導(dǎo)語(yǔ)：輕卡駕駛室翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：文章主要介紹了單扭桿駕駛室翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理和結(jié)構(gòu)，文章以某輕型卡車為例，設(shè)計(jì)一款單扭桿駕駛室翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，包括方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)配接、扭桿計(jì)算和校核并通過(guò)有限元分析分析翻轉(zhuǎn)支座強(qiáng)度，最后，此翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)通過(guò)臺(tái)架耐久和整車路試耐久測(cè)試，滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：輕卡；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；扭桿計(jì)算；單扭桿

單扭桿駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，借助扭桿的預(yù)扭力，使檢修人員更輕便地翻轉(zhuǎn)駕駛室，簡(jiǎn)化了對(duì)車輛進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)的過(guò)程[1]。目前，除了部分雙排駕駛室通過(guò)地板開(kāi)孔進(jìn)行檢修維護(hù)外，幾乎所有平頭駕駛室輕卡都配有翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)[2]。

1翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，駕駛室翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總成、撐桿機(jī)構(gòu)總成、后懸機(jī)構(gòu)總成及鎖止機(jī)構(gòu)總成等4部分。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)通過(guò)螺栓分別與駕駛室縱梁和車架總成連接，后懸機(jī)構(gòu)通過(guò)螺栓固定在車架總成上，鎖止機(jī)構(gòu)總成裝配在駕駛室后橫梁上，并與后懸機(jī)構(gòu)總成中的鎖扣配接。撐桿機(jī)構(gòu)總成在駕駛室翻轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)位置起限位支撐作用，并處于受拉狀態(tài)，以防止駕駛室回落。翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)是利用翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)扭桿提供的扭轉(zhuǎn)力矩克服駕駛室的重力矩，從而實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的，所以翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總成在駕駛室翻轉(zhuǎn)過(guò)程中是最重要的結(jié)構(gòu)。某輕卡單扭桿駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總成如圖2所示。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總成主要包括軸管、左支座總成、右支座總成、左支撐臂、右支撐臂、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和扭桿等組件。左右支座總成分別穿設(shè)于翻轉(zhuǎn)軸管的左右兩端，并螺接固定在車架縱梁上，左支撐臂與右支撐臂分別穿設(shè)在翻轉(zhuǎn)軸管的左右兩端，并固定在翻轉(zhuǎn)軸管上，同時(shí)通過(guò)螺栓與地板縱梁連接，翻轉(zhuǎn)軸管及扭桿之間均通過(guò)花鍵聯(lián)接。翻轉(zhuǎn)軸管和左支座總成、右支座總成間裝有膠墊，，因此駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不僅具有翻轉(zhuǎn)功能，還具有支撐、減震的功能。

2翻轉(zhuǎn)原理

翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)利用扭桿的高儲(chǔ)能性，通過(guò)扭桿提供的扭轉(zhuǎn)力，克服重力，使檢修人員更輕便地翻轉(zhuǎn)駕駛室。當(dāng)駕駛室鎖止時(shí)，即駕駛室翻轉(zhuǎn)角度為0°的時(shí)候，扭桿的扭轉(zhuǎn)角與扭矩最大，駕駛室的重力矩也最大，但扭桿的扭矩大于駕駛室的重力矩；當(dāng)鎖止機(jī)構(gòu)總成解鎖后，在扭桿的扭矩作用下，駕駛室自動(dòng)向上翻轉(zhuǎn)到平衡位置，此時(shí)扭矩重力矩相等；當(dāng)人繼續(xù)在鎖止機(jī)構(gòu)總成的把手上施加向上的較小推力時(shí)，駕駛室繼續(xù)，扭桿的能量緩慢釋放，扭矩和駕駛室的重力矩不斷減??；當(dāng)翻轉(zhuǎn)到設(shè)定位置時(shí)，駕駛室通過(guò)撐桿機(jī)構(gòu)總成進(jìn)行限位，此時(shí)撐桿機(jī)構(gòu)總成處于受拉狀態(tài)，扭矩大于重力矩。同理，當(dāng)復(fù)位駕駛室時(shí)，扭轉(zhuǎn)角逐漸增大，駕駛室的重力矩和扭矩均不斷增大，直至復(fù)位到平衡位置，此時(shí)略加外力，向下拉動(dòng)駕駛室，使鎖止機(jī)構(gòu)總成與后懸機(jī)構(gòu)的鎖鉤完成鎖住，使駕駛室處于鎖止?fàn)顟B(tài)。

3扭桿設(shè)計(jì)和應(yīng)力校核

按扭桿的斷面形狀，汽車上的扭桿彈簧可分為圓截面、空心圓、長(zhǎng)方形截面等幾種，其中圓形斷面扭桿的單位質(zhì)量所能儲(chǔ)存的能量比其它斷面形狀的大，所以主流輕卡一般均采用此截面[3]。作為翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的核心部件，扭桿設(shè)計(jì)的好壞直接影響翻轉(zhuǎn)性能，本文重點(diǎn)介紹扭桿設(shè)計(jì)和校核。3.1設(shè)計(jì)要求?？紤]到扭桿頻繁承受靜、動(dòng)載荷及交變應(yīng)力，且長(zhǎng)期處于受扭狀態(tài)，因此對(duì)扭桿抗疲勞性能和抗蠕變能力均有相當(dāng)高的要求，其疲勞壽命一般需104～105次。即扭桿在長(zhǎng)時(shí)間處于受扭狀態(tài)且經(jīng)過(guò)上萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)后扭桿不得出現(xiàn)永久變形或斷裂，剛度衰減應(yīng)小于5%。3.2扭桿設(shè)計(jì)。（1）布置輸入。根據(jù)總布置和邊界條件，可確認(rèn)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總成翻轉(zhuǎn)中心（x1，y1，z1）、駕駛室質(zhì)心（x2，y2，z3）、駕駛室重量W，扭桿總長(zhǎng)度Lz，并設(shè)定最大翻轉(zhuǎn)角為40°。為了駕駛室翻轉(zhuǎn)的輕便性和安全性，駕駛室在翻轉(zhuǎn)到最大角度時(shí)，扭桿還有適當(dāng)?shù)呐ちκ箵螚U機(jī)構(gòu)總成處于受拉狀態(tài)，確保駕駛室不會(huì)突然回落，一般規(guī)定扭桿的最大工作扭轉(zhuǎn)角θ大于駕駛室的最大翻轉(zhuǎn)角8°左右。為防止駕駛室突然彈起，在鎖止機(jī)構(gòu)總成解鎖后，駕駛室彈起至平衡位置處，彈起的角度即起彈角γ，此時(shí)重力矩等于扭矩，一般取3°~8°。（2）扭桿剛度計(jì)算翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)重力矩MG為：（1）式中，α是翻轉(zhuǎn)角，β是質(zhì)心角扭桿的扭矩MT為：（2）式中，θ為最大工作扭轉(zhuǎn)角當(dāng)翻轉(zhuǎn)角α等于起彈角γ時(shí)，此時(shí)駕駛室處于平衡位置，重力矩等于扭桿的扭矩，由式（1）和（2），可得：（3）本例中翻轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)為（-936，0，77）、駕駛室質(zhì)心坐標(biāo)（-330，-54，690），重量W為452kg，扭桿總長(zhǎng)為910，兩端花鍵長(zhǎng)度按照行業(yè)慣例暫定35.5mm，起彈角γ為5°，最大工作角度θ為48°。經(jīng)計(jì)算，K=56.74N.m/°。（3）扭桿材料和扭桿直徑本例扭桿斷面采用圓形斷面，根據(jù)材料力學(xué)，圓形截面扭桿的扭轉(zhuǎn)角φ為[4-5]：（4）則有：（5）式中MT為扭桿扭矩，N•m；d為扭桿直徑，m；G為剪切模量，MPa；K為扭桿剛度，（N•m）/°。由式（5）可知，扭桿直徑d為：（6）根據(jù)扭桿的設(shè)計(jì)要求，扭桿材料常用材料為硅錳和鉻鎳鉬等合金鋼。實(shí)際生產(chǎn)工藝中，還需要對(duì)扭桿進(jìn)行熱處理和噴丸，以消除扭桿表面的細(xì)微裂紋，強(qiáng)化扭桿的表面強(qiáng)度和硬度，增加扭桿的彈性極限和韌性，提高扭桿的疲勞壽命。本例選用60Si2MnA，剪切模量G取為7.6×104MPa，[τ]=1000~1250MPa。經(jīng)計(jì)算，扭桿直徑d=24.589mm，扭桿設(shè)計(jì)直徑取24.5mm。（4）扭桿設(shè)計(jì)校核扭桿工作時(shí)最大表面應(yīng)力為：τ=16Kθ/d3（7）由式（7）可知，扭桿工作時(shí)最大表面應(yīng)力為τ=929.65MPa<[τ]，滿足扭桿設(shè)計(jì)要求。

4有限元分析

建立駕駛室翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)計(jì)算模型，輸入載荷為ADAMS計(jì)算輸出的車身硬點(diǎn)處載荷，通過(guò)有限元分析得出應(yīng)力分布如下圖所示。提取圖中應(yīng)力較大位置的應(yīng)力值，前支座應(yīng)力最大值為205.304MPa，小于QT450的屈服極限310Mpa；后支座應(yīng)力最大值為75.48MPa，小于Q235的屈服極限。經(jīng)分析，翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)前支座和后支座均滿足設(shè)計(jì)要求。（a）左前支座（b）右前支座（c）左后支座（d）右后支座圖3駕駛室翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)計(jì)算模型

5結(jié)論

本文通過(guò)介紹單扭桿駕駛室翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理和設(shè)計(jì)方法，并以某輕卡為例，從安裝結(jié)構(gòu)方式、扭桿設(shè)計(jì)和校核、有限元分析，最終完成翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)符合人機(jī)操作要求。產(chǎn)品已完成試制，并通過(guò)翻轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)和整車耐久路試測(cè)試，均滿足駕駛室的翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)要求。

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作者:董勇峰 王博 郭浩 單位:江西五十鈴汽車有限公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心