某重型自卸车前桥转向梯形及运动干涉分析

陈开超

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

测试试验

某重型自卸车前桥转向梯形及运动干涉分析

陈开超

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.019

根据总布置要求，某重型车（6×4自卸车）需要加装大轮胎12.00R24，中后桥轴距增大，需要重新分析前桥梯形在新的轴距下是否满足要求；同时由于换装大轮胎需要重新设计直拉杆结构，从而需要重新校核直拉杆在转向过程中是否会与其他零部件存在干涉现象。

轴距；前桥梯形；直拉杆；干涉

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-61-03

引言

转向梯形有整体式和断开式两种，选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架采用何种方案有联系。无论采用哪一种方案，必须正确选择转向梯形参数，做到汽车转弯时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动的车轮，作无滑动的纯滚动运动。同时，整个转向系统部件在左转和右转工况下不能与周边部件存在干涉现象。

1、前桥梯形机构的分析

1.1 理论公式依据

为了保证各转向轮转向时都作纯滚动(即各转向轮瞬时旋转中心交于一点)，同一轴上的转向轮转向角应满足Ackerman定律式。

式中：α—前桥内轮转角；β—前桥外轮转角；

B—转向主销中心延长线与地面交点之间的距离；

L—前桥轴线至双后桥中心线的距离；

1.2 分析内容

Y3070前桥曾用于3690+1350轴距自卸车，现将Y30F0前桥（在Y3070前桥基础上仅调小转角）用于4300+1450轴距自卸车。由于轴距发生变化，需要分析在实际状态下，由前桥转向梯形所实现的内、外轮转角关系与 Ackerman理论转角关系的偏差以及左转和右转时方向盘的转角范围是否符合设计要求。

1.3 建立三维模型

根据转向机构布置，确定前桥及转向传动机构的三维装配模型，以便导入ADAMS进行运动分析及优化。建立三维模型时，与运动有关的设计硬点必须准确，以提高分析的准确性。在ADAMS中最终建立的转向系统三维模型如下图：

图1 Y30F0转向装置模型

1.4 转向梯形分析

1.4.1 转向梯形左右对称，只分析左转向的情况

给转向内轮（即左轮）以转角驱动，对转向梯形进行仿真分析，得出由转向梯形机构实现的内、外轮转角关系与Ackerman理论转角关系的对比如下：

图2 前桥转向外轮和转向内轮的转角关系

x—内轮转角 y—外轮转角

由上图可以看出，在转向内轮转动 25°以前，理论转角和实际转角曲线误差较小（1度以内），但在25°以后误差逐渐变大，在 33°时达到 1.2°，随后又逐渐减小，满足内外轮转角协调性要求。

1.4.2 左转和右转工况下方向盘转角范围分析

给转向内轮（即左轮）以转角驱动，对其转向装置模型进行左转仿真分析，得出转向垂臂在左转时的转角范围：

图3 转向垂臂左转转角范围

给转向内轮（即左轮）以转角驱动，对其转向装置模型进行右转仿真分析，得出转向垂臂在右转时的转角范围：

图4 转向垂臂右转转角范围

由以上两图可知，转向垂臂左转最大转角为32度，右转最大转角为29度，均控制在转向器左右转角范围内；经计算方向盘在转向过程中左右最大转角各720度左右（即左右各两圈）。

2、转向系统干涉分析

在UG—Motion模块中建立整个转向系统运动模型，主要检查前桥转动过程中，前轮与直拉杆、直拉杆与左前板簧前支架和直拉杆与减震器之间的干涉情况。主要校核满载工况下的转向（即前板簧处于平直状态）, 数模即为满载状态，下图即为UG中建立的模型，同时分析左转和右转：

图5 Y30F0转向系统模型（满载工况下）

2.1 左转（直拉杆与左前板簧前支架的最小距离）

图6

2.2 右转（直拉杆与前轮之间的最小距离）

图7

2.3 右转（直拉杆与减震器之间的最小距离）

从以上所做的运动分析可以得出以下结论：

1）左转工况下，直拉杆和左前板簧前支架之间的间隙在内轮（即左轮）转角达到16度时最小，且最小间隙为8.87mm，此间隙值满足要求；

2）右转工况下，直拉杆和前轮之间的间隙在外轮（即左轮）转角达到 32度（极限转角）时最小，且最小间隙为14.15mm，此间隙满足要求；

3）直拉杆和左前减震器之间的间隙在转向过程中的最小值为36.86mm，设计要求≥25mm，满足要求。

图8

3、试验测试

实车进行了转向测试，在左右转向过程中直拉杆与周边零部件间隙合理，不存在动态干涉现象，下图为该车型转向力测试数据：

表1

1）该车型左右最大转向力均＜30N，符合设计要求；

2）该车型在测试过程中直线行驶跑偏量 0.3m，符合设计要求≤0.5m要求，验证了转向梯形较好的满足整车设计要求。

4、结束语

1）本文利用ADAMS对 Y30F0专用前桥在新的轴距下能否满足 Ackerman原理进行了验证，并对方向盘转角范围进行了模拟，最终得出结论，有效解决了整个转向系统的几何学验证；同时利用UG-MOTION单元对转向系统进行了动态干涉分析，快速准确的解决了整个转向系的物理干涉现象；经实车验证，转向梯形设计合理，车辆在转向过程中不存在动态干涉现象；

2）上述设计校核方法，缩短了转向系设计的周期，并且可以节约车型开发过程中的样件采购成本，具有较强的理论指导意义。

[1] 王望予.汽车设计.北京:机械工业出版社,2000.

[2] 王霄锋.汽车底盘设计.北京:清华大学出版社,2010.

[3] 江淮汽车集团研发中心.江淮轻型卡车设计规范.第一版,合肥: 江淮汽车股份有限公司,2006年6月.

A heavy dump truck front axle and steering trapezoid motion interference analysis

Chen Kaichao
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

To satisfy the request of general layout ,Y30F0 should install big tyre 12.00R24, the wheel base of middle and rear axle increase, then we should analyse that the front axle trapeze whether satisfy the demand under the new wheel base; Also the straight pull rod should be designed because of installing big tyre, as a result we should verify that the straight pull rod whether has interference phenomena with other parts during turning course.

wheel base; front axle trapeze; straight pull rod; interference

U462.1

A

1671-7988 (2017)06-61-03

陈开超，就职于江淮汽车技术中心轻型商用车研究院，从事转向系统设计。