矿用汽车双桥转向转角匹配浅谈

2015-09-25张恩屈亚洲李英杰孙静娟张潇

汽车实用技术 2015年11期

张恩，屈亚洲，李英杰，孙静娟，张潇

引言

汽车双桥转向由于要同时匹配四个转向轮的转角，所以比单桥转向设计复杂。汽车转向总是有一个瞬时转向中心（见图1中O点），在不同时刻转向轮的转角都各不相同，若各轮转角匹配不好，就容易造成轮胎的异常磨损，降低汽车的行驶稳定性，给用户和生产厂家造成不必要的损失，为此本文论述一种矿用汽车双桥转向转角匹配关系和设计经验。

图1是汽车双桥转向理想的内、外轮转角关系的分析模型，整机设计时会确定整机轴距、最小转弯直径、最大转角（第一转向桥的最大内转角，见图1中α）等参数。双桥转向设计时，根据阿克曼转向几何关系，可以通过最大转角这个参数确定第一转向桥的理论最大外转角（见图1中β）、第二转向桥的理论最大内转角（见图1中γ）、第二转向桥的理论最大外转角（见图1中δ）。

双桥转向匹配杆系设计时需要重点考虑以下三个方面：

a.转向桥左、右轮转角的匹配，也就是转向梯形的设计；

b.第一、第二转向桥左侧轮内、外转角的匹配（假定第一、第二转向桥的转角匹配杆系在左侧）；

c.运动干涉分析（如助力油缸与轮胎，直拉杆与轮胎等）。

上述三个方面也是匹配杆系设计的步骤，下面对这三个方面的设计思路和方法逐步加以论述。

1、转向梯形设计

设计转向梯形时，我们可以将第一、第二转向桥分成两个单桥转向来考虑，这样较为简单，根据图1的分析模型，由阿克曼转向几何关系知：

其中，

K——转向桥两主销中心延长线到地面交点之间的距离；

La——第一转向桥轴线到第三、四桥轴中心线的距离；

Lb——第二转向桥轴线到第三、四桥轴中心线的距离。

式（1）是第一转向桥左右轮转角的匹配关系，式（2）是第二转向桥左右轮转角的匹配关系。

根据上述关系，我们可以分别画出第一、第二转向桥的转向理想特性曲线。通过转向梯形设计和调整，总可以找到比较合适的实际特性曲线。因汽车设计上有详细的汽车转向梯形设计，此处不再深入论述。

2、第一、第二转向桥左侧轮内、外转角的匹配

匹配第一、第二转向桥内转角的关系，也就是图1中α和γ的对应关系；匹配第一、第二转向桥外轮转角的关系，也就是图2中β′和δ′的对应关系。

说明：因为第一、第二转向桥转向匹配杆系在左侧，所以只能以左侧转向轮为分析对象，故匹配第一、第二转向桥外轮转角的关系，是β′和δ′的对应关系。

设图1中瞬时转向中心O到N点的距离为Ln，则有如下关系：

由公式（3）和（4）可以得出：

公式(5)是第一、第二转向桥左侧轮内转角的关系。

同理，图2中可以得出：

公式（6）是第一、第二转向桥左侧轮外转角的关系。

根据上述关系，令AP=Lb，BP= La，然后我们找出几组第一转向桥左轮内转角 α1、α2、……αi，找出对应的第二转向桥左轮内转角γ1、γ2、……γi，分别以A和B为原点，把α1、γ1画在图上，得到一组射线，同理，可以得到i组射线，每组射线有一个交点；同样，找出几组第一转向桥左轮外转角β1′、β2′、……βi′，找出对应的第二转向桥左轮外转角 δ1′、δ2′、……δi′，分别以 A 和 B 为原点，把 βi′、δ1′画在图上，得到一组射线，同理，可以得到i组射线，每组射线有一个交点。把上述交点连接起来有第一、第二转向桥左轮转角理想特性曲线（见图 3）。易知这些交点的连线是一条竖直线MQ，MQ经过P点，竖直线MQ就是理想特性曲线：

图3 中理想特性曲线是假定有理想的转角匹配杆系的情况下得出的，理论上这套杆系要根据不同的转角需要进行自动调整，实际上目前是不存在的。跟转向梯形的设计类似，实际的匹配杆系匹配的第一、第二转向桥左轮转角也会有一组实际特性曲线。

图4 是一种典型的双桥转向匹配杆系，在此杆系的匹配下，每一个一桥转向轮的转角都会有一个二桥转向轮的转角与之对应，按照上述方法，将实际转角对应关系画在下图中，将交点用平滑的曲线连接起来就得到第一、第二转向桥左轮转角实际特性曲线（见图5）。

一般要求：

a.在实际特性曲线中，第一转向桥左轮最大内转角与第二转向桥左轮最大内转角实际与理论点尽量接近，也就是图5中Q点，第一转向桥左轮最大外转角与第二转向桥左轮最大外转角实际与理论点尽量接近，也就是图5中M点；

b.考虑到匹配杆系的拉杆球头间隙、转向主销配合间隙等因素，要求第二转向桥的实际转角比理论转角大一些，但最大差值Δθmax要小于0.5°。

如果不能满足上述要求，在允许的条件下，需要调整图4中拉杆、垂臂、节臂等尺寸及位置，使之尽量符合。