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转向系统设计计算报告
项目名称：微型乘用车设计开发 项目代码： _________
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转向系统设计计算报告
1 目 录 1.1 任务来源 ....................................................................................... 1 1.2 转向系统基本介绍 ......................................................................... 1 1.3 转向系统的结构简图 ...................................................................... 1 2 转向系统设计的输入条件 ................................................................ 2 2.1 整车基本参数 ................................................................................. 2 2.2 转向系统选用件主要参数 ............................................................. 3 2.3 前轮定位参数 ................................................................................. 3 3 系统的设计计算 ................................................................................. 3 3.1轮胎的选型 ....................................................................................... 3 3.2 静态原地转向阻力矩 ...................................................................... 4 3.3 齿轮齿条式转向系的角传动比 ....................................................... 4 3.4 静态原地转向时作用于转向盘的力 .............................................. 5 3.5 转向盘的总转动圈数 ...................................................................... 5 3.6转向管柱夹角及力矩波动分析 ....................................................... 5 3.7 转向特性分析 ................................................................................... 6 3.8最小转弯半径分析 ........................................................................... 7 4 结论及分析 ....................................................................................... 7 参 考 文 献 ........................................................................................... 7
转向系统设计计算报告 1 转向系统设计计算报告 1 概述 1.1 任务来源 K61-001是在五菱荣光为样车的基础上开发设计的一款新车型，根据《W03宽体长轴微型客车 产品技术定义表》，其转向系统需满足以下要求： 1、最小转弯直径≤11米。 2、转向力≤150N[教材推荐轿车的转向力]。 3、方向盘总圈数 ≤4.2圈。 1.2 转向系统基本介绍 K61001转向系统沿用样车转向系统，选用齿轮齿条式机械转向器，结构简单、紧凑，重量轻，转向灵敏，制造容易，成本低，正、逆效率高，特别适于与麦弗逊式悬架配用，布置方便，工作可靠，并且满足了整车的各项指标。
1.3 转向系统的结构简图
1 转向盘 2 转向管柱 3 转向器 图2 转向系统的结构简图
1 2 3
转向系统设计计算报告 2 图1 转向梯形示意图 2 转向系统设计的输入条件 2.1 整车基本参数 表1 整车基本输入参数 项 目 代 号 单位 数 值 满载总质量 m kg 1802 满载前轴荷 m1 kg 722 满载后轴荷 m2 kg 1080 前轮距 L1 mm 1391 后轮距 L2 mm 1408 轴距 L mm 2700 车轮与地面间摩擦系数 f 0.7 轮胎型号 175/70R14 LT 前轮胎气压 P1 MPa 0.22 后轮胎气压 P2 MPa 0.30 轮胎负荷能力 TLCC Kg 690
梯形底角 梯形臂长
车 轮
转向系统设计计算报告
3 2.2 转向系统选用件主要参数 表2 转向系统选用件主要参数
2.3 前轮定位参数 前轮定位参数 K61-001 五菱荣光
前束 0°30′±15 0°30′±15′
车轮外倾角 40′±30′ 40′±30′ 主销后倾角 2°30′±15 2°30′±15′ 主销内倾角 9°±30′ 9°±30′
3 系统的设计计算 3.1轮胎的选型 竞品车轮胎：175/70R14LT，负荷指数95，承载能力690kg；前轮胎气压220kPa，后轮胎气压300kPa， 该轮胎不在GB/T 2977之中。
零部件 零件参数 代 号 单位 K61-001 数 值 转向节 转向梯形臂长度 L1 mm 126 转向梯形底角 a 度 104 方向盘 方向盘半径 R mm 190 转向器 主动小齿轮的节圆半径 r mm 5.5
转向器齿轮齿条轴交角 θ 度 8.4
齿条行程 L2 mm 140 转向器的效率 η 75%
转向系统设计计算报告
4 GB/T 2978中的175/70R14轮胎增强型，负荷指数88 ，轮胎气压290kPa，承载能力560kg。 设计车满载后轴荷1080kg，单胎承载540kg，选用175/70R14LT，轮胎气压选择300kPa，此时承载能力大于560kg，满足使用要求。 设计车满载前轴荷为722kg，单胎承载361kg，考虑轮胎气压对操纵稳定性的影响，参考竞品车前轮胎气压确定为220kPa。 根据《W03宽体长轴微型客车 产品技术定义表》整车最高车速≥120km/h，故选择轮胎速度级别为M，对应最高车速130 km/h。
3.2 静态原地转向阻力矩 静态原地转向阻力矩是汽车中最大极限转向所需力矩，比行驶中转向所需的力矩大2到3倍。目前采用半经验公式计算
pGfMr313………………………………………………(3-1)①
式中Mr——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，一般取0.7； G1——转向轴负荷，N；
P——轮胎气压，MPa。 前轴：G1=722×9.8=7076N, P=0.22Mpa， f=0.7, 得: Mr=2.96×105 N·mm 3.3 齿轮齿条式转向系的角传动比
cos1rLiow………………………………………(3-2)②
式中： iow——齿轮齿条式转向系的角传动比；
L1——梯形臂长度，mm；
①《汽车设计》 ④GB 17675-1999 汽车转向系基本要求
转向系统设计计算报告 5 r——主动小齿轮的节圆半径，mm； θ——齿轮齿条的轴交角； L1=126； θ=8.4°； r=5.5。 得： iow=23.1 3.4 静态原地转向时作用于转向盘的力
sinRiMFowrh ………………………………………(3-3)③
式中：Mr——原地转向阻力矩，N·mm；
F
h——作用于转向盘的力，N；
iow——齿轮齿条式转向系的角传动比；
R——方向盘半径 mm； α——转向梯形底角 单位° η——转向器的效率，取η=75%。 Mr=2.96×105 N·mm； iow=23.1； R=190mm； η=75%； α=104。 得： Fh=92.7N 满足《W03宽体长轴微型客车 产品技术定义表》中转向力≤150N的要求。 3.5 转向盘的总转动圈数
齿轮齿条式转向器转向盘转动圈数的公式为：
32L
Ln………………………………………(3-4)
3cos2Lr 式中：L2——为齿条行程，单位：mm； L3——转向盘转一周时齿条的行程，mm； L2=140mm; L3=34.2 计算结果得： n=4.1
3.6转向管柱夹角及力矩波动分析 转向管柱与中间传动轴所成角度是153.70°，中间传动轴与转向器输入轴所成角度是153.65°，两者角度差为0.05°。基本实现等角速传动。力矩波动接近
②《汽车设计》
