实例-转向系统设计计算报告.doc

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 录1.概述11.1任务来源11.2转向系统基本介绍11.3转向系统结构简图12.转向系统相关参数13.最小转弯半径24.转向系传动比的计算35.转向系载荷的确定35.1原地转向阻力矩35.2车轮回正阻力矩35.3作用在转向盘上的力36.转向管柱布置的校核46.1转向管柱布置角度的测量46.2转向管柱角速度及力矩波动计算46.3转向管柱固有频率要求67.结论7参考文献7转向系统计算报告 1.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.转向系统相关参数表1 转向系统相关参数整车参数轴距 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l4.6内轮最大转角 （deg）40外轮最大转角 （deg）36主销偏置距 C（mm）6四轮定位参数主销内倾角（deg）11745主销后倾角（deg）33030车轮外倾角（deg）5630前轮前束（mm）05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.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： 式中：两侧主销轴线与地面相交点之间的距离；轴距。3.1按外轮最大转角 =5194.9（mm）3.2按内轮最大转角=5912.3（mm）取 =5553.6mm 所以最小转弯半径约为5.6m。4.转向系传动比的计算 =21.79式中：方向盘圈数.5.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 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：式中：转向阻力矩，单位Nmm；轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取0.7左右；满载前轴重量，单位N；轮胎气压，单位Mpa。取=0.7，=7689.8，=0.24；计算结果为：=310994.1（Nmm）5.2车轮回正阻力矩车轮转向时，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=G1h =26342.4（Nmm）5.3作用在转向盘上的力不加动力转向时作用在转向盘上的力为：式中：原地转向阻力矩，单位Nmm；车轮回正阻力矩，单位Nmm；作用于转向盘的力，单位N；转向系的角传动比；转向盘半径，单位mm；转向系的正效率，一般为75%。 = 108.6（N）原地转向所需的力矩要比行驶中转向所需的力矩大23倍，所以实际行驶中转向所需的力约为36.254.3N。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.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：tana =tanbcos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(tana/cos)若夹角不变，将上式两边对时间求导数，整理后得：b=acos/(1sin2cos2a) 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：轴1轴2轴3式中：1轴1角速度；3轴3角速度；轴1与轴2夹角；轴2与轴3夹角；轴1输入角度；轴3输出角度。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：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、角速度变化率图：绿色力矩波动 蓝色角速度波动输出转矩波动在-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发动机经过悬置系统后对车架的固有频率范围，不致引起怠速时的共振。