某驾驶室翻转机构设计校核

（2）估计 根据所设计的新车驾驶室外廓尺寸、结构、材料、内部设施及其布置等， 与已知重量、重心位置的一种或几种驾驶室对照比较，可以估计出新车驾驶室 的重量和重心位置。这种方法是以经验为基础的，不易估计得很准确。 （3）计算 根据驾驶室的每块板的尺寸、形状、料厚等分别计算出它们的重量和重心位 置，同时计算出室内各种设施的重量和重心位置，然后再详细计算出总的重量 和重心位置。这种方法非常复杂，也不易于计算得很准确。 利用以上各种方法，得到驾驶室的大致重量和重心位置，然后计算出扭杆的 尺寸，用以布置设计，待驾驶室制造出来之后，再实测出其重量和重心位置， 最后进行精确计算，修改设计。
计扭杆弹簧时，对驾驶室的重量和重心位置必须加以重视。 a根据样车的驾驶室来定 如果有参考样车，应首先把样车驾驶室的重量和重心位置测出，并估计新 设计的驾驶室与样车驾驶室的差别，定出其重量及重心位置。样车驾驶室的 重量和重心位置可用以下方法测得。 ① 如果样车驾驶室允许拆下时，可采用以下方法和步骤，准确地测出它的 重量和重心位置。 ⅰ 测量工具：两台镑秤、卷尺。 ⅱ 第一次称重：将驾驶室的前、后悬置支架分别安放在两台磅秤上，如 图1所示。注意要使驾驶室放平，记下称得的前、后重量为G1和G2，并测量 两支点的距离L。
某驾驶室翻转机构设计校核
目录
一、翻转机构的种类
二、借助于弹性元件弹力的翻转机构 三、扭杆弹簧的计算及结构设计 四、产品展示 五、参考文献
一、翻转机构的种类
在现代平头汽车中，发动机大部分都位于驾驶室地板之下，为了改善发 动机的接近性，便于整车的维修和保养，往往采用可翻驾驶室。
为了使驾驶室能够轻快、方便地向前翻转，目前主要有以下几种机构： 1、液压机构 这种机构工作可靠，在驾驶室不翻转时，车架、驾驶室不受力；对任何 重量的驾驶室，都可以翻转。 该机构由油泵、油缸、控制阀及管路组成的。油泵是一个手动或电动的 柱塞泵，油缸是一个双向作用的液压千斤顶，控制阀及管路是用以改变油流 方向，来实现驾驶室的翻转及回位。
（2）驾驶室翻转角度的确定 驾驶室处于锁止状态时，从翻转中心到驾驶室重心的连线与水平面之 间的夹角，称之为驾驶室重心角（θ）；驾驶室翻转到最大角度时，应保证 驾驶室此时的中心通过翻转中心，即无扭矩状态时驾驶室翻转角度（ψ）与 驾驶室重心角（θ）互余。 驾驶室所处的四种状态：如图 锁止状态:即水平状态。该状态下扭杆处于最大扭转状态，扭杆各截面应 力最大；驾驶室翻转角度0。 平衡状态：驾驶室解除锁止到撑杆撑起前驾驶室处于的平衡状态。该状 态下，驾驶室对翻转中心的转矩等于扭杆的扭矩；驾驶室翻转角度（β）。 撑起状态：撑杆撑起并自锁后驾驶室的状态。此时驾驶室翻起的角度要 保证发动机检修方便；驾驶室翻转角度（γ）。 无扭矩状态：即扭杆扭转角度为零时驾驶室的状态。此时驾驶室翻转角 度最大（ ψ ）。 角度关系： 0 ＜ β ＜ γ ＜ ψ ＝π/2－ θ β 、 γ取值确定
τ＝ 式中：τ为剪切应力；
ψdG 2L≤[τ] Ψ为来自转角；d为扭杆直径； G为剪切弹性模数（取G=76GPa=7.6×104 N/m2）；
L为扭杆有效长度； [τ]为许用剪切应力；
3、扭杆直径（d）的确定 首先明确扭杆弹簧的特性（线性），下图：
（1）驾驶室的重量、重心位置的确定 驾驶室的重量和重心位置是扭杆设计的依据，它们的准确与否，将直接 关系到驾驶室翻转时的轻便性。如果将驾驶室的重量估计的过重或重心位置 偏低、偏后，则设计出的扭杆扭矩必然过大，致使驾驶室向前翻转的速度过 快，回位困难，甚至不能回位。反之，如果将驾驶室的重量估计的过轻或重 心位置偏高，在翻转驾驶室时将会感到沉重，甚至翻转不起来。因此，在设
三、扭杆弹簧的计算及结构设计
1、材料的确定 扭杆弹簧一般热轧弹簧钢制造，材料应具有良好的淬透性和加工性，经 热处理后硬度应达到50HRC左右。常用材料为硅锰和铬镍等合金钢，例如 60Si2MnA和45CrNiMoVA等。
表１
2、扭杆有效长度（L）的确定 在保证扭杆工作应力小于许用剪切应力的前提下，为更好地延长扭杆的使 用寿，设计最大剪切应力应尽量小，为此扭杆长度要尽量长一些。 在实际设计过程中由于车身翻转机构受空间限制，而且与车身进行装配的 安装位置尺寸、以及与车架进行连接的安装位置尺寸是已经确定的，所以扭杆 的长度是基本确定的。
d3≥
16Tmax
πτp
式中，τp为许用剪切应力；
4、扭杆弹簧端部的确定 扭杆是具有一定截面的直杆，其端部（安装联接部分）的形状常用的有花 键形、细齿形和六角形。 花键应有矩形花键和渐开线花键两种。由于渐开线花键具有自定心作用， 各齿力均匀 ，强度高，寿命长，故采用较多。细齿形实质上是模数较小，齿数 较多的的渐开线花键形。六角形传递扭矩效率不高，端部材料不能充分利用，单 制造方便。目前细齿形应用最广。 矩形和渐开线形花键的尺寸，根据扭杆直径由GB1144-1987和GB3478.1-
二、借助于弹性元件弹力的翻转机构
在可翻转驾驶室的翻转机构中，使用的弹性元件有以下几种： 1、螺旋弹簧
虽然螺旋弹簧的工艺成熟、使用应力很低，又有很高的强度和很长的疲 劳寿命，但它体积大、重量重，在车上不易布置，还需要专门的卷簧设备生 产螺旋弹簧。
2、扭转弹簧 扭转弹簧的种类很多，常用的有以下几种： （1）扭杆弹簧 这种弹簧在驾驶室翻转机构中应用最广。其优点是结构简单，容易加工， 操作省力，使用方便；结构紧凑，便于布置；保养维修简便；使用可靠，疲 劳寿命很长。
利用手动给油泵加压，使高压油驱动油缸工作，在实现加驾驶室翻转 过程中，操作者要消耗较大的体力，且要经过1～2分钟才能完成。另外，在 液压翻转机构中，油泵、油缸及控制阀等总成中的各种零件精度要求很高， 加工困难，成本高。因此，这种机构只有在一些重吨位汽车上得到应用，目 前在中、小吨位汽车上难于普及。 2、借助于弹性元件预先储备的弹性变形能助力，实现驾驶室前翻 在驾驶室正常工作状态（不前翻）时，预先使弹性元件产生一定的变形， 使之储备变形能。当需要翻转驾驶室时，打开锁止机构后，借助于弹性元件 的弹力（弹性元件释放的弹性变性能）克服驾驶室总成重力，即可实现驾驶 室的翻转。 这种机构使驾驶室翻转迅速、省力，成本也低，在平头载货汽车中被广 泛应用。
图１
ⅲ 第二次称重：将驾驶室翻转90度，选择上、下两点分别支承在两台磅秤 上，如图所示。注意要使纵向零平面水平，记下两秤称得的重量G3和G4,并测 得两支点间的距离h。 ⅳ 计算重量和重心位置：可按下式计算。 G=G1+G2=G3+G4
L1= h1= G2(L1+L2) G G4(h1+h2) G 式中 L1------重心到前悬置支架间的距离 h1------重心到下支点的高度 ② 如果不允许将驾驶室拆下时，可拆除翻转机构的弹性元件，用一台秤可 以称得驾驶室对翻转重心的最大重力矩。采用试验方法可测得重心和翻转中 心连线与水平线之间的夹角。
弧过渡时，锥顶角2β 可取30度左右，参图《机械设计手册》（第3卷）图 11-14-9。为了防止疲劳破坏，齿根处应有足够的圆角半径，并在整个宽度上 啮合，以保证受力均匀。如扭杆构件刚性不足、会出现弯曲载荷，造成扭杆 折损。为此，在扭杆的一端或两端甲橡胶垫。
1983确定。
细齿形扭杆端部几何尺寸可参照《机械设计手册》（第3卷）表11-14-5。 细齿形外径为扭杆直径的1.15～1.25倍，长度为扭杆直径的0.5～0.7倍。
端部为六角形时，其对边距离月为扭杆直径的1.2倍，长度可取扭杆直 径的1.0倍。
为了减轻扭杆与端部交界处的应力集中，多采用圆弧或圆锥过渡。圆
（3）驾驶室处于平衡状态时扭杆弹簧所受扭矩的确定M横 平衡状态时有： M横＝G钮＝G×bcos(θ＋β) 式中 G、b、θ已知， 0＜β ＜ γ。 （4）扭角刚度的确定 M横 T’＝ Ψ－ β （5）最大扭矩（Tmax）的确定 驾驶室处于锁止状态时， Tmax＝ T’× Ψ
（6）扭杆直径的确定
（2）扭片弹簧 这种弹簧在重量和尺寸方面，比扭杆弹簧都要大。它的优点是，可以通 过增减扭片的数量，很容易实现弹簧刚度的改变，适用于各种不同重量的系 列产品驾驶室。 （3）扭管弹簧 这种弹簧的优点是重量轻，材料利用合理，其缺点是结构复杂，制造困 难。
（4）扭杆－扭管组合或扭片－扭管组合弹簧
这种弹簧的优点是，可以获得最理想的效果；工作应力可取得很低；长 度短，便于布置。其缺点是结构复杂，制造困难。 综上所述，在用以实现驾驶室翻转的助力弹簧中，以扭杆弹簧的优点最 为突出，因此使用的也多。下面仅以扭杆弹簧为例，对其计算及结构设计作 进一步说明。