实例-转向系统设计计算报告

编号 转向系统计算报告 项目名称 编制 日期 1 校对 日期 1 审核 日期 1 批准 日期 1 目目 录录 1 概述 1 1 1 任务来源 1 1 2 转向系统基本介绍 1 1 3 转向系统结构简图 1 2 转向系统相关参数 1 3 最小转弯半径 2 4 转向系传动比的计算 3 5 转向系载荷的确定 3 5 1 原地转向阻力矩 3 r M 5 2 车轮回正阻力矩 3Ms 5 3 作用在转向盘上的力 3 k F 6 转向管柱布置的校核 4 6 1 转向管柱布置角度的测量 4 6 2 转向管柱角速度及力矩波动计算 4 6 3 转向管柱固有频率要求 6 7 结论 7 参考文献 7 转向系统计算报告 第 0 页 共 7 页 1 1 概述概述 1 1 任务来源 根据 007 车型设计开发协议书 007 项目是一款全新开发的车型 需对转向系统进 行设计计算 1 2 转向系统基本介绍 转向管柱为角度不可调式管柱 转向机采用结构简单 布置容易的齿轮齿条式转向 机 转向盘采用软发泡三辐式 轮辐中间有一块大盖板 打开时可拆装调整转向盘 1 3 转向系统结构简图 2 2 转向系统相关参数转向系统相关参数 表 1 转向系统相关参数 轴距 L mm 3050 主销距 K mm 1423 满载前轴荷 kg 768 方向盘外径 mm 380 方向盘总圈数l 4 6 内轮最大转角 deg 40 外轮最大转角 deg 36 整车 参数 主销偏置距 C mm 6 主销内倾角 deg 11 7 45 主销后倾角 deg 3 30 30 车轮外倾角 deg 56 30 四轮 定位 参数 前轮前束 mm 0 5 转向系统计算报告 第 1 页 共 7 页 轮胎规格为 185R14LT 层级为 8 轮辋偏置距为 45mm 负荷下静半径为 304 滚动半径约 317mm 满载下前胎充气压力 240KPa 3 3 最小转弯半径最小转弯半径 汽车的最小转弯半径是汽车在转向轮处于最大转角条件下以低速转弯时前外轮中心 与地面接触点的轨迹构成圆周半径 它在汽车转向角达到最大时取得 转弯半径越小 则汽车转向所需场地就愈小 汽车的机动性就越好 为了避免在汽 车转向时产生的路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损 要求转向系能保证在汽车 转向时 所有车轮应绕瞬时转向中心作纯滚动 此时 内转向轮偏转角应大于外转向 轮偏转角 在车轮为绝对刚体的假设条件下 角与的理想关系式应是 L ctgctg K 式中 两侧主销轴线与地面相交点之间的距离 K 轴距 L 3 1 按外轮最大转角 5194 9 mm C L R sin 1 3 2 按内轮最大转角 C KL K L R 2 1 22 2 tan 2 sin 5912 3 mm 转向系统计算报告 第 2 页 共 7 页 取 5553 6mm 2 21 min RR R 所以最小转弯半径约为 5 6m 4 4 转向系传动比的计算转向系传动比的计算 21 79 n iow 360 式中 方向盘圈数 n 5 5 转向系载荷的确定转向系载荷的确定 转向系全部零件的强度 是根据作用在转向系零部件上的力矩确定的 影响这些力 矩的因素很多 如前轴负荷 轮胎尺寸和结构 前轮定位参数 车速和道路条件等 驾 驶员转动转向器所要克服的阻力 主要是由车轮转动阻力 车轮稳定阻力和转向系内摩 擦阻力所组成 在设计计算时可以认为转向阻力主要由车轮在路面上的转动阻力和车轮回正阻力所 组成 5 1 原地转向阻力矩 r M 汽车在沥青或者混凝土路面上的原地转向阻力矩采用下面的半经验公式计算 p Gf Mr 3 1 3 式中 转向阻力矩 单位 N mm r M 轮胎和路面间的滑动摩擦系数 一般取 0 7 左右 f 满载前轴重量 单位 N 1 G 轮胎气压 单位 Mpa p 取 0 7 768 9 8 0 24 f 1 Gp 计算结果为 310994 1 N mm r M 5 2 车轮回正阻力矩Ms 车轮转向时 前轴重心升高 h 3 5mm 车轮回正阻力矩即为车辆升高时克服重力所 做的功 MS W G1 h 26342 4 N mm 5 3 作用在转向盘上的力 k F 不加动力转向时作用在转向盘上的力为 Ri MsM F ow r K 转向系统计算报告 第 3 页 共 7 页 式中 原地转向阻力矩 单位 N mm r M 车轮回正阻力矩 单位 N mm Ms 作用于转向盘的力 单位 N k F 转向系的角传动比 ow i 转向盘半径 单位 mm R 转向系的正效率 一般为 75 108 6 N k F 原地转向所需的力矩要比行驶中转向所需的力矩大 2 3 倍 所以实际行驶中转向所 需的力约为 36 2 54 3N 根据 GB17675 1999 汽车转向系基本要求 第 3 9 条之规定 不带助力转向时转向 力应小于 254N 因此 转向盘上的瞬时力符合法规要求 6 6 转向管柱布置的校核转向管柱布置的校核 6 1 转向管柱布置角度的测量 转向轴与转向传动轴夹角为 26 2 转向传动轴与转向机输入轴夹角为 26 3 理论上 使上述两夹角相等是理想情况 下面计算两夹角给角速度和转向力矩带来 的影响 6 2 转向管柱角速度及力矩波动计算 根据机械原理 单个十字轴万向节主 从动叉轴转角 a b间的关系为 tan a tan b cos 式中 a 主动叉轴转角 b 与 a相对应的从动叉轴转角 两轴夹角 上式又可以写为 b arctan tan a cos 若夹角不变 将上式两边对时间求导数 整理后得 b a cos 1 sin2 cos2 a 式中 a 主动叉轴角速度 b 从动叉轴角速度 由于转向管柱是采用三段式 为了方便计算 假设输入轴为轴 1 中间轴为轴 2 输 出轴为轴 3 如下图 整理上式 消去轴 2 的角速度得 转向系统计算报告 第 4 页 共 7 页 轴1 轴2 轴3 1 3 2 3 2 2 2 1 2 1 2 1 cos cossin1 cossin1 cos 1 21 3 cos cos tg arctg 式中 1 轴 1 角速度 3 轴 3 角速度 轴 1 与轴 2 夹角 1 轴 2 与轴 3 夹角 2 轴 1 输入角度 1 轴 3 输出角度 3 忽略管柱传动机构各处摩擦产生的影响 根据瞬时功率相等条件 轴 3 上的转矩为 1 3 1 3 TT 式中 T1 轴 1 转矩 T3 轴 3 转矩 下图为输入轴转角从 0 到 2 区间 相对应的输出轴转角变化曲线 角速度变化 1 率图 转向系统计算报告 第 5 页 共 7 页 绿色 力矩波动 蓝色 角速度波动 转向系统计算报告 第 6 页 共 7 页 输出转矩波动在 0 08 0 08 之间 角速度变化率在 0 08 0 08 之间 变化量均 小于 10 满足设计要求 6 3 转向管柱固有频率要求 为使转向管柱和其安装横梁避开