S21转向系统液压助力.docx

1、S21转向系统液压助力S21车型转向系统计算说明书北京精卫全能科技有限公司2004年7月7日与转向系统相关的整车参数轴距L（mm）2340轮距B（mm）1420满载前轴荷（kg）705方向盘外径（mm）370方向盘总圈数l3.06内轮最大转角（deg）38.2外轮最大转角（deg）33主销偏置距C（mm）-7.3最小转弯半径：1） 按外轮最大转角R1=L/sin+C=2340/sin33-7.3=4289mm2） 按内轮最大转角R2=(L/tan+B) 2+L21/2+C=(2340/tan38.2+1420) 2+234021/2-7.3=4971mm取Rmin=(R1+R2)/2=4454

2、mm=4.63m转向系统布置及传动比匹配按照总布置给定转向器位置，对转向杆系进行优化设计，得到：转向器出口点位置：（135.2,-323,95）齿条行程：118mm转向器传动比：38.59mm/rev方向盘总圈数：118/38.59=3.06圈转向力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：Mr=f(G13/P)1/2/3其中：Mr在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N.mmf轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取0.7G1转向轴负荷，NP轮胎气压，Mpa因此，按S21

3、计算：Mr=0.7(705*9.8)3/0.25) 1/2/3=267997N.mm作用在转向盘上的手力用下式计算：Fh= Mrk/（R）其中： Fh作用在转向盘上的手力，NR转向盘半径，mm转向器正效率，转向系的正效率一般在0.670.85.k转向节转角增量对应k的转向盘转角增量因此，在没有助力转向的情况下，所需的方向盘手力：Fh= Mrk/（R）=267997(33+38.2)/(3.06360*1850.75)=125N满足GB 17675-1999标准。转向机的选择对转向机来说只要它输出的对主销的力矩必须能克服地面的最大阻力距，故：F = Mr/(L1 *cos2*T)Mr原地转向最大

4、阻力距L1转向横拉杆到主销的力臂长度主销内倾角T梯形机构正效率，此效率一般在0.9左右在S21中L1=128.127mmF = 267997/(128.127*cos2(12.8)*0.9)=2446N故转向机所需最小压力Pmin=F/S=(2446/0.000638)=3.8Mpa根据以上计算结果，选用转向机参数如下：传动比38.59mm/rev齿条行程S1181.5mm气缸内径、有效受压面积36mm/6.38cm2齿条直径22mm理论输出力3.91KN输入力矩4.8N.m压力4.9Mpa额定流量6L/min可见此转向机满足要求。转向油泵选择计算油泵工作流量的选取是根据转向盘最大瞬时转速计算

5、的，先计算出满足转向盘最大瞬时转速所需要的理论流量Q0，然后再计算出实际需要的流量Q1。对于汽车转向盘的最大转速n，轿车按1.5r/s计算，其他车辆以前均按1r/s计算，计算公式如下：Q0=60niS其中： S油缸实际工作面积，mm2i转向机传动比，mm/revQ1 =(1.52)Q0+ Q2其中： Q1实际需要的流量，L/min Q2动力转向器允许的内泄漏量(此值由厂家确定), L/min,按1L/min计算。因此，按S21计算： 油缸实际工作面积S = 3.14*362/4-3.14*222/4=637.42 mm2 转向机传动比i = 38.59mm/rev 转向盘的最大转速n = 1.

6、5r/s 故理论流量Q0 = 60niS = 601.538.59637.42=2.2L/ min 实际需要的流量Q1=22.2+Q2=4.4+ Q2 =5.4 (L/min)选用的转向泵主要参数如下：最小流量5L/min(在750r/min时),实际输出流量见下图最小压力3.3Mpa最大压力60bar转速500-8000r/min,最高允许8250r/min为了防止高速转向时有发飘的感觉，转向泵在发动机转速提高时应该呈下降趋势，从流量特性来看，转向泵满足要求。转向助力分析1 在带有助力转向的情况下，转向机的输出力F可以按下式计算：F=(D2-d2)P1/4（HTd/2）2cos2/( cos

7、1+ cos2)其中：F转向机输出力（N）。D气缸内径（m）。 (0.036m)d齿条直径（m）。 (0.022m)P转向油缸工作压力（Pa）。d齿轮节圆直径（m）。 (当前为0.001225m)1齿条螺旋角（rad） (当前为41514)2齿轮齿条夹角（rad） (当前为20 )1转向机油压效率（按0.9算）2转向机机械效率（按0.9算）转向系统的传递效率（按0.9算）HT方向盘转矩（N.m）2 要获得满意的助力特性。助力转向液压力与方向盘输入转矩的关系按图示范围进行设计。即在方向盘小转矩输入的情况下，助力转向基本不起作用，当方向盘输入转矩达到一定值并继续加大时，对应的液压力先缓慢上升然后快

8、速上升，当方向盘输入转矩继续上升到一定值后，液压力将不再变化（此时阀门全开）。 目标值：推荐值备注低压区不助力区域(A)1.471.96 N.m超过1.96N.m将感觉滞重压力变化(tan)0.20.27 Mpa/N.m视各种车型而定点 (C)3.04.5 N.m视各种车型而定高压区额定转矩 (D)3.45.1 N.m大于5.1N.m一般认为助力效果不够轻便目前所采用的转向机的“输入力矩液压力”曲线是满足上述要求的。根据公式可求得S21的转向机在4.8N.m的的输入力矩下能产生的总的转向输出力F=2982N，满足设计要求。注：以上为设计值，实际转向手力可能需要根据试验调整。转向管柱的计算S21

9、的转向管柱为三段式结构，为保证传动平滑，必须给中间轴一定的相位角。关于最佳相位角的计算：e2=(12-22cos2 (2(+) +24sin2 (2(+)1/21输入轴与中间轴夹角2中间轴与输出轴夹角输入轴与中间轴所形成的平面与输出轴的夹角中间轴的相位角eYoke角在S21中：1=33.72=16.7=5根据上述公式得出曲线如下：横向为(弧度),纵向为e2，当e2取得最小值时的相位角为最佳相位角。因此转向管柱中间段的相位角=3,e=0.2211rad (27)（中间段下端的十字叉相对中间段上端的十字叉顺时针转过角度，观察方向从驾驶室端至转向机）因此，输出力矩与输入力矩之比K =1+tan(e)

10、cos()其中：输入轴转角rad。 eYoke角，27所以：K =1+tan(0.2211)cos()曲线为：输出力矩的波动范围在0.781.22之间。转向机支架强度校核按H1Case校核：在方向盘上加15Kg的力。换算到转向机齿条轴向的力约为：（15370）/（71.75）/cos(20)482Kg支架中心部位最小横截面积为：0.0002549因此在此情况下工作可能出现的最大剪切应力力为4829.8/0.000254918.5Mpa。而ZG230-450材料的特性为： s230Mpa b450Mpa由此可见，支架本体是安全的。对于此支架的安装，我们采用的是两个M10的螺栓。按照要求的拧紧力矩

11、，可得出M101.5的8.8级螺栓的保证载荷为：33600N取此支架与其安装面的摩擦系数为0.3可得到的摩擦力为：3360020.3=20160N2057Kg（远大于482Kg）由此可见，螺栓联接部位也是安全的。转向机与转向柱连接花键强度校核S21中，转向机外花键为日本标准，内花键为与之匹配的国产内花键，其参数如下：内花键外花键齿数3636模数0.42690.4269压力角4542.1244大径15.87515.80-0.15中径15.36715.368小径14.854(MIN)14.78(MAX)跨9齿间距10.363+0.01-0.02量棒跨距170-0.06量棒直径1.000齿面粗糙度3.2渐开线花键一般是采用侧面定心，花键的主要失效形式为齿侧磨损，故一般进行花键齿工作表面抗压强度校核。对普通静连接的渐开线花键，其齿面许用应力为100140MPa。S21中，花键配合长度为L21mm工作齿高为h=0.473mm平均直径为Dm=15.327mm齿数N=36修正系数（取0.75）按许用应力100MPa进行校核，100MPa。此花键配合可承受的力矩T为：T=NhLDm/2=206N.m转向机的额定输入力矩为4.8N.m，在没有动力转向的情况下，原地转向所需的方向盘输入力矩为23N.m。可见，此花键配合是安全的。