雙前軸轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸缸徑的匹配設(shè)計(jì)

左耘，晁鵬翔

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

雙前軸轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸缸徑的匹配設(shè)計(jì)

左耘，晁鵬翔

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章在進(jìn)行重型商用汽車雙前軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、受力情況進(jìn)行了分析討論，提出了整體式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器和助力缸缸徑的計(jì)算方法和匹配原則，為后續(xù)新車型的設(shè)計(jì)提供了參考。

重型商用汽車；雙前軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；動(dòng)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(guó)汽車物流運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，多軸車以其明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到市場(chǎng)的青睞。為滿足多軸車轉(zhuǎn)向性能，減小轉(zhuǎn)彎直徑，減少輪胎異常磨損，多軸車應(yīng)用雙前軸轉(zhuǎn)向技術(shù)已比較普遍。目前國(guó)內(nèi)外重型商用汽車普遍采用圖1所示的一機(jī)一缸的雙前軸布置方式。

圖1 雙前軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1 轉(zhuǎn)向器缸徑的計(jì)算

重型商用汽車一般采用循環(huán)球整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器,其動(dòng)力缸與轉(zhuǎn)向器集成為一體。在確定動(dòng)力缸的缸徑時(shí)，首先需要對(duì)轉(zhuǎn)向器動(dòng)力缸活塞進(jìn)行受力分析,其受到的作用力主要有4個(gè)，如圖2，根據(jù)力的平衡條件可得出如下關(guān)系式：

圖2 轉(zhuǎn)向器活塞受力分析圖

式中，F(xiàn)OC為由轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向盤(pán)切向力所引起的作用在活塞上的軸向力；F為高壓油液對(duì)活塞的推力。

其中：

式中，MR為轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向阻力矩；Rw為齒扇的嚙合半徑；為Ⅰ橋?qū)?yīng)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力傳動(dòng)比；為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率；f為活塞與缸筒間的摩擦系數(shù)；α為齒扇的嚙合角；Fh為轉(zhuǎn)向盤(pán)上的切向力；rh為轉(zhuǎn)向盤(pán)的半徑；ds為轉(zhuǎn)向螺桿直徑；α0為轉(zhuǎn)向螺桿螺旋的導(dǎo)程角；為換算摩擦角；D1為動(dòng)力缸徑；P為動(dòng)力缸內(nèi)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(lái)確定。

轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向阻力矩 MR，可由如下的半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中，f為輪胎與地面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，取值0.7；G1為轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，N；Pt為輪胎氣壓，MPa。

綜上，推導(dǎo)出動(dòng)力缸直徑的表達(dá)式：

2 助力缸缸徑的計(jì)算

轉(zhuǎn)向助力缸缸徑可以采用下述方法進(jìn)行計(jì)算：

式中，l3為Ⅱ軸轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)度；mR2為車輪處于向右最大偏轉(zhuǎn)位置時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)向輪的主銷到橫拉桿的距離；mL2為此時(shí)外轉(zhuǎn)向輪的主銷到橫拉桿的距離；N1為Ⅱ軸轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)度；N2為Ⅱ軸轉(zhuǎn)向搖臂軸到動(dòng)力缸活塞桿之間的距離。

推理可知F與工作油液壓力P、動(dòng)力缸截面面積S之間關(guān)系如下：

式中，ηm為助力缸的機(jī)械效率；D2為助力缸內(nèi)徑；dP為活塞桿直徑，一般初選時(shí)可取 dP=0.35D2。助力缸的工作油液壓力P按負(fù)載F來(lái)初步選取。由此式可反推導(dǎo)出助力缸的內(nèi)徑：

3 轉(zhuǎn)向器缸徑與Ⅱ軸助力缸缸徑的合理匹配

對(duì)于雙前軸轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，中間拉桿在轉(zhuǎn)向過(guò)程中起聯(lián)動(dòng)作用，理想狀態(tài)下其傳遞力為零，即第Ⅰ前橋上的轉(zhuǎn)向力由轉(zhuǎn)向器提供，第Ⅱ前橋上的轉(zhuǎn)向力由助力缸提供。但實(shí)際上由于各種條件的限制，中間拉桿所受到的力并不是時(shí)刻都等于零,有時(shí)會(huì)受到拉力的作用，有時(shí)又會(huì)受到壓力的作用。也就是說(shuō)，在實(shí)際轉(zhuǎn)向過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)有一個(gè)液壓缸提供的力相對(duì)過(guò)剩，另一個(gè)液壓缸提供的力又相對(duì)不足的現(xiàn)象。在這種情況下，由于轉(zhuǎn)向器集成有閥控單元負(fù)責(zé)對(duì)液壓助力系統(tǒng)進(jìn)行控制，所以設(shè)計(jì)時(shí)要求轉(zhuǎn)向器動(dòng)力缸提供的力相對(duì)過(guò)剩，處于主動(dòng)地位；助力缸提供的力相對(duì)不足，處于被動(dòng)地位。即轉(zhuǎn)向器缸徑與Ⅱ軸助力缸缸徑設(shè)計(jì)保證以下關(guān)系：

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)重型商用汽車雙前軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，提出了整體式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器和助力缸缸徑的計(jì)算方法和匹配原則。運(yùn)用該方法，可以較準(zhǔn)確地計(jì)算出轉(zhuǎn)向器和助力缸的缸徑，快速高效的完成重型雙前軸轉(zhuǎn)向車型轉(zhuǎn)向器和助力缸的設(shè)計(jì)選型和匹配工作。

[1] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.2001.7.

[2] 畢大寧.汽車轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)應(yīng)用.人民交通出版社.1998.2.

[3] 朱育權(quán).液壓與氣壓轉(zhuǎn)動(dòng).西北工業(yè)大學(xué)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(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(pán)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)。