GA6420SE4轻型客车转向系统设计计算报告
QY—GA6420SE4—SS2011—004
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广汽吉奥汽车研究院
2011年02 月
6420车型转向系统匹配计算书
6420转向系统由方向盘、转向上轴、转向下轴、转向护套、齿轮齿条式转向器、转向横拉杆及其紧固件组成，为了防止汽车正面与其他物体冲撞时转向系部件伤害驾驶员，在转向传动轴上设置有溃缩吸能机构。转向器也是采用广泛使用的齿轮齿条式转向器。
与转向系统相关的整车参数
相关项目 参数值 数据来源
轴距L （mm ） 2700 GA6420配置表 轮距K （mm ）
1385
GA6420配置表
最大前轴荷（kg ） 688（半载状态下） GA6420轴荷分配测量表 方向盘外径（mm ） 378.8 GA6420总布置图参数 内轮最大转角（deg ） 38.267 悬架提供 外轮最大转角（deg ） 31.233 悬架提供 主销距K
1355.5 数模测量 偏置距C （mm ） -18.35 数模测量 转向机传动比i 34.4 供应商提供 最小转弯半径(m)
5.2m
GA6420配置表
一）最小转弯半径计算
1.1.1按外轮最大转角
C L R +=max 0min sin /1θ＝2700/sin31.233＝5188.69mm 1.1.2按内轮最大转角
()C tg KL K L R +++=
°267.38/2°267.38sin /222min ＝5495.76mm
取()2/min 2min 1min R R R +=＝(5188.69+5495.76)/2＝5342.27mm 最小转弯半径5.342m.。
上述计算是按照龙创提供的车轮最大转角计算结果。
转向机行程是否改变以得到更合理的最小转弯半径，需要进一步做计算和动态分析； 1.2根据DMU 分析 内外轮最大转角为：内轮最大转角37.519deg 外轮最大转角33.552deg 根据上述计算公式：
C L R +=max 0min sin /1θ＝2700/sin33.552＝4866.816mm
()C tg KL K L R +++=
°519.37/2°519.37sin /222min ＝5577.423mm
取()2/min 2min 1min R R R +=＝(4866.816+5577.423)/2＝5222.12mm 1.3根据整车转角实测结果内轮最大转角34.5deg 外轮最大转角38deg 根据上述计算公式：
C L R +=max 0min sin /1θ＝2700/sin34.5＝4748.547mm
()C tg KL K L R +++=
°38/2°38sin /222min ＝5524.551mm
取()2/min 2min 1min R R R +=＝(4866.816+5577.423)/2＝5136.549mm 1.4结果对比及计算小结 1.4.1根据DMU 结果及五菱荣光的实测结果，我们可以判定龙创
提供的内外轮最大转角偏差过大；
1.4.2在试制试验所所测的数据，也存在一定偏差，但是与DMU 仿真的结果比较靠近。
1.4.3 建议按照DMU 分析所得最大内外轮转角进行计算。最小转弯半径也按照DMU 分析所得进行。 1.4.4 6420车型最小转弯半径为：522
2.12mm ，同时该结果也非常靠近整车转弯半径目标5.2m 。
二）转向管柱和转向万向节的计算
2．1：转向柱管带万向节总成传动效率的计算
影响转向管柱带万向节总成效率的因素有两个转向万向节及管柱上两个轴承共四个摩擦副
十字轴式万向节传动轴的传动效率与两轴的轴间角、十字轴支承的结构和材料、加工和装配精度以及润滑条件等有关，近似的可以按下式计算：
η＝1－ d μ（2tan(β/2)+tan(β)）/R π 以上两式中：
d ——十字轴轴颈的直径，按8mm 计算
R ——十字轴中心至轴颈支承长度中点的距离，按16mm 计算 μ——十字轴轴颈与轴承的摩擦系数，按0.15计算 上述公式计算出来的各个十字叉万向节的传动效率分别为：（其中上万向节夹角25.961°下万向节夹角24.81°）上下万向节对应的效率为 η1＝0.983
龙创提供
DMU 分析 整车实测 最大内/外轮转角（deg ） 38.267/31.233 37.519/33.552 38/34.5 最小转弯半径（m ）
5.342
5.222
5.137
η2＝0.984
转向管柱两个轴承处的传动效率η3＝η4＝0.98 故转向管柱带万向节总成的总的传动效率为：
4321ηηηηη⨯⨯⨯=＝0.983×0.984×0.98×0.98＝0.929
2.2 相位角的计算
根据坐标点，建立管柱骨架图
A 管柱芯轴端面中心（520.017，-324,618.762）
B 上万向节叉中心点（133.318，-324,357.283）
C 下万向节叉中心点（-75.618，-182.603,47.95）
D 转向机输入轴上任意一点（-80.971，-178.984,22.766）
A B C 三点所决定的平面与 B C D 三点所取决的平面夹角为78.7deg 。 计算可知相位角为 0
7.78=α 波动最小。
6420管柱为角度可调，其调节角度为0deg~-3deg ，其设计位置在其上极限，若想获得各个调节位置相对最小的波动量，需要按照管柱调节至-1.5deg 的位置来确定相位角。 操作步骤如下：
1.管柱上万向节点及管柱轴线绕管柱旋转中心往下调节1.5deg
2.以旋转1.5deg 后的管柱轴线及上万向节点，重新构架管柱骨架图
3.根据重新建立的骨架图，测量A BC 三点所决定的平面与B C D 点所在平面的夹角。 测量结果：75.901deg 。
则相位角按照75.901deg 可得最小的力矩波动。 2.3力矩波动计算
管柱轴线（直线AB ）与中间轴轴线（直线BC ）夹角25.961deg
中间轴轴线（直线BC ）与转向机输入轴轴线（直线CD ）夹角24.81deg 则等效夹角6.781.24961.252222211
=-=-=
θθθdeg
则力矩波动量[]1cos 1cos 1
---=θθ
λ=1.76%
力矩波动量一般在接受范围在5%以内。λ=1.76%<5%。 力矩波动量在接受范围内。
三）转向机计算
6420转向机的参数（待定）
转向机传动比i=34.4
3.1 原地转向最大阻力矩的计算
转向时驾驶员作用到转向盘上的手力与转向轮在地面上回转时产生的转向阻力矩有关。影响原地转向阻力矩的主要因素有转向轴的负荷、轮胎与地面之间的滑动摩擦系数和轮胎气压。计算公式如下：
M r =f(G 13/P)1/2
/3
其中：
M r ——在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N.mm f ——轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取0.7
G 1——转向轴负荷，N 半载状态下，前轴载荷最大688×9.8N P ——轮胎气压，Mpa
因此
