转向系统匹配设计计算.doc
转向系统匹配计算报告项目名称：GA6461E4轻型客车设计开发项目代码： GS-2 编制：校对：审核：批准：吉 奥 汽 车 研 究 院年 月 日目 录1. 概述.- 1 -1.1 任务来源- 1 -1.2 转向系统基本介绍- 2 -2. 转向系统设计的输入条件.- 2 -2.1 整车基本参数- 2 -2.2 转向系统选用件主要参数- 2 -3. 转向系统的设计计算.- 3 -3.1 静态原地转向阻力矩- 3 -3.2 齿轮齿条式转向系的角传动比- 4 -3.3 静态原地转向时作用于转向盘的力- 4 -3.4 转向油泵油压的计算- 5 -3.5 转向油泵流量的计算- 6 -4.转向系零件部分计算- 7 -4. 结论与分析.- 9 -参 考 文 献.- 10 -1. 概述1.1 任务来源 根据GS-2车型开发计划及设计公司提供的数据及参数，对转向系统进行匹配设计计算，用以验证系统匹配的合理性并作为零部件强度计算的依据。1.2 转向系统基本介绍GS-2转向系统是在GX6的基础上，依据驾驶室和发动机舱的布置，对转向管柱、转向盘和转向器等作相应调整与优化设计。为提高汽车高速行驶的安全性，使得转向轻便、灵活、安全，以减轻司机的疲劳，以及参考同类型车的布置型式，选用整体式齿轮齿条液压助力转向器，四驱采用循环球式转向器。2. 转向系统设计的输入条件 2.1 整车基本参数项 目代 号单位数 值满载前轴荷kg11002.2 转向系统选用件主要参数项 目代 号单位数 值轮胎气压PMPa0.25转向梯形臂长度L1mm154.7转向梯形底角°99.59转向器齿轮齿条轴间夹角°20转向盘转一周时齿条的行程L2mm40.52转向盘半径Rmm176转向器活塞杆直径dmm28转向器油缸直径（测量估算值）Dmm46转向盘最大转速（设计值）nr/s1.5 轮胎与地面间滑动摩擦系数f取0.7转向器效率0.75油泵容积效率0.750.85泄漏系数0.050.1最大转向角（分析值）°31.6183. 转向系统的设计计算3.1 静态原地转向阻力矩 静态原地转向阻力矩是汽车最大极限转向所需力矩，比行驶中转向所需的力矩大2到3倍。精确地计算出转向阻力矩是很困难的，目前常用经验公式计算，公式如下： (3-1) 式中Mr在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N·mm； f轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取0.7； G1满载前轴荷，N； P轮胎气压，MPa。 得: =5.22×105 N·mm = 522 N·m3.2 齿轮齿条式转向系的角传动比 (3-2)注： 此公式来自汽车工程手册设计篇 此公式来自刘维信主编的汽车设计 式中 iow齿轮齿条式转向系的角传动比； L1梯形臂长度，mm； r 主动小齿轮的节圆半径，mm；齿轮齿条的轴交角，°；L2转向盘转一周时齿条的行程，mm。 L1=154.7 =20° L2=40.52 得: =6.86mm =243.3 静态原地转向时作用于转向盘的力 (3-3) 式中Mr原地转向阻力矩，N·mm； Fh作用于转向盘的力，N； iow转向器的角传动比； R转向盘半径， mm； 转向梯形底角，°； 转向器的效率，取=75%。Mr=5.22×105N·mm, iow=24 , R=352/2=176mm, =75%， = 99.59° 得: = 167 N根据GB 17675-1999汽车转向系基本要求规定:不带助力转向时，汽车以10km/h行驶时，作用在转向盘的手力不应超过245N，Fh245N注： 此公式来自汽车工程手册设计篇 GB 17675-1999 汽车转向系基本要求 ，所以此设计满足国标要求。 3.4 转向油泵油压的计算假设转向阻力矩全部由液压助力所克服，当转向阻力矩Mr换算到转向摇臂上的力时，可以求出液压缸的最大作用力F，则转向所需最大油压： /sin 式中 P 转向系统所需最大油压 MPa；F 液压缸的最大作用力,N； d 活塞杆直径,mm； D 油缸直径,mm；L1 梯形臂长度，mm；转向梯形底角，°；Mr在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N·mm。d=28mm，D=46mm (测量估算值) Mr=5.22×105 N·mm L1=154.7 mm得: /sin3640 N =3.48 MPa 为此得：设计油泵油压需大于3.48M Pa(根据经验通常取设计值的1.5倍)。为此所选油泵油压需大于5.2M Pa。3.5 转向油泵流量的计算转向油泵工作流量的选取是根据转向盘最大瞬时转向计算的，轿车转向盘的转速n按1.5 r/s计算，先计算满足转向盘最大瞬时转速所需要的理论流量：(4-1)注： 此公式来自汽车工程手册设计篇 式中 油泵的计算排量，mm3/s； n 汽车转向盘的最大转速，一般取1.5 r/s； 齿轮齿条的轴交角，°； S 油缸的截面积，mm2； 油缸直径，mm；d 活塞杆直径，mm； 主动小齿轮的节圆半径, mm； 油泵的容积效率，一般取0.750.85；泄漏系数，一般取0.050.1； 活塞杆移动的速度，mm/s。得：=5.6×106 mm3/ min =5.6 L/min (此处取=0.75、=0.1)选用转向油泵实际流量：=t+ (4-2) 此公式来自汽车工程手册设计篇式中: t为安全系数,一般取：1.52； 为转向器允许内泄漏量，通常取理论流量的5 =（1.52+0.05）=（8.6811.48）L/min所以油泵流量的选择范围应在（8.6811.48）L/min内。4.转向系零件部分计算4.1 转向管柱静扭强度计算按QC/T 649-2000 汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法中关于静扭强度的计算公式为：如按齿轮齿条转向器计算：Mj=2MS/p =4176 N.m；(如也除角传动比则Mj=2MS/ ip =174 N.m；)4.1 转向管柱疲劳寿命试验扭矩计算同样来自QC/T 649-2000国家标准中规定的公式为：按照GS-2车前轴荷计算：如按齿轮齿条转向器计算：Mj=M/p =696N.m；(如也除角传动比则Mj=M/ ip =29 N.m；)4. 结论与分析结论值参考标准值作用于转向盘的力Fh（N）167<245N油泵压力P(Pa)>5.2×106油泵排量(L/min)8.6811.48参 考 文 献1、刘维信汽车设计 清华大学出版社 20012、汽车工程手册设计篇 人民交通出版社 20013、GB 17675-1999 汽车转向系基本要求4、QC/T 649-2000 汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法
