84双转向系统设计计算书0206.docx
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84双转向系统设计计算书0206
8*4双前轴转向系统设计校核
第一部分8*4自卸汽车的双转向系统校核
根据《4048D/QX3340自卸汽车底盘(欧四)设计任务书》及客户的要求,伊朗4048D欧四自卸汽车底盘为双转向前桥,转向系统采用循环球液压助力转向系统,第二转向前桥采用液压缸助力,一、二桥轴距为1950mm。
转向桥初步采用陕西汉德车桥生产的曼系列7.5吨盘式制动前轴,具体参数见表1;转向垂臂初步选用中国重汽豪沃A7双转向系统,具体尺寸见图1;转向器采用ZF公司生产的图号为8098.957.111的转向器,转向油泵采用ZF公司生产的图号为7077.955.636的叶片泵;转向油罐采用株洲湘火炬生产的产品。
表1曼系列7.5吨盘式制动前桥
主销中心距
主销内倾角
轮距
车轮安装距
额定载荷
制动器
前束
车辆外倾角
主销后倾角
转向梯形臂
转向梯形底角
1792
5
2069
2391
7500
盘式22.5"
0-2
1
1.5
255.7
73.4
图1重汽豪沃A7双转向系统布置图
一、对一、二桥转向运动干涉进行校核
根据转向系统的布置,用作图法分别作出转向节臂球销中心A点绕摆动中心O’和转向垂臂下端球销中心的运动轨迹圆弧JJ’、KK’,测量在板簧动、静挠度范围内的最大误差值,从以上结果可以看出一、二桥的转向节臂轨迹误差都在10mm以内,符合要求。
二、分别计算出一、二桥的内外转角关系
1、根据作图可得出两主销中心线延长线到地面交点之间的距离K=1879.5
2、校核梯形臂的长度
根据经验,梯形臂长度m一般取(0.11~0.15)K
故m=(0.11~0.15)*K=(0.11~0.15)*1879.5=206.75~281.93
m=255.7是符合要求的
3、初步选择梯形底角θ0
根据式tgθ0=(4*L)/(3*K),可以得出
一桥梯形底角θ0为77.5°,二桥梯形底角为72.3°
根据计算出的梯形底角与实际车桥的梯形底角有较大的差异,建议采用作图法或计算的方法进行校核。
4、校核梯形底角
a、用作图法作出第一桥梯形底角为77°时,内外转角关系
图2
b、用作图法作出第二桥梯形底角为72°时,内外转角关系
图3
c、根据第一、二桥内外转角的关系分别作出一、二桥转向梯形的实际特性曲线
图4
由以上曲线可以看出:
转向梯形的实际特性曲线在0~30°范围内比较接近理论转向梯形特性曲线。
d、用同样的方法作出转向梯形底角为73.4°时一、二桥转向梯形实际特性曲线
图5
由以上曲线可以看出:
当梯形底角采用73.4°时,第一、二桥转向梯形的实际特性曲线在0~30°范围内与理论转向梯形特性曲线偏离较大。
根据以上分析可以得出:
第一、二桥的转向梯形底角不能满足要求,建议将第二桥的转向梯形底角更改为72°,第一桥的转向梯形底角根据供应商的现有梯形臂将梯形底角加大到75.5°。
5、以上步骤a、b采用作图的方法得出内外转角的关系,也可以根据以下公式计算得出内外转角的关系。
转向桥的主销中心距M,转向梯形臂为m,转向梯形底角为θ0,设转向桥的内转角为α,求外转角β。
(1)、根据上述已知条件进行作图如下:
图6
(2)、如图所示,∠β=∠A1’O1O2-∠A1O1O2=∠A1’O1O2-θ0
∠A1’O1O2=∠A1’O1A2’+∠A2’O1O2
(3)、在△A2’O1O2中,根据三角函数关系可知
根据已知条件O1O2=M,O2A2’=O2A2=m,∠O1O2A2’=∠O1O2A2-∠A2O2A2’=θ0-α
所以可以得出如下:
(4)、在△A1’O1A2’中,根据三角函数关系可得出
在△A1O1C1中,
,
根据图中所示,A1A1’=O1O2-O1C1-C2O2,C2O2=O1C1
根据已知条件O1O2=M,O1A1’=O1A1=m,可以求得A1A1’=M-2×m×cosθ0
根据∠β=∠A1’O1O2-θ0=∠A1’O1A2’+∠A2’O1O2-θ0,可得出
式1
第一桥的梯形底角取77°,第二桥的梯形底角取73.4°时的内外转角关系
表2
一桥(梯形底角77°)
二桥(梯形底角73.4°)
内转角α1
外转角β1
内转角α2
外转角β2
1.00
1.00
1.00
0.99
5.00
4.89
5.00
4.86
10.00
9.58
10.00
9.46
15.00
14.06
15.00
13.79
20.00
18.33
20.00
17.85
25.00
22.37
25.00
21.63
30.00
26.16
30.00
25.12
35.00
29.67
35.00
28.27
三、计算一、二桥之间的转角关系
根据转向系统布置,可以作出如下理想的一、二桥转向关系简图
图7
由以上图可以得出
式2
L1’=1950+3750+1350/2=6375
L2’=3750+1350/2=4425
根据以上条件可以得出一、二桥的转角关系如下:
表3
一桥
二桥
α2/α1
β2/β1
内转角α1
外转角β1
内转角α2
外转角β2
1.000
0.996
0.694
0.691
0.694
0.694
5.000
4.894
3.475
3.408
0.695
0.696
10.000
9.581
6.978
6.711
0.698
0.700
15.000
14.062
10.536
9.933
0.702
0.706
20.000
18.328
14.178
13.094
0.709
0.714
25.000
22.367
17.935
16.206
0.717
0.725
30.000
26.157
21.838
19.276
0.728
0.737
35.000
29.671
25.921
22.299
0.741
0.752
在0~25º范围内,α2/α1≈β2/β1≈0.7
四、计算转向垂臂对应的转角关系
1、一桥内转角与转向垂臂的摆角关系
将图1中重汽豪沃A7双转向中一桥转向系统模型进行简化,如下图
在上图所示中,根据布置情况,已知S1=993,O1A=R1=262.8,O2B=R2=260,S1’=981,O2B’=h2=344.2,O1O1’=h1=296.8
在图中作出BA=B1A1’=B1A1,A’、B’、B1’分别为A、B、B1在ZX面的投影,
∠θ1=∠A1O1B1’-∠O1’O1B1’+2.62°
根据图中的对应关系,可以得出△B1B1’A1≌△B1B1’A1’,A1B1’=A1’B1’
B’B1’=SINα1*O2B1
B1B1’=O2B’-O2B1*COSα1
在直角△O1O1’B1’中,∠O1’O1B1’=atg(O1’B1’/O1’O1)=atg[(S1-O2B*SINα1)/O1O1’]=atg[(S1-R2*SINα1)/h1]
在直角△A’B’B中,BA’=[(BB’)2+(B’A’)2]1/2
在直角△A1’B1’B1中,A1’B1’=[(B1A1’)2-(B1B1’)2]1/2
在直角△ABA’中,
AB=[(A’B)2+(AA’)2]1/2=[(BB’)2+(B’A’)2+(O1O1’-O1O1’*COS2.62°)2]1/2
在△A1O1B1’中,cos∠A1O1B1’=[(O1A1)2+(O1B1’)2-(A1B1’)2]/(2*O1A1*O1B1’)
cos∠A1O1B1’=[(O1A1)2+(O1B1’)2-(B1A1)2+(B1B1’)2]/(2*O1A1*O1B1’)
cos∠A1O1B1’={(O1A1)2+(O1B1’)2-[(BB’)2+(B’A’)2+(O1O1’-O1A*COS2.62°)2]+(B1B1’)2}/(2*O1A1*O1B1’)
=[R12+(S1-R2*sinα1)2+h12-(h2-R2)2-S1’2-(h1-R1*COS2.62°)2+(h2-R2*COSα1)2]/{2*R1*[(S1-R2*sinα1)2+h12]1/2}
∠θ1=∠A1O1B1’-∠O1’O1B1’+2.62°=arcos[R12+(S1-R2*sinα1)2+h12-(h2-R2)2-S1’2
-(h1-R1*COS2.62°)2+(h2-R2*COSα1)2]/{2*R1*[(S1-R2*sinα1)2+h12]1/2}-atg[(S1-R2*SINα1)/h1]+2.62°
2、一桥外转角与转向垂臂的摆角关系
将图1中重汽豪沃A7双转向中一桥转向系统模型进行简化,如下图
在上图所示中,根据布置情况,已知S1=993,O1A=R1=262.8,O2B=R2=260,S1’=981,O2B’=h2=344.2,O1O1’=h1=296.8
在图中作出BA=B2A2’=B2A2,A’、B’、B2’分别为A、B、B2在ZX面的投影,
∠θ1’=∠O1’O1B2’-∠A2O1B2’-2.62°
根据图中的对应关系,可以得出△B2B2’A2≌△B2B2’A2’,A2B2’=A2’B2’
B’B2’=SINβ1*O2B2
B2B2’=O2B’-O2B1*COSβ1
在直角△O1O1’B2’中,∠O1’O1B2’=atg(O1’B2’/O1’O1)=atg[(S1+O2B*SINβ1)/O1O1’]=atg[(S1+R2*SINβ1)/h1]
在直角△A’B’B中,BA’=[(BB’)2+(B’A’)2]1/2
在直角△A2’B2’B2中,A2’B2’=[(B2A2’)2-(B2B2’)2]1/2
在直角△ABA’中,
AB=[(A’B)2+(AA’)2]1/2=[(BB’)2+(B’A’)2+(O1O1’-O1O1’*COS2.62°)2]1/2
在△A2O1B2’中,cos∠A2O1B2’=[(O1A2)2+(O1B2’)2-(A2B2’)2]/(2*O1A2*O1B2’)
cos∠A2O1B2’=[(O1A2)2+(O1B2’)2-(B2A2)2+(B2B2’)2]/(2*O1A1*O1B1’)
cos∠A1O1B1’={(O1A2)2+(O1B2’)2-[(BB’)2+(B’A’)2+(O1O1’-O1A*COS2.62°)2]+(B2B2’)2}/(2*O1A2*O1B2’)
=[R12+(S1+R2*sinβ1)2+h12-[(h2-R2)2-S1’2-(h1-R1*COS2.62°)2+(h2-R2*COSβ1)2]/{2*R1*[(S1+R2*sinβ1)2+h12]1/2}
∠θ1’=∠O1’O1B2’-∠A2O1B2’-2.62°=atg[(S1+R2*SINβ1)/h1]-arcos[R12+(S1+R2*sinβ1)2+h12-(h2-R2)2-S1’2-(h1-R1*COS2.62°)2+(h2-R2*COSβ1)2]/{2*R1*[(S1+R2*sinβ1)2+h12]1/2}-2.62°
3、二桥内转角与转向垂臂的关系
将图1中重汽豪沃A7双转向中二桥转向系统模型进行简化,如下图
在上图所示中,根据布置情况,已知S2=700,O3C=R3=341,O4D=R4=260,O4D’=h2=270,O1O1’=h1=364.8
在图中作出DC=D1C1’=D1C1,D’、D1’分别为D、D1在ZX面的投影,
∠θ2=∠C1O3D1’-∠O3’O3D1’
根据图中的对应关系,可以得出△D1D1’C1≌△D1D1’C1’,C1D1’=C1’D1’
D’D1’=SINα2*O4D1
D1D1’=O4D’-O4D1*COSα2
在直角△O3O3’D1’中,∠O3’O3D1’=atg(O3’D1’/O3’O3)=atg[(S2-O4D1*SINα1)/O3O3’]=atg[(S2-R4*SINα1)/h1]
在直角△O3’D’D中,DO3’=[(DD’)2+(D’O3’)2]1/2
在直角△DO3’C中,CD=[(DO3’)2+(CO3’)2]1/2
在直角△D1D1’C1’中,C1’D1’=[(D1C1’)2-(D1D1’)2]1/2
C1’D1’=[(DO3’)2+(CO3’)2-(D1D1’)2]1/2=C1D1’
在△C1O3D1’中,∠C1O3D1’=arcos[(O3C12+O3D1’2-C1D1’2)/(2*O3C1*O3D’)]
=arcos[(R32+O3’D1’2+O3O3’2-C1D1’2)/(2*R3*O3D1’)]
=arcos[(R32+(S2-O4D1*sinα2)2+h12-C1D1’2)/(2*R3*O3D1’)]
=arcos{R32+(S2-R4*sinα2)2+h12-[(DO3’)2+(CO3’)2-(D1D1’)2]}/{2*R3*[(S2-R4*sinα2)2+h12]1/2}
=arcos{R32+(S2-R4*sinα2)2+h12-[(DD’)2+(D’O3’)2+(h1-R3)2-(h2-R4*cosα2)2]}
/{2*R3*[(S2-R4*sinα2)2+h12]1/2}
=arcos{R32+(S2-R4*sinα2)2+h12-[(h2-R4)2+S22+(h1-R3)2-(h2-R4*cosα2)2]}/
{2*R3*[(S2-R4*sinα2)2+h12]1/2}
∠θ2=∠C1O3D1’-∠O3’O3D1’=arcos{R32+(S2-R4*sinα2)2+h12-[(h2-R4)2+S22+(h1-R3)2-(h2-R4*cosα2)2]}/{2*R3*[(S2-R4*sinα2)2+h12]1/2}-atg[(S2-R4*SINα1)/h1]
5、二桥外转角与转向垂臂的关系
参考二桥内转角与转向垂臂的关系公式可以推导出二桥外转角与转向垂臂的关系式如下:
∠θ2’=atg[(S2+R4*SINα1)/h1]-arcos{R32+(S2+R4*sinα2)2+h12-[(h2-R4)2+S22+(h1-R3)2-(h2-R4*cosα2)2]}/{2*R3*[(S2+R4*sinα2)2+h12]1/2}
6、根据以上公式可以算出M3840D一、二桥内外转角与垂臂摆角关系见下表
M3840D一、二桥内外转角与垂臂摆角的关系
一桥
二桥
内转角
垂臂摆角
外转角
垂臂摆角
内转角
垂臂摆角
外转角
垂臂摆角
1.00
0.99
1.00
0.99
0.69
0.42
0.69
0.53
2.00
1.98
1.98
1.97
1.39
0.96
1.38
1.05
3.00
2.97
2.96
2.95
2.08
1.49
2.06
1.57
4.00
3.95
3.93
3.92
2.78
2.02
2.74
2.09
5.00
4.93
4.89
4.89
3.48
2.55
3.41
2.60
6.00
5.90
5.85
5.85
4.17
3.08
4.08
3.11
7.00
6.88
6.79
6.80
4.87
3.61
4.74
3.62
8.00
7.85
7.73
7.76
5.57
4.14
5.40
4.12
9.00
8.81
8.66
8.70
6.27
4.68
6.06
4.62
10.00
9.78
9.58
9.64
6.98
5.21
6.71
5.12
11.00
10.74
10.49
10.58
7.68
5.75
7.36
5.62
12.00
11.69
11.40
11.51
8.39
6.28
8.01
6.12
13.00
12.65
12.29
12.43
9.10
6.82
8.65
6.61
14.00
13.60
13.18
13.35
9.82
7.36
9.29
7.10
15.00
14.54
14.06
14.26
10.54
7.90
9.93
7.59
16.00
15.48
14.93
15.17
11.26
8.44
10.57
8.07
17.00
16.42
15.79
16.07
11.98
8.98
11.20
8.56
18.00
17.35
16.65
16.97
12.71
9.53
11.84
9.04
19.00
18.28
17.49
17.86
13.44
10.07
12.47
9.52
20.00
19.21
18.33
18.75
14.18
10.62
13.09
10.00
21.00
20.13
19.15
19.63
14.92
11.17
13.72
10.48
22.00
21.04
19.97
20.51
15.67
11.72
14.34
10.96
23.00
21.95
20.78
21.38
16.42
12.28
14.97
11.43
24.00
22.85
21.58
22.24
17.17
12.83
15.59
11.91
25.00
23.75
22.37
23.10
17.94
13.39
16.21
12.38
26.00
24.64
23.15
23.95
18.70
13.95
16.82
12.85
27.00
25.52
23.91
24.80
19.48
14.52
17.44
13.32
28.00
26.40
24.67
25.64
20.26
15.08
18.05
13.79
29.00
27.27
25.42
26.48
21.04
15.65
18.67
14.26
30.00
28.13
26.16
27.31
21.84
16.22
19.28
14.72
31.00
28.98
26.88
28.13
22.64
16.79
19.88
15.19
32.00
29.83
27.60
28.94
23.45
17.37
20.49
15.65
33.00
30.66
28.30
29.75
24.26
17.94
21.10
16.11
34.00
31.49
28.99
30.55
25.09
18.52
21.70
16.57
35.00
32.31
29.67
31.34
25.92
19.10
22.30
17.03
36.00
33.11
30.34
32.13
26.76
19.68
22.90
17.49
37.00
33.91
30.99
32.90
27.61
20.27
23.49
17.94
38.00
34.70
31.63
33.67
28.47
20.85
24.09
18.40
39.00
35.47
32.26
34.43
29.34
21.44
24.68
18.85
40.00
36.23
32.88
35.18
30.22
22.03
25.26
19.29
41.00
36.98
33.48
35.92
31.11
22.62
25.85
19.74
42.00
37.72
34.06
36.65
32.00
23.21
26.42
20.18
43.00
38.44
34.63
37.37
32.91
23.80
27.00
20.62
44.00
39.15
35.19
38.08
33.83
24.39
27.57
21.06
45.00
39.84
35.73
38.77
34.77
24.98
28.13
21.49
五、利用作图法校核过渡垂臂的尺寸
1、根据重汽现有的垂臂尺寸计算第二垂臂四杆机构的过渡垂臂长度
在以上所示图中,O1、O2、O3分别为第一垂臂、过渡垂臂、第二垂臂的旋转中心,O1E、O2F、O3G分别为第一垂臂、第一垂臂四杆机构过渡垂臂、第二垂臂的长度,求第二垂臂四杆机构的过渡垂臂长度。
根据计算,第一桥左转15°时,第一垂臂转动14.54°,如图中∠EO1E1,以EF为半径,过E1点作圆与圆2交于F1点,∠FO2F1=13.12°为第一桥左转15°时过渡垂臂所转的转角;
第一桥左转15°时,第二桥转10.54°,第二垂臂转动7.90°,如图中∠HO3H1。
假设将四杆机构图形FO2O3H刚化,并绕O2点旋转13.12°,如四边形F1O2O3’H1’,连接H1H1’,则第二垂臂拉杆的中心必然在H1H1’的垂直平分线GG’上,为了避免拉杆间的运动干涉及考虑垂臂毛坯的利用,可以将过渡拉杆2的球销中心选取在O2F与GG’的交点,在图中测量出第二垂臂四杆机构的过渡垂臂长度O2G为121.6。
同样的方法可以得出第一桥(左轮)左转20°、25°,(右轮)右转15°、20°、25°时第二垂臂四杆机构的过渡垂臂长度O2G分别为126.4、126.7,123.5、125.1、127.2。
根据计算,O2G取20°,25°时的平均值126mm。
2、在O2G取126mm时,用作图法校核第二垂臂的摆角
如上图所示,取∠GO2G1=13.12°,过G1点以GH为半径作圆与圆3交于H1,
则∠HO3H3就是第二垂臂的摆角。
根据此方法可以分别求出第二垂臂在第一桥(左轮)左转15°、20°、25°,(右轮)右转15°、20°、25°时的摆角,其值分别为8.27°、10.70°、13.50°,7.68°、9.96°、12.10°,与上述计算出的第二垂臂理想摆角的差值为+0.37、+0.08、+0.11,+0.09,-0.04,-0.28
根据以上分析,O2G取126是合理的。
第二部分8*4载货汽车的双转向系统校核
根据《4048C载货汽车底盘(欧四)设计任务书》及客户的要求,伊朗4048C欧四载货车底盘为双转向前桥,转向系统采用循环球液压助力转向系统,第二转向前桥采用液压缸助力,一、二桥轴距为1950mm。
转向桥初步采用安徽华强车桥生产的STR列7.5吨盘式制动前轴,具体参数见表1;转向垂臂初步选用中国重汽豪沃A7双转向系统,具体尺寸见图1;转向器采用ZF公司生产的图号为8098.957.111的转向器,转向油泵采用ZF公司生产的图号为7077.955.636的叶片泵;转向
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- 84 转向 系统 设计 计算 0206
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