某重型自卸車前橋轉(zhuǎn)向梯形及運動干涉分析

陳開超

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

測試試驗

某重型自卸車前橋轉(zhuǎn)向梯形及運動干涉分析

陳開超

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.019

根據(jù)總布置要求，某重型車（6×4自卸車）需要加裝大輪胎12.00R24，中后橋軸距增大，需要重新分析前橋梯形在新的軸距下是否滿足要求；同時由于換裝大輪胎需要重新設(shè)計直拉桿結(jié)構(gòu)，從而需要重新校核直拉桿在轉(zhuǎn)向過程中是否會與其他零部件存在干涉現(xiàn)象。

軸距；前橋梯形；直拉桿；干涉

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

引言

轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種，選擇整體式或斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架采用何種方案有聯(lián)系。無論采用哪一種方案，必須正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)，做到汽車轉(zhuǎn)彎時，保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運動的車輪，作無滑動的純滾動運動。同時，整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件在左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)工況下不能與周邊部件存在干涉現(xiàn)象。

1、前橋梯形機構(gòu)的分析

1.1 理論公式依據(jù)

為了保證各轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向時都作純滾動(即各轉(zhuǎn)向輪瞬時旋轉(zhuǎn)中心交于一點)，同一軸上的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角應(yīng)滿足Ackerman定律式。

式中：α—前橋內(nèi)輪轉(zhuǎn)角；β—前橋外輪轉(zhuǎn)角；

B—轉(zhuǎn)向主銷中心延長線與地面交點之間的距離；

L—前橋軸線至雙后橋中心線的距離；

1.2 分析內(nèi)容

Y3070前橋曾用于3690+1350軸距自卸車，現(xiàn)將Y30F0前橋（在Y3070前橋基礎(chǔ)上僅調(diào)小轉(zhuǎn)角）用于4300+1450軸距自卸車。由于軸距發(fā)生變化，需要分析在實際狀態(tài)下，由前橋轉(zhuǎn)向梯形所實現(xiàn)的內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系與 Ackerman理論轉(zhuǎn)角關(guān)系的偏差以及左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)時方向盤的轉(zhuǎn)角范圍是否符合設(shè)計要求。

1.3 建立三維模型

根據(jù)轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置，確定前橋及轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的三維裝配模型，以便導入ADAMS進行運動分析及優(yōu)化。建立三維模型時，與運動有關(guān)的設(shè)計硬點必須準確，以提高分析的準確性。在ADAMS中最終建立的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三維模型如下圖：

圖1 Y30F0轉(zhuǎn)向裝置模型

1.4 轉(zhuǎn)向梯形分析

1.4.1 轉(zhuǎn)向梯形左右對稱，只分析左轉(zhuǎn)向的情況

給轉(zhuǎn)向內(nèi)輪（即左輪）以轉(zhuǎn)角驅(qū)動，對轉(zhuǎn)向梯形進行仿真分析，得出由轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)實現(xiàn)的內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系與Ackerman理論轉(zhuǎn)角關(guān)系的對比如下：

圖2 前橋轉(zhuǎn)向外輪和轉(zhuǎn)向內(nèi)輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系

x—內(nèi)輪轉(zhuǎn)角 y—外輪轉(zhuǎn)角

由上圖可以看出，在轉(zhuǎn)向內(nèi)輪轉(zhuǎn)動 25°以前，理論轉(zhuǎn)角和實際轉(zhuǎn)角曲線誤差較小（1度以內(nèi)），但在25°以后誤差逐漸變大，在 33°時達到 1.2°，隨后又逐漸減小，滿足內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)性要求。

1.4.2 左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)工況下方向盤轉(zhuǎn)角范圍分析

給轉(zhuǎn)向內(nèi)輪（即左輪）以轉(zhuǎn)角驅(qū)動，對其轉(zhuǎn)向裝置模型進行左轉(zhuǎn)仿真分析，得出轉(zhuǎn)向垂臂在左轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)角范圍：

圖3 轉(zhuǎn)向垂臂左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角范圍

給轉(zhuǎn)向內(nèi)輪（即左輪）以轉(zhuǎn)角驅(qū)動，對其轉(zhuǎn)向裝置模型進行右轉(zhuǎn)仿真分析，得出轉(zhuǎn)向垂臂在右轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)角范圍：

圖4 轉(zhuǎn)向垂臂右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角范圍

由以上兩圖可知，轉(zhuǎn)向垂臂左轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)角為32度，右轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)角為29度，均控制在轉(zhuǎn)向器左右轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)；經(jīng)計算方向盤在轉(zhuǎn)向過程中左右最大轉(zhuǎn)角各720度左右（即左右各兩圈）。

2、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干涉分析

在UG—Motion模塊中建立整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運動模型，主要檢查前橋轉(zhuǎn)動過程中，前輪與直拉桿、直拉桿與左前板簧前支架和直拉桿與減震器之間的干涉情況。主要校核滿載工況下的轉(zhuǎn)向（即前板簧處于平直狀態(tài)）, 數(shù)模即為滿載狀態(tài)，下圖即為UG中建立的模型，同時分析左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)：

圖5 Y30F0轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型（滿載工況下）

2.1 左轉(zhuǎn)（直拉桿與左前板簧前支架的最小距離）

圖6

2.2 右轉(zhuǎn)（直拉桿與前輪之間的最小距離）

圖7

2.3 右轉(zhuǎn)（直拉桿與減震器之間的最小距離）

從以上所做的運動分析可以得出以下結(jié)論：

1）左轉(zhuǎn)工況下，直拉桿和左前板簧前支架之間的間隙在內(nèi)輪（即左輪）轉(zhuǎn)角達到16度時最小，且最小間隙為8.87mm，此間隙值滿足要求；

2）右轉(zhuǎn)工況下，直拉桿和前輪之間的間隙在外輪（即左輪）轉(zhuǎn)角達到 32度（極限轉(zhuǎn)角）時最小，且最小間隙為14.15mm，此間隙滿足要求；

3）直拉桿和左前減震器之間的間隙在轉(zhuǎn)向過程中的最小值為36.86mm，設(shè)計要求≥25mm，滿足要求。

圖8

3、試驗測試

實車進行了轉(zhuǎn)向測試，在左右轉(zhuǎn)向過程中直拉桿與周邊零部件間隙合理，不存在動態(tài)干涉現(xiàn)象，下圖為該車型轉(zhuǎn)向力測試數(shù)據(jù)：

表1

1）該車型左右最大轉(zhuǎn)向力均＜30N，符合設(shè)計要求；

2）該車型在測試過程中直線行駛跑偏量 0.3m，符合設(shè)計要求≤0.5m要求，驗證了轉(zhuǎn)向梯形較好的滿足整車設(shè)計要求。

4、結(jié)束語

1）本文利用ADAMS對 Y30F0專用前橋在新的軸距下能否滿足 Ackerman原理進行了驗證，并對方向盤轉(zhuǎn)角范圍進行了模擬，最終得出結(jié)論，有效解決了整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的幾何學驗證；同時利用UG-MOTION單元對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了動態(tài)干涉分析，快速準確的解決了整個轉(zhuǎn)向系的物理干涉現(xiàn)象；經(jīng)實車驗證，轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計合理，車輛在轉(zhuǎn)向過程中不存在動態(tài)干涉現(xiàn)象；

2）上述設(shè)計校核方法，縮短了轉(zhuǎn)向系設(shè)計的周期，并且可以節(jié)約車型開發(fā)過程中的樣件采購成本，具有較強的理論指導意義。

[1] 王望予.汽車設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[2] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計.北京:清華大學出版社,2010.

[3] 江淮汽車集團研發(fā)中心.江淮輕型卡車設(shè)計規(guī)范.第一版,合肥: 江淮汽車股份有限公司,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

陳開超，就職于江淮汽車技術(shù)中心輕型商用車研究院，從事轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計。