。解以上方程式可求出R。或C值。2Z1Z22L3ZLZ2Z3COS01ZL。COSLCOS22ZL2Z2Z3COS02十3。一。2Z12Z2Z3SIN01Z1SIN1一22Z2Z3SIN2，、Z1Z2Z3SINL一2一ZLCOS0LSIN02Z1Z2Z3SINLZ2Z3SIN02。2Z12Z2Z3SINL2Z2Z3SIN2Z1SINL一02UOMIN一N式中01一42。344693。23823465。；02一330556。265361。22979585。；A为车轮转臂，指主销延长线至地面的交点到轮胎接地中心的距离，口一200317792112MM。可以解得RO7091