某轻卡动转系统匹配与转向直拉杆设计

马其鼎

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230000）

某轻卡动转系统匹配与转向直拉杆设计

马其鼎

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230000）

文章对某轻型卡车动转系统匹配与转向直拉杆设计过程进行了详细阐述，包括动转泵与转向器的压力、流量进行匹配计算；运用三维数模对直拉杆进行外形设计及空间干涉校核，对转向直拉杆的强度进行计算分析，对转向系与悬架系的运动干涉进行校核，最终使动转系统匹配及直拉杆设计满足整车开发需求。

某轻型卡车；动转系统匹配；直拉杆开发

CLC NO.:U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-37-03

引言

为满足市场客户对于轻卡不同动力、不同配置的需求，经常需要对轻卡转向系统进行开发。其中动转系统的匹配设计和转向直拉杆的设计尤为重要。本文以某轻型卡车的开发为例，对动转泵与转向器压力、流量的匹配计算，对直拉杆的设计及校核进行详细阐述。明确设计过程、设计方法及相关标准，为轻卡动转系统及直拉杆开发提供依据。

1、动转系统匹配校核

某轻型卡车由于匹配某款发动机，对该发动机自带的动转泵是否与选用的转向器相匹配，进行校核计算。校核主要针对动转泵所提供的压力、流量是否满足转向器需求。

1.1 动转泵工作流量计算校核过程如下

转向油泵必须有足够的流量以保证汽车有较快的转向速度。据对某公司关于转向速度的统计，汽车转向盘的最快转速一般要求在1.0～1.25转/秒 。可取中间值为1.125转/秒进行设计，即68转/分（68r/min），则动力转向系统设计时要求油泵在发动机怠速运转时要能够提供给转方向机够的工作流量，由此对于动转泵的流量可计算如下：

其中：

Q—动转系统实际需要流量（L/min）。

S—动力转向器油缸实际工作面积（mm2）。

Q1—动力转向器允许的内泄漏量（L/min）。

V—活塞移动速度（mm/min）。

n—转向盘最大转速（r/s）。

t—螺距(mm)。

该车型转向器相关参数如下表：

表1

将表中数值带入上述公式，计算可得：动转系统实际所需流量Q为6.7～8.9L/min。而此动转泵的工作流量为8± 1L/min，误差在10%以内，因此可以判定该发动机自带动转泵满足转向器对流量的要求。

1.2 动转泵压力匹配校核计算过程

转向泵的最大压力Pmax：转向泵的最大压力取决于方向机的最高工作压力，一般取：Pmax=P1+△P (P1为方向机的最高压力10.3MPa，△P为管路损失，取0.3MPa)。因此，动转泵最高工作压力为10.6MPa，而该发动机动转泵最大工作压力为9.3～10.3MPa，误差在10%内，满足要求。

2、转向直拉杆设计

2.1 转向直拉杆外形设计

该车型需对转向直拉杆进行重新开发，运用UG软件，对转向直拉杆的尺寸规格、走向进行外形设计，设计结果如下图所示：

图1

2.2 直拉杆强度校核

转向直拉杆作为安全件，必须能够可靠工作而不损坏，在设计过程中必须对强度进行校核。直拉杆工作时主要是产生拉压变形，故只校核其拉压应力。其中转向拉力的值确定从两个方面考虑：原地转向阻力和方向盘的输入力产生。当为动力转向时，作用力为转向器输出的最大力矩提供：

动力转向器在直拉杆上产生的最大拉（压）力

其中：

l1－转向器作用在直拉杆上的力臂最小长度

Mmax－转向器最大输出力矩

转向拉杆对于力学连线的偏心率e

转向拉杆对于力学连线的偏心率处产生的力矩

M:

M=F×e

根据转向拉杆的截面特性，惯性矩Iz：

其中：

E：弹性模量，由于拉杆材料一般采用35、45钢，取值200GPa

Iz：惯性矩，单位（m4）

D：截面大径，单位m

d：截面小径, 单位m

A：截面面积，单位（m2）

l：杆长，单位m

F：直拉杆最大拉（压)力

[σ]：钢材的屈服强度

稳定性安全系数：其值为：[σ]/σa，根据《汽车设计》

稳定性安全系数不得小于1.5

转向直拉杆结构如下：

表2

直拉杆安全系数为3.6大于要求值1.5，因此强度满足要求。

2.3 转向直拉杆间隙校核

转向直拉杆应不与周边部件产生干涉，通常要求转向直拉杆与周边部件的距离≥20mm。由于转向直拉杆属于运动部件，因此有必要对其与周边部件的运动间隙进行校核。校核主要看轮胎最大外转角与最大内转角两个极限位置时，转向直拉杆与周边部件的间隙。通常运用UG软件，在三维数模中可直观得出校核结果。该车型校核结果如下图所示：

图2

图3

由上三维校核数模可知，当转向轮向内转至最大转角30°时（图1），直拉杆与轮胎间隙最小，间隙值36.3mm。当转向轮向外转至最大转角37°时，直拉杆与悬架距离最小，间隙值为27.4mm。上述两最小间隙均＞20mm，满足设计要求。

2.4 直拉杆与悬架系统的运动干涉校核

轻卡悬架系统的运动会带动前桥总成的运动，前桥总成的运动会带动转向直拉杆发生运动，转向直拉杆的运动会使转向器的垂臂发生运动，进而会传递到转向盘发生转动。因此，转向直拉杆与悬架系统的运动干涉应通过合理设计，使其尽量小，以免造成对车辆操纵的过多干预。转向直拉杆的开发必须对其与悬架系统的运动干涉进行校核，以判断是否能够满足驾驶舒适性要求。通常要求上跳量与下跳量≤5mm。该校核过程主要通过二位图进行，校核如下图所示：

图4

由上述校核图可得，上下跳动量分别为1.66及3.23，满足设计要求。

3、结论

通过以上动转系统的压力、流量匹配计算，确定该轻型卡车动转系统匹配合理。通过对转向直拉杆外形设计、空间干涉校核，强度分析及转向系与悬架系的运动干涉分析，确定转向直拉杆的设计满足整车强度及操控要求。本文所述方法对转向系统的设计具有指导意义。

[1] 按GB/T 7714－1987《文后参考文献著录规则》的要求著录.

[2] 张代胜. 汽车理论. 合肥:合肥工业大学出版出版社, 2011.

[3] 齐志鹏. 汽车制动系统的结构原理与检修. 北京:人民邮电出版社, 2002

[4] 唐新蓬. 汽车总体设计. 北京:高等教育出版社, 2010.4.

A light trucks regulated system matching with steering drag link design

Ma Qiding
( Anhui jianghuai automobile Co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

the article for a light-duty truck regulated system matching with steering drag link in detail in this paper, the design process, including the regulated pressure and flow of the pump and steering gear matching calculation; Using three dimensional mathematical model of straight rod shape design and space interference checking, calculation and analysis on the strength of the steering drag link, interfere with the movement of steering system and suspension system, this article finally make the regulated system matching and straight rod design meet the demand of vehicle development.

the light truck; system matching of power steering system; steering tie rod development

U463.4

A

1671-7988 (2017)08-37-03

马其鼎，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司全资子公司四川江淮汽车有限公司综合管理部。部长，学士学位，助理工程师，主要从事生产管理、工艺质量管理、人力资源管理等工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.012