双前轴转向汽车转向动力缸缸径的匹配设计

左耘，晁鹏翔

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

双前轴转向汽车转向动力缸缸径的匹配设计

左耘，晁鹏翔

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

文章在进行重型商用汽车双前轴转向系统分析研究的基础上，对转向动力缸的结构特点、受力情况进行了分析讨论，提出了整体式液压动力转向器和助力缸缸径的计算方法和匹配原则，为后续新车型的设计提供了参考。

重型商用汽车；双前轴转向系统；动力缸；缸径

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

随着我国汽车物流运输行业的发展，多轴车以其明显的经济优势，越来越受到市场的青睐。为满足多轴车转向性能，减小转弯直径，减少轮胎异常磨损，多轴车应用双前轴转向技术已比较普遍。目前国内外重型商用汽车普遍采用图1所示的一机一缸的双前轴布置方式。

图1 双前轴转向系统结构简图

1 转向器缸径的计算

重型商用汽车一般采用循环球整体式动力转向器,其动力缸与转向器集成为一体。在确定动力缸的缸径时，首先需要对转向器动力缸活塞进行受力分析,其受到的作用力主要有4个，如图2，根据力的平衡条件可得出如下关系式：

图2 转向器活塞受力分析图

式中，FOC为由转向车轮的转向阻力矩所确定的作用于齿扇上的圆周力；Ff为活塞与缸筒间的摩擦力；FP为由转向盘切向力所引起的作用在活塞上的轴向力；F为高压油液对活塞的推力。

其中：

式中，MR为转向车轮的转向阻力矩；Rw为齿扇的啮合半径；为Ⅰ桥对应的转向传动机构的力传动比；为转向传动机构的效率；f为活塞与缸筒间的摩擦系数；α为齿扇的啮合角；Fh为转向盘上的切向力；rh为转向盘的半径；ds为转向螺杆直径；α0为转向螺杆螺旋的导程角；为换算摩擦角；D1为动力缸径；P为动力缸内的油液压力,与助力缸相同，此值可综合两液压缸活塞的受力情况来确定。

转向车轮的转向阻力矩 MR，可由如下的半经验公式计算：

式中，f为轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取值0.7；G1为转向轴负荷，N；Pt为轮胎气压，MPa。

综上，推导出动力缸直径的表达式：

2 助力缸缸径的计算

转向助力缸缸径可以采用下述方法进行计算：

式中，l3为Ⅱ轴转向节臂长度；mR2为车轮处于向右最大偏转位置时内转向轮的主销到横拉杆的距离；mL2为此时外转向轮的主销到横拉杆的距离；N1为Ⅱ轴转向摇臂长度；N2为Ⅱ轴转向摇臂轴到动力缸活塞杆之间的距离。

推理可知F与工作油液压力P、动力缸截面面积S之间关系如下：

式中，ηm为助力缸的机械效率；D2为助力缸内径；dP为活塞杆直径，一般初选时可取 dP=0.35D2。助力缸的工作油液压力P按负载F来初步选取。由此式可反推导出助力缸的内径：

3 转向器缸径与Ⅱ轴助力缸缸径的合理匹配

对于双前轴转向传动机构，中间拉杆在转向过程中起联动作用，理想状态下其传递力为零，即第Ⅰ前桥上的转向力由转向器提供，第Ⅱ前桥上的转向力由助力缸提供。但实际上由于各种条件的限制，中间拉杆所受到的力并不是时刻都等于零,有时会受到拉力的作用，有时又会受到压力的作用。也就是说，在实际转向过程中，会出现有一个液压缸提供的力相对过剩，另一个液压缸提供的力又相对不足的现象。在这种情况下，由于转向器集成有阀控单元负责对液压助力系统进行控制，所以设计时要求转向器动力缸提供的力相对过剩，处于主动地位；助力缸提供的力相对不足，处于被动地位。即转向器缸径与Ⅱ轴助力缸缸径设计保证以下关系：

4 结论

本文通过对重型商用汽车双前轴转向系统进行分析研究，提出了整体式液压动力转向器和助力缸缸径的计算方法和匹配原则。运用该方法，可以较准确地计算出转向器和助力缸的缸径，快速高效的完成重型双前轴转向车型转向器和助力缸的设计选型和匹配工作。

[1] 刘惟信.汽车设计.清华大学出版社.2001.7.

[2] 毕大宁.汽车转阀式动力转向器的设计应用.人民交通出版社.1998.2.

[3] 朱育权.液压与气压转动.西北工业大学出版社.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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-19-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.007

左耘，就职于陕西重型汽车有限公司。主要从事商用汽车底盘转向系统设计。